SEMIKONDUKTOR DAN DIODA


SEMIKONDUKTOR DAN DIODA

Najwa Mumtaz/I0321076/Teknik Industri/Universitas Sebelas Maret


   SEMIKONDUKTOR 

    Semikonduktor merupakan bahan penghantar listrik yang memiliki beberapa definisi. Definisi pertama yaitu, semikonduktor adalah bahan yang memiliki nilai hambatan jenis (ρ) antara konduktor dan isolator yang bernilai sebesar 10-6 - 104 ohm. Definisi kedua yaitu, semikonduktor adalah bahan yang memiliki pita terlarang (forbidden band) atau energy gap (EG) yang relative kecil kira-kira sebesar 1 eV. Dari dua definisi tersebut dapat diartikan bahwa semikonduktor ialah komponen yang yang berada di pertengahan atau sebagai penghantar listrik.

Gambar 1 Elektrovalensi Semikonduktor

Bahan-bahan semikonduktor dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu: 

  • Trivalent : Logam-logam yang memiliki atom-atom dengan jumlah elektron terluar 3 buah. Contohnya Boron(B), Alumunium(Al), Gallium(Ga), dan Indium(In).   
  • Tetravalent : Logam-logam yang memiliki atom-atom dengan jumlah elektron terluar 4 buah. Contohnya   Carbon(C), Silikon(Si), Germanium(Ge), dan Tin(Sn). 
  • Pentavalent : Logam-logam yang memiliki atom-atom dengan jumlah elektron terluar 5 buah. Contohnya Nitrogen(N), Fosfor(P), Arsenikum(As), dan Antimon(Sb).

Jenis semikonduktor terbagi menjadi 2, yaitu : 

  •   Semikonduktor Intrinsik

    Semikonduktor Instrinsik adalah semikonduktor murni yang tidak terdapat cacat karena belum diberi pengotoran sehingga jumlah hole dan elektron bebasnya sama. Contohnya Germanium (Ge) dan Silikon (Si).

Gambar 2 Semikonduktor Instrinsik

Gambar 3 Struktur Kristal 2 Dimensi Kristal Si

Gambar 4 Ikatan Kovalen Pada Semikonduktor Intrinsik Si

Sumber energi yang dapat meningkatkan konduktivitas suatu semikonduktor intrinsik, yaitu energi panas, energi cahaya (foton), dan energi electron berkecapatan tinggi. 

  • Semikonduktor Ektrinsik

    Semikonduktor Ektrinsik adalah semikonduktor yang sudah dikotori, yaitu mengalami penyisipan atom-atom lain. Semikonduktor ini terbagi menjadi 2 yaitu tipe-P dan tipe-N.  

1. Semikonduktor Ektrinsik tipe P  

    Semikonduktor tipe-P adalah semikonduktor murni yang diberikan doping (pengotoran) atom trivalent yang bersifat positif karena dikotori atom akseptor. Atom pengotor biasa disebut dengan atom akseptor dan pembawa muatan disebut dengan hole. Material tipe-P dapat dihasilkan dengan menambahkan atom-atom elemen yang memiliki elektron shell terluar lebih sedikit dari kristal natural semikonduktor.



Gambar 5 Struktur Atom Semikonduktor Tipe-P  

                         2. Semikonduktor Ektrinsik tipe N

        Semikonduktor tipe-N diberikan doping (pengotoran) atom-atom yang memiliki elektron valensi 5 yang bersifat negatif karena terdiri dari elektron-elektron. Atom pengotornya disebut atom donor dan pembawa muatan disebut elektron. Contoh atom pengotornya, yaitu Arsenic(As) dan Antimony(Sb). Pada tipe ini elektron sebagai Majority Carrier dan Hole sebagai Minority Carrier. Material tipe-N dapat dihasilkan dengan menambahkan atom elemen yang mempunyai elektron valensi lebih banyak daripada kristal semikoduktornya. Jika material tipe-N dihubungkan dengan rangkaian listrik, maka akan terjadi hubungan listrik di mana elektron bebas akan berfungsi sebagai konduktor logam. Semakin banyak atom impuritas yang ditambahkan, semakin baik konduktivitasnya.

Gambar 6 Struktur Atom Semikonduktor Tipe-N

Dari penjelasan di atas dapat ditemukan perbedaan antara semikonduktor intrinsik dengan semikonduktor ektrinsik, yaitu semikonduktor intrinsik dibuat tanpa menambahkan atom-atom impuritas, sedangkan semikonduktor ektrinsik dibuat dengan menambahkan atom-atom impuritas. intrinsik memiliki jumlah elektron yang sama dengan jumlah lubang, sedangkan ektrinsik jumlah elektron tidak sama dengan jumlah lubang. Intrinsik membutuhkan energi tambahan yang besar untuk meningkatkan konduktivitasnya, sedangkan ektrinsik membutuhkan energi tambahan yang kecil untuk meningkatkan konduktivitasnya.

 

DIODA

Dioda adalah komponen semikonduktor yang paling sederhana. Dioda merupakan gabungan dari semikonduktor tipe P dan N. Dioda sering disebut PN junction yang bersifat dapat menghantarkan arus pada tegangan maju, serta menghambat arus pada tegangan balik (penyearah).

Gambar 7 Susunan Dioda dan Simbol Dioda

Prinsip Kerja Dioda

·       Bias Mundur (Reverse Bias)

Bias mundur adalah pemberian tegangan negatif baterai ke terminal anoda (A) dan tegangan positif ke terminal katoda (K) dari suatu dioda. Dapat diartikan bahwa tegangan anoda katoda VA-K adalah negatif (VAK<0).

Gambar 8 Dioda Diberi Reverse Bias

·       Bias Maju (Forward Bias)

Bias maju adalah pemberian tegangan positif baterai dihubungkan ke terminal anoda (A) dan negatifnya ke terminal katoda (K). Dapat diartikan bahwa tegangan katoda VA-K adalah positif (VAK>0).


Gambar 9 Dioda Diberi Forward Bias

Sifat-Sifat Dioda 

            Dioda Silikon 

a.      Tegangan maju kurang lebih 0.6 V

b.     Perlawanan maju cukup kecil

c.      Perlawanan terbalik sangat tinggi (>1 Mega Ohm)

d.     Arus maju maksimum yang dibolehkan cukup besar, sampai 1000A

e.      Tegangan berbalik maksimum yang dibolehkan cukup tinggi    

Dioda Germanium

a.      Tegangan maju kurang lebih 0.2 V

b.     Perlawanan maju agak besar

c.      Perlawanan terbalik kurang tinggi (<1 Mega Ohm)

d.     Arus maju maksimum yang dibolehkan kurang besar

e.      Tegangan terbalik maksimum yang dibolehkan kurang tinggi

 

Jenis-Jenis Dioda

·       Dioda Pemancar Cahaya (LED)

Pada diode LED energi dipancarkan sebagai cahaya dengan menggunakan bahan dasar pembuatan LED seperti gallium, arsen, dan fosfor yang memancarkan cahaya warna merah, kuning, dan inframerah (tak kelihatan).

Gambar 10 Simbol Dioda LED

·       Dioda Photo

Dengan menggunakan jendela kecil untuk membuat junction agar terkena sinar, pabrik dapat membuat dioda photo. Dioda photo merupakan detector cahaya yang sangat baik.

Gambar 11 Simbol Dioda Photo

·       Dioda Varactor

Dioda varactor dapat disebut juga sebagai dioda kapasitas yang kapasitasnya dapat berubah-ubah jika diberi tegangan. Jika tegangannya semakin besar maka kapasitasnya akan semakin kecil.

Gambar 12 Simbol Dioda Varactor

·       Dioda Schottky (SCR)

Dioda SCR atau Silicon Control Rectifier adalah dioda yang memiliki fungsi sebagai pengendali. Dioda ini terdiri dari campuran P dan N, isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) atau PNPN Trioda.

Gambar 13 Simbol Dioda Schottky
 

·       Dioda Step-Recovery

Dioda step-recovery digunakan dalam rangkaian pulsa dan digital untuk menghasilkan pulsa yang sangat cepat. Dioda ini juga digunakan dalam pengali frekuensi.

Gambar 14 Simbol Dioda Step-Recovery
 

·       Dioda Zener

Dioda Zener adalah dioda junction P dan N yang terbuat dari bahan silicon. Dioda digunakan pada daerah breakdown dan menghasilkan daerah breakdown kira-kira dari 2 sampai 200 Volt.

Gambar 15 Simbol Dioda Zener

 

Referensi

Amin, M. (2017). Modul Dioda Semikonduktor. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan.

Jamaaluddin. (2019). Konduktor-Isolator Dan Semikonduktor. Sidoarjo: UMSIDA Press.

 



Komentar

Posting Komentar