1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01
description
Transcript of 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01
![Page 1: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/1.jpg)
Semikonduktor
![Page 2: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/2.jpg)
Konduktivitas dan semikonduktor
•Konduktivitas: adalah kemampuan suatu bahan dalam menghantarkan arus listrik
![Page 3: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/3.jpg)
Konduktor
• Konduktor: bahan yang memiliki konduktivitas yang sangat tinggi
![Page 4: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/4.jpg)
Konduktor diberi beda tegangan
![Page 5: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/5.jpg)
• insulator: bahan yang memiliki konduktivitas yang sangat rendah
Insulator
![Page 6: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/6.jpg)
Semikonduktor
• Semikonduktor: bahan yang memiliki konduktivitas di antara konduktor dan insulator.
![Page 7: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/7.jpg)
• Sebagai contoh, sebuah atom Si memiliki 4 elektron dalam kulit terluarnya. Pada suhu rendah (mendekati 0K) masing-masing elektron membentuk ikatan kovalen dengan 4 atom Si lainnya. Pita valensi terisi penuh dan pita konduksi dalam keadaan kosong, sehingga bahan semikonduktor bersifat seperti insulator.
• Konduktivitas semikonduktor bergantung pada keadaannya
![Page 8: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/8.jpg)
• Ketika suhu semikonduktor naik, maka elektron-elektronnya memperoleh tambahan energi. Beberapa elektron dapat memperoleh tambahan energi yang cukup untuk memutus ikatannya, sehingga dapat bergerak bebas ke seluruh bagian bahan tersebut
• Bila sebuah elektron lepas dari ikatannya maka akan meninggalkan sebuah hole di dalam ikatan tersebut.
![Page 9: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/9.jpg)
• Hole ini bermuatan positif, sehingga dapat menarik elektron yang ada di dekatnya. Elektron yang ditarik oleh hole kemudian bergerak meninggalkan ikatannya
• Bila elektron bergerak dalam satu arah maka hole bergerak dalam arah lainnya.
![Page 10: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/10.jpg)
Animasi
![Page 11: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/11.jpg)
• Jadi, konduksi dalam semikonduktor disebabkan oleh aliran elektron (bermuatan negatip) dan hole (bermuatan positip)
• Hal ini berbeda dengan konduksi dalam logam, yang disebabkan oleh hanya gerakan elektron saja.
![Page 12: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/12.jpg)
Semikonduktor Intrinsik• Bila konduksi dalam semikonduktor
disebabkan oleh gerakan sejumlah elektron dari – ke + dan gerakan hole dengan jumlah yang sama dari + ke -, maka keadaan seperti ini disebut konduksi intrinsik
• Pada suhu ruang, dalam bahan Si intrinsik terdapat 1 elektron bebas untuk setiap 1012 atom Si (1 elektron bebas untuk setiap 109 atom Ge)
• Resistansi semikonduktor intrinsik sangat tinggi, walaupun pada suhu ruang.
![Page 13: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/13.jpg)
Cara menaikkan konduksi dalam semikonduktor
1. Menaikkan suhu• Kenaikan suhu akan menaikkan
jumlah elektron yang mempunyai cukup energi untuk memutuskan ikatan, sehingga meningkatkan konduksinya
• Thermistor adalah divais yang resistansinya berubah dengan cepat bila temperaturnya berubah.
![Page 14: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/14.jpg)
2. Menyinari semikonduktor dengan cahaya• Ketika cahaya menyinari
semikonduktor (misalnya cadmium sulphide), maka akan memberikan cukup energi untuk membebaskan elektron dari ikatannya sehingga meningkatkan konduksinya
• Semikonduktor seperti ini disebut LDR (Light Depend Resistor)
Resistansi LDR berubah dari beberapa MΩ dalam gelap, ke 100 Ω dalam cahaya siang hari – digunakan dalam rangkaian lampu jalan otomatis
![Page 15: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/15.jpg)
3. Menambahkan sedikit impuritas (impurity=ketidak murnian ) ke bahan semikonduktor dapat juga mempengaruhi konduksinya. Proses ini disebut doping, dan atom impuritas-nya disebut dopants.
Semikonduktor yang ditambahi atom impuritas disebut semikonduktor ekstrinsik.
Pada Si yang memiliki 1 elektron bebas untuk setiap 1012 atom Si, jika dosis dalam doping ini 1 dopant dalam 107 atom murni, maka perbandingan 1012/107 = 105 menunjukkan peningkatan konsentrasi pembawa muatan dengan rasio 100.000 : 1
![Page 16: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/16.jpg)
Semikonduktor Ekstrinsik
![Page 17: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/17.jpg)
Acceptor Impurities• Si dan Ge memiliki 4
elektron valensi, acceptor impurities memiliki 3 elektron valensi
• Bila sejumlah kecil atom acceptor impurities misalnya B (boron) disisipkan ke dalam kisi-kisi Si, maka pada setiap lokasi di mana terdapat atom B dalam ikatan akan terdapat kekurangan satu elektron, dengan kata lain terdapat sebuah hole positip.
![Page 18: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/18.jpg)
• Hal ini berarti bahwa sebelum suhu dinaikkan, sudah terdapat hole yang bermuatan positip
• Jika suatu beda potensial diberikan melintasi bahan tersebut maka akan terjadi konduksi arus listrik.
• Jadi, dalam semikonduktor yang di-doping dengan acceptor impurities, terdapat lebih banyak hole dibanding elektron
• Karena hole bermuatan positip merupakan pembawa muatan mayoritas, maka sistem ini disebut sebagai semikonduktor tipe-p
![Page 19: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/19.jpg)
Donor Impurities• Bila bahan
semikonduktor di-doping dengan donor impurities, misalnya P (phosphorus) yang memiliki 5 elektron valensi, maka disetiap lokasi dimana terdapat atom P dalam ikatan, akan terdapat kelebihan satu elektron.
![Page 20: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/20.jpg)
• Jadi, semikonduktor tersebut memiliki lebih banyak elektron dibanding hole
• Karena elektron merupakan pembawa muatan mayoritas, maka sistem ini disebut sebagai semikonduktor tipe-n.
![Page 21: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/21.jpg)
P-N Junction• Jika sepotong semikonduktor tipe-p
dan tipe-n disambungkan, maka beberapa elektron dari tipe-n bergerak menyeberangi sambungan menuju ke tipe-p dan beberapa hole dari tipe-p bergerak menyeberangi sambungan menuju ke tipe-n
• Peristiwa perpindahan muatan ini disebut difusi.
![Page 22: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/22.jpg)
• Elektron yang berdifusi dari tipe-n ke tipe-p meninggalkan sejumlah ND ion donor bermuatan positip di tipe-n, dan berekombinasi dengan hole di tipe-p menyisakan muatan negatip di tipe-p
• Hole yang berdifusi dari tipe-p ke tipe-n meninggalkan sejumlah NA ion akseptor bermuatan negatip di tipe-p, dan berekombinasi dengan elektron di tipe-n menyisakan muatan positip di tipe-n
• Jadi terdapat beda potensial melintasi bahan tersebut, yang melawan difusi elektron dan hole.
![Page 23: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/23.jpg)
Potential barrier• Dalam keadaan setimbang, nilai beda
potensial sambungan (potential barrier):
dengan:VT = tegangan termal = 26mV pada suhu ruangND dan NA = konsentrasi impuritas
ni = konsentrasi intrinsik.
![Page 24: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/24.jpg)
Lapisan pengosongan (Depletion layer)• Pada daerah sambungan tidak
terdapat elektron bebas dan tidak ada hole
• Jadi dalam daerah ini tidak terdapat pembawa muatan bebas, sehingga tidak bisa terjadi konduksi. Lapisan insulator ini disebut lapisan pengosongan (depletion layer).
![Page 25: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/25.jpg)
Lebar lapisan pengosongan• Jika lapisan
pengosongan mempunyai lebar D, maka di sisi tipe-p mempunyai lebar Dp dan Dn di sisi tipe-n
• Dalam keadaan setimbang: Dp.NA = Dn.ND
![Page 26: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/26.jpg)
pn-junction
• Simbol
Depletion layer forms an insulator between the 2 sides
P type
N type
![Page 27: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/27.jpg)
Pn-junction diberi bias mundur (reverse bias)
• Jika terminal + batere dihubungkan ke tipe-n dan terminal negatip ke tipe-p, maka elektron bebas dan hole bebas tertarik ke batere, sehingga lapisan pengosongan menjadi melebar. Jadi sambungan-pn di-bias mundur tidak mengalirkan arus, kecuali arus saturasi balik Is yang disebabkan oleh aliran pembawa muatan minoritas.
![Page 28: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/28.jpg)
pn-junction diberi bias maju (forward biased)
• Jika terminal + batere dihubungkan ke tipe-p dan terminal negatip ke tipe-n, maka elektron bebas dan hole didorong oleh batere melintasi sambungan. Bila tegangan batere lebih besar dibanding tegangan sambungan, maka lapisan pengosongan menjadi tembus dan terjadi konduksi.
![Page 29: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/29.jpg)
Karakteristik dioda• Arus diode:
dengan:Is=arus saturasi
balikK=11.600/=1 untuk Ge, =2
untuk Si, pada arus diode yang relatif kecil. Pada arus yang relatif besar =1 untuk Ge maupun Si.
TK=TC+273
![Page 30: 1 Semiconductors 140228233246 Phpapp01](https://reader036.fdokumen.com/reader036/viewer/2022062309/563dbb77550346aa9aad6c37/html5/thumbnails/30.jpg)
Aplikasi
• Diode• Transistor• Thyristor• IC (Integrated Circuit). Berisi dioda,
transistor, kapasitor dan resistor; semuanya dibuat pada satu potongan silikon
• dll.