APLIKASI SEMIKONDUKTOR PADA

TRANSISTOR DAN DIODA

TUGAS PAPER

BAHAN LISTRIK

OLEH :

PUTU RUSDI ARIAWAN (0804405050)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

JIMBARAN - BALI

2008

PUTU RUSDI ARIAWAN 2

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadapan IDA SANG HYANG WIDHI WASA,

karena berkat rahmat-Nyalah kami dapat menyelesaikan laporan tugas paper bahan

listrik saya dengan judul : APLIKASI SEMIKONDUKTOR PADA

TRANSISTOR DAN DIODA tepat pada waktunya. Adapun tujuan dari penulisan

ini adalah untuk memenuhi tugas mata kuliah Bahan Listrik pada Program Studi

Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.

Paper ini merupakan salah satu sarana mengembangkan ilmu pengetahuan di

bidang elektronika, tepatnya dalam industri elektronika,. Sehingga pembaca dapat

mengetahui, mengerti, memahami dan mengembangkan ilmu pengetahuan yang

didapatkan dari paper ini dalam kehidupannya sehari-hari

Penyajian materi dalam ringkasan ini saya sesuaikan dan usahakan tidak jauh

menyimpang, sebagaimana yang tertulis dalam buku Bahan-Bahan Listrik Untuk

Politeknik karya Drs. Muhaimin serta beberapa sumber online (internet) yang kami

gunakan sebagai referensi, sehingga nantinya melalui paper ini para membaca dapat

lebih mudah memahami isi buku ini dalam pembelajaran Bahan Listrik.

Kami menyadari makalah kami ini masih banyak kekurangan untuk itulah

kritik dan saran dari pembaca yang baik dan budiman sangat kami harapkan., tidak

ada manusia yang sempurna. Akhir kata saya ucapkan terima kasih dan semoga paper

ini bermanfaat bagi kita semua

Denpasar , Mei 2008

Penyusun

PUTU RUSDI ARIAWAN 3

ABSTRAK

Bahan semikonduktor adalah bahan yang dipakai untuk pembuatan komponen

elektronika.Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan

konduktor murni. Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik

yang berada di antara insulator dan konduktor.. Sebuah semikonduktor bersifat

sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur

ruangan besifat sebagai konduktor. Bahan semikonduksi yang sering digunakan

adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide.

Aplikasi bahan semikonduktor pada umumnya digunakan sebagai dioda dan

transistor.Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,

sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi

sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Dioda atau diode adalah sambungan bahan p-n

yang berfungsi terutama sebagai penyearah.

PUTU RUSDI ARIAWAN 4

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang

Belakangan ini penggunaan semikonduktor mempunyai peranan yang sangat

penting di bidang elektronika yang penggunaannya tidak terbatas pada arus lemah

saja. Suatu hal yang penting untuk memahami konduksi elektronik baik pada bahan

konduktor maupun pada semikonduktor adalah susunan pita atom. Pada bahan-bahan

terdapat pita konduksi maupun pita valensi. Pada konduktor kedua pita tersebut saling

menumpuk, pada isolator jarak keduanya cukup jauh. Sedangkan pada semikonduktor

jarak keduanya tidak terlalu jauh dan ini memungkinkan terjadinya tumpang tindih

jika dipengaruhi misalnya: panas, medan magnet, dan tegangan yang cukup tinggi.

Semikonduktor adalah bahan penghantar arus listrik yang terbatas. Bahan ini

bisa menghantarkan dalam jumlah tertentu atau dalam keadaan tertentu. Bahan yang

termasuk jenis ini adalah germanium, silikon dan karbon. Transistor, dioda dan

komponen aktif lainnya biasanya menggunakan germanium atau silikon, sedangkan

untuk perangkat pasif (seperti resistor) menggunakan karbon.

Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah

sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan

menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini disebut dopant.

Doping sejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkan

konduktivitasnya dengan faktor lebih besar dari satu milyar. Dalam sirkuit terpadu

modern, misalnya, polycrystalline silicon didop-berat seringkali digunakan sebagai

pengganti logam.

1.2. Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan suatu permasalahan yaitu

1. Apa saja bahan baku apa saja yang termasuk dalam semikonduktor?

2. Bagaimana proses produksin bahan baku tersebut menjadi semikonduktor?

3. Apa saja sifat-sifat yang terdapat dalam semikonduktor ?

4. Apa saja aplikasi dari bahan semikonduktor tersebut?

PUTU RUSDI ARIAWAN 5

1.3. Tujuan Pembuatan

Penulisan paper atau makalah ini bertujuan untuk agar kita lebih mengetahui

apa itu semikonduktor, bagaimana cara memproduksi semikonduktor, sifat-sifat apa

saja yang terdapat pada semikonduktor, dan bagaimana aplikasi dari bahan

semikonduktor dalam kehidupan kita sehari-hari.

PUTU RUSDI ARIAWAN 6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Bahan semikonduktor merupakan bahan yang dipakai dalam pembuatan

komponen elektronika seperti resistor, dioda, transistor, kapasitor, dan lain

sebagainya. Antara bahan yang satu dengan yang lainnya mempunyai sifat dasar dan

karakteristik yang berbeda. Sebelum mulai mempelajari komponen elektronika

terlebih dahulu akan dipelajari tentang sifat dasar bahan semikonduktor sebagai

berikut.

2.1. TEORI ATOM

Atom adalah partikel yang sangat kecil dan terdiri atas proton, elektron, serta

neutron. Inti atom adalah sebagian besar massa atom dan semua muatan positif

berkumpul pada sebuah titik di tengah-tengah atom. Atom terdiri atas nukleus dengan

elektron-elektron yang bergerak di sekitar nukleus yang menyerupai sistem tata surya.

Nuklesu tersebut bermuatan positif dan merupakan inti atom, yang menjadi pusat

hampir semua massa atom. Inti atom tersebut berisi proton dan neutron, dengan massa

kira0kira 2000 kali massa elektron, sedangkan massa proton sama dengan massa

neutron.

Elektron memiliki sifat tarik menarik dengan proton dan tolak menolak

dengan sesama elektron. Dari dal ini maka timbul konsep muatan listrik. Elektron

bermuatan negatif, proton bermuatan positif, dan neutron tidak bermuatan atau

netral.Menurut Niels Bohr (1913), elektron-elektron dari suatu atom tersusun atas

beberapa kulit atau orbit yang berada pada jarak yang berbeda dari inti atom.

Atom dan lingkaran orbit electron K, L, M, N, O, P, Q adalah kulit atau orbit elektron.

Pada setiap kulit elektron hanya bergerak elektron-elektron dengan jumlah elektron

maksimum. Jumlah elektron maksimum kulit K adalah 2, kulit L adalah 8, kulit M

adalah 18, dst.

PUTU RUSDI ARIAWAN 7

2.2. STRUKTUR ATOM BAHAN SEMIKONDUKTOR

Bahan semikonduktor murni akan menjadi isolator pada suhu mutlak (-

273°C), hal ini dikarenakan elektron valensi terikat erat pada tempatnya. Elektron

valensi adalah elektron-elektron yang terletak di kulit terluar sebuah unsur. Susunan

elektron pada beberapa atom:

NAMA UNSUR LINGKARAN ORBIT JUMLAH ELEKTRON ELEKTRON

VALENSI K L M N O P Q

born 2 3 - - - - - 5 3

alumunium 2 8 3 - - - - 13 3

silikon 2 8 4 - - - - 14 4

fosfor 2 8 5 - - - - 15 5

galium 2 8 18 3 - - - 31 3

germanium 2 8 18 4 - - - 32 4

arsenikum 2 8 18 5 - - - 33 5

indium 2 8 18 18 3 - - 49 3

antimon 2 8 18 18 5 - - 51 5

barium 2 8 18 18 8 2 - 56 2

Silikon dan Germanium adalah bahan semikonduktor yang paling banyak

digunakan dalam pembuatan komponen elektronika. Silikon lebih banyak digunakan

daripada Gemanium karena sifatnya yang lebih stabil pada suhu tinggi.

2.3. SIFAT KONDUKTOR, ISOLATOR, DAN SEMIKONDUKTOR PADA

PEMBUATAN KOMPONEN ELEKTRONIKA

Konduktor adalah bahan yang konduktivitasnya tinggi sehingga dapat

mengalirkan listrik dengan baik. Konduktor sering disebut dengan penghantar karena

dapat menghantarkan arus listrik. Contoh, tembaga, seng, alumunium, baja, dsb.

Isolator adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik karena konduktivitasnya

rendah. Contoh, plastik, kayu kering, karet, kain, dll.

Semikonduktor adalah bahan yang terletak di antara konduktor dan isolator.

Contoh, silikon, germanium, antimon, dll. Sifat bahan, baik konduktor, isolator,

maupun semikonduktor terletak pada struktur jalur atau pita energi atom-atomnya.

Pita energi adalah kelompok tingkat energi elektron dalam kristal. Sifat-sifat

kelistrikan sebuah kristal tergantung pada struktur pita energi dan cara elektron

menempati pita energi tersebut. Pita energi dibedakan menjadi 3, yaitu:

PUTU RUSDI ARIAWAN 8

1. jalur valensi. Penyebab terbentuknya jalur valensi adalah adanya ikatan ato-

atom yang membangun kristal. Pada jalur ini elektron dapat lepas dari ikatan

atomnya jika mendapat energi.

2. jalur konduksi. Jalur konduksi adalah tempat elektron-elektron dapat bergerak

bebas karena pengaruh gaya tarik inti tidak diperhatikan lagi. Dengan

demikian elektron dapat bebas menghantarkan listrik.

3. jalur larangan. Jalur larangan adalah jalur pemisah antara jalur valensi dengan

jalur konduksi.

Yang membedakan apakah bahan itu termasuk konduktor, isolator, atau

semikonduktor adalah energi Gap (Eg). Satuan energi gap adalah elektron volt (eV).

Satu elektron volt adalah energi yang diperlukan sebuah elektron untuk berpindah

pada beda potensial sebesar 1 volt. Satu elektron volt setara dengan 1,60 x 10-19

Joule. Energi gap adalah energi yang diperlukan oleh elektron untuk memecahkan

ikatan kovalen sehingga dapat berpindah jalur dari jalur valensi ke jalur konduksi.

Energi gap germanium pada suhu ruang (300K) adalah 0,72 eV, sedangkan silikon

adalah 1,1 eV. Bahan-bahan semikonduktor dengan energi gap yang rendah biasanya

dipakai sebagai bahan komponen elektronika yang dioperasikan pada suhu kerja yang

rendah pula.

2.4. ARUS PADA SEMIKONDUKTOR

Pada semikonduktor dikenal dua macam arus, yaitu arus drift dan arus difusi.

Arus drif adalah arus yang ditimbulkan oleh mengalirnya muatan-muatan yang

disebabkan oleh perbedaan potensial. Contohnya adalah arus yang terjadi pada bahan

resistif yang dipasang pada suatu tegangan listrik.

Arus difusi adalah arus yang tidak disebabkan oleh adanya perbedaan tegangan,

melainkan akibat gerak random dari pertikel-partikel bermuatan yang disebabkan oleh

energi panas. Contohnya adalah elektron mengalir dari suatu tempat yang padat ke

tempat yang sedikit sampai dicapainya suatu keseimbangan.

PUTU RUSDI ARIAWAN 9

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penulisan

Pembuatan tugas ini dilakukan di tempat tinggal saya yaitu di R.T Gotong

Royong Wantilan II blok 8 no 1, Kuta Denpasar Bali.

3.2 Sumber Data

Data diperoleh melalui literatur-literatur yang berupa konsep dan aplikasi

dari semikonduktor yang dikarang oleh, Budiona Ismail, Silaban Fatur serta sumber

online (Internet).

3.3 Jenis Data

Data yang digunakan dalam menganalisis adalah data sekunder yang berasal dari

kajian pustaka dengan data-data sebagai berikut :

Bahan-bahan listrik untuk Politeknik

Oleh : Drs.Muhaimin

Dasar-dasar elektro teknik

Oleh : Silaban Fatur.

PUTU RUSDI ARIAWAN 10

BAB VI

PEMBAHASAN

4.1 Bahan-bahan Semikonduktor

Bahan baku dari semikonduktor pada umumnya terdiri dari :

Tellurides / Susunan Tellurium

Alloys (MgSb2, ZnSb, Mg2Sn, CaSb,AlSb, GlSb)

Aluminium arsenide

Aluminium gallium arsenide

Boron nitrida

Cadmium sulfida

Cadmium selenide

Berlian

Gallium arsenide

Gallium nitrida

Germanium

Indium phosphide

Silicon

Silicon carbide

Silicon germanium

Zinc sulfida

Zinc selenide

4.2 Proses Produksi Dari Bahan Semikonduktor

Tiga metoda yang berbeda digunakan dalam pembuatan rangkaian

semikonduktor.

1. Teknologi komponen diskrit

Yaitu setiap rangkaian transistor, hambatan dan lain sebagainya adalah komponen

individu. Kontruksi rangkaian dicapai dengan saling menghubungkan berbagai

komponen tersebut yang biasanya menggunakan kawat individu yang dibungkus

untuk membentuk hubungan- hubungan tersebut. Pembuatan komponen diskrit

adalah cara mula-mula dan tradisional yang digunakan dalam kontruksi

rangkaian.

PUTU RUSDI ARIAWAN 11

2. Teknologi monolitik

Yaitu dua golongan kontruksi rangkaian yang diintegrasi.

3. Teknologi Hibrida

adalah sebuah gabungan dari teknologi komponen monolitik dan teknologi diskrit

Teknologi rangkaian yang diintegrasi melibatkan penggunaan alat zat padat,

hambatan dan kapasitor saja, dan teknologi monolitik dicirikan oleh penggunaan

semikonduktor yang sama atau kepingan dan transistor. Khasnya maka rangkaian

yang diintegrasi monolitik baik digunakan pada alat bipolar maupun alat MOS karena

pembuatan pada keping yang sama sering kali tidak mungkin dilakukan. Gambar

berikut melukiskan kontruksi hambatan monolitik dan kapasitor monolitik

Hambatan monolitik dibentuk oleh bahan jenis (n) dengan sentuhan logam yang

berfungsi sebagai terminal Resistor untuk geometri sederhana yang diperlihatkan,

maka resistansi R diberikan oleh :

A

LR

Dimana A= t x W maka persamaan tersebut menjadi

W

L

tR

Sebuah metoda yang lazim untuk menunjukkan nilai resistansi dan luas pada

keping yang ditutupi resistansi tersebut adalah menyatakan R dalam Ohm per kuadrat,

karena t adalah uniform melalui luas hambatan maka kontruksi sebuah hambatan yang

panjangnya dan lebarnya sama akan menghasilkan sebuah nilai R yang sama dengan

Ohm per kuadrat.

Kapasitor pada gambar tersebut adalah kapasitor plat sejajar dimana sentuhan

logam dan lapisan jenis n membentuk plat-plat tersebut SiO2 adalah isolator diantara

plat-plat dan digunakan untuk memperbesar nilai kapasitans yang dapat diperoleh.

Dalam kedua alat tersebut substrat jenis p digunakan sebagai pondasi pada

Hambatan P

Isolator n

Substrat p

SiO2 Sentuhan logam

A B

Hambatan monolitik

n+

n

Substrat p

Plat logam

dan sentuhan

Plat logam ke

pelat n+

SiO2 (dielektrik)

kapasitor monolitik

PUTU RUSDI ARIAWAN 12

komponen-komponen. Sambungan-sambungan p-n yang dibentuk selalu dibiaskan

balik agar komponen tersebut diisolasi dari komponen lain pada keping.

4.3 Sifat-sifat yang Terdapat Dalam Semikonduktor

4.3.1 Sifat Kimia

Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti

dioda, transisitor, dan sebuah IC (Integrated Circuit). Disebut semikonduktor karena

bahan ini bukan konduktor murni bahan-bahan logam seperti tembaga, besi, timah

disebut semikonduktor yang lebih baik sebab logam memliki susunan atom yang

sedemikian rupa, sehinga elektronnya dapat bergerak bebas.

Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+)

dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian

dalam bentuk inti yang disebut nukleus. Diperlukan energi yang sangat besar untuk

dapat melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu elektron

ke-29 berada pada orbit paling luar.

Orbit terluar ini disebut elektron valensi dan elektron yang berada pada pita ini

dinamakan elekron valensi. Karena hanya ada satu elektron dan jaraknya jauh dari

nukleus, ikatannya tidak terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron

ini dapat lepas dari ikatannya.

Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah-pindah

dari satu nukleus ke nukleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-

elektron tersebut dengan mudah berpindah ke arah potensial yang sama.

Isolataor adalah atom yang memeliki valensi sebanyak 8 buah dan dibutuhkan

energi yang besar untuk dapat melepaskan elektron-elektron ini. Sehingga yang

termasuk semikonduktor adalah yang mempunyai elektron valensi antara 1 sampai

dengan 8.

PUTU RUSDI ARIAWAN 13

4.3.2 Sifat Listrik

4.3.2.1 Konduktivitas

Pita-pita energi bahan-bahan semikonduktor seperti silikon dan germanium

mirip seperti isolator yaitu pita konduksinya kosong. Perbedaanya adalah pita

terlarang semikonduktor lebih sempit sehingga untuk memindahkan elektron-elektron

dari pita valensi ke pita konduksi melelui pita terlarang hanya diperlukan energi 1,1

eV untuk silicon dan 0,7 eV untuk Germanium. Karena pita terlarang tidak begitu

lebar maka sejumlah elektron dari pita valensi dapat melompat ke pita konduksi

walaupun pada suhu ruang. Oleh karena itu pada suhu ruang, semikonduktor masih

dapat menghantarkan arus listrik walaupun tidak semudah konduktor.

Dalam kristal semiokonduktor murni, keempat elektron valensi dari sebuah

atom berikatan kovalen dengan empat buah elektron valensi terikat kuat pada atom

dan diperlukan energi cukup besar agar sebuah elektron dapat memutuskan ikatan

kovalennya menjadi ‘elektron bebas’ dan berpindah dari pita valensi ke pita konduksi.

Oleh Karena itu pada suhu rendah, semikonduktor bersifat sebagai isolator.

Berdasarkan cara pembuatannya, semikonduktor terbagi atas dua yaitu

semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik.

Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor murni yang belum dicampur

atau dikotori dengan atom lain. Semikonduktor intrinsik bersifat sebagai isolator

Karena memiliki pita konduksi yang kosong. Semikonduktor ekstrinsik adalah

semikonduktor murni yang diberi tambahan ekstra elektron bebas atau lubang-lubang

yang berasal dari atom asing. Dengan pengertian lain semikonduktor ekstrinsik

diperoleh dengan proses pengotoran (doping) terhadap semikonduktor ekstrinsik.

Tujuan pengotoran adalah untuk meningkatkan konduktivitas semikonduktor. Sebagi

contoh pengotorann kristal. Silicon murni denagn rasio 1:10 juta mengurangi hambat

jenis dari 60 kΩ cm menjadi 2 Ω mm.

4.3.2.2 Tahanan

Tahanan tembaga (Cu) adalah 1,7 μΩ

Tahanan Germanium (Ge) adalah 6,5 μΩ

4.3.3 Sifat Mekanik

Volume resistivity semikonduktor 10 3 sampai dengan 10 8 Ω-cm

PUTU RUSDI ARIAWAN 14

4.4 Aplikasi Semikonduktor

Alat Semikonduktor atau semiconductor devices, adalah sejumlah komponen

elektronik yang menggunakan sifat-sifat materi semikonduktor, yaitu Silikon,

Germanium, dan Gallium Arsenide. Alat-alat semikonduktor zaman sekarang telah

menggantikan alat thermionik (seperti tabung hampa). Alat-alat semikonduktor ini

menggunakan konduksi elektronik dalam bentuk padat (solid state), bukannya bentuk

hampa (vacuum state) atau bentuk gas (gaseous state). Alat-alat semikonduktor dapat

ditemukan dalam bentuk-bentuk dicrete (potongan) seperti transistor, diode, dll, atau

dapat juga ditemukan sebagai bentuk terintegrasi dalam jumlah yang sangat besar

dalam satu keping Silikon yang dinamakan Integrate Circuit (IC).

Bila sebuah semikonduktor murni dan tidak ter-eksitasi oleh sebuah input

seperti medan listrik dia mengijinkan hanya jumlah sangat kecil arus listrik untuk

berada dalam dirinya, dan ia merupakan sebuah isolator. Alasan utama mengapa

semikonduktor begitu berguna adalah konduktivitas semikonduktor yang dapat

dimanipulasi dengan menambahkan ketidakmurnian (doping, dengan pemberian

sebuah medan listrik, dikenai cahaya, atau dengan cara lain). CCD sebagai contoh,

unit utama dalam kamera digital, bergantung pada kenyataan bahwa konduktivitas

semikonduktor meningkat dengan terkenanya sinar. Operasi transistor tergantung

konduktivitas semikonduktor yang dapat ditingkatkan dengan hadirnya sebuah medan

listrik.

Konduksi arus dalam sebuah semikonduktor terjadi melalui elektron yang

dapat bergerak atau bebas dan lubang. Lubang ini, dapat diperlakukan sebagai

muatan-positif yang merupakan lawan dari elektron yang bermuatan-negatif. Untuk

mudahnya penjelasan elektron bebas disebut elektron, tetapi harus dimengerti bahwa

mayoritas elektron dalam benda padat, tidak bebas, tidak menyumbang kepada

konduktivitas.

Bila sebuah kristal semikonduktor murni sempurna, tanpa ketidakmurnian, dan

ditaruh di suhu yang mendekati nol mutlak dengan tanpa eksitasi (yaitu, medan listrik

atau cahaya), dia tidak akan berisi elektron bebas dan tidak ada lubang, dan oleh

karena itu akan menjadi sebuah isolator sempurna. Pada suhu ruangan, eksitasi panas

memproduksi beberapa elektron bebas dan lubang dalam pasangan-pasangan, tetapi

kebanyakan semikonduktor pada suhu ruangan adalah isolator.

Dengan mengkombinasikan bahan semikonduktor tipe P dan tipe N dengan

berbagai cara, maka akan diperoleh peralatan semikonduktor yang dipergunakan

PUTU RUSDI ARIAWAN 15

dalam elektronika modern. Peralatan semikonduktor tersebut antara lain Transistor,

Diode, Diac, Triac dan sebagainya.

4.4.1 Transistor

Transistor merupakan pengkombinasian dari bahan semikondoktor. Ada

beberapa jenis transistor, antara lain :

1. Junction Transistor

Junction transistor merupakan kombinasi tiga lapis semikonduktor tidak

murni dari tipe P dan tipe N. Ada dua jenis junction transistor yaitu:

a. Transistor P-N-P

b. transistor N-P-N.

Ada tiga tipe pengkombinasian kedua tipe semikondutor yaitu:

Alloy Junction Ground Junction

Mesa dan Planner Transistor

Gambar 4.1 Jenis Junction Transistor

Ada beberapa keunggulan dari penggunaan transistor dibanding dengan

penggunaan tabung vakum udara, antara lain:

a. Ukurannya kecil

b. Pemakaian dyanya kecil (power consumption)

c. Lebih murah dan lebih realiable (dapat dipercaya)

2. Transistor Tanpa Bias

Pada gambar 3.4 a menunjukkan majority carrier sebelum bergerak melewati

junction. Elekton bebas berdifusi melewati junction yang mana menghasilkan dua

P N N

E B

C

P N P

E B

C

N N P

E B C

PUTU RUSDI ARIAWAN 16

lapisan penggosongan (gambar 3.4.b). Untuk setiap lapisan penggosongan ini

potensial barriernya sebesar kira-kira 0.7 V (untuk silikon) pada suhu 25º C (untuk

transistor germanium 0.3 V).

Ada tiga daerah yang mempunyai level doping yang berbeda, lapisan

penggosongan tidak mempunyai lebar yang sama, makin banyak suatu daerah di-dop,

makin besar konsentrasi ion dekat junction.

E B C

- - - - - -

- - - - - -

- - - - - -

- - - - - --

+ + +

+ + +

+ + +

+ + +

- - - - - -

- - - - -- -

- - -- - - -

- - - - -- -

N P N

(a)

E B C

- - - - - +

- - - - - +

- - - - - +

- - - - - +

- + + -

- + + -

- + + -

- + + -

+ - - - - -

+ - - - -

+ - - - - -

+ - - - - -

(b)

Gambar 4.2 Lapisan Penggosongan

3. Transistor dengan Bias Forward-Reverse

a. Prinsip Kerja

Pada gambar 3.5 menunjukkan bahwa diode emitter dibias forward dengan

diode kolektor dibias reserve. Kondisi ini disebut Transistor Bias Forward-Reserve

(FR).

Kita mengharapkan memperoleh arus emitter yang besar karena diode emitter

dibias forward, dan kita tidak mengharapkan arus kolektor yang besar karena diode

kolektor dibias reserve, tetapi dalam kenyataannya lain, malah kita memperolah arus

kolektor yang besar.

PUTU RUSDI ARIAWAN 17

-

+VEB

VCBSedikit e

Banyak e Banyak e

-

+

E

B

C

PN N

Gambar 4.3 Cara kerja Transistor Bias Forward-Reserve

Pada saat awal bias forward diberikan pada diode emitter, elektron-elektron

dalam emitter belum memasuki basis. Jik kemudian VEB naik lebih besar daripada

potensial barrier (> 0.7 Volt), maka banyak elektron-elektron emitter memasuki

daerah basis.

Elektron-elektron ini dalam basis dapat mengalir dalam dua arah, yang pertama

kearah bawah basis yang tipis menuju basis dan kedua kearah junction kolektor

menuju ke dalam daerah kolektor.

Elektron yang mengalir ke bawah melalui daerah basis, mereka akan jatuh ke

dalam hole-hole dan mengalami proses rekombinasi dengan hole basis, selanjutnya

mengalir ke dalam kawat basis luar. Arus ini desebut arus rekombinasi dan arus ini

kecil sekali. Hmpir kurang dari 5% arus yang diinjeksikan emitter akan mengalir ke

bawah basis.

Sedangkan arus emitter yang menuju ke arah kolektor, bias forward akan

memaksa elektron emitter masuk ke daerah basis yang tipis terus menuju ke daerah

penggosongan kolektor. Selanjutnya medan lapisan penggosongan kolektor akan

mendorong arus elektron ke dalam daerah kolektor. Elektron ini akan melewati daerah

kolektor terus menuju ke kawat kolektor. Hampir lebih dari 95% arus diinjeksikan

emitter akan mengalir ke kolektor.

Dari uraian diatas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1) Bias forward pada diode emitter akan mengandalkan jumlah elektron yang

diinjeksi ke dalam basis. Makin besar potensial VEB, makin banyak elektron

yang diinjeksi.

2) Bias reserve pada diode kolektor mempunyai pengaruh yang kecil terhadap

banyaknya elektron yang memasuki kolektor. Dengan menaikkan VCB tidak

akan banyak pengaruhnya terhadap jumlah elektron yang sampai pada lapisan

penggosongan kolektor.

PUTU RUSDI ARIAWAN 18

b. Simbol Transistor

Gambar 4.4 Simbol-simbol Transistor

Dari gambar tersebut menunjukkan simbol-simbol transistor NPN dan PNP.

Emitter mempunyai tanda panah, sedangkan kolektor tidak. Satu hal yang perlu

diingat, bahwa tanda panah pada emitter menunjukkan arah arus konvensional emitter

(arah arus konvensional berlawanan dengan arah arus elektron).

Selain penggunaan transistor seperti diatas, transistor juga dapat digunakan

sebagai rangkaian penguat. Bila suatu transistor akan digunakan sebagai penguat

sinyal arus/tegangan, maka pada outputnya diberi tahanan beban (RL) dan pada

inputnya dimasukkan sinyal yang akan dikuatkan. Sinyal input umumnya merupakn

tegangan atau arus bolak-balik dan sebelum sinyal memasuki transistor biasanya

dipasang suatu kondensator yang berfungsi untuk melakukan sinyal dan

mencegah/memblokir tegangan searah (DC).

Demikian pula pada bagian outputnya, tahanan beban akan digandeng dengan

suatu kondensator ke bagian selanjutnya dengan alasan yang sama.

Ada tiga macam dasar rangkaian penguat, yaitu:

a. Common Base Amplifier

b. Common Emitter Amplifier

c. Common Collector Amplifier

B

C

E

Jenis PNP Jenis NPN

B

C

E

Vs

IE

IC

RS

VBB

+

-

-

+VCC

RL

VBE

VCB

Common Base Amplifier

Common Emitter Amplifier

Vs

IC

IB

VEB

VCE

IE

VCC

VBB+

--

+

RL

RS

PUTU RUSDI ARIAWAN 19

Gambar 4.5 Jenis rangkaian penguat

Untuk mengetahui gejala-gejala yang timbul di dalam rangkaian penguat terdapat

karakteristik-karakteristik dari transistor. Karakteristik itu biasanya diberikan oleh

pabrik pembuat transistor tersebut, yaitu:

a. Karakteristik input, yaitu karakteristik yang menggambarkan hubungan antara

arus input dengan tegangan input dengan suatu unsur output tertentu.

b. Karakteristik output, yaitu karakteristik yang menggambarkan hubungan

antara arus output dengan tegangan output pada suatu unsur input tertentu.

c. Karakteristik gabungan antara karakteristik input dengan karakteristik output.

Common Collector Amplifier

Vs

IE

IB

VEB

VCB

IC

RS

RL

VBB

VCC-

++

-

PUTU RUSDI ARIAWAN 20

4.4.2 Diode

Pada suhu ruangan, suatu semikonduktor tipe P mempunyai pembawa muatan

sebagian besar berupa hole-hole sebagai hasil pemasukan tak-murnian, dan sebagian

kecil berupa elektron-elektron bebas yang dihasilkan oleh energi thermal. Dipihak

lain, dalam semikonduktor tipe N pembawa muatan sebagian besar berupa elektron-

elektron bebas dan hanya mengandung sebagian kecil hole-hole. Jika kedua tipe

semikonduktor tersebut digunakan secara terpisah, masing-masing tipe tidak lebih

dari suatu penghambat (resistor) karbon. Akan tetapi apabila kedua tipe tersebut

dihubungkan, maka hasilnya berupa suatu penghantar satu arah. Dan apabila kedua

tipe tersebut digabungan maka akan menghasilkan sesuatu yang disebut Diode yang

merupakan singkatan dari di yang berarti dua dan ode yang artinya elektrode Maka

arti dari diode adalah suatu piranti dua elektrode yang dapat mengalir arus pada arah

tertentu. Adapun simbol dari diode itu sendiri yakni :

A K

Ada beberapa tipe diode:

1. Tipe diode P-N dengan forward bias (pra-tegangan maju)

Gambar 4.6 Type Dioda P-N dengan Forward bias (pra-tegangan maju)

Prinsip kerjanya yakni diode P-N disambungkan dengan baterai yang bersifat

variable, dimana potensial positif dihubungkan ke tipe P dan potensial negatif

Simbol Dioda

+ -

P N

+

-

+ +

-

+

-

+

-

- - - - -

+ + + +

- - - - -

+ + + +

- - - - -

+ + + +

+

-

+ +

-

+

-

+

-

+

-

+ +

-

+

-

+

-

VT

+ -

PUTU RUSDI ARIAWAN 21

dihubungkan dengan tipe N. Diumpamakan bahwa kontak-kontak A dan B adalah

baik dan ideal, tanpa ada potensial kontak.

Kita anggap potensial awal baterai adalah 0 volt, bila suatu elektron bebas dari

tipe N ingin memasuki daerah barrier, elektron ini menghadapi tembok ion-ion

negatif yang akan menolaknya kembali ke daerah N semula. Pada awalnya, tembok

ion-ion negatif itu masih rendah (tipis) dan elektron-elektron bebas dari tipe N yang

mempunyai energi yang cukup besar masih mampu menerobos dan mengatasi tembok

tersebut. Namun hasil penerobosan ini akan menghasilkan pembentukan tembok ion-

ion negatif yang baru, yang akibatnya tembok ion-ion negatif makin tinggi (tebal),

sehingga energi elektron-elektron bebas ini tidak lagi cukup untuk mengatasi tolakan

ion-ion negaitf tersebut.

Apabila potensial baterai secara perlahan-lahan dinaikkan hingga

mencapai potensial 0.7 V, maka elektron-elektron pada sisi N dekat persambungan

akan memperoleh energi yang cukup besar untuk memasuki sisi P. Selanjutnya

apabila potensial baterai tersebut dinaikkan kembali, maka kedua sisi kristal P dan N

akan ada madan listrik yang akan mendorong hole-hole dari sisi P akan melewati

persambungan dari kiri ke kanan dan elektron-elektron bebas dari sisi N akan

melawati persambungan dari kanan ke kiri.

Apabila potensial baterai diperbasar terus, maka suatu saat diode akan hangus,

sebab arus yang mengalir terlampau besar.

Selain daripada itu terdapat pula pengaliran arus karena penyusupan minority

carriers yang disebabkan adanya suhu. Arus listrik yang disebabkan penyusupan

minority carriers dinamakan arus diffusi, sedangkan arus karena adanya tekanan dari

medan listrik yaitu arus karena majority carriers dinamakan arus hantaran (drift

current atau conduction current).

Jadi melalui persambungan terjadi pengaliran arus dengan mudah yang terdiri

dari:

1. Majority carriers negatif dari kanan ke kiri

2. Majority carriers positif/hole dari kiri ke kanan

3. Minority carriers positif dan negatif baik ke kanan maupun ke kiri

Karena pengaliran arus di dalam forward bias ini dapat dilakukan dengan

mudah, maka tahanan dari batang ini (tipe P dan tipe N) dalah kecil.

PUTU RUSDI ARIAWAN 22

2. Tipe diode P-N dengan Reversed bias (pra-tegangan balik)

Gambar 4.7 Type Dioda P-N dengan Reserved bias (pra-tegangan balik)

Seandainya potensial dari baterai dibuat sedemikian rupa sehingga tipe P

mendapat potensial negatif dan tipe N mendapat potensial positif, maka majority

carriers pada masing-masing tipe akan ditarik oleh potensial baterai, yaitu elektron-

elektron bebas bergerak ke kanan dan hole-hole bergerak ke kiri meninggalkan

batang.

Apabila ada kemungkinan arus IR mengalir maka arus ini semata-mata terdiri

dari arus diffuse, jadi kecil sekali, sehingga batang dengan reversed bias hampir

mengalirkan arus yang tidak ada artinya, umumnya berjumlah beberapa mikro-ampere

saja atau dapat dikatakan tahanan batang besar. Arus ini dinamakan arus jenuh atau

saturation current.

Apabila potensial reversed bias makin lama makin besar sehingga melampoi

breakdown voltage, maka arus IR menjadi besar sekali mencapai tingkatan tertentu

yang disebut Zener Level.

Dengan adanya perilaku diode baik forward maupun reversed bias yang

demikian, maka diode dapat dipakai sebagai penyearah arus bolak-balik.

Selain tipe diode diatas, ada juga beberapa macam diode lainnya :

a. Zener Diode

Simbol :

Karakeristik : Mulai dari arus > I3 zener diode akan memberikan tegangan yang

konstan yaitu sebesar VZ.

Gambar:

A K

+ -

+

-

+ +

-

+

-

+

-

- - - - -

+ + + +

- - - - -

+ + + +

- - - - -

+ + + +

+

-

+ +

-

+

-

+

-

+

-

+ +

-

+

-

+

-

VT

- +

P N

PUTU RUSDI ARIAWAN 23

Fungsi : 1. Stabilisator tegangan

2. Sebagai clipper pada sirkit pulsa

b. Light Emitting Diode (LED)

Simbol :

Karakeristik : Diode dibuat dari bahan Gallium Arsenit. Bila diode tersebut dialiri

arus, maka LED akan menyala. Makin besar yang dialirkan, maka cahaya yang

dipancarkan oleh LED makin terang.

Gambar :

Fungsi : 1. Display (perangkat/permainan)

2. Switching Circuit

c. Thermionic Diode

Simbol :

Karakeristik : Diode ini mempunyai slave yang lebih linier dan mempunyai swing

yang lebih besar.

Gambar

Fungsi : 1. Pulse Circuit

2. Switching Circuit

Adapun karakteristik dari diode itu sendiri yakni mudah mengalirkan arus

apabila tipe P-nya diberi potensial positif dan boleh dikatakan hampir tidak dapat

mengalirkan arus apabila tipe P-nya diberi potensial negatif. Dan disamping

digambarkan simbol dari diode tersebut dengan arah panah adalah sebagai arah

pengaliran arus yang mudah. Jadi apabila diode diletakkan pada tegangan bolak-balik

arus hanya dapat mengalir selama setengah periode saja.

A K

A K

PUTU RUSDI ARIAWAN 24

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di

antara isolator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator

pada suhu yang sangat rendah, pada suhu ruangan besifat sebagai konduktor.

2. Bahan baku dari semikonduktor pada umumnya adalah :

3. Tellurides / Susunan Tellurium, Alloys (MgSb2, ZnSb, Mg2Sn, CaSb,AlSb,

GlSb), Aluminium arsenide, Aluminium gallium arsenide, Boron nitrida,

Cadmium sulfida, Cadmium selenide, Berlian , Gallium arsenide, Gallium nitrida,

Germanium, Indium phosphide, Silicon, Silicon carbide, Silicon germanium,

Zinc sulfida, Zinc selenide.

4. Proses pembuatannya dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu : Teknologi

komponen diskrit , Teknologi Hibrida, dan Teknologi monolitik.

5. Semikonduktor merupakan bahan bukan konduktor murni bahan-bahan logam

seperti tembaga, besi, timah disebut semikonduktor yang lebih baik sebab logam

memliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehinga elektronnya dapat bergerak

bebas.

6. Aplikasi bahan semikonduktor pada umumnya digunakan sebagai dioda dan

transistor.

PUTU RUSDI ARIAWAN 25

DAFTAR PUSTAKA

Muhaimin, 1993, Bahan-Bahan Listrik Untuk Politeknik. Jakarta:Pradnya Paramita

Silaban Fantur, 1981, Dasar-dasar elektro teknik edisi ke-5. Jakarta:Erlangga

http://ariefcute.blogspot.com/2008/05/sifat-dasar-bahan-semikonduktor-bahan.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Alat_semikonduktor

http://id.wikipedia.org/wiki/Semikonduktor

PUTU RUSDI ARIAWAN 26

BIODATA PENULIS

Nama : Putu Rusdi Ariawan

TTL : Denpasar. 19 April 1990

Agama : Hindu

Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana

Email : turusdi.info@gmail.com

www.facebook.com/turusdi