Tugas Fisika Zat Padat / 093224006 : Sa’adatud Daroin Page 1

No Pertanyaan Jawaban

1. Apakah bahan semikonduktor itu?

Berikan contoh dan gambarlah

ikatan atom-atomnya !

- Bahan semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan konduktor. Selain itu bahan

semikonduktor disebutsebagai bahan setengah penghantar listrik. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak mudah berubah oleh

pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnit, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif.

- Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah silikon (Si), germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs).

Silikon Semikonduktor Murni Germanium

2 Apakah yang dimaksud dengan

semikonduktor intrinsik? Apa pula

yang dimaksud dengan

semikonduktor ekstrinsik? Berikan

contohnya!

Semikonduktor intrinsic Semikonduktor ekstrinsik

adalah bahan semikonduktor murni (belum diberi

campuran/pengotoran) dimana jumlah electron bebas dan holenya

adalah sama. Konduktivitas semikonduktor intrinsik sangat rendah,

karena terbatasnya jumlah pembawa muatan hole maupun elektron

bebas. Contoh: Silikon Murni, dan Germanium

adalah semikonduktor yang sudah dimasukkan sedikit ketidakmurnian

(doping). Akibat doping ini maka hambatan jenis semikonduktor

mengalami penurunan. Semikonduktor jenis ini terdiri dari dua macam,

yaitu semikonduktor tipe-P (pembawa muatan hole) dan tipe-N

(pembawa muatan elektron).

Contoh :GaAs,

Semikonduktor intrinsik biasanya hanya terdiri dari Ge atau Si saja, sedangkan semikonduktor ekstrinsik gabungan dari dua jenis

bahan atau lebih.

3 Bagaimanakah memperoleh

semikonduktor jenis-n? Berikan

gambarannya!

Semikonduktor tipe-n diperoleh dengan Elektron bebas sebagian besar terjadi karena doping,

dan sebagian kecil lainnya bersama hole Karena generation akibat agitasi termal. Elektron

bebas menjadi pembawa muatan mayoritas dan hole sebagai pembawa muatan minoritas.

Tugas Fisika Zat Padat / 093224006 : Sa’adatud Daroin Page 2

4 Apa yang dimaksud dengan

sambungan p-n?

Sambungan p-n adalah daerah dimana semikonduktor tipe p dan semikonduktor tipe n bertemu atau tersambungkan.Jika suatu semikonduktor

separuh dikotori sehingga menjadisemikonduktor tipe p dan separuhnya lagi dikotori sehingga menjadisemikonduktor tipe n, maka bidang yang

membatasi kedua tipesemikonduktor ini disebut sambungan p-n.

5 Gambarkan sambungan p-n yang

diberi :

a) Tegangan Maju

b) Tegangan mundur

Tegangan maju Tegangan mundur / bias mundur

Apabila tegangan positif baterai dihubungkan ke terminal Anoda (A) dan

negatipnya keterminal katoda (K), maka dioda disebut mendapatkan

biasmaju (foward bias)

Gambar Diode p-n tegangan maju (forward bias): a) Rangkaian dasar dan b) Potensial

penghalang mengalami penurunan.

adalah pemberian tegangan negatif baterai ke terminal anoda (A) dan

tegangan positip ke terminalkatoda (K) dari suatu dioda. Dengan kata

lain, tegangan anodakatoda VA-K adalah negatip (VA-K<0).

Gambar Diode p-n tegangan mundur (reverse bias) a) Rangkaian dasar dan b)

Potensial penghalang meninggi.

6 Berikan kesimpulan sambungan

p-n yang diberi tegangan maju

dan diberi tegangan mundur dan

gambarlah karakteristik I-V nya

Tegangan Maju Tegangan Mundur

Sebagai akibat turunnya potensial penghalang, terjadi aliran arus lubang

dari material tipe-p ke tipe-n, demikian sebaliknya untuk elektron.

Dengan kata lain menurunnya potensial penghalang memberi

Pada kondisi panjar mundur, terjadi aliran arus mundur (Ir) yang sangat

kecil dari pembawa muatan minoritas. Pembawa muatan minoritas hasil

generasi termal di dekat sambungan akan mengalami “drift” searah

Tugas Fisika Zat Padat / 093224006 : Sa’adatud Daroin Page 3

kesempatan pada pembawa muatan untuk mengalir dari daerah

mayoritas ke daerah minoritas. Jika potensial penghalang diturunkan

dengan pemasangan panjar maju eksternal V.

medan listrik. Arus mundur akan mencapai harga jenuh -Io pada harga

panjar mundur yang rendah.

7 Apa yang terjadi apabila

sambungan p-n diberi tegangan

mundur yang terus diperbesar?

Jika tegangan mundur dinaikkan terus (diperbesar), maka pada suatu harga tegangan tertentu terjadi kenaikan arus mundur secara tiba-tiba

Gambar Karakteristik I-V diode p-n

Keadaan ini terjadiakibat adanya efek Zener. Pada patahan Zener (Zener

breakdown),medan listrik pada sambungan akan menjadi cukup besar untuk menarik

elektron dariikatan kovalen secara langsung. Dengan demikian akan terjadi peningkatan

jumlahpasangan lubang-elektron secara tiba-tiba dan menghasilkan kenaikan arus

mundursecara tiba-tiba pula. Efek avalanche terjadi pada tegangan di atas tegangan

patahanZener.Pada tegangan tinggi ini, pembawa muatan memiliki cukup energi

untukmemisahkan elektron dari ikatan kovalen.

Diode yang ideal memperlihatkan tidak adanya hambatan aliran arus saat tegangan

maju dan terdapat hambatan yang besarnya tak terhingga pada teganganmundur.

8 Berikan 3 buah contoh piranti

elektronuka yang menggunakan

bahan semikonduktor !

a. Diode

b. IC (Integrated Circuit)

c. Transistor

9 Apakah kegunaan diode ? Keunggulan diode adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir didalam satu arah (disebut keadaan panjar maju) dan untuk menahan arus

dari arah sebaliknya (disebut keadaan panjar mundur).

Tugas Fisika Zat Padat / 093224006 : Sa’adatud Daroin Page 4

10 Apa beda penyearah setengah

gelombang dan penyearah

gelombang penuh?

Penyearah Setengah gelombang Penyearah gelombang penuh

hanya menggunakan 1 buah diode sebagai komponen utama dalam

menyearahkan gelombang AC. Prinsip kerja dari penyearah setengah

gelombang ini adalah mengambil sisi sinyal positif dari gelombang AC

dari transformator. Pada saat transformator memberikan output sisi

positif dari gelombang AC maka diode dalam keadaan forward bias

sehingga sisi positif dari gelombang AC tersebut dilewatkan dan pada

saat transformator memberikan sinyal sisi negatif gelombang AC maka

dioda dalam posisi reverse bias, sehingga sinyal sisi negatif

teganganAC tersebut ditahan atau tidak dilewatkan.

dapat dibuat dengan 2 macam yaitu, menggunakan 4 diode dan 2 diode.

Saat digunakan sebagai penyearah gelombang penuh, dioda secara

bergantian menyearahkan tegangan AC pada saat siklus positif dan

negatif. Penyearah gelombang penuh ada 2 macam dan

penggunaannya disesuaikan dengan transformator yang dipakai. Untuk

transformator biasa digunakan jembatan dioda (dioda bridge) sementara

untuk transformator CT digunakan 2 dioda saja sebagai penyearahnya.

11 Gambarkan susunan rangkaian

diode sebagai penyearah :

a) Setengah gelombang

b) gelombang penuh

Rangkaian Penyearah Sederhana Rangkaian Penyearah gelombang Penuh

12 Apa yang dimaksud dengan

tegangan Hall ?

Tegangan hall adalah tegangan yang timbul pada plat tungsten yang diukur pada penunjukan measuring amplifier.Seperti yang dijelaskan dalam

permasalahan berikut:

Gambar 1 Efek Hall pada suatu konduktor setelah diberi medan magnet

Bila pelat penghantar diberi medan magnet, seperti gambar 1, yang arahnya tegak lurus arus kearah dalam, maka muatan pada pelat konduktor

akan mengalami gaya Lorentz sebesar. Muatan positif akan mengalami gaya Lorentz ke arah atas seperti gambar 1 (a), maka pada bagian atas

Tugas Fisika Zat Padat / 093224006 : Sa’adatud Daroin Page 5

pelat konduktor seolah-olah akan berjajar muatan positif (kutub positif), sedangkan muatan negatif akanmengalami gaya Lorentz ke arah bawah

seperti gambar 1 (b), maka pada bagian bawah pelat konduktor seolah - olah akan berjajar muatan negatif (kutub negatif). Oleh karena itu akan

timbul medan listrik dan beda potensial pada penghantar. Besarnya beda potensial ini merupakan tegangan Hall (VH) nilai VH ini dapat dinyatakan

dengan VH = IB/nqw

13 Gambarkan tegangan Hall yang

terjadi apabila sebuah

semikonduktor jenis-p dialiri arus

pada arah sumbu-x berada pada

magnet yang arahnya keluar

bidang gambar !

14 Apa yang dimaksud dengan :

a. Arus hanyut (drift)

b. Arus difusi

Arus hanyut (drift) / arus pergeseran Arus difusi

adalah arus yang terjadi karena adanya pergerakan pembawa muatan

minoritasyang melewati sambungan p-n yang arahnya berlawanan

dengan arah pergerakan pembawamuatan mayoritas. Tidak seperti

pembawa muatan mayoritas, konsentrasi pembawa muatan minoritas

tidak tergantung pada tegangan dan temperature

adalah arus yang terjadi karena adanya aliranpembawa muatan

mayoritas pada sambungan p-n.Pembawa sambungan mayoritas terdiri

dari elektron (berada pada pita konduksi) bergerak melewati sambungan

dari tipe-n ke tipe-p dan hole (berada pada pita valensi) bergerak

melewati sambungan dari tipe-p ke tipe-n. Besarnya konsentrasi

pembawa muatan mayoritas yang melewati sambungan p-n

tergantungpada tegangan dan temperatur.

15 Apakah yang dimaksud dengan

mobilitas? Mobilitas adalah besarnya kecepatan drift per satuan energi:

E

Mobilitas didefinisikan berharga positif untuk elektron maupun hole. Meskipun kecepatan driftnya berlawanan. Dengan menuliskan e

atau h

untuk

mobilitas elektron dan hole kita dapat membedakan antara sebagai potensial kimia dan sebagai mobilitas. Dalam semikonduktor intrinsik ideal,

mobilitas ditentukan dengan tumbukan diantara elektron dan fonon.

Tugas Fisika Zat Padat / 093224006 : Sa’adatud Daroin Page 6

16 Apa yang dimaksud dengan waktu

bebas rata-rata?

Waktu bebas rata-rata adalah waktu rata-rata antara dua benturan atau waktu yang dibutuhkan untuk melewati jalur bebas rata-rata.

17 Apakah yang dimaksud dengan

jalur bebas rata-rata?

Elektron-elektron dalam semikonduktor bergerak secara cepat ke seluruh arah. Panas yang timbul karena gerakan masing-masing elektron

disebabkan karena tumbukan dengan kisi-kisi atom, atom-atom pengotor dan beberapa pusat hamburan. Jalur rata-rata antara dua elektron-elektron

yang bertumbukan disebut jalur bebas rata-rata.

18 Berapakah besarnya arus total

yang mengalir dalam

semikonduktor?

Arus difusi yang mengalir adalah sebesar

I = AeV/ηVt (Vt = kT/q)

dimanaVt = 25 mV pada temperatur ruang, η =1 untuk gemanium dan berharga 2untuk silikon. Jadi arus total yang mengalir adalah sebesar

I = -I +AeV/ηVt

19 Tuliskan hubungan konstanta drift

dan konstanta difusi?

qpnJpn

dimana

n dan p = konsentrasi elektron dan lubang (m-3)

pn , = mobilitas elektron dan lubang (m2 V-1 s-1)

qpnpn

konduktivitas (S cm-1)

20 Pada suhu kamar berapakah

besarnya tegangan thermal?

Penambahan energi thermal pada suhu kamar sekitar 300 K

21 Pada p-n junction berpakah

besarnya tegangan built in Vo?

Untuk dioda silikon, built-in potensial adalah sekitar 0,7 V (0,3 V untuk Germanium dan 0,2 V untuk Schottky). Jadi, jika arus eksternal melewati

dioda sekitar 0,7 V akan dikembangkan di seluruh dioda sehingga wilayah P-doped positif sehubungan dengan wilayah N-doped dan dioda dikatakan

"dihidupkan" sebagai bias maju.