MAKALAH IKATAN KIMIA

SEMIKONDUKTOR

A. PENGANTAR.

Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti

dioda, transistor dan sebuah IC (integrated circuit). Disebut semi atau setengah

konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan logam

seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki

susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas. Berikut

sejarah dari tahun-ketahun penemua penting di dalam bidang semi konduktor.

1. 1821, Thomas Seebeck menemukan sifat-sifat semikonduktor PbS

2. 1833, Michael F araday menemukan kebergantungan konduktivitas terhadap

temperatur untuk sebuah kelas material baru Semikonduktor

3. 1873, W. Smith menemukan sensitivitas Se terhadap cahaya

4. 1875, Werner von Siemens menemukan fotometer Selenium

5. 1878, Alexander G raham Bell menggunakan devais ini untuk wireless

telecomunication system

6. 1947, Bardeen, Brattain, Schockley (Nobel Prize in Physcis) menemukan

Bipolar Junction Transistor

7. 1954, Ch apin, Fueller, Pearson mengembangkan solar sel

8. 1958, John Kilby menemukan i ntegrated circuit (IC)

9. 1958, Leo Esaki (Nobel Prize in Physics) menemukan dioda terowongan ( tunnel

diode)

10. 1960, Kahn dan At tal a mendemontrasikan MOS- FET pertama

11. 1962, 3 gr up yang masi ng dikepal ai o l eh Hall, Nathan, and Quist

mendemontrasikan laser semikonduktor

12. 1963, Gunn menemukan osilasi gelombang mikro pada GaAs dan InP (Ridley-

Watkins-Hilsum-Gunn Effect)

13. 1963, Wanlass and Sah memperkenalkan teknologi CMOS.

14. 1963 -Skala MOSFET

Sumber: Peter Singer , Trends in Ion Implantation, Semicondutor Internat ional, 50,

p.59, Augustus ( 1996)

15. Gate poly-Si 0 ,06 mikron d itemukan → sebuah gate dengan kontrol d imensi

kritikal yang sangat baik. ( lih. Semiconductor International , p.18, 1 997).

16. Beyond PENTHIUM: INTEL MERCED CHIP → 21 Maret 1998: Intel

memunculkan mikroporsessor 0,18 mikron 64 Bit baru y ang disebutnya MERCED.

Mikrposessor ini diharapkan mampu memilik kecepatan melebihi 6 00 MHz.

Sebelumnya pada tahun 1997, Intel mengumumkan teknologi 0,25 mikron. Rencana

Intel memperkenalkan teknologi 0 ,13 mikron pada tahun 2000.

B. PENGERTIAN SEMIKONDUKTOR.

Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti

dioda, transistor dan sebuah IC (integrated circuit). Disebut semi atau setengah

konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan logam

seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki

susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga 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 membentuk inti yang disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk

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

ke-29, berada pada orbit paling luar. Orbit terluar ini disebut pita valensi dan elektron

yang berada pada pita ini dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu elektron

dan jaraknya 'jauh' dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan energi

yang sedikit saja elektron terluar ini mudah terlepas dari ikatannya.

Ikatan atom tembaga pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak

atau berpindah- pindah dari satu nucleus ke nucleus lainnya. Jika diberi tegangan

potensial listrik, elektron-elektron tersebut dengan mudah berpindah ke arah potensial

yang sama. Phenomena ini yang dinamakan sebagai arus listrik. Isolator adalah atom

yang memiliki elektron valensi sebanyak 8 buah, dan dibutuhkan energi yang besar untuk

dapat melepaskan elektron-elektron ini. Dapat ditebak, semikonduktor adalah unsur yang

susunan atomnya memiliki elektron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. Tentu saja

yang paling "semikonduktor" adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektron

valensi. Susunan Atom Semikonduktor. Bahan semikonduktor yang banyak dikenal

contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs).

Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen

semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara

mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada

dibumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang

banyak mengandung unsur silikon. Dapatkah anda menghitung jumlah pasir

dipantai.Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4

elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron,

sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion

atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah (0oK), struktur atom silikon

divisualisasikan seperti pada gambar berikut.

Struktur padatan Cu

Struktur Kristal Si

a. Struktur diamond Si

b. Ikatan Tertrahedron

c. Ikakatan tetrahedron 2 dimensi.

Struktur dua dimensi kristal Silikon Ikatan kovalen menyebabkan elektron

tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian,

bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah

untuk menghantarkan listrik. Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas

karena energi panas, sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun

hanya beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk

menjadi konduktor yang baik.

Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu

mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping

dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan

permanen, yang diharapkan akan dapat mengahantarkan listrik. Kenyataanya demikian,

mereka memang iseng sekali dan jenius.Tipe-NMisalnya pada bahan silikon diberi

doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom

memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity

semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Untuk pemahaman yang lebih akan di

bahas sebagai berikut.

C. PEMBAGIAN DAN JENIS-JENIS SEMIKONDUKTOR.

Secara umum semikonduktor dibagi menjadi 2 jenis berdasarkan kemurniannya

yaitu intrinsic (murni) dan eksterinsik (tidak murni). Untuk semikonduktor yang tidak

murni atau sering disebut semikonduktor ekstrinsik dibagi lagi menjadi dua yaiti tipe-n

dan tipe-p. berikut penjelasannya.

a. Semikonduktor Murni (Interiksik).

Silikon dan germanium merupakan dua jenis semikonduktor yang sangat penting

dalam elektronika. Keduanya terletak pada kolom empat dalam tabel periodik dan

mempunyai elektron valensi empat. Struktur kristal silikon dan germanium berbentuk

tetrahedral dengan setiap atom memakai bersama sebuah elektron valensi dengan atom-

atom tetangganya. Gambar 6.1 memperlihatkan bentuk ikatan kovalen dalam dua

dimensi. Pada temperatur mendekati harga nol mutlak, elektron pada kulit terluar terikat

dengan erat sehingga tidak terdapat elektron bebas atau silikon bersifat sebagai insulator.

Energi yang diperlukan mtuk memutus sebuah ikatan kovalen adalah sebesar 1,1 eV untuk

silikon dan 0,7 eV untuk germanium. Pada temperatur ruang (300K), sejumlah elektron

mempunyai energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan dan tereksitasi dari

pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas (gambar 6.2). Besarya energi yang

diperlukan untuk melepaskan elektron dari pita valensi ke pita konduksi ini disebut energi

terlarang (energy gap). Jika sebuah ikatan kovalen terputus, maka akan terjadi

kekosongan atau lubang (hole). Pada daerah dimana terjadi kekosongan akan terdapat

kelebihan muatan positif, dan daerah yang ditempati elektron bebas mempunyai kelebihan

muatan negatif. Kedua muatan inilah yang memberikan kontribusi adanya aliran listrik

pada semikonduktor murni. Jika elektron valensi dari ikatan kovalen yang lain mengisi

lubang tersebut, maka akan terjadi lubang baru di tempat yang lain dan seolah-olah sebuah

muatan positif bergerak dari lubang yang lama ke lubang baru.

Keterangan : a) Struktur kristal silikon memperlihatkan adanya sebuah ikatan kovalen

yang terputus dan b) Diagram pita energi menunjukkan tereksitasinya elektron ke pita

konduksi dan meninggalkan lubang di pita valensi.

Proses aliran muatan ini, yang biasa disebut sebagai “arus drift” dapat

dituliskan sebagai berikut : “ Peristiwa hantaran listrik pada semikonduktor adalah akibat

adanya dua partikel masing-masing bermuatan positif dan negatif yang bergerak dengan

arah yang berlawanan akibat adanya pengaruh medan listrik”

Berikut merupakan perbandingan bahan semikonduktor silicon dengan

germaniu

No Properti Silikon Germanium

1. Energi terlarang/gap (eV) 1,1 0,67

2. Mobilitas electron 0,135 0,39

3. Mobilitas lubang 0,048 0,19

4. Kosentrasi Intrinsik 1,5x1016 2,4x1019

5. Resitivitas Intrinsik 2300 0,46

b. Semikonduktor Ekstrinsik.

Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu

mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping

dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan

permanen, yang diharapkan akan dapat mengahantarkan listrik. Kenyataanya demikian,

mereka memang iseng sekali dan jenius.

Kita dapat memasukkan pengotor berupa atom-atom dari kolom tiga atau lima

dalam tabel periodik (memberi doping) ke dalam silikon atau germanium murni (lihat

gambar 6.3). Elemen semikonduktor beserta atom pengotor yang biasa digunakan

diperlihatkan pada table berikut :

Untuk semikonduktor ekstrinsik ini di bagi lagi menjadi 2 jenis berdasarkan sifat

kelistrikkannya. Apakah cenderung bermutan positif (tipe-p) atau negative (tipe-n).

Berikut penjelasan lebih rincinya :

1. Semikonduktor tipe-n.

Tipe-n pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang

pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan

doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki

kelebihan elektron. Kelebihan elektron membentuk semikonduktor tipe-n.

Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan electron.

Saat sebuah atom pentavalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal,

hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalen lengkap, dan tersisa

sebuah elektron yang tidak berpasangan (lihat gambar 6.3). Dengan adanya energi

thermal yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi elektron bebas dan siap menjadi

pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. Material yang dihasilkan dari proses

pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-n karena menghasilkan pembawa muatan

negatif dari kristal yang netral. Karena atom pengotormemberikan elektron, maka atom

pengotor ini disebut sebagai atom donor. Secara skematik semikonduktor tipe-n

digambarkan seperti terlihat pada gambar berikut.

Keterangan gambar :

a) Struktur Kristal silicon dengan sebuah atom pengotor valensi lima menggantikan

posisi salah satu atom silicon dan b) Struktur pita energi semikonduktor tipe-n,

perhatikan tingkat energi atom donor.

2. Semikonduktor Tipe-p.

Tipe-PKalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan

didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya

adalah bahan trivalen yaitu Atom-atom pengotor (dopan) mempunyai tiga elektron

valensi sehingga secara efektif hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat sebuah

atom trivalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, terbentuk tiga ikatan

kovalen lengkap, dan tersisa sebuah muatan positif dari atom silikon yang tidak

berpasangan (lihat gambar 6.4) yang disebut lubang (hole). Material yang dihasilkan dari

proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-p karena menghasilkan pembawa

muatan negatif pada kristal yang netral. Karena atom pengotor menerima elektron, maka

atom pengotor ini disebut sebagai atom aseptor (acceptor). Secara skematik

semikonduktor tipe-p digambarkan seperti terlihat pada gambar berikut :

Keterangan :

a) Struktur Kristal silicon dengan

sebuah atom pengotor valensi tiga

menggantikan posisi salah satu atom

silicon dan b) Struktur pita energi

semikonduktor tipe-p, perhatikan

tingkat energi atom donor.

D. APLIKASI PENERAPAN SEMIKONDUKTOR.

1. Resistor.

Pada dasarnya semikonduktor sendri memilki sifat menghambat seperti halnya

dengan resistor karbon. Hal ini karena bahan yang di gunakan pada resistor itu sama yaitu

merupakan unsure yang terletak pada golongan 4, resistor yang digunakan biansanya

adalah karbon, sedangkan semi konduktor ini memakai bahan dari Silikon. Tapi

perbedaanya yaitu pada pengaplikasinnya, resistor carbon dapat di gunakan dalam bentuk

yang besar sedangkan semi konduktor Si hanya berpengaruk kecil, karena ukuran dari

semikonduktor itu sendiri.

2. Dioda dan transistor.

Dioda atau transisitor merupakan gabungan dari dua atau lebih jenis

semikonduktor ekstrinsik yaitu tipe-p dan tipe-n. Kedua jenis semikonduktor ini

digabung dengan menggunakan bahn khusus yang dapat melekatkan dan dapat dialiri

oleh electron. Ada dua bahan elektronik yang biasa dipakai yaitu dioda dan transisitor.

Transisitor bipolar ini dibagi lagi menjadi dua jenis yaitu P-N-P dan N-P-N. intuk

penjelasannya akan di bahas lebih lanjut di bawah ini :

a) Dioda jenis P-N atau N-P

Dioda ini di buat dengan menyambungkan dua semi konduktor yang berbeda jenis. Jika

dioda ini diberi tegangan maju (forward bias) maka pada kutup positif akan memiliki

teganagn yang lebih besar dari pada kutub negatifnya, sehingga elektron pada kutub

negatif yang berasal dari kelebihan elektron pendonor akan berjalan mengisi hole pada

kutup negatif. Sehingga arus listrik dapat berjalan.

Jika teganan yang diberikan berupa tegangan balik (reversebias) maka dapat dipahami

tidak ada elektron yang dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, karena tegangan

potensial di sisi N lebih tinggi. Dioda akan hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja,

sehingga dipakai untuk aplikasi rangkaian penyearah (rectifier). Dioda, Zener, LED,

Varactor dan Varistor adalah beberapa komponen semikonduktor sambungan PN yang

dibahas pada kolom khusus.

c. Transistor bipolar.

Pada transistor ini menggunakan 3 semikonduktor yang ditata selang-seling

sehingga penamaanya sesuai penataan bahan semikonduktor. Pada dasarnya Transistor

merupakan dioda dengan dua sambungan (junction). Sambungan itu membentuk

transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-turut disebut emitor,

base dan kolektor. Base selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor.

Transistor ini disebut transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya

tergantung dari perpindahan elektron di kutup negatif mengisi kekurangan elektron (hole)

di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup. Adalah William Schockley pada tahun 1951

yang pertama kali menemukan transistor bipolar.

Transistor NPN dan PNP

Akan dijelaskan kemudian, transistor adalah komponen yang bekerja sebagai

sakelar (switch on/off) dan juga sebagai penguat (amplifier). Transistor bipolar adalah

inovasi yang menggantikan transistor tabung (vacuum tube). Selain dimensi transistor

bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja

pada suhu yang lebih dingin. Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih digunakan

terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun

konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang

digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar.

Prinsip Kerja Transistor.

Transistor ini bekerja mirip dengan dioda. Transistor akan bekerja jika pada

kutup positif memilki tegangan yang lebig besar dari pada kutub negative tetapi karena

kolektor ini lebih positif, aliran elektron bergerak menuju kutup ini. Misalnya tidak ada

kolektor, aliran elektron seluruhnya akan menuju base seperti pada dioda. Tetapi karena

lebar base yang sangat tipis, hanya sebagian elektron yang dapat bergabung dengan hole

yang ada pada base. Sebagian besar akan menembus lapisan base menuju kolektor. Inilah

alasannya mengapa jika dua dioda digabungkan tidak dapat menjadi sebuah transistor,

karena persyaratannya adalah lebar base harus sangat tipis sehingga dapat diterjang oleh

elektron. Untuk memahami lihat skema prinsip kerja transisitor berikut :

a)

b)

Keterangan : a) Arus yang terjadi pada Transistor jenis NPN, dan b) Arus yang terjadi

pada transistor jenis PNP.

Jika misalnya tegangan base-emitor dibalik (reverse bias), maka tidak akan

terjadi aliran elektron dari emitor menuju kolektor. Jika pelan-pelan ‘keran’ base diberi

bias maju (forward bias), elektron mengalir menuju kolektor dan besarnya sebanding

dengan besar arus bias base yang diberikan. Dengan kata lain, arus base mengatur

banyaknya elektron yang mengalir dari emitter menuju kolektor. Ini yang dinamakan efek

penguatan transistor, karena arus base yang kecil menghasilkan arus emitter-collector

yang lebih besar. Istilah amplifier (penguatan) menjadi salah kaprah, karena dengan

penjelasan di atas sebenarnya yang terjadi bukan penguatan, melainkan arus yang lebih

kecil mengontrol aliran arus yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa base

mengatur membuka dan menutup aliran arus emitter-collector (switch on/off).

3. Sel Surya (solar cell).

Sel surya, solar cell, photovoltaic, atau fotovoltaik sejak tahun 1970-an telah

telah mengubah cara pandang kita tentang energi dan memberi jalan baru bagi manusia

untuk memperoleh energi listrik tanpa perlu membakar bahan baker fosil sebagaimana

pada minyak bumi, gas alam atau batu bara, tidak pula dengan menempuh jalan reaksi fisi

nuklir. Sel surya mampu beroperasi dengan baik di hampir seluruh belahan bumi yang

tersinari matahari, sejak dari Maroko hingga Merauke, dari Moskow hingga Johanesburg,

dan dari pegunungan hingga permukaan laut.

Sel surya dapat digunakan tanpa polusi, baik polusi udara maupun suara, dan

di segala cuaca. Sel surya juga telah lama dipakai untuk memberi tenaga bagi semua

satelit yang mengorbit bumi nyaris selama 30 tahun. Sel surya tidak memiliki bagian

yang bergerak, namun mudah dipindahkan sesuai dengan kebutuhan.

Semua keunggulan sel surya di atas disebabkan oleh karakteristik khas sel

surya yang mengubah cahaya matahari menjadi listrik secara langsung. Artikel ini

sengaja ditulis guna menanggapi banyaknya pertanyaan mengenai bagaimana mekanisme

atau prinsip kerja sel surya. Sengaja di sini hanya melibatkan penjelasan kualitatif.

Proses konversi Proses konversi

Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini

dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor.

Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p.

Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan

elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor

jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena

kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam

semkonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana

diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk

meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas

semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor

intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau

hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.

Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk

sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi /

metallurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut.

1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.

2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan

elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan

perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n. Perpindahan

elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan

awal.

3. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang

mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini

akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif..

Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada

pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini

berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.

4. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region)

ditandai dengan huruf W.

5. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan

pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di

jenis semikonduktor yang berbeda.

6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi, maka

timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi negatif,

yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke

semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan

hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas).

7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik setimbang,

yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n

dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p

akibat medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari

smikonduktor n ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke

semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E

mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke

semiikonduktor yang lain.

Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi.

Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas

sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih

tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya

dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p.

Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron

mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n,

daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada

daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole

(electron-hole photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat

cahaya matahari.

Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol

“lambda” sbgn di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn

berada pada bagian sambungan pn yang berbeda pula.

Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang

lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p

yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan panjang

gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n.

Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E,

elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole

yang tertarik ke arah semikonduktor p.

Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka

elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel,

lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul

akibat pergerakan elektron.

Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja sel surya secara umum,

ilustrasi di bawah ini menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya matahari

menjadi energi listrik.

4. IC (Intergrated Circuit).

Jack Kilby, seorang insinyur di Texas Instrument,

mengembangkan sirkuit terintegrasi (IC : integrated circuit) di

tahun 1958. IC mengkombinasikan tiga komponen elektronik

dalam sebuah piringan silikon kecil yang terbuat dari pasir

kuarsa. Para ilmuwan kemudian berhasil memasukkan lebih

banyak komponen-komponen ke dalam suatu chip tunggal

yang disebut semikonduktor.

Integrated Circuit (IC) merupakan komponen semikonduktor yang di

dalamnya dapat memuat puluhan, ratusan atau ribuan atau bahkan lebih komponen dasar

elektronik yang terdiri dari sejumlah komponen resistor, transistor, dioda dan komponen

semikonduktor yang lain. Komponen-komponen yang ada di dalam IC membentuk suatu

subsistem terintegrasi (rangkaian terpadu) yang bekerja untuk suatu keperluan tertentu,

namun tidak tertutup kemungkinan dipergunakan untuk tujuan yang lain.

Setiap jenis IC didesain untuk keperluan khusus sehingga setiap IC akan

memiliki rangkaian internal yang beragam. Untuk mengetahui rangkaian internal,

lingkungan kerja dan tegangan voltase operasi IC maka perlu dibaca datasheet yang

diterbitkan oleh masing-masing produsennya (Philips, ST, Motorola, Sharp, Beckman,

Cirrus Logic, Texas Instrument, dll) baik dalam bentuk media cetak seperti buku ataupun

elektronik (E-Book PDF). Datasheet sangat diperlukan apabila kita akan mendesain

sebuah rangkaian elektronik.

Integrated Circuit diproduksi dengan berbagai kemasan dengan jumlah pin

(kaki) yang bervariasi sesuai dengan fungsinya. Beberapa contoh kemasan IC yaitu DIP,

CERDIP, DIL (dual in line) yang umum digunakan adalah DIP/DIl. Kemasan IC terbuat

dari bahan epoxy atau silikon dan dari bentuk ini muncul pin-pin atau kaki-kaki dengan

jarak kaki yang satu dengan yang lainnya teatur rapi. Sebuah IC mempunyai urutan kaki

nomor 1 sampai dengan sejumlah kaki yang ada. Urutan kaki IC tidak dicantumkan pada

badan IC akan tetapi yang pasti bahwa kaki nomor 1 berdekatan dengan kaki nomor 2,

kaki nomor 2 berdekatan dengan kaki nomor 3 dan seterusnya.

IC dibedakan jenisnya menurut bentuk fisik dan fungsinya.

A. IC Power Amplifier

B. Mempunyai bentuk pipih dan fisiknya lebih besar dari yang lain. Digunakan pada

rangkaian penguat suara (audio amplifier). Daya output IC ini cukup besar, berkisar

antara 15 watt sampai 100 Watt atau bahkan lebih. Contoh tipe IC-nya adalah

STK015, STK 070, STK 105, LA 4440 dan sebagainya.

C. IC Power Adaptor (Regulator)

D. Digunakan sebagai komponen utama pada rangkaian power adaptor pada sub

rangkaian regulator yang berfungsi sebagai penstabil tegangan atau voltase. Contoh

tipe IC-nya adalah LM 317H, 78xx (xx = 05, 06, 07, 08, 09, 12), L200, S 042 P,

LM 723 dan sebagainya.

E. IC Op Amp

F. Digunakan pada rangkaian digital yang berfungsi sebagai op amp atau untuk

keperluan lain. Misalnya op amp audio amplifier, op amp mic, op amp head tape

recorder, termometer digital dan lain-lain. Contoh tipe IC-nya adalah LM 709, LM

741, LM 386, TL 074, TL 083, TL 084 dan sebagainya.

G. IC Silinder

H. IC ini mempunyai bentuk silinder dan banyak digunakan pada rangkaian penguat

pesawat CB(Citizen Band) atau HT (Held Transceived). IC jenis ini mempunyai

tingkat ketahanan dan keawetan lebih lama dari jenis IC penguat yang lain. Contoh

tipe IC-nya adalah µL 914, µA703, µA714 dan sebagainya.

I. IC Flip-Flap (FF) atau Timer (CLK,Clock)

J. IC ini banyak digunakan pada rangkaian pembangkit (multivibrator) untuk memberi

umpan atau sumber detak (oscilator) pada IC digital atau untuk keperluan lain.

Misalnya NE 555 (IC terpopuler dikalangan pelajar) untuk alarm multiguna, signal

injektor, penguji hubungan, saklar sentuh, timer lampu FF, frekuensi meter,

pengacau frekuensi, otak rangkaian power amplifier, regulator pada power adaptor

(dapat berfungsi seperti IC Power Amplifier dan Power Adaptor), pengusir

serangga, organ elektronik dan lain-lain. Contoh tipe IC-nya NE 555, NE 556 (dua

NE 555), M7555 dan sebagainya.

K. IC Digital

L. Dalam IC digital, suatu titik elektronis yang berupa seutas kabel atau kaki IC, akan

mewujudkan salah satu dari dua keadaan logika, yaitu logika '0' (nol, rendah) atau

logika '1' (satu, tinggi). Suatu titik elektronis mewakili satu 'binary digit' atau biasa

disingkat dengan sebutan 'bit'. Binary berarti sistem bilangan 'dua-an', yakni

bilangan yang hanya mengenal dua angka, 0 dan 1.

5. Microprosesor.

Microprocessor adalah alat pemroses data yang merupakan

pengembangan dari teknologi pembuatan Integrated Circuit (IC),

Ada beberapa peristilahan yang dipakai untuk menunjukan

tingkat kepadatan (density) dari suatu chip IC, yaitu Small Scale

Integration (SSI-mengemas beberapa puluh transistor), Medium Scale Integration (MSI-

mengemas sampai beberapa ratus transistor), dan sekarang yang sedang berkembang

adalah Very Large Scale Integration (VLSI-mengemas puluhan ribu sampai jutaan

transistor).

Ultra-Large Scale Integration (ULSI) meningkatkan jumlah tersebut menjadi

jutaan. Kemampuan untuk memasang sedemikian banyak komponen dalam suatu keping

yang berukurang setengah keping uang logam mendorong turunnya harga dan ukuran

komputer. Hal tersebut juga meningkatkan daya kerja, efisiensi dan keterandalan

komputer. Chip Intel 4004 yang dibuat pada tahun 1971 membawa kemajuan pada IC

dengan meletakkan seluruh komponen dari sebuah komputer (central processing unit,

memori, dan kendali input/output) dalam sebuah chip yang sangat kecil. Sebelumnya, IC

dibuat untuk mengerjakan suatu tugas tertentu yang spesifik. Sekarang, sebuah

mikroprosesor dapat diproduksi dan kemudian diprogram untuk memenuhi seluruh

kebutuhan yang diinginkan. Tidak lama kemudian, setiap perangkat rumah tangga

seperti microwave oven, televisi, dn mobil dengan electronic fuel injection dilengkapi

dengan mikroprosesor. Contoh tentang teknologi ULSI, misalnya microprocessor jenis

8086 mengandung 40.000 buah transistor, 80286 terdiri dari 150.000 transistor, 80386

memuat 250.000 transistor, 80486 mempunyai 1,2 juta transistor, 80586 (Pentium) 3 juta

buah transistor lebih sedangkan Intel Core 2 Duo mempunyai 271 juta transistor dan Intel

Quad Core 2 Extreme yang terdiri dari empat inti prosesor. Pengembangan lebih lanjut

microprocessor 80 inti. Silahkan hitung sendiri kandungan transistornya dan itu akan

berkembang secara terus menerus.

DAFTAR PUSTAKA

A.S. Gr ove, Physics and Technol ogy of Semi conductor Devices, ( Wil ey, Singapore

1967)

Aksin, M. 2003. Merakit Sendiri Sirine Infra Merah Alarm Anti Maling. Semarang:

Effhar,

E-Dukasi.Net

Hakim, Rusman. 1994. Menjelajah Sistem Komputer dengan Debug. Jakarta: PT Elex

Media Komputindo,

Hufron.2006. Elektronika untuk SLTP jilid 1, Surakarta: CV. Harapan Baru.

K, Andi Pratomo. 2004. Rangkaian Elektronik Praktis -Kendaraan –Rumah. Jakarta:

Puspa Swara.

Peter Singer , Tr ends in Ion I mplanta- tion, Semicondutor Internat ional, 50, p .59,

Augus- tus ( 1996)

S.M. Sze, Semiconductor De vices, Physic s a nd Te chnology, ( Wiley, Singapore 1985)

S.R. Rio dan M. Iida, Fisika dan Teknologi Sem ikonduktor, ( Pradnya Paramita, Jakarta

1980)

Sudirman, Ivan, dan Wahono, Romi Satria, “Sejarah Komputer”, http: // www.

ilmukomputer. Com

Zuhal, dan Zhanggischan. 2004. Prinsip Dasar Elektronika. Jakarta: PT Gramedia

Pustaka Utama.