M A K A L A H \

STRUKTUR DIODA SEMIKONDUKTOR

--.--

iLiH ::ERPUSTAKAAN IKlF PAOANG i

2 2 - 2 - j'J- i -- ---.

& ; J I I - -. _. .- . - . _ __ . _ i

1Ccc J -. - . .-- !

; ,& lKIE?l, SR! -.-wLL4f:.qIZl-.. ( 1 !!~~FIKCSI S37. ~ Z Z

Oleh: . --..----

Drs. HENDQI Dosen PT. Elektro FPTK IKIP Padang

Disampaikan Pada Lokakarya F i s i k a T e k n i k Dosen-dosen F i s i k n FPTK IKIP Padang

Pada T a n a g a l 25 J n n u n r i s . d 30 J n n u n r i 1993 d i FPTK IKIP Pudnng

- - - - - -

FAKULTAS PENDlDlKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN

INSTITUT KEGURUAN DAN ILMU PENDlDlKAN PADANG

1993

- STRUKTUR DIODA SEMIKONDUKTOR

L PENDAHULUAN

S e s u a i d e n g a n p e r k e m b a n g a n d a n k e m a j u a n t e k n o l o g i

e l e k t r o n i k a , p a r a a h l i t e l a h menemukan s u a t u a l a t

p e n y e a r a h a r u s l i s t r i k y a i t u d i o d a s e m i k o n d u k t o r . P e n g g u n a a n d i o d a s e m i k o n d u k t o r i n i l e b i h p r a k t i s j i k a

d i b a n d i n g k a n d e n g a n a l a t p e n y e a r a h t a b u n g vacum d i o d a .

S e b a g a i b a h a n pokok d a r i d i o d a s e m i k o n d u k t o r i n i

a d a l a h b a h a n s e m i k o n d u k t o r s e p e r t i g e r m a n i u m ( G e ) a t a u

s i l i k o n ( S i ) . Mesk ipun b a n y a k b a h a n s e m i k o n d u k t o r

l a i n n y a y a n g t e l a h d i t e m u k a n , namun b a h a n t e r s e b u t

k u r a n g p r a . k t i s d i g u n a k a n p a d a a l a t - a l a t e l e k t r o n i k a .

S e m i k o n d u k t o r a d a l a h s u a t u b a h a n y a n g l e b i h s u k a r

m e l e w a t k a n a r u s l i s t r i k j i k a d i b a n d i n g k a n d e l i g a n b a h a n

k o n d u k t o r , t e t a p i l e b i h mudah j i k a d i b a n d i n g k a n deng3.n

b a h a n i s o l a t o r .

S e l a n j u t n y a k i t a a k a n membahas s eca ra t e r p e r i n c i

s t r u k t u r k r i s t a l s e m i k o n d u k t o r m u r n i d a n s e m i k o n d u k t o r

c a m p u r a n , p r i n s i p k e r j a d i o d a s e m i k o n d u k t o r , d a n

b e b e r a p a r a n g k a i a n p e n y e a r a h a r u s l i s t r i k y a n g

menggunakan d i o d a s e m i k o n d u k t o r .

11. SEMIKONDUKTOR

A. Struktur Kristal Semikonduktor M u r n i

S e m i k o n d u k t o r a d a l a h s u a t u b a h a n y a n g t a h a n a n

j e n i s n y a mempunyai h a r g a d i a n t a r a k o n d u k t o r d a n

i s o l a t o r , y a i t u a n t a r a la-' ohm cm sa.mpa.i l@-6 ohm cm

Dalam s i s tem b e r k a l a u n s u r - u n s u r k i m i a p a d a g o l o n g a n

I V k e b a n y a k a n b e r s i f a t s e m i k o n d u k t o r , d i a n t a r a n y a

y a n g t e r p e n t i n g a d a l a h s i l i k o n d a n g e r m a n i u m . Bahan

s e m i k o n d u k t o r i n i rnempunyai 4 e l e k t r o n v a l e n s i .

Atom-atom t e r s u s u n s e b a g a i t e t r a . h e d r a 1 ( s u s u n a n

k r i s t a l i n t a n ) o l e h a d a n y a i k a t a n v a l e n s i y a n g

memungkinkan u n t u k b e r i k a t a n d e n g a n e l e k t r o n d a r i

a t o m l a i n n y a .

B i l a b a h a n s e m i k o n d u k t o r i n i d i m a m p a t k a n maka

t e r j a d i l a h p e m b e n t u k a n s t r u k t u r k r i s t a l y a n g d i

d a l a m n y a t e r d a p a t a t o m - a t o m y a n g b e r j a r a k sarna, 3

d i m a n a s e t i a p cm k r i s t a l n y a m e n g a n d u n g 4,52.10'~

a t o m ( P o l l i n g , 1951) . Bahan i n i d i n a m a k a n

s e m i k o n d u k t o r i n t r i r ~ s i k ( m u r n i ) , j i k a k e a d a a n n y a

d i t i n j a u secara k i m i a a d a l a h m u r n i d a n p a d a n y a t i d a k

t e r d a p a t k e r u s a k a . n s u s u n a n k r i s t a l n y a .

S u s u n a n k r i s t a l t e t r a h e d r a l a g a k s u k a r

d i b a y a n g k a n , namun k a l a u k i t a p e r h a t i k a n t i a p - t i a p

a t o m n y a t e r i k a t o l e h 4 i k a t a n k o v a l e n d e n g a n 4 a t o m

y a n g t e r d e k a t . O l e h s e b a b i t u u n t u k m e n d a p a t k a n

g a m b a r a n y a n g j e l a s t e n t a n g i k a t a n k o v a l e n s e r t a

m e k a n i s m e h a n t a r a n l i s t r i k y a n g t e r j a d i d a l a m b a h a n

s e m i k o n d u k t o r , b i a s a n y a d i p e r g u n a k a n g a n b a r d u a

d i m e n s i d a r i s u s u n a n k r i s t a l n y a , s e p e r t i p a d a g b 1.

ikatan el'ektron kovalent u a l e n s i

atom

Sil ikon

\ - -

Gambar 1 . S u s u n a n k r i s t a l s e m i k o n d u k t o r

a . Susunar i k r i s t a l t e t r a h e d r a l 0 b . GaniGar d u a d i m e n s i pa .da s u h l ~ 0 C

L i n g k a r a n d e n g a n t a n d a +4 d i d a l a n n y a r n e l u k i s k a n

i o n - i o n s i l i k o n a t a u g e r m a n i u m , y a i t u i n t i - i n t i a t o m

b e s e r t a e l e k t r o n - e l e k t r o n n y a , k e c u a l i 4 e l e k t r o n

v a l e n s i n y a ( e l e k t r o n y a n g b e r a d a p a d a o r b i t t e r l u a r ) .

I k a t a n k o v a l e n d i l u k i s k a n d e n g a n d u a g a r is l e n g k u n g

p u t u s - p u t u s d e n g a n d u a e l e k t r o n v a l e n s i d i d a l a m n y a .

E l e k t r o n - e l e k t r o n d i d a l a m i k a t a n k o v a l e n i n i d a p a t

d i l e p a s k a n d a r i i k a t a n n y a d e n g a n m e m b e r i k a n s e j u m l a h

e n e r g i t e r t e n t u .

B. Tel- jadinya Elektron B e b a s A k i b a t Penyaruh Panas

P a d a k r i s t a l s e m i k o n d u k t o r m u r n i s e t i a p e l e k t r o n

m e r u p a k a n b a g i a n d a r i i k a t a n k o v a l e n , s e h i n g g a t i d a k

mempunyai s i f a t - s i f a t p e n g h a n t a r l i s t r i k , k a r e n a

t i d a k mempunyai pembawa m u a t a n l i s t r i k ( e l e k t r o n

b e b a s ) . K r i s t a l - k r i s t a l i t u a k a n mempunyai d a y a

h a n t a r , a p a b i l a b e b e r a p a d a r i e l e k t r o n i t u t e r l e p a s

d a r i i k a t a n k o v a l e n n y a . P e l e p a s a n e l e k t r o n t e r s e b u t

mernerlukan e n e r g i , u n t u k g e r m a n i u m e n e r g i y a n g

d i p e r l u k a n s e b e s a r 0,75 e l e k t r o n v o l t d a n u n t u k

s i l i k o n s e b e s a r 1,12 e l e k t r o n v o l t ( D e w a r d , 1 9 6 6 ) .

P a d a s u h u t e r t e n t u m i s a l n y a s u h u r u a n g a n ( 3 0 0 ' ~ )

a k a n t e r j a d i g e r a k a n s i m p a n g s i u r d a r i e l e k t r o n p a d a

j a r i n g a n k r i s t a l y a n g n d i s e b a b k a n o l e h e n e r g i p a n a s ,

a k i b a t n y a a d a e l e k t r o n t e r l e p a s d a r i i k a t a n k o v a l e n

d a n m e n j a d i e l e k t r o n b e b a s . E l e k t r o n b e b a s i n i t i d a k

a k a n t e r t a r i k a t a u t e r t o l a k o l e h e l e k t r o n d a n i n t i

d a r i k r i s t a l . J i k a d i b e r i k a n s u a t u medan l i s t r i k ' d a r i l u a r , t e r h a d a p g e r a k a n e l e k t r o n b e b a s i t u a k a n

t e r b e n t u k s u a t u g e r a k a n t e t a p k e a r a h e l e k t r o d a

p o s i t i f d a n m e n g a k i b a t k a n a r u s l i s t r i k d i b a w a o l e h

e l e k t r o n , d a n e l e k t r o n t e r s e b u t d i n a r n a k a n pembawa

a r u s . P a d a gb 2 d a p a t d i l i h a t t e r b e n t u k n y a e l e k t r o n

b e b a s a k i b a . t e n e r g i p a n a s , u n t u k k r i s t a l s i l i k o n a t a u

g e r r n a n i u r ~ .

' I * I I I

. . elek I ' I .

I ' r I h o l e

- - - 1 I I 'a ' I

0 1 I .

tron bebcs

( lubacg)

Ga.mbar 2 . E l e k t r o n b e b a s a k i b a t p e n g a r u h p a n a s

d i d a l a m k r i s t a l s i l i k o n a t a u g e r m a n i u m

Tempat k o s o n g y a n g d i t i n g g a l k a n o l e h e l e k t r o n d i

d a l a m s u s u n a n k r i s t a l , a k i b a t e l e k t r o n n e l e p a s k a n

d i r i d a r i i k a t a n k o v a l e n n y a d i s e b u t h o l e a t a u l u b a n g

( Y o h a n n e s , l 9 7 5 ) . K a r e n a e l e k t r o n - e l e k t r o n d i d a l a m

k r i s t a l s e l a l u b e r u s a h a menyusun d i r i k e m b a l i d i

d a l a m p a s a n g a n k o v a l e n , maka e l e k t r o n t u n g g a l y a n g

t e t a p p a d a a t o m n y a b e r u s a h a u n t u k b e r p a s a n g a n k e u l b a l i

d e n g a n e l e k t r o n t a r u . Hal i n i d i 1 a k u k a . n d e n g a n c a r a

mena . r ik e l e k t r o n l a i n d a r i p a s a n g a n t e r d e k a t b i l a . p e n g a r u h p a n a s d a r i j a r i n g a n k r i s t a l b e r u l a n g - u l a n g n

m e n g e l u a r k a n e l e k t r o n u n t u k s u a t u u s a h a p e m i n d a h a n .

J a d i r u a n g a n y a n g n d i t i n g g a l k a n e l e k t r o n s e o l a h - o l a h

mempunyai d a y a t a r i k t e r h a d a p e l e k t r o n y a n g m u a t a n n y a

n e g a t i f , maka r u a n g y a n g d i s e b u t h o l e d i a n g g a p

mempunyai m u a t a n p o s i t i f . J a d i h o l e a d a l ~ h h a s i l

n u a t a n p o s i t i f k a r e n a p e m i n d a h a n e l e k t r o n d a r i i k a t a n

k o v a - l e n , d a n p e r a n a r i n y a s ama d e n g a n p e r a n a n e l e k t r o n

dima.na m u a t a n n e g a . t i f n y a d i g a n t i c l e n g a n p o s i t i f .

C. P e r n b e n t u k a n S e m i k o n d u k t o r I m p u r i ti

P a d a s e m i k o n d u k t o r i n t r i n s i k , j u m l a h e l e k t r o n

b e b a s sama d e n g a n j u m l a h h o l e d a n j u m l a h n y a s a n g a t

s e d i k i t s e h i n g g a t a h a n a n j e n i s n y a s a n g a t b e s a r .

S u p a y a b a h a n s e m i k o n d u k t o r i n i d a p a t d i p e r g u n a k a n

u n t u k p e n g h a n t a r a t a u u n t u k p e n y u s u n a n b a h a n d a s a r

p i r a n t i e l e k t r o n i s , d i p e r l u k a n b a h a y a n g k a y a d e n g a n

s a t u j e n i s pembawa m u a t s n y a i t u e l e k t r o n a t a u h o l e .

Dengan memasukkan a t o m - a t o m a s i n g y a n g

b e r v a l e n s i 3 a t a u 5 d e n g a n p r o s e n t a s e y a n g s a n g a t

k e c i l k e p a d a s e m i k o n d u k t o r m u r n i , d a p a t d i h a s i l k a n

s e m i k o n d u k t o r e k s t r i n s i k ( t i d a k m u r n i ) . J a d i y a n g

p e n t i n g d a l a m p e m b u a t a n s e m i k o n d u k t o r i m p u r i t i

( c a m p u r a n ) a d a l a h u n s u r t a m b a h a n y a n g d a p a t m e n g a t u r

s e n d i r i s u s u n a n k r i s t a l s e m i k o n d u k t o r .

Penambahan a t o m a s i n g k e p a d a b a h a n s e m i k o n d u k t o r

m u r n i d i n a m a k a n d o p i n g . P r o s e n t a s e a t a u t i n g k a t

d o p i n g i n i b i a s a n y a s e k i t a r 1 a t o m a s i n g p e r 100 j u t a

a t o m a s l i ( Y o h a n n e s , l 9 7 5 ) . S u a t u c o n t o h m i s a l n y a

d e n g a n d o p i n g 1 : 1 0 0 j u t a a t o m a s i n g k e d a l a m k r i s t a l

g e r m a n i u m , t a h a n a n j e n i s g e r m a n i u m i n i a k a n b e r k u r a n g

m e n j a d i 1 / 1 2 k a l i .

J e n i s a t o m p e n c a m p u r y a n g b e r v a l e n s i 3 a d a l a h

A lumin ium ( A l ) , G a l l i u m ( G a ) , I n d i u m ( I n ) d a n B o r o n

( B ) ( P o l l i n g , 1 9 5 1 ) . Dalam p e n c a m p u r a n a t o m i n i

k e k u r a n g a n s a t u e l e k t r o n d a n b e r u s a h a u n t u k m e n a r i k

e l e k t r o n y a n g t e r d e k a t p a d a n y a u n t u k m e l e n g k a p i

k e k u r a n g a n n y a . O l e h k a r e n a c a m p u r a n i n i m e n e r i m a s a t u

e l e k t r o n d a r i b a h a n g e r m a n i u m a t a u s i l i k o n maka

d i n y a t a k a n s e b a g a i p e n c a m p u r p e n e r i m a a t a u a k s e p t o r

i m p u r i t i .

J e n i s a t o m p e n c a m p u r y a n g b e r v a l e n s i 5 a d a l a h

A r s e n i t ( A s ) , Ant imon ( S b ) . , P o s p o r ( P ) d a n B i s m u t h

( B i ) ( P o l l i n g , 1 9 5 1 ) . Dalam p e n c a m p u r a n a t a n i n i

k e l e h i h a n s a . t u e l e k t r o n , e l e k t r o n i n i muilah s e k a l i

melepa--.ka.n d i r i d a r i i k a t a n a t o m n y a dan rr!en.iadi

b e b a s . S e h i n g g a i r l en ingka tkan s i f a t p e n g h a n t a r d a r i

b a h a n g e r m a n i u m a t a u s i l i k o n . Atom p e n c a m p u r i n i

d i s e b u t d o n o r i m p u r i t i , k a r e n a menyumbangkan s a t u

e l e k t r o n n y a k e p a d a g e r m a n i u m a t a u s i l i k o n .

1. Semikonduktor Type P

B i l a s u a t u - a t a m p e n c a m p u r b e r v a l e n s i 3

d i t a m b a h k a n k e p a d a s e m i k o n d u k t o r m u r n i d e n g a n

p r o s e n t a s e d o p i n g s e p e r t i d i a t a s , b e r a r t i j u m l a h

a t o m a s i n g n y a j a u h l e b i h k e c i l d a r i p a d a a t o m

a s l i n y a d a l a m k r i s t a l . K a r e n a i t u m a s i n g - m a s i n g

a t o m a s i n g j a u h t e r p i s a h s a t u sama l a i n n y a ,

s e h i n g g a m a s i n g - m a s i n g a t o m a s i n g i t u d i k e l i l i n g i

o l e h 4 atom a s l i , . s e p e r t i p a d a g b 3 . - hole

ion

nega

Gambar 3 . Gambar d u a d i m e n s i s e m i k o n d u k t o r

P a d a g b 3 d a p a t d i l i h a t ba.hwa a t o m p e n c a m p u r

d i k e l i l i n g i o l e h 4 a t o m a s l i . U n t u k memben tuk

i k a t a n k o v a l e n , a t o m y a n g b e r v a l e n s i 3 i n i , k e k u r a n g a n s a t u e l e k t r o n . K a r e n a i t u d e n g a n

menambah e n e r g i s e d i k i t s a j a p a d a e l e k t r o n k r i s t a l

a s l i , e l e k t r o n i n i d a p a t m e l o n c a t d a r i i k a t a . n

k o v a l e n n y a d a n m e n g i s i k e k u r a n g a n ~ a d a a t o m

a k s e p t o r d e s e r t a i d e n g a n p e r n b e n t u k a n h o l e p a d a

ika . t a . n k o v a l e n ya.ng d i t i n g g a 1 k a . n . K a r e n a mene r i rna

sat13 e l e k t r o n , n a k a a t o m a k s e p t o r n l e n j a d i i o n

n e g a t i f y a n g terikat d i tempat

E n e r g i u n t u k membentuk h o l e d a n i o n n e g a t i f

a d a l a h e n e r g i i o n i s a s i a t o m a k s e p t o r y a n g

b e s a r n y a s e k i t a r 0,01 e l e k t r o n v o l t u n t u k

g e r m a n i u m d a n u n t u k s i l i k o n s e b e s a r 0,05 e l e k t r o n

v o l t ( K a g n o v , 1 9 7 0 ) .

J a d i d e n g a n a t o m a k s e p t o r d i h a s i 1 k a . n h o l e

t a n p a d i s e r t a i e l e k t r o n b e b a s , s e h i n g g a

s e m i k o n d u k t o r c a m p u r a n y a n g t e r j a d i d i n a m a k a n

s e m i k o n d u k t o r j e n i s P . U n t u k s e m i k o n d u k t o r t y p e P

i n i , t e r b e n t u k n y a h o l e d i s e r t a i d e n g a n

t e r h e n t u k n y a i o n n e g a t i f y a n g t i d a k d a p a t

b e r g e r a k . J a d i h o l e m e r u p a k a n pembawa m u a t a n

mayor i t a s d a n e l e k t r o n m e r u p a k a n pembawa m u a t a n

m i n o r i t a s .

2. S e m i k o n d u k t o r Type N

B i l a s u a t u a t a m p e n c a m p u r b e r v a l e n s i 5

d i t a m b a h k a n k e p a d a s e m i k o n d u k t o r m u r n i d e n g a n

p r o s e n t a s e d o p i n g s e p e r t i d i a t a s , b e r a r t i j u m l a h

a t o m a s i n g n y a j a u h l e b i h k e c i l d a r i p a d a a t o m

a s l i n y a d a l a m k r i s t a l . K a r e n a i t u m a s i n g - r n a s i n g

a t o m a s i n g j a u h t e r p i s a h s a t u sama l a i n n y a ,

s e h i n g g a r n a s i n g - m a s i n g a t o m a s i n g i t u d i k e l i l i n g i

o l e h 4 a t o m a s l i , s e p e r t i p a d a g b 4 .

7 e l e k t ~ o n

ion

Ga-mbar 4 . Gambar d u a d i m e n s i s e m i k o n d u k t o r

t y p e !J

P a d a g b 4 d a p a t d i l i h a t bahwa a t o m p e n c a m p u r

d i k e l i l i n g i o l e h 4 a t o m a s l i . Dari l ima e l e k t r o n

v a l e n s i n y a h a n y a 4 s a j a y a n g d i p e r l u k a n u n t u k

m e n g i s i k e e m p a t i k a t a n k o v a l e n . S e d a n g k a n e l e k t r o n

k e l i m a t e r i k a t n y a k u r a n g e r a t p a d a a t o m n y a , d e n g a n

member ikan e n e r g i y a n g k e c i l s a j a k e p a d a a t o m

p e n c a m p u r t e r s e b u t , maka e l e k t r o n i n i d a p a t

d i b e b a s k a n . K a r e n a t e r j a d i e l e k t r o n b e b a s , maka

s e m i k o n d u k t o r y a n g d i h a s i l k a n d e n g a n menambah a t o m

d o n o r i n i d i n a m a k a n s e m i k o n d u k t o r j e n i s N . Dengan

membebaskan s a t u e l e k t r o n v a l e n s i n y a maka a t o m

d o n o r m e n j a d i i o n p o s i t i f y a n g t e r i k a t d i t e m p a t .

P a d a s e m i k o n d u k t o r t y p e N , t e r b e n t u k n y a e l e k t r o n

b e b a s t i d a k d i s e r t a i d e n g a n t e r b e n t u k n y a h o l e ,

t e t a p i t e r b e n t u k i o n p o s i t i f y a n g t i d a k d a p a t

b e r g e r a k .

E n e r g i u n t u k membebaskan e l e k t r o n v a l e n s i

a t o m d o n o r d i n a m a k a n e n e r g i i o n i s a s i a t o m d o n o r

y a n g b e s a r n y a s e k i t a r 0 , e l e l e k t r o n v o l t u n t u k

ge rman ium d a n u n t u k s i l i k o n s e b e s a r 0,135 e l e k t r o n

v o l t . J a d i d e n g a n e n e r g i y a n g s a n g a t k e c i l i n i

s emua d o n o r t e l a h membebaskan k e l e b i h a n

e l e k t r o n n y a . D i s a m p i n g e l e k t r o n b e b a s y a n g b e r a s a l

d a r i a t o m d o n o r a d a j u g a y a n g b e r a s a l d a r i a t o m

a s l i . J a d i e l e k t r o n b e b a s m e r u p a k a n pembawa m u a t a n

m a y o r i t a s d a n h o l e m e r u p a k a n pembawa m u a t a n

m i n o r i t a s .

Gandenga.n d a r i b a h a n s e m i k o n d u k t o r t y p e P d a n

s e m i k o n d u k t o r t y p e N a k a n membentuk s u a t u komponen y a n g

d i s e b u t d i o d a . Adapun p r o s e s p e n g g a n d e n g a n t i d a k

t e r j a d i b e g i t u s a j a t a n p a a.da e f e k . S e t e l a h t e r j a d i

penggs .ndengan maka e l e k t r o n - e l e k t r o n bebas d a r i

semikon~dui - l , to r t y p e 1.1 a.kan be rc I i fu t . ; i 1.:e s e n i l , ( ~ n d u k t o r

t y p e P m e n g i s i h o l e y a n g t e r d e k a t . S e d a n g k a n h o l e d i

s e m i k o n d u k t o r t y p e P b e r d i f u s i k e s e m i k o n d u k t o r t y p e N

d a n d i i s i o l e h e l e k t r o n - e l e k t r o n b e t a s y a n g t e r d e k a t .

P r o s e s d i f u s i e l e k t r o n b e b a s d a n h o l e i n i d a p a t d i l i h a t

p a d a gambar 5 .

; hole elektron \ \ - 1 \

Gambar 5 . P r o s e s d i f u s i e l e k t r o n d a n h o l e p a d a

PN j u n c t i o n

a . S e m i k o n d u k t o r t y p e P d a n t y p e N b a r u

s a j a d i g a n d e n g k a n

b . . E l e k t r o n clan h o l e b e r d i f u s i

c . PN j u n c t i o n d a l a m kea .daan s e i m b a n g

\

P r o s e s p e r p i n d a h a n e l e k t r o n i n i h a n y a b e r l a n g s u n g

d a l a m w a k t u s i n g k a t , i o n - i o n n e g a t i f t e t a p t i n g g a l d i

t e m p a t d a n membentuk l a p i s a n pa.da d a e r a h s e m i k o n d u k t o r

t y p e P , d e m i k i a n j u g a i o n - i o n p o s i t i f t e t a p t i n g g a l d i

t e m p a t d a r ~ niernbentuk 1a.pisa .n p a d a d a e r a h s e m i k o n d u k t o r

t y p e N . Kedua. 1 a p i s a . n t e r s e b u t d i k e n a l d e n g a n l a - p i s a n

d e p l e s i ( d e p l e t i o n 1 a . y e r ) . L a p i s a n d e p l e s i i n i

. . , daerah . I. depletion 1 . 'daerah . . ne.ti;&l . layif 1 ' 'netral:

, .

. - -

-

1 . - 0; 0, q o'i-'@ 0-

-@:@:@-@ 0; q: a+..@. - . - -@; 0; eta -

.-O-@-.@l@-.

b e r f u n g s i s e b a g a i r i n t a n g a n ( b a r r i e r ) t e r h a d a p

e l e k t r o n b e b a s d a n h o l e y a n g a k a n b e r d i f u s i

( T e r m a n , 1 9 5 5 ) .

L a p i s a n p o s i t i f p a d a d a e r a h N d a n l a p i s a n n e g a t i f

p a d a d a e r a h P . Dua l a p i s a n m u a t a n t e r s e b u t a k a n

m e m b a n g k i t k a n medan l i s t r i k y a n g n mempunya i a r a h d a r i

s e m i k o n d u k t o r t y p e P k e s e m i k o n d u k t o r t y p e N , a k i b a t n y a

d i f u s i e l e k t r o n b e b a s k e d a e r a h P d a n d i f u s i e l e k t r o n

k e d a e r a h N a k a n b e r h e n t i , s e t e l a h a d a k e s e i m b a n g a n .

K e a d a a n i n i d i s e b u t k e a d a a n s e i m b a n g . Dalam k e a d a a n

s e i m b a n g p a d a PN j u n c t i o n ( g a n d e n g a n PN ) t e r b e n t u k

d a e r a h t y p e P n e t r a l , d a e r a h m u a t a n r u a n g t y p e P ,

d a e r a h m u a t a n r u a n g t y p e N d a n d a e r a h t y p e N n e t r a l .

D a e r a h t y p e P n e t r a l a r t i n y a a d a l a h d a e r a h d i m a n a

j u m l a h h o l e sama d e n g a n j u m l a h p e n e r i m a ( a . k s e p t o r ) .

D a e r a h m u a t a n r u a n g t y p e P a d a l a h d a e r a h d i m a n a

p e n e r i m a d i i o n i s a s i k a n n e g a t i f . D a e r a h m u a t a n r u a n g

t y p e N a d a l a h d a e r a h d i m a n a p e m b e r i ( d o n o r )

d i i o n i s a s i k a n p o s i t i f . D a e r a h t y p e N n e t r a l a d a l a h

d a e r a h d i m a n a jum1a.h e l e k t r o n s a m a d e n g a n j u m l a h d o n o r .

A. For-ward B i a s

J u n c t i o n d i o d a p a d a h a . k e k a t n y a a d a l a h g a n d e n g a n

d a r i b a h a n s e m i k o n d u k t o r t y p e P d a n t y p e N .

K a r a k t e r i s t i k p o k o k y a n g d i m i l i k i o l e h d i o d a

s e m i k o n d u k t o r a d a . l a h s i f a t n y a t i d a k s i m e t r i ,

m a k s u d n y a a r u s ya.ng melewati d i o d a p a d a a r a h , t e r t e n t u j a u h l e b i h b e s a r d a r i pa.da a r u s y a n g

a r a h n y a b e r l a w a n a n . O l e h k a r e n a i t u d a l a m p e m a k a i a n

d i o d a s e r i n g d i g u n a k a n s e b a g a i p e r a t a a r u s . D i o d a

d i k a t a . k a n d a l a m k e a d a a n f o r w a r d b i a s ( m e n d a p a t

t e g a n g a n a r a .h m a j ~ u ) b i l a d a . e r a h P d i h u b u n g k a n d e n g a n

k u t u b p o s i t i f sumber tega.nr1ga.n s e a r 3 . h ( b a t e r a i j d a n

d a e r a h N d i h u b 1 ~ n g k a . n dengar1 k u t l ~ b n e g a t i f b a t e r a . i ,

s e p e r t i pada ga.mbar 6 ( P e l - f e r s o n . 1966).

Gambar 6 . D i o d a m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h m a j u

B i l a s a k l a r S m a s i h da l a rn k e a d a a n t e r b u k a maka

d i d a l a m k r i s t a l n y a h a n y a a d a medan l i s t r i k e y a n g

b e r a s a l d a r i t e g a n g a n b a r r i e r d e n g a n a r a h d a r i P k e

N . Medan l i s t r i k i n i a k a n m e n c e g a h e l e k t r o n b e b a s

d a r i d a e r a h N masuk k e d a e r a h P d a n m e n c e g a h h o l e

d a r i d a e r a h P masuk k e d a e r a h N , s e h i n g g a p a d a

r a n g k a i a n i n i b e l u m a d a a r u s y a n g n m e n g a l i r . B i l a

s a k l a r d i t u t u p , t e g a n g a n s u m b e r a k a n t e r h u b u n g

d e n g a n d i o d a . D i d a l a m k r i s t a l a k a n t e r j a d i medan

l i s t r i k E y a n g a r a h n y a b e r l a w a n a n d e n g a n medan

l i s t r i k e . Medan l i s t r i k E i n i a k a n m e n d o r o n g

e l e k t r o n d a n h o l e , maka a k a n t e r j a d i a l i r a n e l e k t r o n

d a n h o l e . H a l i n i d i s e b a b k a n ka . r ena rnedan l i s t r i k E

j a u h l e b i h b e s a r d a r i p a d a medan l i s t r i k e . Dengan

d e m i k i a n a r u s a k a n m e n g a l i r d a l a m r a n g k a i z n d i o d a

i n i d a r i k u r t u b p o s i t i f b a t e r a i k e k u t u b n e g a t i f n y a .

B. Reverse B i a s

D i o d a d i k a . t a k a n menda.pat t e g a n g a n a r a h b a l i k

( r e v e r s e b i a s ) b i l s . d n e r a h P ( a n o d a ) d i h u b u n g k a n

d e n g a n k u t u b n e g a t i f b a t e r a i da.n d a e r a h N ( k a t o d a )

d i h u b u n g k a n der1ga.n k u t u b p o s i t i f b a t e r a i , s e p e r t i

t e r l i h a t p a d a gainbar 7 ( P e d e r s o n , 1 9 6 6 ) .

Gambar 7 . D i o d a mendapa t t e g a n g a n a r a h b a l i k

Medan l i s t r i k E y a n g d i t i m b u l k a n a.kan s e a r a h

d e n g a n medan l i s t r i k e s e h i n g g a a k a n s a l i n g

m e m p e r k u a t . A k i b a t n y a e l e k t r o n d a r i d a e r a h N t i d a k

d a p a t b e r g e r a k menuju ke d a e r a h P b e g i t u p u l a

h o l e n y a . H a l i n i b e r a r t i bahwa d i o d a t e r s e b u t t i d a k

m e n g a l i r k a n a r u s . Dalam p r a k t e k n y a , p a d a r a n g k a i a n

r e v e r s e b i a s m a s i h a d a a r u s y a n g m e n g a l i r t e t a p i

s a n g a t k e c i l , h a 1 i n i d a p a t d i j e l a s k a n s e b a g a i

b e r i k u t :

D i d a l a m s t r u k t u r k r i s t a l d i o d a h a n y a

e l e k t r o n - e l e k t r o n b e b a s u n t u k t y p e N y a n g b e r a s a l

d a r i p e m b e r i a n a t o m d o n o r , t e t a p i s e b e n a r n y a d a y a

h a n t a r i n i d i t e n t u k a n o l e h d u a f a k t o r , y a i t u :

1. E l e k t r o n - e l e k t r r o n b e b a s y a n g d i h a s i l k a n o l e h

a tom d o n o r i n i p e r a n a n n y a s a n g a t p e n t i n g u n t u k

menghan t a r k a n a r u s .

2 . E l e k t r o n b e b a s d a n h o l e y a n g d i h a s i l k a n o l e h

p e c a h n y a i k a t a n k o v a l e n a k i b a t p a n a s y a n g

d i b e r i k a n o l e h t e m p e r a t u r r u a n g a n . E l e k t r o n d a n \

h o l e i n i j u m l a h n y a s e d i k i t b i l a d i b a n d i n g k a n

d e n g a n e l e k t r o n - e l e k t r o n d a r i a t o m d o n o r

Keadaan i n i j u g a b e r l a k u p a d a b a h a n t y p e P . Dengan

d e m i k i a n p a d a s a a t r e v e r s e b i a s e l e k t r o n - e l e k t r o n

y a n g a d a p a d a d a e r a h P o l e h rnedan E d i t a r i k masuk k e

d a e r a h N d a n s e b a l i k n y a h o l e y a n g a.da d i d a e r a h N

a-kan b e r g e r a k m a s u k ke d a e r a h P . Dengan d e m i k i a n

. : i e l a s l a h rnengapa. p a d a s a a t r e v e r s e Gia.s m a s i h a d a

a r u s y a n g s a n g a t k e c i l y a n g m e n g a l i r da.n a r u s i n i

a k a n n a i k b i l a t e m p e r a t u r d i o d a n a i k .

C. K a r a k t e r i s t i k D i o d a

K a r a k t e r i s t i k d i o d a b i a s a n y a d i b e d a k a n a t a s d u a

k a r a k t e r i s t i k y a i t u k a r a k t e r i s t i k f o r w r d d a n

k a r a k t e r i s t i k r e v e r s e . U n t u k membuat k a r a k t e r i s t i k

d i o d a y a n g menun j u k k a n b e s a r n y a a r u s p a d a

bermacam-macam t e g a n g a n y a n g d i b e r i k a n a d a l a h

s e p e r t i p a d a g a m b a r 8 .

Reverse bias I I I (PA)

Gambar 8 . K a r a k t e r i s t i k d i o d a

U n t u k membuat k a r a k t e r i s t i k d i o d a p e r l u k i t a

l a k u k a n d u a k a l i p e r c o b a a n , y a i t u b a g i a n f o r w a r d d a n

b a g i a n r e v e r s e . K a r a k t e r i s t i k f o r w a r d d a p a t

d i l a k u k a - n d e n g a n m e n g a t u r t e g a n g a n y a n g m a s u k p a d a

d i o d a . Dari t i a p - t i a p p e m b e r i a n t e g a n g a n k i t a u k u r

a r u s y a n g m e n g a l i r . U n t u k m e n d a p a t k a n b a g i a n

r e v e r s e n y a k i t a h a r u s m e m b e r i k a n t e g a n g a n d e n g a n

p o l a r i t a s y a n g t e r b a l i k , d a n d i p e r l u k a n t e g a n g a n

y a n g l e b i h b e s a r d a r i t e g a n g a n p a d a f o r w a r d b i a s .

A r u s y a n g n m e n g a l i r p a d a s e t i a p p e m b e r i a n t e g a n g a n

d i u k u r d e n g a n m i k r o a n ~ p e r e m e t e r k a r e n a a r u s i n i

s a n g a t k e c i l . S e l a n j u t n y a k e d u a h a s i l p e r c o b a a n i n i

d i s a t u k a n da l a rn s a . t u g r a f i k , s e h i n g g a d i p e r o l e h

k u r v a k a r a k t e r i s t i k d i o d a t e r s e b u t .

IV. RANGKAIAN PENYEARAH ARUS

S e b a g a i m a n a y a n g t e l a h k i t a u r a i k a n d i a t a s , b a h w a

d i o d a mempunyai s i f a t h a n y a d a p a t m e l e w a t k a n a r u s b i l a

m e n d a p a t t e g a n g n a n a r a h m a j u , d a n b e r s i f a t m e n a h a n b i l a

m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h b a l i k . S e h u b u n g a n d e n g a n

s i f a t n y a i n i maka d i o d a d a p a t d i g u n a k a n u n t u k p e r a t a

a r u s a t a u u n t u k m e n y e a r a h k a n a r u s b o l a k b a l i k (AC)

m e n j a d i a r u s s e a r a h (DC) . Kita m e n g e t a h u i b a h w a a r u s

b o l a k b a l i k m e r u p a k a n s u a t u g e l o m b a n g s i n u s i o d a l , y a n g

mana d a l a m s e t i a p s e t e n g a h p e r i o d a , s e l a l u b e r g a n t i

a r a h ( a r a h p o s i t i f d a n a r a h n e g a t i f ) . S e l a n j u t n y a k i t a

a k a n membahas b e b e r a p a r a n g k a i a n p e n y e a r a h a r u s AC

m e n j a d i DC, y a n g l a b i h d i k e n a l d e n g a n p o w e r s u p p l y a t a u

a d a p t o r .

A. Penyearah Setengah Gelombang

D i o d a d a p a t d i g u n a k a n u n t u k p e n y e a r a h a r u s

b o l a k b a l i k (AC) . P a d a s a a t m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h

m a j u , d i o d a b e r s i f a t m e n g h a n t a r d a n p a d a s aa t

m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h b a l i k d i o d a b e r s i f a t t i d a k

menghan t a r a t a u m e n a h a n .

GamGar 9 . R a n g a k a i a n p e n y e a r a h setengah

ge lornbang

Gambar 9 a d a l a h p e n y e a r a h s e t e n g a h g e l o m b a n g .

T e g a n g a n o u p t u d a r i t r a f o b e r u p a t e g a n g a n AC, d i m a n a

s e t i a p s e t e n g a h p e r i o d a , b e r g a n t i a r a h p o s i t i f d a n

n e g a t i f . P a d a s a a t s e t e n g a h p e r i o d a p e r t a m a , t i t i k A

p o s i t i f d a n B n e g a t i f , b e r a r t i d i o d a m e n d a p a t

t e g a n g a n a r a h m a j u . A r u s m e l a l u i t a h a n a n R d a r i t i t k

C k e D . P a d a saa t s e t e n g a h p e r i o d a k e d u a , t i t i k A

n e g a t i f d a n B p o s i t i f , b e r a r t i d i o d a m e n d a p a t

t e g a n g a n a r a h b a l i k , d i o d a b e r s i f a t m e n a h a n , a r u s

t i d a k a d a . D e m i k i a n l a h s e t e r u s n y a k e r j a d i o d a s e t i a p

s e t e n g a h p e r i o d a , s e h i n g g a p a d a r a n g k a i a n t e r s e b u t

a r u s y a n n g m e l a l u i R h a n y a a d a p a d a s a a t d i o d a

m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h m a j u . A r u s m e l a l u i R s e t i a p

s e t e n g a h p e r i o d a d e n g a n a r a h d a r i t i t i k C k e D .

T e g a n g a n d a n a r u s DC y a n g d i h a s i l k a n d a p a t

d i h i t u n g d e n g a n r u m u s ;

B. R a n g k a i a n P e n y e a r a h G e l o m b a n g Penuh

GarnGar 1 m . R a n g k a i a n p e n y e a . r a h gelomba.rrg ~ e n u h

Gambar 10 a d a l a h p e n y e a r a h g e l o m b a n g p e n u h .

T e g a n g a n o u p u t d a r i t r a f o b e r u p a t e g a n g a n AC, d i m a n a

s e t i a p s e t e n g a h p e r i o d a , b e r g a n t i a r a h p o s i t i f d a n

n e g a t i f . P a d a saa t s e t e n g a h p e r i o d a p e r t a m a , t i t i k A

p o s i t i f d a n B n e g a t i f , b e r a r t i d i o d a Dl m e n d a p a t

t e g a n g a n a r a h m a j u .

A r u s m e l a l u i t a h a n a n R d a r i t i t k C k e D . D i o d a

D m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h b a l i k , d i o d a i n i t i d a k 2 rne lewa tkan a r u s ( m e n a h a n ) . P a d a s a a t s e t e n g a h

p e r i o d a k e d u a , t i t i k A n e g a t i f d a n B p o s i t i f ,

b e r a r t i d i o d a Dlmendapat t e g a n g a n a r a h b a l i k , d i o d a .

b e r s i f a t rnenahan. D i o d a D m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h 2 rnaju, a r u s m e n g a l i r d e n g a n a r a h d a r i t i t i k C k e

d . D e r n i k i a n l a h s e t e r u s n y a k e r j a d i o d a s e t i a p s e t e n g a h

p e r i o d a , s e h i n g g a p a d a r a n g k a i a n t e r s e b u t s e l a l u a d a

a r u s m e l a l u i R d e n g a n a r a h d a r i t i t i k C k e D.

T e g a n g a n d a n a r u s DC y a n g d i h a s i l k a n d a p a t

d i h i t u n g d e n g a n r u m u s ;

C. Penyearah G e l ombang Penuh Dengar> Kapasi tor Penyari ng

I

Garnbar 11. R a n g k a i a n p e n y e a r a h g e l o m b a n g p e n u h

d e n g a n k a p a s i t o r p e n y a r i n g

K e r j a d i o d a s e b a g a i p e n y a r i n g a t a u p e r a t a a r u s

s e a r a h d a p a t d i a m a t i p a d a r a n g k a i a n g b 1. D l d a n D2 a d a l a h d i o d a s e b a g a i p e n y e a r a h a r u s b o l a k b a l i k .

K a p a s i t o r C p a d a r a n g k a i a n t e r s e b u t a k a n m e r a t a k a n

a r u s o u t p u t y a n g d i h a s i l k a n , k a r e n a k a p a s i t o r d a p a t

menyimpan d a n member ikan a r u s . P a d a s a a t t e g a n g a n

s e a r a h n a i k m e n c a p a i maksimum, maka k a p a s i t o r

m e n g i s i (menyimpan a r u s ) d a n k e m u d i a n t e g a n g a n

s e a r a h t u r u n maka k a p a s i t o r a k a n member ikan a r u s

( m e n g s o s o n g k a n ) s e c a r a l a m b a t s a m p a i t e g a n g n a n

s e a r a h n a i k k e m b a l i , d a n s e t e r u s n y a . D e m i k i a n l a h

k e r j a k a p a s i t o r s e o l a h - o l a h k a p a s i t o r m e m p e r t a h a n k a n

t e g a n g a n s e a r a h p a d a d a e r a h maksimum s e h i n g g a

t e r b e n t u k g e l o m b a n g r i p p l e ( k e r u t ) .

B e s a r t e g a n g a n r i p p l e d i t e n t u k a n o l e h n i l a i

k a p a s i t o r , s e m a k i n b e s a r n i l a i k a p a s i t o r a k a n

s e m a k i n k e c i l t e g a n g a n r i p p l e . P a d a a l a t p e n y e d i a

d a y a d i u s a h a k a n a g a r t e g a n g a n r i p p l e s e k e c i l mungk in

s e h i n g g a t e g a n g a n r a t a - r a t a n y a ( V D C ) s e t a r a d e n g a n

t e g a n n g a n DC b a t r a i .

F a k t o r r i p p l e d a p a t d i h i t u n g d e n g a n r u m u s ,

r rms r = x ieox 'DC

T e g a n g n a n e f e k t i f r i p p l e a d a l a h ,

- v

v 'r maks - r p p r rms. - 3 2-/3

T e g a n g a n r a t a - r a t a n y a ,

DAFTAR PUSTAKA

Deward H e n d r i k , L a z a r u s David ( 1 9 6 6 ) ; Modern E l e k t r o n k , London, Addison Wes ley , P u b l i s h i n g Company.

Kagnov I ( 1 9 7 0 ) ; E l e c t r o n & in I n d u s t r v , Moscow, P e a c P u b l i s h e r .

0 . P e d e r s o n D o n a l d , I . S t u d e r J a c k , R.Whinnery J o h n ( 1 9 6 6 ) ; I n t r o r l i ~ c t i o n E l e c t r o n i c Svs tern C i r c i l i t and Device, N e w Y o r k , Mc . G r a w - H i l l Book Company.

P o l l i n g C & T j o k r o d o n o e r d j o R .Harsono ( 1 9 5 1 ) ; Lhu K a n i a Anoraa.nik LL B, Semarang , Mahameru.

ir,%Radio Enainerina Terman FE ( 1 9 5 5 ) ; E l e c t r o n , Kogakusha Company L t d .

Yohannes H R ( 1 9 7 5 ) ; h q a r - W R l e k t r n n i k , B a g i a n T e k n i k L i s t r i k , F a k u l t a s T e k n i k U n i v e r s i t a s G a d j a h Mada.