MATERI DIVAIS ELEKTRONIKASamsudiat, Teknik Elektro, Universitas Indonesia

Konsep Band Model (Pita Energi) Suatu model yang menggambarkan karakteristik konduktivitas dengan menggunakan pita energi. Elektron selalu menempati dan bergerak pada kulit orbit masing-masing dan semakin jauh jarak kulit dengan inti atom, maka level energi juga semakin besar. Elektron yang berpindah dari suatu kulit menuju kulit yang lainnya akan menyerap atau melepaskan energi sesuai dengan energi kulit atom yang ditujunya. Pita konduksi (conduction band) adalah tempat berkumpulnya elektron yang terkonduksi. Pita valensi (valence band) adalah tempat berkumpulnya elektron valensi. Band gap adalah ruang di antara pita konduksi dengan pita valensi dimana pada ruang ini tidak mungkin terdapat elektron. Energi Fermi adalah tingkatan energi dimana kemungkinan terdapatnya elektron pada tingkatan energi tersebut adalah bernilai 0,5.

Perbedaan Insulator, Semikonduktor, dan Konduktor berdasarkan Band Model Pada konduktor, jarak energi antara ikatan valensi dengan ikatan konduksi (band gap) saling menutup (tidak terdapat celah, meskipun terdapat celah, tetapi sangat kecil) sehingga memungkinkan elektron dapat terus berpindah (overlap). Contoh : metal. Pada insulator, jarak energi antara ikatan valensi dengan ikatan konduksi (band gap) sangat besar yaitu sekitar 9 eV sehingga elektron sangat sulit untuk berpindah karena membutuhkan energi yang sangat besar. Contoh : plastik. Pada semikonduktor, jarak energi antara ikatan valensi dengan ikatan konduksi (band gap) lebih kecil dibandingkan pada insulator yaitu sekitar 1,1 eV sehingga elektron dapat berpindah dengan beberapa perlakuan khusus, seperti dipanaskan, diberikan medan magnet, dsb. Contoh : Silikon (Si) dan Germanium (Ge).

Jenis-jenis Semikonduktor Semikonduktor Intrinsik, adalah semikonduktor murni yang memiliki ikatan kovalen yang sempurna, contoh : Si dan Ge. Semikonduktor Ekstrinsik, adalah semikonduktor murni yang telah diberikan doping. Jika dopan berupa atom-atom bergolongan III (contoh : Boron), maka semikonduktor bertipe p (dengan pembawa mayoritas berupa holes) dan energi fermi lebih mendekati pita valensi karena elektron lebih mudah untuk mengisi holes pada pita valensi. Holes merupakan pembawa muatan listrik yang bermuatan positif dan merupakan tempat terdapatnya elektron pada orbital. Atom-atom dopan ini selanjutnya disebut sebagai akseptor. Jika dopan berupa atom-atom bergolongan V (contoh : Fosfor), maka semikonduktor bertipe n (dengan pembawa mayoritas berupa elektron) dan energi fermi lebih mendekati pita konduksi karena elektron lebih mudah untuk berpindah. Atom-atom dopan ini selanjutnya disebut sebagai donor.

Kontak pada Metal-Semikonduktor Ohmic ContactOhmic contact adalah kontak yang memiliki karakateristik grafik I-V berupa linier dan memenuhi persamaan Hukum Ohm yaitu V = I.R. Ohmic Contact dapat terjadi dengan dua kondisi, yaitu :1. Semikonduktor tipe-n: workfunction metal lebih kecil dari workfunction semikonduktor.Hal ini menyebabkan kondisi setelah kontak tidak terdapat barrier (penghalang) pada pita konduksi sehingga elektron lebih mudah mengalir.2. Semikonduktor tipe-p: workfunction metal lebih besar dari workfunction semikonduktor.Hal ini menyebabkan kondisi setelah kontak tidak terdapat barrier (penghalang) pada pita valensi sehingga hole lebih mudah mengalir.Ohmic Contact dapat dibuat dengan cara sebagai berikut :1. Memberikan doping dengan konsentrasi yang tinggi sesuai tipe semikonduktor yang diinginkan. Pemberian doping ini juga dapat menyebabkan daerah deplesi (daerah dimana tidak terdapat muatan) semakin kecil sehingga elektron dapat melakukan tunneling (menembus pembatas).2. Memilih bahan metal yang memiliki workfunction yang sesuai. Blocking Contact/Rectifying Contact atau Schottky BarrierBlocking contact adalah kontak yang memiliki karakteristik grafik I-V seperti dioda (penyearah) yaitu berupa eksponensial. Blocking Contact dapat terjadi dengan dua kondisi, yaitu :1. Semikonduktor tipe-n: workfunction metal lebih besar dari workfunction semikonduktor.Hal ini menyebabkan terbentuknya barrier pada pita konduksi sehingga elektron sulit untuk mengalir dan akan mengalir lebih cepat setelah melewati barrier.2. Semikonduktor tipe-p: workfunction metal lebih kecil dari workfunction semikinduktor.Hal ini menyebabkan terbentuknya barrier pada pita valensi sehingga hole sulit untuk mengalir dan akan mengalir lebih cepat setelah melewati barrier.

PN JunctionPN Junction merupakan suatu divais yang bersifat sebagai penyearah (rectifier) yaitu akan mengalirkan arus dalam satu arah dan menahan arus dalam arah yang berlawanan. PN Junction dapat disebut dengan dioda. Terdapat 3 kondisi PN Junction yaitu :1. Equilibrium (sebelum diberi sumber tegangan)Elektron pada tipe-n akan berdifusi menuju daerah tipe-p dan hole pada tipe-p akan berdifusi menuju daerah tipe-n sehingga terbentuk daerah persambungan dimana pada daerah ini terbebas dari muatan mayoritas dan disebut daerah deplesi. Perpindahan elektron dan hole ini akan menimbulkan medan listrik yang arahnya berlawanan dengan arah gerak elektron sehingga timbul arus drift dimana Idrift = Idifusi dan tegangan penghalang.2. Forward Bias (ketika diberi tegangan positif)Kondisi ini terjadi saat tipe-p diberikan tegangan positif yang menyebabkan hole pada tipe-p akan menjauhi sumber tegangan dan sebaliknya juga pada tipe-n. Hal ini menyebabkan daerah deplesi semakin kecil sehingga memungkinkan elektron dan hole untuk berdifusi dan arus akan meningkat dengan cepat.3. Reverse Bias (ketika diberi tegangan negatif)Kondisi ini terjadi saat tipe-p diberikan tegangan negatif yang menyebabkan hole pada tipe-p akan mendekati sumber tegangan dan sebaliknya juga pada tipe-n. Hal ini menyebabkan menyebabkan daerah deplesi semakin besar sehingga hampir tidak mungkin elektron dan hole berdifusi dan besar arus mendekati 0.

TransistorTransistor (Transfer Resistor) merupakan suatu divais yang berfungsi sebagai penyambung dan pemutus (switching) arus atau tegangan. Transistor juga dapat digunakan sebagai penguat (amplifier). Terdapat 2 jenis transistor yaitu :1. Bipolar DeviceTransistor yang memanfaatkan elektron dan hole secara bersamaan, contoh : Bipolar Junction Transistor (BJT).2. Unipolar DeviceTransistor yang memanfaatkan salah satu jenis muatan saja (elektron atau hole), contoh : Field-Effect Transistor (FET).

Bipolar Junction Transistor (BJT)a. npn-transistorb. pnp-transistor

Field-Effect Transistor (FET)a. Junction FET (JFET)b. Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)