SEMIKONDUKTOr

Di susun oleh:Kelompok 8

Ahmad AwalludinAulian Samri

Delpanro SitanggangM. Alhafiz Hrp

Rudi Hamonangan S.

Pengertian Semikonduktor

• Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan setengah penghantar listrik. 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.

Prinsip dasar tentang 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.

• 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.

• 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.

Struktur atom semikonduktor

• Dalam struktur atom,proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon dan germanium.

Gambar 1. Struktur Atom (a) Silikon; (b) Germanium

Jenis jenis semikonduktor1. Semikonduktor Intrinsik• Semi konduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum

mengalami penyisipan oleh atom akseptor atau atom donor. Pada suhu tinggi elektron valensi dapat berpindah menuju pita konduksi, dengan menciptakan hole pada pita valensi. Pengahantar listrik pada semikonduktor adalah elektron dan hole.

Gb. struktur pita untuk (a). bahan isolator (b). bahan semikonduktor

(c). bahan isolator

2. Semikonduktor Ekstrinsik• Semikondutor ekstrinsik merupakan semikonduktor yang memperoleh

pengotoran atau penyuntikan (doping) oleh atom asing.

Tujuan doping adalah meningkatkan konduktivitas semikonduktor, dan memperoleh semikonduktor dengan hanya satu pembawa muatan (elektron atau hole) saja. Perbandingan doping : Atom dopant : Atom murni = 1 : 106 s.d. 108

Semikonduktor Tipe-n• Apabila atom semi konduktor intrinsik yang bervalensi empat

didoping dengan atom lain yang valensinya lebih tinggi (misalnya valensi 5), maka molekul bahan campuran tersebut akan mengalami kelebihan satu elektron, selanjutnya elektron ini merupakan elektron bebas.

• Dengan adanya kelebihan elektron, maka akan memberikan level energi baru dimana elektron akan mudah ber-eksitasi ke pita valensi. Jadi pada N-type semi konduktor akan terjadi level energi baru yang disebut energy level donor (Ed), dimana pada level ini berisi penuh dengan elektron, sehingga apabila ada elektron berpindah ke pita valensi, maka elekatron ini akan meninggalkan muatan positif pada level donor. Akibatnya pada atom bervalensi 5 terkumpul muatan positif

Semikonduktor Tipe-p Semiconductor ini dibuat dengan penambahan bahan (Ga : gallium; In :phosporous; B: boron) Memiliki tiga valence electron intrinsic semiconductor. Melalui empat lapisan luar electron yang dimilikinya, bila kedua jenis material ini bertemu satu dengan lainnya, maka atom silicon dari kedua jenis atom tidak ini tidak bisa berbagi electron, sehingga arus listrik dapat mengalir dengan mudah dimana lowongan ini disebut hole. Tipe semiconductor ini biasa disebut dengan P (positive) karena diasumsikan muatan listriknya adalah positif karena elektronnya lebih sedikit. Saat mendapat tegangan, electron mengisi sisi hole kemudian hole tersebut secara terus menerus bergerak menurun. Arus listriknya mengalir melalui hole yang ada di dalam semiconductor tipe P ini.

• Atom yang menyebabkan timbulnya hole dalam susunan kristal disebut atom acceptor, dan jenis bahannya dinamakan P-type semi konduktor. Ada dua pembawa muatan pada P-type semi konduktor , yaitu:1. Hole sebagai majority carrier2. Elektron sebagai minority carrier

• P-N Junction (persimpangan antara P-N) Bila semiconductor tipe P dan N secara kimiawi dibatasi satu dengan lainnya, maka dibuat persamaan dimana tidak ada carrier (penghantar) seperti hole dan electron bebas ditahan bersama di bagian sempit dari permukaan persimpangan (junction).

• Permukaan junction ini disebut dengan depletion layer, dan semiconductor yang dipisah disebut dengan PN junction semiconductor atau diode. Maka muatan listrik yang ada dari perbedaan polaritas satu sama lainnya, menghasilkan sedikit potensial listrik, disebut dengan electric potential barrier.

Cara membuat bahan semi konduktor menjadi tipe P dan N

• 1.misalkan kita ambil Ge yang punya valensi 4 terus kita ambil atom yang punya elektron valensi 3 sehingga 4+3= menjadi bahan type P karena si pencampur kurang elektron 1.

• 2.misalkan kita ambil Ge yang punya valensi 4 terus kita ambil atom yang punya elektron valensi 5 sehingga 4+5= menjadi bahan type N karena si pencampur kelebihan elektron 1.

Perbedaan semikonduktor ekstrinsik tipe-P dan tipe-N

• 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. Kelebihan elektron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.Semikonduktor jenis-n → jika bertemu pengotor dari golongan VA, electron sebagai pembawamayoritas. Ada electron donor yang dekat dengan pita konduksi (di bawah sedikit).

• Tipe-P

Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron. Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p. Semikonduktor jenis-p → jika bertemu pengotor dari golongan IIIA, lubang sebagai pembawa mayoritas. Ada lubang akseptor yang dekat (di atas sedikit) dari pita valensi.

Bahan-bahan semikonduktor• A. Germanium

Germanium merupakan salah satu bahan semi konduktor yang banyak dipakai. Germanium diperoleh sebagai serbuk berwarna kelabu melalui proses kimia, yaitu dengan mereduksi germanium oksida. Selain itu juga dapat diperoleh dari pemurnian Kadmium dan seng.Germanium adalah bahan semi konduktor yang bervalensi 4 dan mempunyai susunan seperti karbon atau silikon.

• SilikonSilikon (Si) tidak ditemukan dalam bentuk aslinya, akan tetapi ditemukan dalam bentuk silika yang direduksi dengan kokas dan kemudian dimurnikan dengan converter, menghasilkan SiO atau SiHCl, atau dengan proses didestilasi berulang-ulang dan kemudian direduksi dengan hydrogen menghasilkan SiH.

• Sifat-sifat silikon :· Mempunyai mobilitas yang tinggi· Konstanta dielektriknya kecil· Konduktivitas termis yang besar· Disipasi panas yang baik.· Impurity ionization energy yang sangat kecil

ISTILAH-ISTILAH DALAM SEMIKONDUKTOR

• Doping: Memasukan bahan semikonduktor lain yang bervalensi 3 atau 5 kedalam Germanium atau Silicon yang bervalensi 4

• Donor: Bahan yang digunakan untuk doping

• Akseptor: Bahan semikonduktor yang menerima doping

Sekian dan terimakasih...Assalamualaikum wr.wb