Fisika SEMIKONDUKTORDi ampu Prof.DR. Jumadi

Oleh:Tarwin 13708259014Tresno Abadi 13708259033Tri Okvita H 13708259034

Pasca Sarjana Universitas Negeri Yogyakarta

2014

PENGERTIAN SEMIKONDUKTOR

•Semikonduktor (setengah penghantar) adalah bahan yang mempunyai daya hantar yang besarnya antara harga daya hantar konduktor dan daya hantar isolator.

•Umumnya harga resistivitas listriknya pada suhu kamar yaitu rentang 10-2 – 109cm

•Bersifat isolator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruang akan bersifat sebagai konduktor.

Tabel macam-macam semikonduktor dan penggunaannya

Nama semikonduktor Penggunaannya

Barium Titanate (Ba Ti) Thermistor (PTC)

Bismut Telurida (Bi2Te3) Konvermasi thermoelektrik

Caldium Sulfida (Cds) Sel foto konduktif

Gallium Arsenida (Ga As) Dioda, Transistor, Laser,LED

Germaniun (Ge) Dioda, Transistor

Indium Subium (In Sb) Detector infra merah dan filter infra merah

Plumbum Sulfur (Pb S) Foto sel

Silikon (Si) Dioda, Transistor, IC

Plumbun Selenium (Pb Se) Foto sel

Germanium Silikon (Ge Si ) Pembangkitan Thermoelektrik

Selenium (Se) Rectifier

Aluminium Stibium(Al Sb) Dioda Penerangan

Gallium Phosphor (Ga P) Dioda Penerangan

Celah energi pada bahan

Keterangan gambar celah energi tiap bahan

• Pada celah energi isolator(misal intan) sebesar 6 ev, pita larangan yang jauh ini memisahkan pita valensi yang terisi dengan pita konduksi yang kosong

• Pada celah energi konduktor (misal metal) pita konduksi terisi sebagian dengan jarak yang rapat dengan pita valensi.

• Pada celah energi semikonduktor (misal Silikon) sebesar 1,1 ev, jarak pita konduksi dan pita valensi tidak jauh dan tidak rapat. Pada saat suhu naik elektron pada pita valensi mampu berpindah ke pita konduksi sehingga bahan ini menjadi sedikit konduktif.

Semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik

1. semikonduktor intrinsikAdalah semikonduktor yang terdiri atas satu

unsur saja, misalnya Si saja atau Ge saja.

Semikonduktor Ekstrinsik•Adalah semikonduktor yang telah

terkotori (tidak murni lagi) oleh penambahan atom pengotor (doping) menyebabkan struktur pita dan resisitivitasnya berubah.

•Terdapat tiga jenis semikonduktor ekstrinsik

1. Semikonduktor tipe-n 2. Semikonduktor tipe-p3. Semikonduktor paduan

• semikonduktor dengan konsentrasi elektron lebih besar dibandingkan konsentrasi hole.

• Contoh atom pengotor, misalnya Arsenik (Ar), Sb (Antimon), P (Phosfor)

1. Semikonduktor Ekstrinsik tipe-n

2. Semikonduktor Ekstrinsik tipe-p

•Semikonduktor tipe-p, dimana konsentrasi lubang lebih tinggi dibandingkan elektron, dapat diperoleh dengan menambahkan atom akseptor. Pada Si dan Ge, atomnya aseptor adalah unsur bervalensi tiga (kelompok III pada susunan berkala) misalnya B (boron), Al (alumunium), atau Ga (galium).

•pada semikonduktor tipe-p, lubang merupakan pembawa muatan yang utama, sehingga disebut pembawa muatan mayoritas. Disini elektron bebas merupakan pembawa muatan minoritas.

Tabel Energi Ionisasi

•Untuk Si mempunyai celah energi 1,1 ev•Untuk Ge mempunyai celah energi 0,66 ev

Semikonduktor paduan• Semikonduktor paduan (compound semiconductor) dapat

diperoleh dari unsur valensi tiga dan valensi lima (paduan III-V, misalnya GaAs atau GaSb) atau dari unsur valensi dua dan valensi enam (paduan II-VI, misalnya ZnS).

Dengan menambahkan elektron maka semikonduktor akan bersifat negatip. Sebaliknya dengan mengurangi elektron maka bahan akan bersifat positip.

Tipe N Tipe P

-+ ++++

---- -+ -+++

----

hole

-+ +++

---+

Normal

Jika mendapat rangsangan dari luar maka elektron akan bergerak mengisi hole yang terdekat. Kedudukannya semula akan berubah menjadi hole yang nantinya akan diidi oleh elektron yang terdekat.

Aliran Arus

-- - -1

- -- -2

- - --3

- - --4

•Pada bahan semi kondukor yang bertindak sebagai pembawa muatan adalah hole dan elektron bebas. Pada bahan jenis P pembawa muatan adalah hole, sedang pembawa muatan pada bahan jenis N adalah elektron bebas.

i. Pada saat persambungan pn terbentuk, elektron-elektron bebas mulai berdifusi menyeberangi persambungan dan kemudian ”terjatuh” ke dalam lubang-lubang.

ii. Rekombinasi elektron-elektron bebas dengan lubang-lubang disekitar persambungan menimbulkan daerah ion-ion negative dan positif yang disebut lapisan pengosongan.

iii. Karena terjadi potensial barier,difusi elektron-elektron bebas akan berhenti akhirnya.

iv. Pada suhu ruang, diode silicon mempunyai potensial barier kurang lebih sebesar 0, 7 V (sekitar 0, 3 V untuk diode Ge).

Sambungan semikonduktor p-n

•Suatu kristal p-n dapat bekerja sebagai diode karena arus didalamya hanya dapat mengalir dalam satu arah dan tidak sebaliknya.

Karakteristik sambungan p-n (dioda)

1. Pra tegangan majuMenghubungkan bagian p dengan kutub positif baterai sedangkan bagian n dengan kutub negatif baterai

2. Pra tegangan balik Menghubungkan bagian p dengan kutub

negatif baterai dan bagian n dengan kutub positif baterai

Pemanfaatan karakteristik dioda1. Dioda zenner (untuk membuat tegangan

pada suatu rangkaian tetap stabil)2. Dioda cahaya (Light Emitting Dioda/LED),

jika diberi tegangan maju akan menimbulkan cahaya pada sambungan pn-nya

3. Dioda foto, dioda yang tahanannya berubah-ubah tergantung pada kuat cahaya yang diterimanya (dioda diberi tegangan balik)

4. Transistor (junction transistor), tipe NPN dan PNP

soal1. Semikonduktor adalah bahan yang

mempunyai ...a. daya hambat yang nilainya lebih besar

dari bahan isolatorb. daya hantar yang besarnya antara

harga daya hantar konduktor dan daya hantar isolator.

c. Tegangannya lebih kecil dari isolatord. Tegangannya sama dengan konduktor

Jawaban: B

Jawaban: D

2. Pada bahan semikoduktor memiliki celah energi sebesar...

a. 6 ev b. > 6 evc. < 0,2 ev d. 0,6 ev

3. Berikut yang bukan merupakan bahan semikonduktor adalah...

a. Silikon b. Aurumc. Germanium d. Galium

Jawaban: B

Jawaban: B

4. Pengotoran (doping) pada bahan semikonduktor intrinsik dimaksudkan untuk...a. menurunkan daya hantar listriknyab. menurunkan resistivitasnyac. memperbesar celah energinyad. meperbesar hambat jenisnya

Jawaban: A

5. pernyataan-pernyataan berikut ini berkaitan dengan semikonduuktor germanium yang telah dikotori atom boron

1) atom boron merupakan atom akseptor pada semikonduktor germanium

2) pembawa mayoritas muatan semikonduktor ini adalah lubang

3) semikonduktor germanium menjadi semikonduktor tipe-n

4) secara keseluruhan semikonduktor tidak netralpernyataan-pernyataan diatas yang benar adalah...

a. (1) dan (2) c. (1), (2), dan (3)b. (1) dan (4) d. (2), (3), dan (4)

Jawaban: C

6. Ketika sebuah semikonduktor intrinsik dipanaskan, hambatannya...a. mula-mula bertambah kemudian berkurang b. mula-mula berkurang kemudian bertambahc. berkurangd. tetap sama

7. Dalam suatu semikonduktor, penghantaran arus dilakukan...

a. hanya oleh lubang-lubangb. hanya oleh elektron-elektron bebasc. hanya oleh proton-protond. oleh lubang dan elektron bebas

Jawaban: D

Jawaban: C

8. suatu semikonduktor jenis-n adalaha. bermuatan positifb. netral secara listrikc. bermuatan negatifd. bermuatan negatif atau positif bergantung pada

atom pengotornya

9. Dengan memberikan panjar (tegangan) maju pada suatu sambungan p-n, lebar lapisan pengosongan...

a. tetap samab. Berkurangc. bertambah kemudian berkurangd. bertambah

Jawaban: B

Jawaban: C

10. Pada rangkaian listrik di bawah (lihat gambar), lampu L1 dan L2 menyala. Jika kutub baterai dibalik, maka kedua lampu tidak menyala. Benda p adalah...a. Kapasitor c. Dioda npb. dioda pn d. induktansi