BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Bahan-bahan penghantar adalah bahan yang memiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar orbit. Elektron bebas ini akan sangat berpengaruh pada sifat bahan tersebut. Jika suatu bahan listrik memiliki banyak elektron bebas pada orbit-orbit elektron, bahan ini memiliki sifat sebagai penghantar listrik. Penghantar listrik dapat dikelompokkan sebagai konduktor, semikonduktor, dan isolator.
Masyarakat pada umumnya mengetahui konduktor, semikonduktor dan isolator sebagai bahan penghantar listrik sebatas ukuran baik atau tidaknya bahan tersebut menghantarkan listrik. Umumnya konduktor didefinisikan sebagai bahan yang mudah mengalirkan arus listrik jika dihubungkan dengan sumber tegangan; isolator sebagai bahan - bahan yang akan menghambat arus listrik bila dihubungkan dengan sumber tegangan; semikonduktor adalah bahan - bahan yang pada kondisi tertentu akan bersifat sebagai isolator dan pada kondisi lain akan bersifat sebagai konduktor.
Pada makalah ini akan dibahas mengenai SEMIKONDUKTOR yang merupakan bahan penghantar listrik tidak murni yang memiliki sifat dual-karakter (bisa berupa konduktor atau isolator). Pembahasan mengenai semikonduktor ini akan dibatasi pada definisi, karakteristik, klasifikasi, dan kegunaan semikonduktor; dan tidak akan dibahas mengenai pengembangan semikonduktor dalam bidang-bidang tertentu.
1.2 Rumusan Masalah
1.2.1 Apakah definisi semikonduktor?
1.2.2 Apa saja karakteristik dari bahan semikonduktor?
1.2.3 Bagaimana klasifikasi dari semikonduktor?
1.2.4 Apakah kegunaan dari semikonduktor?
1.3 Tujuan
1.3.1 Dapat mengetahui definisi dari semikonduktor.
1.3.2 Dapat mengetahui karakteristik dari bahan semikonduktor.
1.3.3 Dapat mengklasifikasikan semikonduktor.
1.3.4 Dapat mengetahui kegunaan dari semikonduktor.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Definisi Semikonduktor
Semikonduktor adalah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan konduktor. Konduktivitas semikonduktor berkisar antara 103 sampai 10-8 siemens per sentimeter dan memiliki dan celah energinya lebih kecil dari 6 eV .
Bahan semikonduktor adalah bahan yang bersifat setengah konduktor karena celah energi yang dibentuk oleh struktur bahan ini lebih kecil dari celah energi bahan isolator tetapi lebih besar dari celah energi bahan konduktor, sehingga memungkinkan elektron berpindah dari satu atom penyusun ke atom penyusun lain dengan perlakuan tertentu terhadap bahan tersebut (pemberian tegangan, perubahan suhu dan sebagainya). Oleh karena itu semikonduktor bisa bersifat setengah menghantar. Bahan semikonduktor dapat berubah sifat kelistrikannya apabila temperatunya berubah. Dalam keadaan murninya mempunyai sifat sebagai penyekat ;sedangkan pada temperatur kamar ( 27 ° C ) dapat berubah sifatnya menjadi bahan penghantar. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnet, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif.-
2.2. Doping dan Persiapan Bahan Semikonduktor
2.2.1. Doping Semikonduktor
Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini disebut dopan. Doping sejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan faktor lebih besar dari satu milyar. Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline silicon didop-berat seringkali digunakan sebagai pengganti logam.
2.2.2. Persiapan bahan semikonduktor
Semikonduktor dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan handal diperlukan untuk produksi massa. Tingkat kemurnian kimia yang diperlukan sangat tinggi karena adanya ketidaksempurnaan, bahkan dalam proporsi sangat kecil dapat memiliki efek besar pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan yang tinggi juga diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti dislokasi, kembaran, dan retak tumpukan) mengganggu properti semikonduktivitas dari material. Retakan kristal merupakan penyebab utama rusaknya perangkat semikonduktor. Semakin besar kristal, semakin sulit mencapai kesempurnaan yang diperlukan. Proses produksi massa saat ini menggunakan ingot (bahan dasar) kristal dengan diameter antara empat hingga dua belas inci (300 mm) yang ditumbuhkan sebagai silinder kemudian diiris menjadi wafer.
Karena diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat semikonduktor, metode khusus telah dikembangkan untuk memproduksi bahan semikonduktor awal. Sebuah teknik untuk mencapai kemurnian tinggi termasuk pertumbuhan kristal menggunakan proses Czochralski. Langkah tambahan yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal sebagai perbaikan zona. Dalam perbaikan zona, sebagian dari kristal padat dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan, sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga menghasilkan bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan.
Dalam pembuatan perangkat semikonduktor yang melibatkan heterojunction antara bahan-bahan semikonduktor yang berbeda, konstanta kisi, yaitu panjang dari struktur kristal yang berulang, penting untuk menentukan kompatibilitas antar bahan
Tabel Bahan Semikonduktor
Sumber : Ichwan Yelfianhar, Semikonduktor
2.3 Karakteristik Bahan Semikonduktor
2.3.1 Semikonduktor elemental
Semikonduktor elemental terdiri atas unsur – unsur pada sistem periodik golongan IV A seperti silikon (Si), Germanium (Ge) dan Karbon (C). Karbon semikonduktor ditemukan dalam bentuk kristal intan. Semikonduktor intan memiliki konduktivitas panas yang tinggi sehingga dapat digunakan dengan efektif untuk mengurangi efek panas pada pembuatan semikonduktor laser.
2.3.2 Semikonduktor gabungan
Semikonduktor gabungan (kompon) terdiri atas senyawa yang dibentuk dari logam unsur periodik golongan IIB dan IIIA (valensi 2 dan 3) dengan non logam pada golongan VA dan VIA (valensi 5 dan 6) sehingga membentuk ikatan yang stabil (valensi 8). Semikonduktor gabungan III dan V misalnya GaAs dan InP, sedangakan gabungan II dan VI misalnya CdTe dan ZnS.
2.4 Klasifikasi Semikonduktor
Berdasarkan mekanisme terbentuknya gejala semikonduktivitas, semikonduktor terdiri atas:
2.4.1 Semikonduktor Intrinsik
Terbentuk dari semikonduktor murni yang memiliki ikatan kovalen sempurna seperti Si, Ge, C dan sebagainya. Mekanisme terbentuknya semikonduktor intrinsik diperlihatkan pada semikonduktor murni seperti Si. Pada kondisi normal atom – atom Si saling berikatan melalui 4 ikatan kovalen (masing – masing memiliki 2 elektron valensi). Ketika suhu dinaikkan maka stimulasi panas akan mengganggu ikatan valensi ini sehingga salah satu elektron valensi akan berpindah ke pita konduksi. Lokasi yang ditinggalkan oleh elektron valensi ini akan membentuk hole. Pasangan hole dan elektron ini menjadi pembawa muatan dalam semikonduktor intrinsik. Proses ini diperlihatkan pada gambar berikut:
2.4.2. Semikonduktor Ekstrinsik
Terbentuk dari semikonduktor murni yang dikotori oleh atom dopping sebagai penghasil elektron konduksi atau hole. Terdiri atas dua tipe: Tipe – N (Silikon + Phospor atau Arsenic) dan Tipe – P (Silikon + Boron, Galium atau Indium).
Semikonduktor ekstrinsik terbentuk melalui mekanisme doping, yang dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen sehingga diharapkan akan dapat menghantarkan listrik. Mekanisme ini dilakukan dengan jalan memberikan atom pengotor ke bahan semikonduktor murni sehingga apabila atom pengotor memiliki kelebihan elektron valensi (valensi 5) akan terdapat elektron bebas yang dapat berpindah. Karena mengandung atom-atom pengotor, pembawa muatan didominasi oleh elektron saja atau lubang saja. Apabila semikonduktor murni diberikan pengotor dengan valensi kurang (valensi 3) maka akan terbentuk area kosong (hole) yang menjadi pembawa muatan. Mekanisme ini menentukan jenis semikonduktor yang dibentuk (tipe – N atau tipe – P)
Semikonduktor Tipe-N
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 (pengotornya oleh atom pentavalent P, As, Sb) yang siap melepaskan elektron.
Semikonduktor Tipe-P
Resistansi
Semikonduktor tipe-p atau tipe-n jika berdiri sendiri tidak lain adalah sebuah resistor. Sama seperti resistor karbon, semikonduktor memiliki resistansi. Cara ini dipakai untuk membuat resistor di dalam sebuah komponen semikonduktor. Namun besar resistansi yang bisa didapat kecil karena terbatas pada volume semikonduktor itu sendiri.
2.5. Penggunaan Bahan Semikonduktor
Semikonduktor merupakan terobosan dalam teknologi bahan listrik yang memungkinkan pembuatan komponen elektronik dalam wujud mikro, sehingga peralatan elektronik dapat dibuat dalam ukuran yang lebih kecil. Beberapa komponen elektronik yang menggunakan bahan semikonduktor yaitu: 2.5.1. Dioda
Diode merupakan peranti semikonduktor yang dasar. Diode memiliki banyak tipe dan tiap tipe memiliki fungsi dan karakteristik masing-masing. Kata Diode berasal dari Di (Dua) Ode (Elektrode), jadi Diode adalah komponen yang memiliki dua terminal atau dua electrode yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik dalam satu arah. Dengan kata lain diode bekerja sebagai Konduktor bila beda potensial listrik yang diberikan dalam arah tertentu (Bias Forward) tetapi diode akan bertindak sebagai Isolator bila beda potensial listrik diberikan dalam arah yang berlawanan (Bias Reverse) Tipe dasar dari diode adalah diode sambungan PN.
2.5.2. Transistor
Transistor adalah komponen elektronik yang dibuat dari materi semikonduktor yang dapat mengatur tegangan dan arus yang mengalir melewatinya dan dapat berfungsi sebagai saklar elektronik dan gerbang elektronik.
2.5.3. IC (Integated Circuit)
Integrated Circuit merupakan komponen elektronik yang terdiri atas beberapa terminal transistor yang tergabung membentuk gerbang. Masing – masing gerbang dapat dioperasikan sehingga membentuk logika tertentu yang dapat mengendalikan pengoperasian suatu perangkat elektronik. Gabungan dari beberapa buah IC dan komponen lain dapat diproduksi dengan menggunakan bahan semikonduktor dalam bentuk chip. Chip multifungsi ini kemudian dikenal sebagai mikroprosesor yang berkembang hingga sekarang.
Macam-macam Semikonduktor dan Penggunaannya
BAB III
PENUTUP
Dari makalah yang berjudul Semikonduktor ini, dapat disimpulkan bahwa semikonduktor adalah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan konduktor. Konduktivitas semikonduktor berkisar antara 103 sampai 10-8 siemens per sentimeter dan memiliki dan celah energinya lebih kecil dari 6 eV. Dan bahan semikonduktor adalah bahan yang bersifat setengah konduktor, oleh karena itu semikonduktor bisa bersifat setengah menghantar.
Semikonduktor memiliki dua karaktristik, yaitu semikonduktor elementer dan semikonduktor gabungan. Semikonduktor elemental Semikonduktor elemental terdiri atas unsur – unsur pada sistem periodik golongan IV A seperti silikon (Si), Germanium (Ge) dan Karbon (C). Sedangkan Semikonduktor gabungan (kompon) terdiri atas senyawa yang dibentuk dari logam unsur periodik golongan IIB dan IIIA (valensi 2 dan 3) dengan non logam pada golongan VA dan VIA (valensi 5 dan 6) sehingga membentuk ikatan yang stabil (valensi 8). Semikonduktor gabungan III dan V misalnya GaAs dan InP, sedangakan gabungan II dan VI misalnya CdTe dan ZnS.
Semikonduktor juga diklasifikasikan menjadi semikonduktor intrinsik dan semikonduktor intrinsik. Semikonduktor Intrinsik terbentuk dari semikonduktor murni yang memiliki ikatan kovalen sempurna seperti Si, Ge, C dan sebagainya, sedangkan. Semikonduktor Ekstrinsik Terbentuk dari semikonduktor murni yang dikotori oleh atom dopping sebagai penghasil elektron konduksi atau hole. Bahan semi kondukto dapat dimanfaatkan dalam pembuatan komponen-komponen listrik seperti dioda, transistor, IC(Integated Circuit).
3.2 Saran
Dari makalah semikonduktor ini, masih terdapat kekurangan dalam pembahasannya, hal ini dikarenakan keterbatasan penelaahan dari penulis. Makalah berjudul “Semikonduktor” ini diharapkan akan menjadi literature terbaru dan bermanfaat bagi para pembaca.
DAFTAR PUSTAKA
Herman DS. (1996). Elektronika: Teori dan Penerapan. Yogyakarta: FPTK IKIP Yogyakarta.
Albert Paul Malvino, 2003. Prinsip – Prinsip Elektronika, Jakarta. Penerbit Salemba Teknika http://one.indoskripsi.com/judul-skripsi-makalahtentang/semikonduktor
0 komentar:
Posting Komentar