MATERI : BAHAN SEMIKONDUKTOR TK 2092 ELEKTRONIKA DASAR MATERI : BAHAN SEMIKONDUKTOR Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Materi 5 : Bahan Semikonduktor END TK2092 Elektronika Dasar Materi 5 : Bahan Semikonduktor Memberikan pengetahuan dasar mengenai beberapa hal berikut : 1. Bahan Semikonduktor 2. PN Junction Latarnya hilang...tolong ditambahkan gambar latarnya lagi 3. Dioda Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Materi 5 : Bahan Semikonduktor END TK2092 Elektronika Dasar Materi 5 : Bahan Semikonduktor Memberikan pengetahuan dasar mengenai beberapa hal berikut : 1. Bahan Semikonduktor 2. PN Junction Latarnya hilang...tolong ditambahkan gambar latarnya lagi 3. Dioda Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Prodi D3 TeknIk Komputer Bahan Semikonduktor Semikonduktor adalah bahan yang memiliki kemampuan untuk menghantarkan listrik, memiliki 4 electron di kulit terluarnya, dengan sifatnya penghantarnya berada diantara konduktor dan isolator Pada tabel periodik termasuk golongan IV A: Silikon (Si) (Z=14 ; 1s2,2s22p63s23p2) Germanium (Ge) (Z=32; 1s22s22p63s23p63d104s24p2) Silikon dan Germanium seperti yang telah ditunjukkan dalam notasi spectroscopic akan memiliki : Elektron valensi = 4 Elektron di sisi paling luar berada pada sub bagian : l=0 (s) dan l=1 (p) Untuk mencapai kesetimbangan maka setiap atom pada Si dan Ge membutuhkan 8 elektron di kulit terluar Ikatan antar atom pada Kristal Semikonduktor (Si atau Ge) merupakan ikatan kovalen berbentuk Tetrahedral Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Semikonduktor Intrinsik Terdiri dari bahan semikonduktor murni atau semikonduktor yang tidak di dop unsur lain Pada suhu : Rendah (mis : 0 K)  bersifat sebagai isolator Ruang (mis : 25oC)  bersifat sebagai konduktor yang kurang baik (semikonduktor) Elektron bebas hole Suhu 0 ⁰ Penambahan suhu Timbulnya Elektron dan hole diakibatkan oleh penambahan suhu yang mengakibatkan adanya energi yang diberikan pada bahan semikonduktor (mis Si dan Ge) Terdapat ikatan kovalen yang terlepas antar atom pembentuk kristal Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Semikonduktor Ekstrinsik Semikonduktor murni yang di dop dengan bahan dengan bahan yang valensinya berada dibawah atau di atas bahan intrinsik tersebut Semikonduktor Ekstrinsik Semikonduktor Tipe P Semikonduktor Tipe N Untuk meningkatkan konduktivitas dari bahan semikonduktor maka semikonduktor murni akan di dop Meningkatkan jumlah hole dan elektron bebas dalam kristal semikonduktor Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Semikonduktor Ekstrinsik Tipe-N Semikonduktor instrinsik yang di doping dengan atom bervalensi 5, sehingga kelebihan elektron contoh : Phosporus (P) (Z=15 ; 1s2,2s22p63s23p3) Arsenik (As) (Z=33; 1s22s22p63s23p63d104s24p3) Atom yang menyebabkan terjadinya elektron bebas dalam satu susunan kristal atom disebut atom donor Terdapat dua pembawa muatan yaitu : Elektron sebagai majority carrier Hole sebagai minority carrier Apabila atom semi konduktor intrinsik yang bervalensi empat didoping dengan atom lain yang valensinya lebih tinggi (misalnya valensi 5), maka akan mengalami kelebihan satu elektron, selanjutnya elektron ini Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Semikonduktor Ekstrinstik Tipe-P Atom semi konduktor intrinsik didop unsur yang memiliki 3 elektron valensi (trivalent) contoh : Boron (B) (Z=5 ; 1s2,2s22p1) Gallium (Ga) (Z=31; 1s22s22p63s23p63d104s24p1) Proses doping ini ini akan menyebabkan terjadi kekurangan elektron atau akan terdapat lubang (hole)  atom akseptor Ada dua pembawa muatan pada P-type semi konduktor , yaitu: Hole sebagai majority carrier Elektron sebagai minority carrier Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Prodi D3 TeknIk Komputer PN Junction PN junction pada kondisi open circuit : Tipe n Atom pada tipe n akan menjadi donor (melepas elektron) sehingga memiliki ion positif Tipe p Atom pada tipe p akan menjadi akseptor elektron sehingga akan memiliki ion negatif Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Prodi D3 TeknIk Komputer END TK2092 Elektronika Dasar PN JUNCTION Setiap kali elektron berdifusi melalui junction,maka akan tercipta sepasang ion. Pada gambar menunjukkan ion – ion ini pada masing – masing sisi junction. Tanda positif berlingkaran menandakan ion positif dan tanda negatif berlingkaran menandakan ion negatif. Ion tetap dalam struktur kristal karena ikatan kovalen dan tidak dapat berkeliling seperti elektron pita konduksi ataupun hole. Jika elektron masuk daerah p, maka akan menjadi pembawa minoritas dan memiliki umur hidup yang singkat , setelah memasuki daerah p maka elektron akan jatuh ke dalam hole sehingga hole lenyap dan elektron pita konduksi menjadi elektron valensi. Tiap pasang ion positif dan negatif pada gambar disebut dipole. Penciptaan dipole berarti satu elektron pita konduksi dan satu hole telah dikeluarkan dari sirkulasi. Jika terbentuk sejumlah dipole, daerah dekat junction dikosongkan dari muatan – muatan yang bergerak dan daerah yang kosong muatan ini disebut dengan lapisan pengosongan ( depletion layer ). PN junction pada kondisi open circuit : Tipe n Atom pada tipe n akan menjadi donor (melepas elektron) sehingga memiliki ion positif Tipe p Atom pada tipe p akan menjadi akseptor elektron sehingga akan memiliki ion negatif Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Prodi D3 TeknIk Komputer END TK2092 Elektronika Dasar Forward Bias Pada hubungan ini arus listrik akan dengan mudah mengalir. Jika elektron pita konduksi bergerak menuju junction, ujung kanan kristal menjadi lebih positif. Hal ini terjadi karena elektron pada ujung kanan kristal bergerak menuju junction dan meninggalkan atom bermuatan negatif di belakang. Atom bermuatan positif kemudian menarik elektron ke dalam kristal dari terminal sumber negatif. Jika elektron pada sisi n mendekati junction, mereka bergabung kembali dengan hole. Penggabungan ini terjadi pada jarak yang berlainan dari junction, tergantung pada berapa lama elektron pita konduksi dapat menghindarkan kejatuhannya ke dalam hole. Kebanyakan penggabungan terjadi dekat junction. Forward bias merendahkan bukit energi (lihat gambar). Karenanya, elektron pita konduksi mempunyai cukup energi untuk menyerbu daerah p. Segera setelah memasuki daerah p, tiap – tiap elektron jatuh ke dalam hole. Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Prodi D3 TeknIk Komputer END TK2092 Elektronika Dasar Reverse Bias Qq Pada reverse bias (lihat gambar) lapisan pengosongan akan semakin lebar karena hole dan elektron bergerak menuju ujung – ujung kristal (menjauhi junction). Elektron pergi meninggalkan ion positif dan hole yang pergi meninggalkan ion negatif , oleh sebab itu maka lapisan pengosongan bertambah lebar Pada gambar dibawah ini menggambarkan bahwa jika pasangan elektron – hole diciptakan di dalam lapisan pengosongan, medan listrik mendorong elektron ke kanan , memaksa satu elektron untuk meninggalkan ujung kanan kristal. Hole di dalam lapisan pengosongan didorong ke kiri. Kelebihan hole pada sisi p mengizinkan satu elektron memasuki ujung kiri kristal dan jatuh ke dalam hole. Karena energi thernal terus menerus menghasilkan pasangan elektron – hole dekat junction, maka diperoleh arus kontinu yang kecil dalam rangkaian luar. Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Prodi D3 TeknIk Komputer Link Video Semikonduktor Semikonduktor Instrinsik dan Ekstrinsik PN Junction PN Junction dan Dioda Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara

Prodi D3 TeknIk Komputer Referensi END Adel Sedra and Kenneth Smith. 1998. Microelectronics Circuits, 4th edition. Oxford University Press. New York. Thomas L. Floyd and David M. Buchla. 2009. Electronics Fundamentals: Circuits, Devices & Applications (8th Edition). Prentice-Hall. https://www.youtube.com/watch?v=o-PPbmMm0eA Prodi D3 TeknIk Komputer Fakultas Ilmu Terapan Universitas Telkom Disusun Oleh : Gita Indah Hapsari Giva Andriana Mutiara 14 14