Semikonduktor Gabriel Sianturi MT

Tipe Material Material - Insulator: konduktivitas rendah, resistivitas tinggi. Sulit menghantarkan listrik. Contoh: gelas, keramik, plastik - Kondutor: konduktivitas tinggi, resistivitas rendah. Mudah menghantarkan listrik. Contoh: tembaga, emas, perak - Semikonduktor: konduktivitas, resisitivitas, dapat diatur. Dapat bersifat sebagai kondutor maupun insulator Semikonduktor merupakan bahan untuk membuat transistor, dioda, thyristor, dll Bahan semikonduktor yang terutama : Silikon (Si), Germanium (Ge)

Insulator Pada material insulator elektron terikat dengan kuat sehingga dibutuhkan energi yang besar untuk melepaskannya dari orbitnya Slide 3

Konduktor Material konduktor mempunyai elektron yang tidak terikat kuat pada orbitnya. Energi yang kecil dapat membuat elektron tersebut terlepas dan berpindah dari satu atom ke atom lainnya Slide 4

Material Semikonduktor Dg

Silikon Kristal Silikon mempunyai 4 elektron valensi pada kulit terluar Pada kristal atom Silikon terikat secara kovalen dengan atom yang berdekatan Setiap atom Silikon membagi 4 elektron valensinya dengan 4 atom yang berdekatan, sehingga silikon mempunyai 8 elektron pada orbit terluarnya Slide 6

Elektron Bebas Pada temperatur mutlak tidak ada elektron bebas dalam silikon kristal, silikon bersifat insulator Elektron dapat bergerak dan terlepas dari orbit valensinya menjadi elektron bebas jika ada energi untuk memutuskan ikatan Slide 7

Lubang Terlepasnya elektron valensi akan meninggalkan kekosongan pada orbit valensi. Kekosongan tersebut disebut lubang (hole) Slide 8

Lubang Lubang bersifat seperti muatan positif karena akan menarik dan menangkap elektron bebas Apabila suatu elektron mendekati lubang dan tertarik kedalamnya, maka terjadi yang disebut rekombinasi (recombination) Slide 9

Penambahan Panas Panas yang bertambah akan memperbanyak elektron bebas dan lubang Slide 10

Jenis Semikonduktor Semikonduktor Intrinsik (Intrinsic semiconductor) - Semikonduktor Intrinsik adalah suatu semikonduktor murni - Suatu kristal silikon adalah semikonduktor intrinsik apabila setiap atom dalam kristal tersebut merupakan atom silikon 2. Semikonduktor Ektrinsik (Extrinsic semiconductor)

Semikonduktor Intrinsik Jika kristal silikon ditempatkan diantara plat metalik yang bermuatan, elektron akan tertolak dan bergerak ke kiri Elektron bebas akan meninggalkan lubang yang kemudian akan terisi oleh elektron valensi lain yang tertarik ke dalam lubang Slide 12

Semikonduktor Intrinsik Semakin besar panas, semakin kecil resistansi, semakin mudah aliran muatan Slide 13

Aliran Elektron dan Lubang Elektron bebas bergerak dari kanan ke kiri sedangkan lubang dari kiri ke kanan Elektron bebas dan lubang dinamakan pembawa (carriers), karena membawa muatan dari satu tempat ke tempat lainnya

Thermistor Thermistor Symbol Thermistor adalah resistor yang sensitif terhadap panas Ketika temperatur rendah bersifat sebagai insulator dan mempunyai resistansi yang besar Ketika dipanaskan, pasangan elektron lubang akan terjadi, resistansi akan berkurang. Aplikasi: thermometer, sensor temperatur, pembatas arus Thermistor Symbol Slide 15

Doping Semikonduktor intrinsik dapat dibuat lebih bersifat konduktor dengan menambahkan atom lain (doping). Suatu semikonduktor yang di doping dinamakan semikonduktor ekstrinsik (extrinsic semiconductor) Slide 16

Menambah Elektron Bebas Menambah jumlah elektron bebas - Menambahkan atom pentavalen, yang memiliki 5 elektron bebas pada orbit valensi. - Atom pentavalen mis: arsenic, antimony, phosphorus - Atom pentavalen akan memberikan (mendonorkan) sebuah elektron bebas kepada atom silikon

Atom Phosphorus P mempunyai 15 proton dan 15 elektron, 5 elektron berada pada orbit terluar Slide 18

Semikonduktor Tipe n Silikon yang didoping dengan atom pentavalen disebut Semikonduktor Tipe n (negatif) Elektron bergerak ke kekiri dan lubang bergerak ke kanan Elektron merupakan majority carriers Lubang merupakan minority carriers Slide 19

Menambah Lubang Menambah lubang - Menambahkan atom trivalent pada atom silikon - Atom trivalent mempunyai 3 elektron valensi. Contoh: Alumunium, Boron,Gallium - Atom trivalent disebut acceptor karena karena setiap lubang dapat menerima elektron bebas pada saat rekombinasi

Atom Boron Boron mempunyai 5 proton dan 5 elektron 3 elektron berada pada orbit terluar Slide 21

Semikonduktor Tipe-p Silikon yang didoping dengan atom trivalent disebut semikonduktor tipe-p (positif) Lubang merupakan majority carriers dan elektron minority carriers Lubang bergerak ke kanan dan elektron bergerak ke kiri t Slide 22

Sambungan p-n Single kristal dengan tipe-p dan tipe-n disambungkan menjadi kristal p-n. Batas dimana daerah p an n bertemu dinamakan p-n junction Slide 23

p-n Junction Elektron bebas pada daerah n akan berpindah melintasi junction ke daerah p Elektron pada daerah p menjadi minority carrier dan akan mauk ke dalam lubang. Lubang akan menghilang dan elektron bebas akan menjadi elektron valensi Semakin lama daerah pada sambungan tidak mempunyai carriers lagi. Daerah kosong ini disebut lapisan pengosongan (depletion layer) Slide 24

Barrier Potential 0.7 V Ketika elektron meninggalkan daerah n maka atom pada daerah n menjadi ion positif, sedangkan pada daerah p akan terjadi ion negatif Setiap pasangan ion positif dan negatif pada junction disebut dipole Medan listrik terbentuk pada dipole Medan listrik yang terbentuk pada dipole adalah ekivalen dengan perbedaan potensial yang dinamakan barrier potential. Untuk Silikon = 0.7 V pada 25oC. Untuk Germanium = 0.3 V Slide 25

Reverse Bias p-n Junction Terminal negatif dari sumber dihubungkan dengan tipe p, sedangkan terminal positif dengan tipe-n Hubungan ini dinamakan panjar mundur( reverse bias) Slide 26

Reverse Biased p-n Junction Depletion layer akan bertambah lebar. Tidak ada arus mengalir Elektron pada daerah n akan tertarik menjauhi junction Lubang akan tertarik menjauhi junction Slide 27

Forward Bias p-n Junction Terminal negatif dari sumber dihubungkan dengan tipe n, sedangkan terminal positif dengan tipe-p Hubungan ini dinamakan panjar maju (forward bias) Slide 28

Forward Bias p-n Junction Elektron bebas dari sumber tegangan akan mendorong elektron pada daerah n sehingga elektron bebas melintasi junction dan jatuh kedalam lubang. Lubang pada daerah p akan terdorong menuju junction, depletion layer akan hilang, sehingga arus mengalir selama beda potensial lebih besar 0,7 V Slide 29

Forward Bias p-n Junction Jika tegangan bertambah tinggi Elektron mengalami gaya yang lebih besar dan bergerak makin cepat, arus semakin besar Arah panah menunjukkan aliran konvensional p-n junction dinamakan juga dioda (diode) Slide 30