Universitas Gunadarma MIKROELEKTRONIKA Universitas Gunadarma

Atom & Struktur Molekul PERTEMUAN 1 & 2 Atom & Struktur Molekul Universitas Gunadarma

Struktur Suatu Atom

Teori Atom Carl H. Snyder Ambil segenggam paper clip dengan ukuran & warna yang sama : 1. Bagi kedalam tumpukan yang sama. 2. Bagi kembali tumpukan yang lebih kecil kedalam 2 tumpukan yang sama. 3. Ulangi langkah 1 & 2 sampai ke suatu tumpukan yang hanya terdiri dari sebuah paper clip. Paper clip tersebut masih memiliki fungsi sebagai penjepit kertas yaitu menjepit kertas agar tidak berantakan. 4. Sekarang ambil gunting potong sebuh paper clip tersebut menjadi dua bagian. Pertanyaan : Dapatkah setengah paper clip tersebut memiliki fungsi yang sama dengan sebuah paper clip? Jika kita lakukan hal yang sama dengan elemen apa saja, maka kita akan mencapai suatu kondisi dimana bagian suatu benda tidak dapat dibagi lagi tetapi masih memiliki sifat yang sama seperti sebuah paper clip tadi. Bagian yang tidak dapat dibagi lagi inilah yang disebut Atom.

Teori Atom John Dalton Setiap Elemen terbentuk dari Atom-atom – Tumpukan paper clip. Semua atom-atom dari suatu elemen memilki sifat yang sama – Semua paper clip dalam tumpukan memiliki ukuran dan warna yang sama. Atoms dari elemen yang berbeda adalah berbeda(ukuran dan ciri-ciri) – seperti perbedaan ukuran dan warna paper clip. Atoms dari elemen yang berbeda dapat dikombinasikan untuk membentuk campuran – Kita dapat menghubungkan ukuran dan warna yang berbada dari paper clip untuk membentuk struktur baru. Dalam reaksi kimia, atom tidak dapat dibuat, di musnahkan, atau dirubah – tidak ada paper clip baru yang muncul, tidak ada paper clip yang hilang dan tidak ada paper clip yang berubah dari satu ukuran/warna ke ukuran/warna lainnya. Dalam berbagai campuran, nomor dan jenis dari atom tetap sama – Jumlah total dan type paper clip pada saat mulai dan akhir adalah sama.

PITA ENERGI Hukum dasar yang menjelaskan hubungan antara elektron dengan kulit orbit : elektron bergerak dalam kulit orbit. Elektron tidak dapat mengelilingi inti atom dalam ruangan yang ada antara dua buah kulit orbit. setiap kulit orbit berhubungan dengan sebuah range energi khusus,elektron-elektron yang bergerak dalam suatu kulit orbit akan memilki sejumlah energi yang sama. Catatan : level energi dalam kulit akan meningkat ketika makin jauh dari inti atom. Hal ini dapat disimpulkan maka elektron valensi selalu memilki level energi yang tertinggi dalam setiap atom. elektron untuk berpindah dari suatu kulit ke kulit yang lain menyerap energi untuk menyesuaikan level energi antara level energi kulit awal dengan level energi kulit yang dituju. Jika suatu atom menyerap cukup energi untuk berpindah dari suatu kulit yang satu kekulit yang lain, sebenarnya elektron ini kembali melepaskan energi yang diserapnya dan mengembalikannya ke kulit energi yang rendah

Celah & level energi Silikon Pita Konduksi Celah Energi Pita Valensi e1 e2 e3=0.7eV e4=1.8eV

Pita energi untuk Konduktor, semi konduktor, dan Isolator

Gejala Transport dalam Semikonduktor PERTEMUAN 3 & 4 Gejala Transport dalam Semikonduktor Universitas Gunadarma

Bahan Semikonduktor Silikon elemen yang mudah didapat – contohnya adalah bahan utama pasir dan kuarsa. Letak unsur Silikon dalam Tabel Periodik adalah berada disebelah aluminum, dibawah Karbon dan diatas germanium. Karbon, silikon and germanium juga memilki ciri khusus dalam struktur elektronnya – setiap unsur memilki 4 elektron terluar dalam orbitnya. Ini menyebabkan unsur-unsur tersebut dalam membentuk kristal yang baik. Keempat elektron tersebut membentuk ikatan Kovalen yang sempurna dengan atom-atom tetangga. Bentuk Kristal dari Karbon adalah BERLIAN. IBentuk Kristal silikon berwarna perak dan kemilau seperti logam. Logam merupakan konduktor listrik yang baik karena logam memiliki elektron-elektron bebas yang dapat bergerak mudah antar atom. Dampak Ikatan kovalen pada bahan semikonduktor menyebabkan Semikonduktor lebih menyerupai ISOLATOR.

Tabel Periodik Semikonduktor

Ikatan Kovalen Pada Silikon In a silicon lattice, all silicon atoms bond perfectly to four neighbors, leaving no free electrons to conduct electric current. This makes a silicon crystal an insulator rather than a conductor.

DOPING pada Semikonduktor There are two types of impurities: N-type - In N-type doping, phosphorus or arsenic is added to the silicon in small quantities. Phosphorus and arsenic each have five outer electrons, so they're out of place when they get into the silicon lattice. The fifth electron has nothing to bond to, so it's free to move around. It takes only a very small quantity of the impurity to create enough free electrons to allow an electric current to flow through the silicon. N-type silicon is a good conductor. Electrons have a negative charge, hence the name N-type. P-type - In P-type doping, boron or gallium is the dopant. Boron and gallium each have only three outer electrons. When mixed into the silicon lattice, they form "holes" in the lattice where a silicon electron has nothing to bond to. The absence of an electron creates the effect of a positive charge, hence the name P-type. Holes can conduct current. A hole happily accepts an electron from a neighbor, moving the hole over a space. P-type silicon is a good conductor.

Universitas Gunadarma PERTEMUAN 5 & 6 Diode Semikonduktor Universitas Gunadarma

Pengenalan Diode 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.

CONT. Pada awalnya diode-diode berupa peranti-peranti tabung hampa dengan filamen panas (disebut Katode) yang memancarkan elektron-elektron bebas, dan suatu pelat positif (disebut Anode) yang mengumpulkan elektron-elektron tersebut. Diode Modern adalah peranti semikonduktor dengan bahan tipe n yang menyediakan elektron-elektron bebas dan bahan tipe p yang mengumpulkannya. Simbol Diode

Awal Diode

Kurva Karakteristik Diode

LAPISAN PENGOSONGAN

Bias Forward pada Diode

Bias Reverse pada Diode

Light Emiting Diode (LED)

Keuntungan Penggunaan Led Konsumsi Daya Yang rendah Reabilitas & Durabilitas Yang tinggi Efisiensi Energi Panas Yang ditimbulkan kecil Kerugian : Biaya Pembuatan Led yang relatif mahal.

PN JUNCTION Berhubungan dengan karakteristik dan sistematis simbol diode maka dapat diambil kesimpulan bahwa dioda akan berfungsi sebagai konduktor apabila dua syarat ini terpenuhi : 1. Katode mendapat tegangan yang lebih negatif dari anode. 2. Beda potensial antara anoda dan katoda melebihi potensial barier kira-kira 0.3 V untuk diode germanium dan 0.7 V untuk dioda silikon.

MODEL DIODE Ada tiga model diode. Model adalah representasi dari suatu komponen atau rangkaian yang memiliki satu atau lebih Sifat atau karakteristik. 1. Model Diode Ideal 2. Model Diode Praktek 3. Model Diode Lengkap

MODEL DIODE IDEAL Model diode ideal menggambarkan diode sebagai saklar sederhana yang dapat tertutup ( Conducting ) ketika dibias forward maupun tertutup ( nonconducting ) ketika dibias reverse. Model ini hanya digunakan untuk menentukan tahap awal troubleshooting (proses mencari kesalahan dalam perangkat elektronik). Kondisi Karakteristik OPEN *Infinite Resistansi Shg Arus nol *Tegangan penuh pada kaki dioda CLOSED *Resistansi nol Shg Arus Max *Tegangan nol pada kaki dioda

CONT. Berdasarkan karakteristik sebuah saklar, maka dapat diperoleh pernyataan2x untuk diode ideal : 1. Ketika dibias reverse ( Open Switch ) Diode memilki resistansi tak terbatas ( maksimum ) Diode tidak dialiri arus Sumber Tegangan akan jatuh semua pada terminal diode 2.Ketika dibias forward ( Closed Switch ) Diode memilki resistansi nol ( minimum ) Diode dialiri arus Tidak ada Sumber Tegangan jatuh pada terminal diode

MODEL DIODE PRAKTEK Dalam model diode ideal banyak karakteristrik-karakteristik diode yang diabaikan. Contohnya : Tegangan maju. Tegangan maju biasanya diperhatikan dalam analisis matematika dari rangkaian diode. Pada aplikasi rangkaian yang digunakan diasumsikan dioda yang dipergunakan dioda silikon kalau ingin mengganti dengan dioda germaniun maka tegangan maju tinggal diubah dari 0.7V menjadi 0.3V

MODEL DIODE LENGKAP Model dioda lengkap merupakan model yang paling akurat menggambarkan karakteristik-karakteristik operasional diode. 2 faktor yang menyebabkan model ini menjadi semakin akurat adalah Resistansi Bulk.

Kurva Karakteristik Untuk masing-masing Model Diode IF VF IR VR IF VF IR VR VK=0.7V IF VF IR VR VK=0.7V RB= ΔV / ΔI Model Diode IDEAL Model Diode PRAKTEK Model Diode LENGKAP

Universitas Gunadarma PERTEMUAN 7 & 8 Transistor Universitas Gunadarma

Transistor VS Diode A transistor is created by using three layers rather than the two layers used in a diode. You can create either an NPN or a PNP sandwich. A transistor can act as a switch or an amplifier. A transistor looks like two diodes back-to-back. You'd imagine that no current could flow through a transistor because back-to-back diodes would block current both ways. And this is true. However, when you apply a small current to the center layer of the sandwich, a much larger current can flow through the sandwich as a whole. This gives a transistor its switching behavior. A small current can turn a larger current on and off.

Teknologi Pembuatan Semikonduktor PERTEMUAN 9 & 10 Teknologi Pembuatan Semikonduktor Universitas Gunadarma

Rangkaian Terpadu ( IC ) PERTEMUAN 11 Rangkaian Terpadu ( IC ) Universitas Gunadarma

IC ( Integrated Circuit ) A silicon chip is a piece of silicon that can hold thousands of transistors. With transistors acting as switches, you can create Boolean gates, and with Boolean gates you can create microprocessor chips. The natural progression from silicon to doped silicon to transistors to chips is what has made microprocessors and other electronic devices so inexpensive and ubiquitous in today's society. The fundamental principles are surprisingly simple. The miracle is the constant refinement of those principles to the point where, today, tens of millions of transistors can be inexpensively formed onto a single chip.

SEJARAH PERKEMBANGAN PIRANTI ELEKTRONIKA Era perkembangan piranti elektronika : Era tabung hampa (vacuum tube)  awal abad 20 Era transistor  mulai tahun 1948 Era rangkaian terintegrasi (IC)  mulai tahun 1960

Era IC 1958  Kilby  konsep monolitik  ide menggunakan Germanium atau Silikon untuk seluruh rangkaian 1959  Kilby membuat oscillator dan multivibrator dari Germanium dengan konsep monolitik  awal kelahiran IC 1959  Noyce dan Moore mengembangkan konsep monolitik dengan metode lithography 1959  Hoerni dan Fairchild  konsep monolitik dengan metode planar atau difusi 1961  produksi masal IC 1964  High component density IC (chip)  silikon wafer berukuran 3 x 5 x 0.3 mm

Perkembangan teknologi IC Nama Jumlah Komponen Tahun SSI Small Scale Integrated <100 Awal 1960 MSI Medium Scale Integrated 100-1000 LSI Large Scale Integrated 1000-10000 Awal 1970 VLSI Very Large Scale Integrated 10000-10000 Akhir 1970 ULSI Ultra Large Scale Integrated 100000> Awal 1980

Teknik - Teknik Fabrikasi PERTEMUAN 12 Teknik - Teknik Fabrikasi Universitas Gunadarma