Makalah Semikonduktor : Pengenalan Dasar

Penulis : Update Terakhir : 23/12/2021 Waktu Baca : 4 Menit

Makalah semikonduktor lengkap РDalam pembahasan kali ini, kita akan belajar tentang pengenalan semikonduktor karena merupakan unsur penting pada sebuah komponen elektronika. Agar memahami beberapa komponen elektronika seperti Dioda rectifier, dioda zener, Transistor, dll, penting untuk mengetahui sedikit tentang teori konduktivitas listrik, celah energi, dan jenis jenis semikonduktor.

Pemahaman terhadap karakteristik dan fungsi semikonduktor dapat memudahkan Anda ketika belajar tentang karakteristik komponen aktif elektronika. Karena itu ikuti terus pembahasan materi dasar semikonduktor berikut ini.

Pembahasan makalah semikonduktor

Terdapat 2 kelompok besar komponen yang ada pada sebuah rangkaian elektronika maupun kelistrikan, yaitu komponen aktif dam komponen pasif. Dioda merupakan contoh dari komponen aktif elektronika yang sering digunakan. Sementara resistor adalah komponen pasif yang selalu ada pada rangkaian elektronika.

Dioda pada dasarnya merupakan komponen penghantar listrik searah yang mempunyai karakteristik eksponensial terhadap aliran arus listrik dan tegangan. hal ini terjadi karena dioda terbuat dari bahan semikonduktor yang memiliki ciri khusus ketika dialiri arus listrik.

Terdapat 3 karakteristik utama bahan di alam terhadap aliran arus listrik, yaitu : isolator, konduktor dan semikonduktor. Pengelompokkan bahan di alam ini berkaitan dengan fenomena respon resistivitas bahan atau material ketika diberikan aliran listrik.

Resistivitas atau dikenal juga dengan nama hambatan listrik adalah ukuran seberapa besar sebuah bahan atau material dalam menolak aliran listrik yang diterapkan kepadanya. Satuan hambatan listrik ini dinyatakan dalam ukuran OHM.

Bahan dengan nilai hambatan listrik yang rendah menunjukkan resistivitas rendah terhadap aliran arus listrik yang melewatinya.

Berkaitan dengan sifat bahan dalam menghantarkan arus listrik, bahan dapat terbagi dalam kelompok isolator dan konduktor. Dimana bahan isolator merupakan material yang tidak dapat dilalui arus listrik. Sedangkan konduktor dikenal sebagai bahan yang dapat dialiri arus listrik.

Selain kedua sifat material terhadap arus listrik tadi, ada lagi satu sifat bahan yang berada di antara isolator dan konduktor, yaitu semikonduktor. Bahan semikonduktor memiliki karakteristik setengah isolator dan konduktor.

Bahan semikonduktor memiliki sedikit sekali elektron bebas yang terikat pada sebuah kisi kristal atom. Karena itu semikonduktor tidak sepenuhnya bisa mengalirkan arus listrik secara bebas. Contoh bahan semikonduktor yang sering digunakan pada pembuatan komponen elektronika adalah silikon dan germanium.

Semikonduktor tipe N

Semikonduktor merupakan bahan utama dalam pembuatan komponen elektronika aktif seperti dioda dan transistor serta beberapa komponen sejenis lainnya. Sifat konduktivitas atau penghantar arus listrik semikonduktor dapat diubah dengan cara memberikan konsntrasi doping pada saat pembuatan komponen.

Pemberian doping atau atom pengotor pada bahan semikonduktor dapat meningkatkan sifat konduktivitas semikonduktor secara drastis. Karena pada proses ini terjadi peningkatan jumlah komposisi elektron yang lebih besar dibandingkan dengan jumlah hole atau lubang.

Perlu Anda ketahui, elektron merupakan partikel di dalam atom yang memiliki muatan listrik negatif. Sementara hole adalah celah pada ikatan di dalam atom yang bisa digambarkan sebagai unsur bermuatan listrik positif.

Pemberian unsur atom pengotor pada bahan semikoduktor disebut sebagai proses doping. Sementara atom pengotor yang disuntikkan ke dalam atom semikonduktor dikenal sebagai dopan.

Berdasarkan jenis bahan doping yang dimasukkan ke dalam kristal atom semikonduktor, bahan semikonduktor dapat dikelompokkan ke dalam dua jenis, yaitu : tipe N dan tipe P.

Contoh unsur yang dapat dikatakan sebagai atom pengotor tipe N adalah : fosfor, antimon dan arsenik. Unsue tersebut memiliki 5 bbuah elektron valensi di dalam ikatan valensinya.

Ketika atom pengotor disuntikkan ke dalam semkonduktor tipe N diatas, maka emapt dari lima elektron valensi akan membentuk ikatan kovalen yang kuat dengan atom kristal berdekatan dan akanmenyisakan satu elektron bebas.

Elektron elektron bebas yang terdapat pada bahan semikonduktor ini nantinya dapat menghantarkan arus listrik ketika diterapkan kepadanya.

Semikonduktor tipe N sering juga disebut sebagai semikonduktor donor.

Semikonduktor tipe N
Gambar dari : electronichub.com

Semikonduktor tipe P

Unsur unsur golongan III seperti boron, alumunium, gallium dan indium dikenal sebagai atom pengotor pengotor tipe P. Unsur unsur tersebut memiliki 3 elektron valensi. Ketika atom pengotor disuntikkan ke dalam bahan semikonduktor, misalnya silikon maka ketiga elektron tersebut akan membentuk ikatan atom valensi yang kuat dengan atom kristal silikon terdekat.

Ikatan kovalen yang terbentuk tersebut meninggalkan satu ikatan kovalen ke empat yang kekurangan elektron. Celah atau kekurangan elektron yang terbentu tersebut disebut sebagai lubang atau hole. Semikonduktor tipe P ini biasa juga disebbut sebagai akseptor.

Semikonduktor tipe P
Gambar dari : electronichub.com

Perbedaan semikonduktor tipe N dan tipe P

Berikut ini adalah ciri ciri dari bahan semikonduktor tipe N dan tipe P :

Tipe N

  • Menggunakan jenis atom pengotor pentavalen.
  • Atom pengotor memberikan sejumlah elektron bebas.
  • Disebut sebagai donor.
  • Jumlah elektron lebih banyak dibandingkan jumlah hole.

Tipe P

  • Atom pengotor dari unsur trivalen.
  • Atom pengotor memberikan jumlah hole yang lebih banyak.
  • Desebut juga sebagai akseptor.
  • Jumlah hole lebih banyak dibandingkan jumlah elekron.

Sifat bahan terhadap arus listrik

Seperti telah dikatakan sebelumnya, setiap bahan yang ada di alam mempunyai karakteristik respon yang berbeda ketika diberikan aliran arus listrik. Respon material terhadap arus listrik ini dikenal dengan nama resistivitas .

Nama lain dari resistivitas material adalah hambatan listrik dan dinyatakan dalam satuan Ohm. Besaran resistivitas material didapatkan dengan cara mengalikan resistensi ( R ) dari kawat listrik dengan luas penampang ( A ) kawat tersebut, dibagi dengan panjang kawat ( L ).

Atau bisa dirumuskan sebagai berikut :

\frac{R\times A}{L}

Konduktivitas merupakan kebalikan dari karakteristik resistivitas bahan. Dimana konduktivitas bahan adalah seberapa efisien bahan menghantarkan arus listrik yang melewatinya. Konduktor yang baik memiliki nilai resistivitas atau hambatan yang sangat rendah sehingga dapat dengan mudah dilalui oleh arus listrik.

Sifat resistivitas bahan juga dipengaruhi oleh suhu. Setiap jenis bahan yang ada di alam mempunyai nilai resistivitas yang berbeda beda terhadap kenaikan suhu yang diterimanya. Perubahan nilai hambatan setiap kenaikan satu derajat suhu disebut sebagai nilai koefisein suhu hambatan.

Koefisien suhu positif berarti nilai hambatan material akan meningkat seiring dengan peningkatan suhu. sementara koefisien negatif adalah penurunan nilai hambatan material setiap kenaikan suhu.

Bahan konduktor murni biasanya memiliki koefisien suhu positif. Sementara bahan semikonduktor, seperti karbon. silikon dan germanium mempunyai nilai koefosien suhu negatif.

Contoh nilai koefisien beberapa bahan bisa dilihat pada tabel di bawah ini :

Nilai koefisien bahan semikonduktor

Konduktor

Konduktor merupakan bahan dengan nilai resistivitas sangat rendah hingga nyaris mendekati nilai nol. Umumnya bahan atau material yang tergolong dalam bahan konduktor berasal dari jenis bahan logam. Bahan konduktor memiliki banyak elektron bebas di dalam partikel atomnya.

Elektron bebas yang ada di dalam partikel atom ini dapat dengan mudah meninggalkan ikatan valensinya sehingga menghasilkan aliran elektron ketika diberikan arus listrik.

Ketika terjadi aliran elektron di dalam konduktor, maka akan timbul panas pada bahan konduktor tersebut. Panas yang timbul ini merupakan energi yang hilang selama terjadi aliran elektron di dalam partikel material konduktor tersebut.

Isolator

Berbeda dengan konduktor, isolator memiliki nilai hambatan atau resistivitas yang sajat tinggi. Jenis bahan yang memiliki sifat isolator biasanya berupa bahan non logam, seperti kertas, asbes, plastik, karet dan sejenisnya.

Pada jenis bahan ini hanya memiliki sedikit sekali elektron bebas yang ada pada ikatan valensi atomnya. Karena sediktnya elektron bebas yang ada pada partikel atom bahan isolator, maka ketika diterpakan potensiaol tegangan tidak akan bisa mengalirkan arus listrik.

Karena itu, umumnya bahan bahan non logam dikenal sebagai penghantar listrik yang buruk.

Lihat Juga