Diode semikonduktor

λArah getar

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK 2

8.2 Bahan Semikonduktor

8.2.3 Type Semikonduktor Ekstrinsik .1 Semikonduktor type - p

8.2.4.1 Diode semikonduktor

) (OLED) mulai mendapat perhatian sejak research group dari Eastman Kodak melaporkannya tahun 1987 dengan molekul kecil sebagai bahannya, kemudian di susul dengan peniliti dari Cambridge University pada tahun 1990, dengan menggunakan polymer sebagai bahannya. Selain aplikasi dalam OLED, aplikasi untuk pembuatan transistor juga mendapat perhatian. Salah satu devaisnya adalah organic thin film transistor (OTFT). Walau kecepatan OTFT ini tidaklah dapat menyaingi transistor dalam silicon, aplikasi dalam smart card yang ramah lingkungan tengah dikembangkan oleh beberapa perusahaan elektronik raksasa. Dewasa ini beberapa perusahaan elektronik raksasa seperti Philips, Pioneer, Eastman Kodak dan Sanyo dan juga beberapa perusahaan kecil seperti Cambridge Display Technology, tengah mengembangkan teknologi OLED ini, dan telah dapat dihasilkan OLED yang dapat menampilkan warna alami. Dengan berkembangnya teknologi semikonduktor organik ini, sampah elektronik yang relatif tidak ramah lingkungan akan dapat berkurang di masa depan.

Diode semikonduktor merupakan komponen penyearah arus listrik yang dibuat berdasarkan sambungan n dan p, yaitu dengan menyambungkan semikonduktor type n dan type p.

a. Gabungan Type –P dan –N

Sambungan dua macam tipe semikonduktor ini, menghasilkan sebuah komponen elektronika yang disebut Dioda, yang berfungsi sebagai penyearah arus. Cara penyambungan semikonduktor inidapat dilakukan melalui proses peleburan atau penumbukan Kristal. Semikonduktor type p memiliki lubang lebih banyak dan type b memiliki electron lebih banyak. Pada saat kedua jenis ini disambungkan maka electron jenis N akan berdifusi menembus daerah sambungan dan mengisi lubang pada jenis p. Dalam gambar bahan semikonduktor jenis-p di bawah ini lingkaran kecil adalah hole, yang merupakan pembawa muatan mayoritas. Biasanya, hole terdistribusi rata mengisi di seluruh semikonduktor jenis-p.

Bahan Ajar Fisika Teknik 2015

130

Dalam gambar bahan semikonduktor jenis-n di bawah ini bulatan hitam kecil adalah elektron bebas. Elektron bebas merupakan pembawa muatan mayoriitas di dalam semikonduktor jenis-n. Biasanya, elektron bebas terdistribusi rata mengisi di seluruh semikondur jenis-n.

Gambar 8.14 Pada semikonduktor jenis-n pembawa muatan mayoritasnya electron.

Jika terhadap sebatang silikon intrinsik, pada bagian batang sebelah kiri dilakukan difusi dengan atom-atom impuriti boron, dan pada bagian batang sebelah kanan dilakukan difusi dengan atom-atom impuriti fosfor maka akan diperoleh bahan semikonduktor jenis-p berdampingan dengan semikonduktor jenis-n seperti pada gambar di bawah ini.

Gambar 8.15 Di pn-junction elektron-elektron menyeberang dari sisi-n untuk mengisi hole di sisi-p.

Karena jenis-p berdekatan dengan jenis-n di junction, beberapa elektron bebas dari sisi-n tertarik melintasi junction untuk mmengisi hole pada sisi-p. Kedua pembawa muatan (elektron dan hole) dikatakan diffuse (berdifusi) melintasi junction, yaitu mengalir dari bagian dengan konsentrasi pembawa muatan yang tinggi ke bagian dengan konsentraasi yang rendah. Elektron-elektron bebas yang melintasi junction menimbulkan ion-ion negatip pada sisi-p dengan jalan memberikan pada atom-atom satu elektron lebih banyak dari pada jumlah total protonnya. Elektron-elektron juga meninggalkan ion-ion positip (atom-atom dengan elektron satu lebih sedikit dari pada jumlah proton) pada sisi-n.

Sebelum pembawa muatan itu berdifusi melintasi junction baik bahan jenis-n maupun bahan jenis-p keduanya sama-sama netral secara elektrik. Tapi, begitu ion-ion negatip terbentuk pada junction sisi-p, sisi-p menjadi berpotensial negatip. Dengan

Bahan Ajar Fisika Teknik 2015

131

cara yang sama, ion-ion positip terbentuk pada sisi-n yang menjadikan sisi-n berpotensial positip. Potensial negatip pada sisi-p cenderung menolak elektron-elektron selanjutnya yang berusaha melintasi junction dari sisi-n, potensial positip pada sisi-n cenderung menolak setiap hole selanjutnya yang mau melintas dari sisi-p. Jadi, difusi pendahuluan pembawa muatan menimbulkan yang dinamakan barrier potensial pada junction. Lihat gambar di atas. Barrier potensial ini negatip pada sisi-p dan positip pada sisi-n, cukup besar untuk menghindari setiap gerakan elektron atau hole selanjutnya melintasi junction. Pemindahan pembawa-pembawa muatan dan pembentukan resultan barrier potensial terbentuk ketika proses manufaktur. Dengan mengetahui kerapatan doping, muatan elektron, dan suhu, dimungkinkan meghitung besar barrier potensial. Barrier potensial pada suhu kamar adalah 0,3 volt untuk germanium junction dan 0,7 volt untuk silikon. Gerakan pembawa-pembawa muatan melintasi junction meninggalkan suatu lapisan pada setiap sisi yang kosong dari pembawa-pembawa muatan. Gambar depletion regionseperti pada gambar berikut ini.

Gambar 8.16 Kerapatan doping yang sama Karakteristik diode semikonduktor :

Gambar 8.17 Karakteristik sebuah diode silikon a) Diode Zener

Bahan Ajar Fisika Teknik 2015

132

Rs =

^{𝒅𝒅𝒗𝒗−𝒅𝒅𝒗𝒗}_𝑰𝑰

Diode zener adalah diode yang bekerja pada panjar mundur dan berfungsi untuk menstabilkan tegangan. Pada tegangan rusak atau tegangan zener hambatan diode turun drastic sehingga terjadi peningkatan arus mundur secara cepat, namun tegangan pada diode relative stabil. Arus mundur tidak akan merusak diode zener , selama kemampuan dispasi dayanya tidak terlampui.

(8.4)

Keterangan :

Rs = hambatan seri Vz = teganagan Zener Vi = tegangan masukan I = arus masuk Contoh soal :

Tegangan zener diode IN4001 adalah 1 V sewaktu arus maju 1A mengalir pada diode. Jika diode dihubungkan dengan sumber tegangan searah 6 V, hitung :

1. Hambatan seri yang harus di pasang agar diode aman. 2. Daya dispasi pada diode.

Jawaban :

Diketahui :Vz = 1 A, I = 1 A, Vi

b) Transistor

= 6 V

Jawab :Hambatan diode,Rz = ^{𝑣𝑣𝑠𝑠}_𝐼𝐼 = ¹₁ = 1 ohm Rtt = ^{𝑉𝑉𝑠𝑠−𝑉𝑉𝑉𝑉}_𝐼𝐼 = ⁶⁻¹₁ = 5 ohm Jadi, Rs = Rt – Rz

= 5 – 1 = 4 ohm

Besar daya dispasi pada diode :P = Vz.I = (1)(1) = 1 W

Transistor merupakan peralatan yang mempunyai 3 lapis N-P-N atau P-N-P. Dalam rentang operasi, arus kolektor IC merupakan fungsi dari arus basis IB. Perubahan pada arus basis IB memberikan perubahan yang diperkuat pada arus kolektor untuk tegangan emitor-kolektor VCE yang diberikan. Perbandingan kedua arus ini dalam orde 15 sampai 100.

 Simbol transistor adalah :

Bahan Ajar Fisika Teknik 2015

133

Pada umumnya transistor berfungsi sebagai suatu switching (kontak on-off). Adapun kerja transistor yang berfungsi sebagai switching ini, selalu berada pada daerah jenuh (saturasi) dan daerah cut off (bagian yang diarsir pada Gambar 8.18).

Tabel 8.5 Pendisain Bersama (Harga yang benar)

Hubungan

Emiter Basis ^Hubungan Penghasil ^Emiter

Penguat Arus TInggi

(100) ^{Rendah (1)} (100) ^Tinggi

Penguatan

Tegangan (250) ^Tinggi (200) ^Tinggi (0,95) ^Rendah

Tahanan Input Cukup

(600) (50) ^{Rendah TInggi (59)}

Tahanan

Output k) ^{TInggi (50} M) ^{Tinggi (1} (100) ^Rendah