MATERIAL TEKNIK ELEKTRO semi konduktor

(1)

TUGAS MATERIAL TEKNIK ELEKTRO

“

SEMI KONDUKTOR

”

DISUSUN OLEH :

AYU LUTFIYAH (CB2017137)

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SEMARANG

FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO KELAS KARYAWAN

(2)

Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus 1 sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.

b. Pengertian Khusus

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada diantara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. (K. Muller 1986).

Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujung- ujung sebuah konduktor, muatan-muatan bergeraknya akan berpindah, menghasilkan arus listrik. Konduktivitas listrik (σ) didefinsikan sebagai ratio dari rapat arus (J) terhadap kuat medan listrik (E):

(3)

Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus 2

Insulator adalah materi yang dapat mencegah

penghantaran panas.ataupun muatan listrik. Lawan dari insulator, adalah konduktor, yaitu materi yang dapat menghantar panas untuk sejenis polimer, silikone.

1.2 Manfaat Semi Konduktor

Dasar penggunaan semikonduktor adalah terbentuknya sambungan p-n (p-n juncktion) apabila semikonduktor tipe-p dan tipe-n digabungkan. Sambungan ini yang merupakan dasar terjadinya terjadinya revolusi industri akibat ditemukan transisistor oleh wiliam Shocklye, John Barden dan Walter Brattain di laboratorium Bell pada tahun 1948. Selain itu semikonduktor digunakan untuk membuat sel surya (solar cell)

dan penyearah.

a. Sel Surya (Solar Cell)

Solar cell terdiri dari dua semikonduktor yaitu:

a. Semikonduktor tipe-p. yang dibuat dari semikonduktor silikon yang dikotori dengan boron.

b. Semikonduktor tipe-n, yang diperoleh dari semikonduktor silikon yang dikotori dengan arsen.

Dua semikonduktor tersebut disambung seperti gambar berikut :

Gambar 1.1

(4)

Pada waktu sel surya terkena sinar matahari maka elektron-elektron pada semikonduktor tipe-p mendapatkan tambahan energi termal. Elektron-elektron tersebut dapat melewati sambungan p-n (p-n junction) dan memasuki semikonduktor tipe-n. Apabila daya gerak elektron-elektron tersebut cukup besar maka mereka akan melewati kawat penghantar (menuju ke semikonduktor tipe-p kembali) sehingga arus listrik yang energinya daapat langsung dimanfaatkan atau disimpan dalam baterai. Jadi fungsi dari sel suria adalah merubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik.

b. Penyearah (rectifer) atau Dioda

Penyearah hanya membolehkan arus listrik dari sumber luar mengalir melaluinya pada satu arah. Sehingga dapat digunakan untuk mengubah arus bolak balik (alternating current = AC) menjadi arus searah (direc current = DC).

Gambar 1.3

c. LED

(5)

LED selain sebagai sistem pencayaan dimanfaatkan pula sebagai sensor dan digunakan pula pada peralatan elektronik seperti remote control.

Gambar 1.4

d. Fotosel Cds

Fotosel CdS biasa disebut juga fotoresistor, fotokonduktif atau LDR (ligh dependent resistor) merupakan salah satu detektor cahaya yang sangat peka terhadap perubahan intensitas cahaya yang mengenai permukaannya. Fotosel CdS terbuat dari bahan semikonduktor cadmium sulfida yang ditempelkan di atas keramik dengan diameter dari 5-25 mm.

Bagian-bagian fotosel detektor seperti yang tertera pada Gambar.

Gambar 1.5

(6)

Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus 5 (Si),Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan,silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2).

Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya pada suhu yang sangat rendah (0°K). Struktur atom silikon divisualisasikan seperti gambar berikut :

Gambar 1.6

(7)

(8)

Berdasarkan murni atau tidak murninya bahan, semikonduktor dibedakan menjadi dua jenis, yaitu semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik.

a. Semikonduktor Intrinsik

Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor murni tanpa adanya bahan pengotor.Silikon dan Germanium merupakan dua jenis semikonduktor yang sangat penting dalam elektronika. Keduanya terletak pada golongan IVA dalam tabel periodik dan mempunyai elektron valensi empat. Struktur kristal silikon dan germanium berbentuk tetrahedral dengan setiap atom memakai bersama sebuah elektron valensi dengan atom-atom tetangganya.

Energi yang diperlukan untuk memutus sebuah ikatan kovalen adalah sebesar 1,1 eV

untuk silikon dan 0,7 eV untuk germanium. Pada temperatur ruang (300K), sejumlah elektron mempunyai energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan dan tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas. Besarya energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari pita valensi kepita konduksi ini disebut energi terlarang (energy gap). Jika sebuah ikatan kovalent terputus, maka akan terjadi kekosongan atau lubang (hole). Pada daerah dimana terjadi kekosongan akan terdapat kelebihan muatan positif, dan daerah yang ditempati electron bebas mempunyai kelebihan muatan negatif. Kedua muatan inilah yang memberikan kontribusi adanya aliran listrik pada semikonduktor murni. Jika elektron valensi dari ikatan kovalen yang lain mengisi lubang tersebut, maka akan terjadi lubang baru ditempat yang lain dan seolah-olah sebuah muatan positif bergerak dari lubang yang lama ke lubang baru.

Proses aliran muatan ini, yang biasa disebut sebagai “arus drift” dapat

dituliskan sebagai berikut “Peristiwa hantaran listrik pada semikonduktor adalah akibat adanya dua partikel masing-masing bermuatan positif dan negatif yang bergerak dengan arah yang berlawanan akibat adanya pengaruh medan listrik”. Akibat adanya dua pembawa muatan tersebut, besarnya rapat arus dinyatakan sebagai konduktivitas. Karena timbulnya lubang dan elektron terjadi secara serentak, maka

(9)

energi antara pita valensi dengan pita konduksi semakin jauh jaraknya maka semakin besar energi yang dibutuhkan untuk membentuk elektron – hole sebagai pembawa muatan.

b. Semikonduktor Ekstrinsik

Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang prosesnya melalui proses pendopingan atau pengotoran bahan atom tertentu pada bahan semikondultor untuk menaikkan daya hantar semikonduktor. Terdapat dua tipe dalam semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe n dan semikonduktor tipe p.

1. Semikonduktor tipe n

Semikonduktor tipe n dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom

pengotor pentavalent pada silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai lima elektron valensi sehingga secara efektif memiliki muatan sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalent menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalent lengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan. Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi electron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-n,karena menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang netral. Dan karena atom pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom donor

2. Semikonduktor Tipe p

Dengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe n, semikonduktor tipe p dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor trivalent pada semikonduktor murni, misalnya: silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai tiga elektron valensi sehingga secara efektif hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat sebuah atom trivalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, terbentuk tiga ikatan kovalen lengkap, dan tersisa

(10)

semikonduktor tipe p. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom aseptor (acceptor).

1.4 Karakteristik Bahan Semikonduktor

Semikonduktor elemental terdiri atas unsur – unsur pada system periodik golongan IV A seperti silikon (Si), Germanium (Ge) dan Karbon (C).Karbon semi konduktor ditemukan dalam bentuk Kristal intan.Semikonduktor intan memiliki konduktivitas panas yang tinggi sehingga dapat digunakan dengan efektif untuk mengurangi efek panas pada pembuatan semikonduktor laser.

Semikonduktor gabungan (kompon) terdiri atas senyawa yang dibentuk dari logam unsur periodik golongan IIB dan IIIA (valensi 2 dan 3) dengan non logam pada golongan VA dan VIA (valensi 5 dan 6) sehingga membentuk ikatan yang stabil (valensi 8). Semikonduktor gabungan III dan V misalnya GaAs dan InP, sedangakan gabungan II dan VI misalnya CdTe dan ZnS.

1.5 Pengembangan Semikonduktor

Saat ini para ilmuwan dan insinyur sedang melakukan riset untuk mengimprove teknologi semikonduktor berbasiskan material ZnO. Material tersebut memiliki energi gap (energi antara pita valensi dan konduksi) sebesar 3.34 eV dalam temperatur ruang dan energi eksiton (pasangan electron dan hole) sebesar 60 meV. Sehingga material tersebut berpotensi untuk dikembangkan dalam aplikasi optoelektronik dan lapisan tipis transparent conductive oxide (TCO) seperti dalam aplikasi UV laser, UV LED dan elektroda solar cell atau photovoltaic. Oleh karena itu material ini diprediksikan akan menggeser kejayaan material GaN dalam aplikasi optoelektronik yang sudah berkembang. Secara ekonomis, karena harga produksinya juga lebih kecil maka peluang ZnO semakin besar untuk menggantikan GaN.

Dari uraian di atas penulis yakin bahwa riset dibidang fabrikasi dan karakterisasi nano pada material semikonduktor untuk aplikasi optoelektronika memiliki peluang

(11)

Indonesia pada tanggal 1 Agustus 2007 silam yang menyatakan bahwa : “Peran CMP mengembangkan alternatif sumber energi, khususnya solar energi, atau photovoltaic/PV (devais semikondutor yang berkonversi energi matahari (photon) menjadi listrik) menjadi topik utama. Hal ini dipicu oleh menipisnya sumber energi fosil (minyak, batubara, gas) dan meningkatnya kebutuhan energi dunia yang telah menimbulkan masalah, termasuk peperangan di dunia. Kebutuhan enargi dunia saat ini adalah 13 terawatt, dan di perkirakan menjadi 30 terawatt pada tahun 2050”, penulis beranggapan bahwa pengembangan teknologi devices semikonduktor dimungkinkan akan lebih tepat untuk mengatasi kebutuhan akan sumber energi di Indonesia. Alasannya adalah teknologi ini lebih beresiko kecil, natural resourses tersedia dan kesiapan sumber daya manusianya sudah ada. ([email protected])

(12)

Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus 11 Gambar 1.3 Dioda Gambar 1.4 LED

Gambar 1.5 Fotosel Cds Gambar 1.6 Unsur Pembuat Semikonduktor

(13)

BAB II

PENUTUP

2.1 Kesimpulan

Semikonduktor merupakan bahan dengan konduktivitas listrik yang berada diantara insulator dan konduktor. Semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah (mendekati 0o_{K), namun pada temperatur ruangan}

(sekitar 30o_{K) besifat sebagai konduktor. Bahan dasar semikonduktor dapat digolongkan} atas tiga jenis yaitu Trivalent, Tetravalent, dan Pentavalent yang masih murni (semikonduktor intrinsik), namun setelah pendopingan atau mengotoran, muncullah semikonduktor baru yaitu semikonduktor ekstrinsik (tak murni) yang memiliki dua tipe yaitu semikonduktor tipe n dan semikonduktor tipe p. Semikonduktor ekstrinsik inilah yang digunakan sebagai bahan dasar elektronika seperti dioda, transistor, Integrated Circuit dan lain sebagainya.

2.2 Saran

(14)

DAFTAR PUSTAKA

http://karya-wahyu-siswanto.blogspot.co.id/2016/03/vbehaviorurldefaultvmlo.html

http://bimaelektro.blogspot.co.id/2013/05/bahansemikonduktorsemikonduktor.ht

ml

http://firmansyahahmadhotim13.blogspot.co.id/2015/11/vbehaviorurldefaultvmlo.