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M A K A L A H

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STRUKTUR

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Oleh:

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Drs.

HENDQI

Dosen

PT.

E l e k t r o FPTK

IKIP

P a d a n g

D i s a m p a i k a n P a d a L o k a k a r y a F i s i k a T e k n i k D o s e n - d o s e n F i s i k n FPTK IKIP P a d a n g Pada T a n a g a l 25 J n n u n r i s . d 30 J n n u n r i 1993 d i FPTK IKIP Pudnng - - - - - -

FAKULTAS PENDlDlKAN TEKNOLOGI D A N KEJURUAN

INSTITUT KEGURUAN DAN ILMU PENDlDlKAN PADANG

(2)

-

STRUKTUR DIODA SEMIKONDUKTOR

L PENDAHULUAN S e s u a i d e n g a n p e r k e m b a n g a n d a n k e m a j u a n t e k n o l o g i e l e k t r o n i k a , p a r a a h l i t e l a h m e n e m u k a n s u a t u

a l a t

p e n y e a r a h a r u s l i s t r i k y a i t u d i o d a s e m i k o n d u k t o r

.

P e n g g u n a a n d i o d a s e m i k o n d u k t o r i n i l e b i h p r a k t i s j i k a d i b a n d i n g k a n d e n g a n a l a t p e n y e a r a h t a b u n g v a c u m d i o d a . S e b a g a i b a h a n p o k o k d a r i d i o d a s e m i k o n d u k t o r i n i a d a l a h b a h a n s e m i k o n d u k t o r s e p e r t i g e r m a n i u m ( G e ) a t a u s i l i k o n ( S i ) . M e s k i p u n b a n y a k b a h a n s e m i k o n d u k t o r l a i n n y a y a n g t e l a h d i t e m u k a n , n a m u n b a h a n t e r s e b u t k u r a n g p r a . k t i s d i g u n a k a n p a d a a l a t - a l a t e l e k t r o n i k a . S e m i k o n d u k t o r a d a l a h s u a t u b a h a n y a n g l e b i h s u k a r m e l e w a t k a n a r u s l i s t r i k j i k a d i b a n d i n g k a n d e l i g a n b a h a n k o n d u k t o r , t e t a p i l e b i h mudah j i k a d i b a n d i n g k a n d e n g 3 . n b a h a n i s o l a t o r . S e l a n j u t n y a k i t a a k a n m e m b a h a s s e c a r a t e r p e r i n c i s t r u k t u r k r i s t a l s e m i k o n d u k t o r m u r n i d a n s e m i k o n d u k t o r c a m p u r a n , p r i n s i p k e r j a d i o d a s e m i k o n d u k t o r , d a n b e b e r a p a r a n g k a i a n p e n y e a r a h a r u s l i s t r i k y a n g m e n g g u n a k a n d i o d a s e m i k o n d u k t o r . 11. SEMIKONDUKTOR A. Struktur K r i s t a l Semikonduktor M u r n i S e m i k o n d u k t o r a d a l a h s u a t u b a h a n y a n g t a h a n a n j e n i s n y a m e m p u n y a i h a r g a d i a n t a r a k o n d u k t o r d a n i s o l a t o r , y a i t u a n t a r a

la-'

ohm

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sa.mpa.i l@-6 ohm cm Dalam s i s t e m b e r k a l a u n s u r - u n s u r k i m i a p a d a g o l o n g a n I V k e b a n y a k a n b e r s i f a t s e m i k o n d u k t o r , d i a n t a r a n y a y a n g t e r p e n t i n g a d a l a h s i l i k o n d a n g e r m a n i u m . B a h a n s e m i k o n d u k t o r i n i rnempunyai 4 e l e k t r o n v a l e n s i . A t o m - a t o m t e r s u s u n s e b a g a i t e t r a . h e d r a 1 ( s u s u n a n

(3)

k r i s t a l i n t a n ) o l e h a d a n y a i k a t a n v a l e n s i y a n g m e m u n g k i n k a n u n t u k b e r i k a t a n d e n g a n e l e k t r o n d a r i a t o m l a i n n y a . B i l a b a h a n s e m i k o n d u k t o r i n i d i m a m p a t k a n m a k a t e r j a d i l a h p e m b e n t u k a n s t r u k t u r k r i s t a l y a n g d i d a l a m n y a t e r d a p a t a t o m - a t o m y a n g b e r j a r a k sarna, 3 d i m a n a s e t i a p cm k r i s t a l n y a m e n g a n d u n g 4,52.10'~ a t o m ( P o l l i n g , 1 9 5 1 ) . B a h a n i n

i

d i n a m a k a n s e m i k o n d u k t o r i n t r i r ~ s i k ( m u r n i ) , j i k a k e a d a a n n y a d i t i n j a u s e c a r a k i m i a a d a l a h m u r n i d a n p a d a n y a t i d a k t e r d a p a t k e r u s a k a . n s u s u n a n k r i s t a l n y a . S u s u n a n k r i s t a l t e t r a h e d r a l a g a k s u k a r d i b a y a n g k a n , namun k a l a u k i t a p e r h a t i k a n t i a p - t i a p a t o m n y a t e r i k a t o l e h 4 i k a t a n k o v a l e n d e n g a n 4 a t o m y a n g t e r d e k a t . O l e h s e b a b i t u u n t u k m e n d a p a t k a n g a m b a r a n y a n g j e l a s t e n t a n g i k a t a n k o v a l e n s e r t a m e k a n i s m e h a n t a r a n l i s t r i k y a n g t e r j a d i d a l a m b a h a n s e m i k o n d u k t o r , b i a s a n y a d i p e r g u n a k a n g a n b a r d u a d i m e n s i d a r i s u s u n a n k r i s t a l n y a , s e p e r t i p a d a g b 1 . i k a t a n el'ektron

kovalent

u a l e n s i atom S i l i k o n

\

- -

G a m b a r 1 . S u s u n a n k r i s t a l s e m i k o n d u k t o r a . S u s u n a r i k r i s t a l t e t r a h e d r a l 0 b . GaniGar d u a d i m e n s i p a . d a s u h l ~ 0 C

(4)

L i n g k a r a n d e n g a n t a n d a + 4 d i d a l a n n y a r n e l u k i s k a n i o n - i o n s i l i k o n a t a u g e r m a n i u m , y a i t u i n t i - i n t i a t o m b e s e r t a e l e k t r o n - e l e k t r o n n y a , k e c u a l i 4 e l e k t r o n v a l e n s i n y a ( e l e k t r o n y a n g b e r a d a p a d a o r b i t t e r l u a r ) .

I

k a t a n k o v a l e n d i l u k i s k a n d e n g a n d u a g a r i s l e n g k u n g p u t u s - p u t u s d e n g a n d u a e l e k t r o n v a l e n s i d i d a l a m n y a . E l e k t r o n - e l e k t r o n d i d a l a m i k a t a n k o v a l e n i n i d a p a t d i l e p a s k a n d a r i i k a t a n n y a d e n g a n m e m b e r i k a n s e j u m l a h e n e r g i t e r t e n t u .

B. Tel- j a d i n y a E l e k t r o n B e b a s A k i b a t Penyaruh Panas

P a d a k r i s t a l s e m i k o n d u k t o r m u r n i s e t i a p e l e k t r o n m e r u p a k a n b a g i a n d a r i i k a t a n k o v a l e n , s e h i n g g a t i d a k m e m p u n y a i s i f a t - s i f a t p e n g h a n t a r l i s t r i k , k a r e n a t i d a k m e m p u n y a i pembawa m u a t a n l i s t r i k ( e l e k t r o n b e b a s ) . K r i s t a l - k r i s t a l i t u a k a n m e m p u n y a i d a y a h a n t a r , a p a b i l a b e b e r a p a d a r i e l e k t r o n i t u t e r l e p a s d a r i i k a t a n k o v a l e n n y a . P e l e p a s a n e l e k t r o n t e r s e b u t m e r n e r l u k a n e n e r g i , u n t u k g e r m a n i u m e n e r g i y a n g d i p e r l u k a n s e b e s a r 0 , 7 5 e l e k t r o n v o l t d a n u n t u k s i l i k o n s e b e s a r 1,12 e l e k t r o n v o l t ( D e w a r d , 1 9 6 6 ) . P a d a s u h u t e r t e n t u m i s a l n y a s u h u r u a n g a n ( 3 0 0 ' ~ ) a k a n t e r j a d i g e r a k a n s i m p a n g s i u r d a r i e l e k t r o n p a d a j a r i n g a n k r i s t a l y a n g n d i s e b a b k a n o l e h e n e r g i p a n a s , a k i b a t n y a a d a e l e k t r o n t e r l e p a s d a r i i k a t a n k o v a l e n d a n m e n j a d i e l e k t r o n b e b a s . E l e k t r o n b e b a s i n i t i d a k a k a n t e r t a r i k a t a u t e r t o l a k o l e h e l e k t r o n d a n i n t i d a r i k r i s t a l . J i k a d i b e r i k a n s u a t u medan l i s t r i k

'

d a r i l u a r , t e r h a d a p g e r a k a n e l e k t r o n b e b a s i t u a k a n t e r b e n t u k s u a t u g e r a k a n t e t a p k e a r a h e l e k t r o d a p o s i t i f d a n m e n g a k i b a t k a n a r u s l i s t r i k d i b a w a o l e h e l e k t r o n , d a n e l e k t r o n t e r s e b u t d i n a r n a k a n pembawa a r u s . P a d a g b 2 d a p a t d i l i h a t t e r b e n t u k n y a e l e k t r o n b e b a s a k i b a . t e n e r g i p a n a s , u n t u k k r i s t a l s i l i k o n a t a u g e r r n a n i u r ~

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(5)

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I I 0 1 . tron b e b c s

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lubacg) Ga.mbar 2 . E l e k t r o n b e b a s a k i b a t p e n g a r u h p a n a s d i d a l a m k r i s t a l s i l i k o n a t a u g e r m a n i u m T e m p a t k o s o n g y a n g d i t i n g g a l k a n o l e h e l e k t r o n d i d a l a m s u s u n a n k r i s t a l , a k i b a t e l e k t r o n n e l e p a s k a n d i r i d a r i i k a t a n k o v a l e n n y a d i s e b u t h o l e a t a u l u b a n g ( Y o h a n n e s , l 9 7 5 ) . K a r e n a e l e k t r o n - e l e k t r o n d i d a l a m k r i s t a l s e l a l u b e r u s a h a m e n y u s u n d i r i k e m b a l i d i d a l a m p a s a n g a n k o v a l e n , maka e l e k t r o n t u n g g a l y a n g t e t a p p a d a a t o m n y a b e r u s a h a u n t u k b e r p a s a n g a n k e u l b a l i d e n g a n e l e k t r o n t a r u . Hal i n i d i 1 a k u k a . n d e n g a n c a r a m e n a . r i k e l e k t r o n l a i n d a r i p a s a n g a n t e r d e k a t b i l a

.

p e n g a r u h p a n a s d a r i j a r i n g a n k r i s t a l b e r u l a n g - u l a n g n m e n g e l u a r k a n e l e k t r o n u n t u k s u a t u u s a h a p e m i n d a h a n . J a d i r u a n g a n y a n g n d i t i n g g a l k a n e l e k t r o n s e o l a h - o l a h m e m p u n y a i d a y a t a r i k t e r h a d a p e l e k t r o n y a n g m u a t a n n y a n e g a t i f , m a k a r u a n g y a n g d i s e b u t h o l e d i a n g g a p m e m p u n y a i m u a t a n p o s i t i f . J a d i h o l e a d a l ~ h h a s i l n u a t a n p o s i t i f k a r e n a p e m i n d a h a n e l e k t r o n d a r i i k a t a n k o v a - l e n , d a n p e r a n a r i n y a s a m a d e n g a n p e r a n a n e l e k t r o n dima.na m u a t a n n e g a . t i f n y a d i g a n t i c l e n g a n p o s i t i f .

(6)

C. P e r n b e n t u k a n S e m i k o n d u k t o r I m p u r i t i P a d a s e m i k o n d u k t o r i n t r i n s i k , j u m l a h e l e k t r o n b e b a s sama d e n g a n j u m l a h h o l e d a n j u m l a h n y a s a n g a t s e d i k i t s e h i n g g a t a h a n a n j e n i s n y a s a n g a t b e s a r . S u p a y a b a h a n s e m i k o n d u k t o r i n i d a p a t d i p e r g u n a k a n u n t u k p e n g h a n t a r a t a u u n t u k p e n y u s u n a n b a h a n d a s a r p i r a n t i e l e k t r o n i s , d i p e r l u k a n b a h a y a n g k a y a d e n g a n s a t u j e n i s pembawa m u a t s n y a i t u e l e k t r o n a t a u h o l e . D e n g a n m e m a s u k k a n a t o m - a t o m a s i n g y a n g b e r v a l e n s i 3 a t a u 5 d e n g a n p r o s e n t a s e y a n g s a n g a t k e c i l k e p a d a s e m i k o n d u k t o r m u r n i , d a p a t d i h a s i l k a n s e m i k o n d u k t o r e k s t r i n s i k ( t i d a k m u r n i ) . J a d i y a n g p e n t i n g d a l a m p e m b u a t a n s e m i k o n d u k t o r i m p u r i t i ( c a m p u r a n ) a d a l a h u n s u r t a m b a h a n y a n g d a p a t m e n g a t u r s e n d i r i s u s u n a n k r i s t a l s e m i k o n d u k t o r . P e n a m b a h a n a t o m a s i n g k e p a d a b a h a n s e m i k o n d u k t o r m u r n i d i n a m a k a n d o p i n g . P r o s e n t a s e a t a u t i n g k a t d o p i n g i n i b i a s a n y a s e k i t a r 1 a t o m a s i n g p e r 100 j u t a a t o m a s l i ( Y o h a n n e s , l 9 7 5 ) . S u a t u c o n t o h m i s a l n y a d e n g a n d o p i n g 1 : 1 0 0 j u t a a t o m a s i n g k e d a l a m k r i s t a l g e r m a n i u m , t a h a n a n j e n i s g e r m a n i u m i n i a k a n b e r k u r a n g m e n j a d i 1 / 1 2 k a l i . J e n i s a t o m p e n c a m p u r y a n g b e r v a l e n s i 3 a d a l a h A l u m i n i u m ( A l ) , G a l l i u m ( G a ) , I n d i u m ( I n ) d a n B o r o n

( B )

( P o l l i n g , 1 9 5 1 ) . D a l a m p e n c a m p u r a n a t o m i n i k e k u r a n g a n s a t u e l e k t r o n d a n b e r u s a h a u n t u k m e n a r i k e l e k t r o n y a n g t e r d e k a t p a d a n y a u n t u k m e l e n g k a p i k e k u r a n g a n n y a . O l e h k a r e n a c a m p u r a n i n i m e n e r i m a s a t u e l e k t r o n d a r i b a h a n g e r m a n i u m a t a u s i l i k o n m a k a d i n y a t a k a n s e b a g a i p e n c a m p u r p e n e r i m a a t a u a k s e p t o r i m p u r i t i . J e n i s a t o m p e n c a m p u r y a n g b e r v a l e n s i 5 a d a l a h A r s e n i t ( A s ) , A n t i m o n ( S b ) . , P o s p o r ( P ) d a n B i s m u t h ( B i ) ( P o l l i n g , 1 9 5 1 ) . D a l a m p e n c a m p u r a n a t a n i n i k e l e h i h a n s a . t u e l e k t r o n , e l e k t r o n i n i muilah s e k a l i melepa--.ka.n d i r i d a r i i k a t a n a t o m n y a dan rr!en.iadi

(7)

b e b a s . S e h i n g g a i r l e n i n g k a t k a n s i f a t p e n g h a n t a r d a r i b a h a n g e r m a n i u m a t a u s i l i k o n . Atom p e n c a m p u r i n i d i s e b u t d o n o r i m p u r i t i , k a r e n a m e n y u m b a n g k a n s a t u e l e k t r o n n y a k e p a d a g e r m a n i u m a t a u s i l i k o n . 1. S e m i k o n d u k t o r Type P B i l a s u a t u - a t a m p e n c a m p u r b e r v a l e n s i 3 d i t a m b a h k a n k e p a d a s e m i k o n d u k t o r m u r n i d e n g a n p r o s e n t a s e d o p i n g s e p e r t i d i a t a s , b e r a r t i j u m l a h a t o m a s i n g n y a j a u h l e b i h k e c i l d a r i p a d a a t o m a s l i n y a d a l a m k r i s t a l . K a r e n a i t u m a s i n g - m a s i n g a t o m a s i n g j a u h t e r p i s a h s a t u sama l a i n n y a , s e h i n g g a m a s i n g - m a s i n g a t o m a s i n g i t u d i k e l i l i n g i o l e h 4

atom

a s l i , . s e p e r t i p a d a g b

-

3 . h o l e ion nega G a m b a r 3 . Gambar d u a d i m e n s i s e m i k o n d u k t o r P a d a g b 3 d a p a t d i l i h a t ba.hwa a t o m p e n c a m p u r d i k e l i l i n g i o l e h 4 a t o m a s l i . U n t u k m e m b e n t u k i k a t a n k o v a l e n , a t o m y a n g b e r v a l e n s i 3 i n i

,

k e k u r a n g a n s a t u e l e k t r o n . K a r e n a i t u d e n g a n menambah e n e r g i s e d i k i t s a j a p a d a e l e k t r o n k r i s t a l a s l i , e l e k t r o n i n i d a p a t m e l o n c a t d a r i i k a t a . n k o v a l e n n y a d a n m e n g i s i k e k u r a n g a n ~ a d a a t o m a k s e p t o r d e s e r t a i d e n g a n p e r n b e n t u k a n h o l e p a d a i k a . t a . n k o v a l e n ya.ng d i t in g g a 1 k a . n . K a r e n a m e n e r i r n a sat13 e l e k t r o n , n a k a a t o m a k s e p t o r n l e n j a d i i o n n e g a t i f y a n g terikat d i tempat

(8)

E n e r g i u n t u k m e m b e n t u k h o l e d a n i o n n e g a t i f a d a l a h e n e r g i i o n i s a s i a t o m a k s e p t o r y a n g b e s a r n y a s e k i t a r 0 , 0 1 e l e k t r o n v o l t u n t u k g e r m a n i u m d a n u n t u k s i l i k o n s e b e s a r 0 , 0 5 e l e k t r o n v o l t ( K a g n o v , 1 9 7 0 ) . J a d i d e n g a n a t o m a k s e p t o r d i h a s i 1 k a . n h o l e t a n p a d i s e r t a i e l e k t r o n b e b a s , s e h i n g g a s e m i k o n d u k t o r c a m p u r a n y a n g t e r j a d i d i n a m a k a n s e m i k o n d u k t o r j e n i s P . U n t u k s e m i k o n d u k t o r t y p e

P

i n i , t e r b e n t u k n y a h o l e d i s e r t a i d e n g a n t e r h e n t u k n y a i o n n e g a t i f y a n g t i d a k d a p a t b e r g e r a k . J a d i h o l e m e r u p a k a n p e m b a w a m u a t a n m a y o r i t a s d a n e l e k t r o n m e r u p a k a n p e m b a w a m u a t a n m i n o r i t a s . 2. S e m i k o n d u k t o r Type N B i l a s u a t u a t a m p e n c a m p u r b e r v a l e n s i 5 d i t a m b a h k a n k e p a d a s e m i k o n d u k t o r m u r n i d e n g a n p r o s e n t a s e d o p i n g s e p e r t i d i a t a s , b e r a r t i j u m l a h a t o m a s i n g n y a j a u h l e b i h k e c i l d a r i p a d a a t o m a s l i n y a d a l a m k r i s t a l . K a r e n a i t u m a s i n g - r n a s i n g a t o m a s i n g j a u h t e r p i s a h s a t u sama l a i n n y a , s e h i n g g a r n a s i n g - m a s i n g a t o m a s i n g i t u d i k e l i l i n g i o l e h 4 a t o m a s l i , s e p e r t i p a d a g b 4 . 7 e l e k t ~ o n i o n Ga-mbar 4 . Gambar d u a d i m e n s i s e m i k o n d u k t o r t y p e !J

(9)

P a d a g b 4 d a p a t d i l i h a t b a h w a a t o m p e n c a m p u r d i k e l i l i n g i o l e h 4 a t o m a s l i . D a r i l i m a e l e k t r o n v a l e n s i n y a h a n y a 4 s a j a y a n g d i p e r l u k a n u n t u k m e n g i s i k e e m p a t i k a t a n k o v a l e n . S e d a n g k a n e l e k t r o n k e l i m a t e r i k a t n y a k u r a n g e r a t p a d a a t o m n y a , d e n g a n m e m b e r i k a n e n e r g i y a n g k e c i l s a j a k e p a d a a t o m p e n c a m p u r t e r s e b u t , maka e l e k t r o n i n i d a p a t d i b e b a s k a n . K a r e n a t e r j a d i e l e k t r o n b e b a s , m a k a s e m i k o n d u k t o r y a n g d i h a s i l k a n d e n g a n menambah a t o m d o n o r i n i d i n a m a k a n s e m i k o n d u k t o r j e n i s N

.

D e n g a n m e m b e b a s k a n s a t u e l e k t r o n v a l e n s i n y a m a k a a t o m d o n o r m e n j a d i i o n p o s i t i f y a n g t e r i k a t d i t e m p a t . P a d a s e m i k o n d u k t o r t y p e N , t e r b e n t u k n y a e l e k t r o n b e b a s t i d a k d i s e r t a i d e n g a n t e r b e n t u k n y a h o l e , t e t a p i t e r b e n t u k i o n p o s i t i f y a n g t i d a k d a p a t b e r g e r a k . E n e r g i u n t u k m e m b e b a s k a n e l e k t r o n v a l e n s i a t o m d o n o r d i n a m a k a n e n e r g i i o n i s a s i a t o m d o n o r y a n g b e s a r n y a s e k i t a r 0 , e l e l e k t r o n v o l t u n t u k g e r m a n i u m d a n u n t u k s i l i k o n s e b e s a r 0,135 e l e k t r o n v o l t . J a d i d e n g a n e n e r g i y a n g s a n g a t k e c i l i n i s e m u a d o n o r t e l a h m e m b e b a s k a n k e l e b i h a n e l e k t r o n n y a . D i s a m p i n g e l e k t r o n b e b a s y a n g b e r a s a l d a r i a t o m d o n o r a d a j u g a y a n g b e r a s a l d a r i a t o m a s l i . J a d i e l e k t r o n b e b a s m e r u p a k a n pembawa m u a t a n m a y o r i t a s d a n h o l e m e r u p a k a n pembawa m u a t a n m i n o r i t a s . Gandenga.n d a r i b a h a n s e m i k o n d u k t o r t y p e

P

d a n s e m i k o n d u k t o r t y p e N a k a n m e m b e n t u k s u a t u komponen y a n g d i s e b u t d i o d a . Adapun p r o s e s p e n g g a n d e n g a n t i d a k t e r j a d i b e g i t u s a j a t a n p a a.da e f e k . S e t e l a h t e r j a d i p e n g g s . n d e n g a n maka e l e k t r o n - e l e k t r o n b e b a s d a r i s e m i k o n ~ d u i - l , t o r t y p e 1.1 a.kan b e r c I i f u t . ; i 1.:e s e n i l , ( ~ n d u k t o r

(10)

t y p e P m e n g i s i h o l e y a n g t e r d e k a t . S e d a n g k a n h o l e d i s e m i k o n d u k t o r t y p e P b e r d i f u s i k e s e m i k o n d u k t o r t y p e N d a n d i i s i o l e h e l e k t r o n - e l e k t r o n b e t a s y a n g t e r d e k a t . P r o s e s d i f u s i e l e k t r o n b e b a s d a n h o l e i n i d a p a t d i l i h a t p a d a g a m b a r 5 . ;

hole

e l e k t r o n \ \ -1 \ Gambar 5 . P r o s e s d i f u s i e l e k t r o n d a n h o l e p a d a PN j u n c t i o n a . S e m i k o n d u k t o r t y p e P d a n t y p e N b a r u s a j a d i g a n d e n g k a n b . . E l e k t r o n clan h o l e b e r d i f u s i c .

PN

j u n c t i o n d a l a m k e a . d a a n s e i m b a n g \ P r o s e s p e r p i n d a h a n e l e k t r o n i n i h a n y a b e r l a n g s u n g d a l a m w a k t u s i n g k a t , i o n - i o n n e g a t i f t e t a p t i n g g a l d i t e m p a t d a n m e m b e n t u k l a p i s a n pa.da d a e r a h s e m i k o n d u k t o r t y p e P , d e m i k i a n j u g a i o n - i o n p o s i t i f t e t a p t i n g g a l d i t e m p a t d a r ~ niernbentuk 1 a . p i s a . n p a d a d a e r a h s e m i k o n d u k t o r t y p e N . Kedua. 1 a p i s a . n t e r s e b u t d i k e n a l d e n g a n l a - p i s a n d e p l e s i ( d e p l e t i o n 1 a . y e r ) . L a p i s a n d e p l e s i i n i .

.

,

daerah

.

I. d e p l e t i o n

1 .

'daerah

.

ne.ti;&l

.

layif

1

'

' n e t r a l :

,

.

-

1 .

-

0; 0,

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o'i-'@

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- @ : @ : @ - @

0;

q:

a+..@.

-

.

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_-

.-O-@-.@l@-.

(11)

b e r f u n g s i s e b a g a i r i n t a n g a n ( b a r r i e r ) t e r h a d a p e l e k t r o n b e b a s d a n h o l e y a n g a k a n b e r d i f u s i ( T e r m a n , 1 9 5 5 ) . L a p i s a n p o s i t i f p a d a d a e r a h N d a n l a p i s a n n e g a t i f p a d a d a e r a h

P .

Dua l a p i s a n m u a t a n t e r s e b u t a k a n m e m b a n g k i t k a n medan l i s t r i k y a n g n m e m p u n y a i a r a h d a r i s e m i k o n d u k t o r t y p e

P

k e s e m i k o n d u k t o r t y p e N , a k i b a t n y a d i f u s i e l e k t r o n b e b a s k e d a e r a h P d a n d i f u s i e l e k t r o n k e d a e r a h N a k a n b e r h e n t i , s e t e l a h a d a k e s e i m b a n g a n . K e a d a a n i n i d i s e b u t k e a d a a n s e i m b a n g . Dalam k e a d a a n s e i m b a n g p a d a

PN

j u n c t i o n ( g a n d e n g a n PN ) t e r b e n t u k d a e r a h t y p e P n e t r a l , d a e r a h m u a t a n r u a n g t y p e P , d a e r a h m u a t a n r u a n g t y p e

N

d a n d a e r a h t y p e N n e t r a l . D a e r a h t y p e P n e t r a l a r t i n y a a d a l a h d a e r a h d i m a n a j u m l a h h o l e sama d e n g a n j u m l a h p e n e r i m a ( a . k s e p t o r ) . D a e r a h m u a t a n r u a n g t y p e P a d a l a h d a e r a h d i m a n a p e n e r i m a d i i o n i s a s i k a n n e g a t i f

.

D a e r a h m u a t a n r u a n g t y p e N a d a l a h d a e r a h d i m a n a p e m b e r i ( d o n o r ) d i i o n i s a s i k a n p o s i t i f . D a e r a h t y p e N n e t r a l a d a l a h d a e r a h d i m a n a jum1a.h e l e k t r o n s a m a d e n g a n j u m l a h d o n o r . A. For-ward B i a s J u n c t i o n d i o d a p a d a h a . k e k a t n y a a d a l a h g a n d e n g a n d a r i b a h a n s e m i k o n d u k t o r t y p e P d a n t y p e N . K a r a k t e r i s t i k p o k o k y a n g d i m i l i k i o l e h d i o d a s e m i k o n d u k t o r a d a . l a h s i f a t n y a t i d a k s i m e t r i , m a k s u d n y a a r u s ya.ng m e l e w a t i d i o d a p a d a a r a h

,

t e r t e n t u j a u h l e b i h b e s a r d a r i pa.da a r u s y a n g a r a h n y a b e r l a w a n a n . O l e h k a r e n a i t u d a l a m p e m a k a i a n d i o d a s e r i n g d i g u n a k a n s e b a g a i p e r a t a a r u s . D i o d a d i k a t a . k a n d a l a m k e a d a a n f o r w a r d b i a s ( m e n d a p a t t e g a n g a n a r a . h m a j ~ u ) b i l a d a . e r a h

P

d i h u b u n g k a n d e n g a n k u t u b p o s i t i f s u m b e r tega.nr1ga.n s e a r 3 . h ( b a t e r a i j d a n d a e r a h

N

d i h u b 1 ~ n g k a . n dengar1 k u t l ~ b n e g a t i f b a t e r a . i , s e p e r t i p a d a ga.mbar 6 ( P e l - f e r s o n . 1966).

(12)

Gambar 6 . D i o d a m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h m a j u B i l a s a k l a r S m a s i h d a l a r n k e a d a a n t e r b u k a m a k a d i d a l a m k r i s t a l n y a h a n y a a d a m e d a n l i s t r i k e y a n g b e r a s a l d a r i t e g a n g a n b a r r i e r d e n g a n a r a h d a r i

P

k e N . Medan l i s t r i k i n i a k a n m e n c e g a h e l e k t r o n b e b a s d a r i d a e r a h

N

m a s u k k e d a e r a h P d a n m e n c e g a h h o l e d a r i d a e r a h P m a s u k k e d a e r a h

N ,

s e h i n g g a p a d a r a n g k a i a n i n i b e l u m a d a a r u s y a n g n m e n g a l i r . B i l a s a k l a r d i t u t u p , t e g a n g a n s u m b e r a k a n t e r h u b u n g d e n g a n d i o d a . D i d a l a m k r i s t a l a k a n t e r j a d i m e d a n l i s t r i k E y a n g a r a h n y a b e r l a w a n a n d e n g a n m e d a n l i s t r i k e . Medan l i s t r i k E i n i a k a n m e n d o r o n g e l e k t r o n d a n h o l e , maka a k a n t e r j a d i a l i r a n e l e k t r o n d a n h o l e . H a l i n i d i s e b a b k a n k a . r e n a rnedan l i s t r i k E j a u h l e b i h b e s a r d a r i p a d a medan l i s t r i k e . D e n g a n d e m i k i a n a r u s a k a n m e n g a l i r d a l a m r a n g k a i z n d i o d a i n i d a r i k u r t u b p o s i t i f b a t e r a i k e k u t u b n e g a t i f n y a . B. Reverse B i a s D i o d a d i k a . t a k a n menda.pat t e g a n g a n a r a h b a l i k ( r e v e r s e b i a s ) b i l s . d n e r a h P ( a n o d a ) d i h u b u n g k a n d e n g a n k u t u b n e g a t i f b a t e r a i da.n d a e r a h

N

( k a t o d a ) d i h u b u n g k a n der1ga.n k u t u b p o s i t i f b a t e r a i , s e p e r t i t e r l i h a t p a d a gainbar 7 ( P e d e r s o n , 1 9 6 6 ) .

(13)

Gambar 7 . D i o d a m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h b a l i k Medan l i s t r i k E y a n g d i t i m b u l k a n a.kan s e a r a h d e n g a n medan l i s t r i k e s e h i n g g a a k a n s a l i n g m e m p e r k u a t . A k i b a t n y a e l e k t r o n d a r i d a e r a h N t i d a k d a p a t b e r g e r a k m e n u j u k e d a e r a h P b e g i t u p u l a h o l e n y a . H a l i n i b e r a r t i b a h w a d i o d a t e r s e b u t t i d a k m e n g a l i r k a n a r u s . Dalam p r a k t e k n y a , p a d a r a n g k a i a n r e v e r s e b i a s m a s i h a d a a r u s y a n g m e n g a l i r t e t a p i s a n g a t k e c i l , h a 1 i n i d a p a t d i j e l a s k a n s e b a g a i b e r i k u t : D i d a l a m s t r u k t u r k r i s t a l d i o d a h a n y a e l e k t r o n - e l e k t r o n b e b a s u n t u k t y p e N y a n g b e r a s a l d a r i p e m b e r i a n a t o m d o n o r , t e t a p i s e b e n a r n y a d a y a h a n t a r i n i d i t e n t u k a n o l e h d u a f a k t o r , y a i t u : 1 . E l e k t r o n - e l e k t r r o n b e b a s y a n g d i h a s i l k a n o l e h a t o m d o n o r i n i p e r a n a n n y a s a n g a t p e n t i n g u n t u k menghan t a r k a n a r u s . 2 . E l e k t r o n b e b a s d a n h o l e y a n g d i h a s i l k a n o l e h p e c a h n y a i k a t a n k o v a l e n a k i b a t p a n a s y a n g d i b e r i k a n o l e h t e m p e r a t u r r u a n g a n . E l e k t r o n d a n \ h o l e i n i j u m l a h n y a s e d i k i t b i l a d i b a n d i n g k a n d e n g a n e l e k t r o n - e l e k t r o n d a r i a t o m d o n o r K e a d a a n i n i j u g a b e r l a k u p a d a b a h a n t y p e P . D e n g a n d e m i k i a n p a d a s a a t r e v e r s e b i a s e l e k t r o n - e l e k t r o n y a n g a d a p a d a d a e r a h P o l e h rnedan E d i t a r i k m a s u k k e d a e r a h

N

d a n s e b a l i k n y a h o l e y a n g a.da d i d a e r a h

N

a-kan b e r g e r a k m a s u k k e d a e r a h P . D e n g a n d e m i k i a n . : i e l a s l a h rnengapa. p a d a s a a t r e v e r s e G i a . s m a s i h a d a

(14)

a r u s y a n g s a n g a t k e c i l y a n g m e n g a l i r da.n a r u s i n i a k a n n a i k b i l a t e m p e r a t u r d i o d a n a i k . C. K a r a k t e r i s t i k D i o d a K a r a k t e r i s t i k d i o d a b i a s a n y a d i b e d a k a n a t a s d u a k a r a k t e r i s t i k y a i t u k a r a k t e r i s t i k f o r w r d d a n k a r a k t e r i s t i k r e v e r s e . U n t u k m e m b u a t k a r a k t e r i s t i k d i o d a y a n g menun j u k k a n b e s a r n y a a r u s p a d a bermacam-macam t e g a n g a n y a n g d i b e r i k a n a d a l a h s e p e r t i p a d a g a m b a r 8 . Reverse

bias

I

( P A )

Gambar 8 . K a r a k t e r i s t i k d i o d a U n t u k m e m b u a t k a r a k t e r i s t i k d i o d a p e r l u k i t a l a k u k a n d u a k a l i p e r c o b a a n , y a i t u b a g i a n f o r w a r d d a n b a g i a n r e v e r s e . K a r a k t e r i s t i k f o r w a r d d a p a t d i l a k u k a - n d e n g a n m e n g a t u r t e g a n g a n y a n g m a s u k p a d a d i o d a . D a r i t i a p - t i a p p e m b e r i a n t e g a n g a n k i t a u k u r a r u s y a n g m e n g a l i r

.

U n t u k m e n d a p a t k a n b a g i a n r e v e r s e n y a k i t a h a r u s m e m b e r i k a n t e g a n g a n d e n g a n p o l a r i t a s y a n g t e r b a l i k , d a n d i p e r l u k a n t e g a n g a n y a n g l e b i h b e s a r d a r i t e g a n g a n p a d a f o r w a r d b i a s . A r u s y a n g n m e n g a l i r p a d a s e t i a p p e m b e r i a n t e g a n g a n d i u k u r d e n g a n m i k r o a n ~ p e r e m e t e r k a r e n a a r u s i n i s a n g a t k e c i l

.

S e l a n j u t n y a k e d u a h a s i l p e r c o b a a n i n i d i s a t u k a n d a l a r n s a . t u g r a f i k , s e h i n g g a d i p e r o l e h k u r v a k a r a k t e r i s t i k d i o d a t e r s e b u t .

(15)

IV. RANGKAIAN PENYEARAH ARUS S e b a g a i m a n a y a n g t e l a h k i t a u r a i k a n d i a t a s , b a h w a d i o d a m e m p u n y a i s i f a t h a n y a d a p a t m e l e w a t k a n a r u s b i l a m e n d a p a t t e g a n g n a n a r a h m a j u , d a n b e r s i f a t m e n a h a n b i l a m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h b a l i k . S e h u b u n g a n d e n g a n s i f a t n y a i n i maka d i o d a d a p a t d i g u n a k a n u n t u k p e r a t a a r u s a t a u u n t u k m e n y e a r a h k a n a r u s b o l a k b a l i k (AC) m e n j a d i a r u s s e a r a h (DC)

.

K i t a m e n g e t a h u i b a h w a a r u s b o l a k b a l i k m e r u p a k a n s u a t u g e l o m b a n g s i n u s i o d a l , y a n g m a n a d a l a m s e t i a p s e t e n g a h p e r i o d a , s e l a l u b e r g a n t i a r a h ( a r a h p o s i t i f d a n a r a h n e g a t i f ) . S e l a n j u t n y a k i t a a k a n membahas b e b e r a p a r a n g k a i a n p e n y e a r a h a r u s AC m e n j a d i DC, y a n g l a b i h d i k e n a l d e n g a n p o w e r s u p p l y a t a u a d a p t o r . A. Penyearah S e t e n g a h Gelombang D i o d a d a p a t d i g u n a k a n u n t u k p e n y e a r a h a r u s b o l a k b a l i k ( A C ) . P a d a s a a t m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h m a j u , d i o d a b e r s i f a t m e n g h a n t a r d a n p a d a s a a t m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h b a l i k d i o d a b e r s i f a t t i d a k m e n g h a n t a r a t a u m e n a h a n . GamGar 9 . R a n g a k a i a n p e n y e a r a h setengah g e lornbang

(16)

G a m b a r 9 a d a l a h p e n y e a r a h s e t e n g a h g e l o m b a n g . T e g a n g a n o u p t u d a r i t r a f o b e r u p a t e g a n g a n AC, d i m a n a s e t i a p s e t e n g a h p e r i o d a , b e r g a n t i a r a h p o s i t i f d a n n e g a t i f . P a d a s a a t s e t e n g a h p e r i o d a p e r t a m a , t i t i k A p o s i t i f d a n B n e g a t i f , b e r a r t i d i o d a m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h m a j u . A r u s m e l a l u i t a h a n a n R d a r i t i t k C k e D . P a d a s a a t s e t e n g a h p e r i o d a k e d u a , t i t i k A n e g a t i f d a n

B

p o s i t i f , b e r a r t i d i o d a m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h b a l i k , d i o d a b e r s i f a t m e n a h a n , a r u s t i d a k a d a . D e m i k i a n l a h s e t e r u s n y a k e r j a d i o d a s e t i a p s e t e n g a h p e r i o d a , s e h i n g g a p a d a r a n g k a i a n t e r s e b u t a r u s y a n n g m e l a l u i R h a n y a a d a p a d a s a a t d i o d a m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h m a j u . A r u s m e l a l u i R s e t i a p s e t e n g a h p e r i o d a d e n g a n a r a h d a r i t i t i k C k e

D .

T e g a n g a n d a n a r u s DC y a n g d i h a s i l k a n d a p a t d i h i t u n g d e n g a n r u m u s ; B. R a n g k a i a n P e n y e a r a h G e l o m b a n g Penuh GarnGar 1 m . R a n g k a i a n p e n y e a . r a h gelomba.rrg ~ e n u h

(17)

Gambar 10 a d a l a h p e n y e a r a h g e l o m b a n g p e n u h . T e g a n g a n o u p u t d a r i t r a f o b e r u p a t e g a n g a n AC, d i m a n a s e t i a p s e t e n g a h p e r i o d a , b e r g a n t i a r a h p o s i t i f d a n n e g a t i f . P a d a s a a t s e t e n g a h p e r i o d a p e r t a m a , t i t i k A p o s i t i f d a n

B

n e g a t i f , b e r a r t i d i o d a

D l

m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h m a j u . A r u s m e l a l u i t a h a n a n

R

d a r i t i t k C k e D . D i o d a D m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h b a l i k , d i o d a i n i t i d a k 2 r n e l e w a t k a n a r u s ( m e n a h a n ) . P a d a s a a t s e t e n g a h p e r i o d a k e d u a , t i t i k A n e g a t i f d a n B p o s i t i f , b e r a r t i d i o d a D l m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h b a l i k , d i o d a . b e r s i f a t r n e n a h a n . D i o d a D m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h

2

r n a j u , a r u s m e n g a l i r d e n g a n a r a h d a r i t i t i k C k e d . D e r n i k i a n l a h s e t e r u s n y a k e r j a d i o d a s e t i a p s e t e n g a h p e r i o d a , s e h i n g g a p a d a r a n g k a i a n t e r s e b u t s e l a l u a d a a r u s m e l a l u i R d e n g a n a r a h d a r i t i t i k C k e D. T e g a n g a n d a n a r u s DC y a n g d i h a s i l k a n d a p a t d i h i t u n g d e n g a n r u m u s ;

C. Penyearah G e l ombang Penuh Dengar> K a p a s i t o r Penyari ng

I

Garnbar 11. R a n g k a i a n p e n y e a r a h g e l o m b a n g p e n u h d e n g a n k a p a s i t o r p e n y a r i n g

(18)

K e r j a d i o d a s e b a g a i p e n y a r i n g a t a u p e r a t a a r u s s e a r a h d a p a t d i a m a t i p a d a r a n g k a i a n g b 1. D l d a n D 2 a d a l a h d i o d a s e b a g a i p e n y e a r a h a r u s b o l a k b a l i k . K a p a s i t o r C p a d a r a n g k a i a n t e r s e b u t a k a n m e r a t a k a n a r u s o u t p u t y a n g d i h a s i l k a n , k a r e n a k a p a s i t o r d a p a t menyimpan d a n m e m b e r i k a n a r u s . P a d a s a a t t e g a n g a n s e a r a h n a i k m e n c a p a i maksimum, maka k a p a s i t o r m e n g i s i ( m e n y i m p a n a r u s ) d a n k e m u d i a n t e g a n g a n s e a r a h t u r u n maka k a p a s i t o r a k a n m e m b e r i k a n a r u s ( m e n g s o s o n g k a n ) s e c a r a l a m b a t s a m p a i t e g a n g n a n s e a r a h n a i k k e m b a l i , d a n s e t e r u s n y a . D e m i k i a n l a h k e r j a k a p a s i t o r s e o l a h - o l a h k a p a s i t o r m e m p e r t a h a n k a n t e g a n g a n s e a r a h p a d a d a e r a h maksimum s e h i n g g a t e r b e n t u k g e l o m b a n g r i p p l e ( k e r u t ) . B e s a r t e g a n g a n r i p p l e d i t e n t u k a n o l e h n i l a i k a p a s i t o r , s e m a k i n b e s a r n i l a i k a p a s i t o r a k a n s e m a k i n k e c i l t e g a n g a n r i p p l e . P a d a a l a t p e n y e d i a d a y a d i u s a h a k a n a g a r t e g a n g a n r i p p l e s e k e c i l m u n g k i n s e h i n g g a t e g a n g a n r a t a - r a t a n y a ( V D C ) s e t a r a d e n g a n t e g a n n g a n DC b a t r a i . F a k t o r r i p p l e d a p a t d i h i t u n g d e n g a n r u m u s ,

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x

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'DC T e g a n g n a n e f e k t i f r i p p l e a d a l a h , -

v

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_rms._-'r ₃maks

_{2 - / 3}

- r p p T e g a n g a n r a t a - r a t a n y a ,

(19)

DAFTAR PUSTAKA

Deward H e n d r i k , L a z a r u s D a v i d ( 1 9 6 6 ) ; M o d e r n E l e k t r o n k , L o n d o n , A d d i s o n W e s l e y , P u b l i s h i n g Company.

Kagnov I ( 1 9 7 0 ) ; E l e c t r o n &

in

I n d u s t r v , Moscow, P e a c P u b l i s h e r . 0 . P e d e r s o n D o n a l d , I . S t u d e r J a c k , R . W h i n n e r y J o h n ( 1 9 6 6 ) ; I n t r o r l i ~ c t i o n E l e c t r o n i c S v s t e r n C i r c i l i t

and

Device,

N e w Y o r k , Mc . G r a w - H i l l Book Company. P o l l i n g C & T j o k r o d o n o e r d j o R . H a r s o n o ( 1 9 5 1 ) ;

L h u

K a n i a

Anoraa.nik

LL

B,

S e m a r a n g , Mahameru.

i r , % R a d i o

Enainerina

Terman FE ( 1 9 5 5 ) ; E l e c t r o n

,

K o g a k u s h a Company L t d . Y o h a n n e s H R ( 1 9 7 5 ) ; h q a r -

W

R l e k t r n n i k

,

B a g i a n T e k n i k L i s t r i k , F a k u l t a s T e k n i k U n i v e r s i t a s G a d j a h Mada.