MAKALAH
“ELEKTRONIKA DASAR”
FISIKA DASAR
DOSEN PENGAMPU MATA KULIAH:
Dr. Rahmatsyah,M.Si
KELOMPOK 1:
NAMA (NIM) :
1. Fandy Ocwando Riyanto (4203321016) 2. Nova Angelika Barus (4203121038) 3. Theresia Natalia Sari (4202421015)
KELAS : PSPF-20 A
FISIKA DIK A 2020
PROGRAM STUDI (S-1) PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
FEBRUARI 2022
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan makalah ini. atas rahmat dan hidayah-Nya lah penulis dapat menyelesaikan makalah yang berjudul "SEMIKONDUKTOR"
ini tepat waktu.
Makalah "SEMIKONDUKTOR" ini disusun guna memenuhi tugas mata kuliah dari
Bapak Dr. Rahmatsyah, M.Si pada mata kuliah Elektronika Dasar.
Penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada Bapak Dr.
Rahmatsyah,M.Si, selaku dosen mata kuliah Elektronika Dasar. Tugas yang diberikan ini dapat menambah wawasan dan pengetahuan terkait bidang yang ditekuni penulis.
Penulis menyadari makalah ini masih kurang sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran dari pembaca sangat penulis harapkan untuk menyempurnakan laporan ini sehingga menjadi lebih sempurna, baik, dan bermanfaat.
Medan, 19 Februari 2022 Kelompok 1
iii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI... iii
BAB I ... 1
PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan ... 1
C. Manfaat ... 1
BAB II ... 3
PEMBAHASAN ... 3
A. Pengertian Semikonduktor... 3
B. Struktur Semikonduktor ... 3
C. Bahan Semikonduktor ... 4
D. Klasifikasi Semikonduktor ... 5
1. Semikonduktor Intrinsik 2. Semikonduktor Ekstrinsik E. Perbedaan Semikonduktor dan Superkonduktor ... 9
BAB III ... 13
PENUTUP ... 13
A. Kesimpulan ... 13
B. Saran ... 13
DAFTAR PUSTAKA ... 14
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dalam aktivitas kita sebagai mahasiswa pendidikan fisika, didalamlaboratorium ketika kita melakukan suatu eksperimen pastinya tidak terlepas dari penggunaan alat- alat elektronika. Alat-alat elektronika alah satunya yaitu dioda. Dioda merupakan bahan yang tersusun atas semikonduktor tipe-P dan tipe-N.
Bahan semikonduktor merupakan bahan yang banyak di gunakan dalam pembuatan komponenkompenen elektronika yaitu kristal silikon. Dahulu orang juga menggunakan unsur germanium. Kedua unsur itu merupakan kelompok 4; dalam susunan berkala. Kristal, galium-arsenida yang terbentuk dari unsur galoium dan arsen mempunyai sifat seperti unsur kelompok 4; sehingga dapat pula digunakan untuk membentuk bahan semikonduktor, krsital ini banyak digunakan untuk membuat lampu LED, yang dipakai untuk lampu penunjuk dan laser dioda. Kristal GaSa juga digunakan untuk membuatt resistor yang dapat bekerja hingga daerah frekuensi tinggi, yaitu dalam daerah gelombang mikro.
Dalam perkembanganya semikonduktor menjadi bahan yang sangat penting, terutama dalam dunia ektronika. Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan IC (Integrated Circuit).
B. Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan Semikonduktor?
2. Bagaimana Struktur Semikonduktor?
3. Apa bahan dari Semikonduktor?
4. Apa saja klasifikasi dari Semikonduktor?
5. Apa perbedaan dari Semikonduktor dan Superkonduktor?
C. Tujuan
1. Untuk memenuhi tugas mata kuliah Elektronika Dasar 2. Untuk mengetahui defenisi dari Semikonduktor
2
3. Untuk mengetahui struktur dari semikonduktor 4. Untuk mengetahui bahan-bahan semikonduktor
5. Untuk mengetahui pengelompokkan dari semikonduktor
6. Untuk mengetahui perbedaan dari semikonduktor dan superkonduktor
3
BAB II
PEMBAHASAN
A. Pengertian Semikonduktor a. Pengertian Umum
Secara umum semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukankonduktor murni. Bahan ini sifatnya berada diantara insulator (isolator) dan konduktor. bahan-bahan logam seperti tembaga, besi, timah, disebut sebagaikonduktor yang baik sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikianrupa sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.
b. Pengertian Khusus
Semikonduktor adalah bahan dengan daya hantar antara konduktor dan isolators sebagai bahan dasar alat-alat elektronika. Dewasa ini bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalahKristal silicon. Dahulu orang juga menggunakan unsur germanium.
Kedua unsuritu merupakan kelompok IV dalam susunan berkala. Kristal gallium-arsenida yangterbentuk dari unsur gallium dan arsen mempunyai sifat seperti unsur kelompokIV, sehingga dapat pula digunakan pula untuk membentuk bahan semikonduktor.Kristal ini kini banyak digunakan untuk membuat lampu LED yang dipakai untuklampu penunjuk dan lasesr diode.
B. Struktur Semikonduktor
Untuk mengerti struktur kristal, kita harus ingat apakah atom itu. Atomterdiri atas inti dan elektron yang terikat pada inti itu. Dalam model atom Bohr,elektron bergerak diatas lintasan tertentu dan memiliki energi tertentu. Energi dari elektron tidak bebas, tetapi hanya bisa memiliki nilai-nilai tertentu. Hal ini dia katakan energi terkuantisasi dan dijelaskan lebih detail dalam mekanika kuantum. Elektron yang terikat pada atom memiliki energi negatif dibandingkan dengan energi dari elektron bebas. Harga mutlak dari energi negatif itu disebut sebagai energi ikatan elektron. Karena adanya energi ikatan itu yang membuat energi elektron lebih rendah daripada elektron bebas, maka elektron tetap padainti masing-masing dan tidak melepaskan diri dari inti, karena setiap sistem fisikselalu masuk ke dalam keadaan energi yang paling rendah. Hanya kalau electron tersebut diberikan energi yang lebih tinggi
4
daripada energi ikatan, elektron bisa lepas dari intinya.Dalam suatu kristal atau molekul, elektron-elektron luar dari atom-atom dipakai sebagai elektron ikatan
Elektron konduksi memberikan konduktivitas kepada kristal.Komduktivitas yang dihasilkan oleh elektron disebut konduktivitas elektron. Energi yang diperlukan untuk melepaskan satu elektron dari ikatan menjadielektron konduksi disebut energi aktivasi (activation energy) dan kita akanmemakai lambang ∆W untuk energi aktivasi itu.
C. Bahan Semikonduktor
Bahan semikonduktor adalah bahan dengan daya hantar antara konduktor dan isolator sebagai bahan dasar alat-alat elektronika. Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silikon (Si);Germanium (Ge);dan Gallium Arsenida(GaAs) ; Germaniumadalah bahan satusatunya yang dikenal untuk membuat komponen semikondukto r. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada di bumi setelah oksigen (O2).
Pasir,danbatubatuanlainadalah bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon. Dapatka h anda menghitung jumlah pasir di pantai.Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) : masing-masing memiliki 4 elektron valensi. 4 ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 6 elektron, sehingga 4 buah elektron atomkristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah (0°k):, struktur atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar berikut.
5
4 ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu intiatom ke inti atom yang lain. Pada Kondisi demikian bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektorn yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik.
Pada suhu rendah → Isolator Pada suhu kamar → Konduktor
Mengenai sifat bahan semikonduktor, berikut table dari sifat bahan semikonduktor :
D. Klasifikasi Semikonduktor
Berdasarkan murni atau tidak murninya bahan, semikonduktor dibedakan menjadi dua jenis, yaitu semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik.
1. Semikonduktor Instrinsik
Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor yang terdiri atas satu unsur saja, misalnya Si saja atau Ge saja. Pada kristal semikonduktor Si, 1 atom Si
6
yang memiliki 4 elektron valensi berikatan dengan 4 atom Si lainnya. Perhatikan gambar berikut
Pada kristal semikonduktor instrinsik Si, sel primitifnya berbentuk kubus, ikatan yang terjadi antar atom Si yang berdekatan adalah ikatan kovalen.
Hal ini disebabkan karena adanya pemakaian 1 buah elektron bersama oleh dua atom Si yang berdekatan. Silikon dan germanium merupakan dua jenis semi konduktor yang sangat penting dalam elektronika. Keduanya terletak pada kolom empat 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. Gambar 2.1 memperlihatkan bentuk ikatan kovalen dalam dua dimensi. Pada temperatur
mendekati harga nol mutlak, elektron pada kulit
terluar terikat dengan erat sehingga tidak terdapat elektron bebas atau silikon bersifat sebagai isolator.
7 2. Semikonduktor Ekstrinsik
Terbentuk dari semikonduktor murni yang dikotori oleh atom dopping sebagai penghasil elektron konduksi atau hole. Terdiri atas dua tipe : Tipe N (silicon + Phospor atau Arsenic) dan Tipe-P (Silikon + Boron, Galium atau Indium.
Semikonduktor ekstrinsik terbentuk melalui mekanisme dopping yang dimaksudkan untuk mendapatkan electron valensi bebas dalam jumlah yang lebih banyak dan permanen sehingga diharapkan akan dapat menghantarkan listrik. Mekanisme ini dilakukan dengan jalan memberikan atom pengotor ke bahan semikonduktor murni sehingga apabila atom pengotor memiliki kelebihan eletron valensi (valensi 5) akan terdapat eletron bebas yang dapat berpindah karena mengandung atom-atom pengotor, pembawa muatan didominasi oleh electron saja atau lubang saja. Apabila semikonduktor murni diberikan pengotor dengan valensi kurang (valensi 3): maka akan terbentuk area kosong (hole): yang menjadi pembawa muatan. Mekanisme ini menentukan jenis semikonduktor yang dibentuk (tipe-N) atau (tipe-P).
✓ Semikonduktor tipe-n
Dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor pentavalen (antimony, phosphorus atau arsenic) pada silikon murni.Atom- atom pengotor (dopan) ini mempunyai lima elektron valensi sehingga setara efektif memiliki muatan sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalent menempati posisi atom
8
silicon dalam kisi kristal hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan. Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa electron ini akan menjadi electron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semi konduktor tipe-n karena menghasilkan
pembawa muatan negative dari kristal yang netral.
Karena atom pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom donor.
Secara skematik semikonduktor tipe-n digambarkan seperti terlihat pada gambar dibawah ini :
✓ Semikonduktor tipe-p
Dengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor trivalen
9
(aluminium),boron,gallium atau indium) pada semikonduktor murni,misalnya silicon murni. Atom-atom engotor (dopan) ini mempunyai tiga electron valensi sehingga secara efektif hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat sebuah atom trivalent menempati posisi atom silicon dalam kisi krista; terbentuk tiga ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah muatan positif dari atom silikon yang tidak berpasangan yang disebut lubang (hole). Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe – p karena menghasilkan pembawa muatan negative pada kristal yang netral. Karena atom pengotor menerima electron, maka atom pengotor ini disebut sebagai aseptor.
Pada bahan semikonduktor yang bertindak sebagai pembawa muatan dengan sebagian terbesar berupa lubang-lubang yang dihasilkan dengan pemasukan tak murni, dan Sebagian kecil berupa electron-elektron bebas yang dihasilkan oleh energi terminal. Dipihak lain, dalam semikonduktor tipe-n , sebagian terbesar dari pembawa muatan adalah electron-elektron bebas dan hanya mengandung lubang- lubang yang berjumlah kecil. Jika dipakai secara terpisah,baik semikonduktor tipe-n mupun semikonduktor tipe-p, masing-masing tidak lebih berguna dari sebuah penghambat (resistor) karbon. Tetapi dengan memasukkan tak murni ke dalam suatu kristal demikian rupa hingga bertipe p,maka hasilnya berupa penghantar satu arah.
E. Perbedaan Semikonduktor dan Superkonduktor
Perbedaan utama antara semikonduktor dan superkonduktor adalah itu semikonduktor memiliki konduktivitas listrik yang berada di antara konduktivitas konduktor dan isolator sedangkan superkonduktor memiliki konduktivitas listrik yang lebih tinggi daripada konduktor. semikonduktor dan superkonduktor adalah semikonduktor memiliki konduktivitas listrik yang berada di antara konduktivitas konduktor dan isolator sedangkan superkonduktor memiliki konduktivitas listrik yang lebih tinggi daripada konduktor. Selain itu, celah pita semikonduktor adalah antara 0,25 dan 2,5 eV sedangkan celah pita superkonduktor berada di atas 2,5 eV.
10
Konduktor listrik adalah sejenis zat yang memungkinkan arus listrik mengalir melaluinya. Semikonduktor dan superkonduktor adalah dua jenis konduktor listrik.
Mereka berbeda satu sama lain menurut konduktivitasnya.
I. Perbedaan Menurut Sifat-Sifatnya, adalah :
❖ Sifat Semikonduktor
1. Semi konduktor pada umumnya bersifat isulator (tidak menghantarkan arus listrik) pada suhu mendekati 0°.
2. Pada suhu kamar bersifat konduktor, makin tinggi suhunya makin bersifat konduktor.
3. Bisa diubah konduktivitasnya.
4. Semikonduktor memiliki resistansi.
❖ Sifat Superkonduktor 1. Sifat kelistrikan
Bahan logam tersusun dari kisi-kisi dan basis serta elektron bebas. Ketika medan listrik diberikan pada bahan, elektron akan mendapat percepatan. Medan listrik akan menghamburkan elektron ke segala arah dan menumbuk atom-atom pada kisi.
2. Sifat kemagnetan
Sifat lain dari superkonduktor yaitu bersifat diamagnetisme sempurna. Jika sebuah superkonduktor ditempatkan pada medan magnet, maka tidak akan ada medan magnet dalam superkonduktor. Hal ini terjadi karena superkonduktor menghasilkan medan magnet dalam bahan yang berlawanan arah dengan medan magnet luar yang diberikan.
3. Sifat quantum
Teori dasar Quantum untuk superkonduktor dirumuskan melalui tulisan Bardeen, Cooper dan Schriefer pada tahun 1957. Teori dinamakan teori BCS. Fungsi gelombang BCS menyusun pasangan partikel dan Ini adalah bentuk lain dari pasangan partikel yang mungkin dengan Teori BCS. Teori BCS menjelaskan bahwa : Interaksi tarik menarik antara elektron dapat menyebabkan keadaan dasar terpisah dengan keadaan tereksitasi oleh energi gap.
4. Sifat meissner
11
Ketika superkonduktor ditempatkan di medan magnet luar yang lemah, medan magnet akan menembus superkonduktor pada jarak yang sangat kecil dan dinamakan London Penetration Depth. Pada bahan superkonduktor umumnya London Penetration Depth sekitar 100 nm. Setelah itu medan magnet bernilai nol.
II. Perbedaan menurut cara membuatnya
A. Cara Membuat Superkonduktor
No Bahan Suhu Kritis (Tc)
K
Tahun Ditemukan
1 Raksa Hg 4,2 1911
2 Timbal Pb 7,2 1913
3 Niobium nitrida 16,0 1960-an
4 Niobium-3-timah 8,1 1960-an
5 Al0,8Ge0,2Nb3 20,7 1960-an
6 Niobium germanium 23,2 1973
7 Lanthanum barium Tembaga oksida
28 1985
8 Yttrium barium tembaga oksida (1-2-3 atau YBCO)
93 1987
9 Thalium barium kalsium Tembaga oksida
125 -
10 Karbon ( C ) 15 -
11 HgBa2Ca2Cu3O8 164 1995
B. Cara Membuat Semikonduktor 1. Cara Pembuatan Semikonduktor tipe-n
Cara pembuatan semikonduktor tipe-n adalah dengan menambahkan atom pengotor pentavalen (antimony, phosporus atau arsenic) pada silikon murni. Atom pengotor ini mempunyai 5 elektron valensi sehingga memiliki muatan sebesar +5q.
Pada saat atom pentavalen menempati atom silicon pada kisi kristal, hanya 4 elektron
12
valensi yang dapat membentuk ikatan kovalen lengkap, sisanya yaitu sebuah elektron akan menjadi elektron bebas apabila diberi tekanan thermal.
Atom bebas tersebut siap untuk menghantarkan listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut dengan semikonduktor tipe-n karena menghasilkan pembawa muatan negatif dari atom netral. Karena atom ini memberikan elektron maka bisa disebut dengan atom pendonor.
2. Cara pembuatan semikondukter tipe- p
Semikonduktor tipe-p dibuat sengan cara menambahkan atom trivalen ( aluminium, boron, galium atau indium ) pada semikonduktor murni. atom-atom ini mempunyai 3 elektron valensi sehingga hanya dapat membuat maksimal 3 ikatan kovalen lengkap, nantinya akan tersisa 1 muatan positif dari atom silikon yang tidak berpasangan. Proses ini disebut proses pembuatan semikonduktor tipe-p karena menghasilkan pembawa muatan negatif pada kristal yang netral. Atom tersebut juga menerima elektron sehingga disebut dengan atom aseptor (acceptor).
13 BAB III
PENUTUP A. Kesimpulan
Semikonduktor merupakan bahan dengan konduktivitas listrik yang berada diantara insulator dan konduktor. Semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah (mendekati 0°K), namun pada temperatur ruangan (sekitar 30°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.
B. Saran
Kegunaan bahan semikonduktor sangatlah penting dalam kehidupan sehari-hari.
Tidak hanya dalam dunia medis saja yang membutuhkan bahan semikonduktor, akan tetapi sanggatlah penting juga dalam elektronika, karena bahan semikonduktor (misalnya silikon dan germanium), hanya memerlukan sedikit saja bahan doping atau campuran untuk mengubah bahan semikonduktor agar dapat dipergunakan. Oleh karena itu, mari kita sebagai mahasiswa kejuruan fisika mempelajari kehebatan-kehebatan bahan semikonduktor, mungkin kita nanti bisa menciptakan alat dari bahan tersebut dan berguna dalam elektronika.
14
DAFTAR PUSTAKA
Blocher,R.(2003). Dasar Elektronika.Yogyakarta : Andi
Simatupang,Sehat.(2011). Elektronika Dasar. Medan : Universitas Negeri Medan
Surjono, herman Dwi.(2007). Elektronika : Teori dan Penerapan. Jember : Cerdas Ulet Kreatif .
