kegunaan semikonduktor

Bila dibanding dengan logam daya hantar listrik semikondutor lebih kecil. Aliran yang kecil menyebabkan aliran listrik pada semikonduktor mudah dikontrol.

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.

Sel Surya (Solar Cell)

Solar cell terdiri dari dua semikonduktor yaitu:

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

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

Dua semikonduktor tersebut disambung seperti pada gambar berikut:

Sebelum kedua semikonduktor tersebut disambung, jumlah hole pada pita valensi semikonduktor tipe-p lebih banyak dibanding jumlah hole pada pita valensi semikonduktor tipe-n, sebaliknya jumlah elektron pada pita konduksi semikonduktor tipe-n lebih banyak dibanding jumlah elektron pada pita konduksi semikonduktor tipe-p. setelah keduanya disambungkan maka:

• Pada pita valensi akan terjadi aliran hole dari semikonduktor tipe-p ke semikonduktor tipe-n dan sebaliknya, serta aliran elektron dari semikonduktor tipe-n  ke semikonduktor tipe-p dan sebaliknya sampai terjadi kesetimbangan.
• Pada pita konduksi akan terjadi aliran elektron dari semikonduktor tipe-n ke semikonduktor tipe-p dan sebaliknya sampai terjadi kesetimbangan.

Pada keadaan setimbang jumlah hole yang bergerak dari pita valensi semikonduktor tipe-p ke semikonduktor tipe-n sama dengan jumlah hole yang bergerak ke arah yang berlawanan. Demikian juga halnya dengan jumlah elektron yang mengalir dari semikonduktor tipe-n ke semikonduktor tipe-p dan sebaliknya. Akibatnya dua proses tersebut maka pada semikonduktor tipe-n akan berkembang muatan positif dan pada semikonduktor tipe-p akan berkembang muatan negatif. Dengan kata lain antara kedua bagian tersebut timbul potensial listrik.

Pada sel surya semikonduktor tipe-p dibuat lebih tipis dibanding semikonduktor tipe-n. Pada pengoperasian sel suria, bagian yang dikenakan sianr matahari adalah semikonduktor tipe-p.

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.

Silikon yang digunakan pada sel surya selain sebagai kristal tunggal (single crystal), silikon dapat diperoleh dalam bentuk amorf. Silikon amor dapat diperoleh melalui deposisi uap silikon. Kemampuan silikon amorf dalam menyerap sinar matahri 40 kali lebih efisien dibanding kristal silikon. Oleh karena itu sel suria banyak digunakan semikonduktor dengan bahan dasar silikon amorf.

Sel surya dengan bahan dasar amorf adalah lebih tahan lama dibanding sel suria dengan bahan dasar kristal tunggal. Disamping itu, silion amorf dapat dibuat pada temperatur rendah dan dapat di depositkan pada substrat yang harganya relatif murah. Sel suria dengan bahan dasar amor banyak digunakan sebagai sumber energi pada kalkulator.

Harga silikon amor cenderung semakin murah. Oleh karena itu pemakian semikonduktor dengan bahan dasar silikon amor pada peralatan elektronik yang lain cenderung semakin meluas di massa yang akan datang.

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).

Penyearah terdiri dari semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n yang dihubungkan oleh sambungan p-n (p-n jucktion) seperti pada gambar.

Semikonduktor tipe-p yang disambungkan dengan semikonduktor tipe-n tersebut membentuk suatu diode. Semikonduktor tipe-p dapat dianggap kelebihan hole sedangkan semikonduktor tipe-n dapat dianggap kelebihan elektron. Simbol umum dioda adalah seperti yang tertera pada gambar.

Apabila pada semikonduktor tipe-p diberi potensial positif (kutub positif dari sumber) sedangkan pada semikonduktor tipe-n diberi potensial negatif, maka hole pada semikonduktor tipe-p akan bergerak menuju sambungan p-n dan elektron-elektron pada semikonduktor tipe-n akan bergerak menuju sambungan p-n seperti yang ditunjukan pada gambar.

Pada sambungan p-n hole dan elektron akan saling memusnahkan (saling meniadakan/ saling menetralkan). Aliran hole dan elektron ini akan terus berlangsung selama potensial tetap dihubungkan. Aliran inilah yang menyebabkan arus listrik dapat mengalir atau menyebabkan terbentuknya arus listrik.

Apabila semikonduktor tipe-p dihubungkan dengan potensial negatif sedangkan pada semikonduktor tipe-n diberi potensial positif, maka hole pada semikonduktor tipe-p akan bergerak menjauhi sambungan p-n dan elektron pada pada semikonduktor tipe-n akan bergerak menjauhi sambungan p-n seperti yang ditunjukan pada gambar birikut. Karena tidak hole dan elektron elektron yang saling meniadakan maka tidak ada arus listrik yang menalir atau tidak terjadi arus listrik.

Berikut adalah beberapa jenis dioda

1.      Dioda biasa. Di buat dari silikon yang telah diberi pengotor dan dan germanium. Prinsip kerjanya seperti pada penjelasan di atas.

2.      Dioda cahaya. Dioda cahaya merupakan dioda yang pada sambungan p-n (p-n jucktion) dapat memancarkan cahaya. Misalnya LED.

3.      Dioda foto. Dioda foto merupakan jenis dioda yang berfunsi mendeteksi cahaya kemudian mengubahnya menjadi energi listrik. Jenis cahaya yang dapat di deteksi yakni infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai sinar-x.

4.      Dioda laser. Dioda laser disingkat juga LD atau ILD. Sambungan p-n dioda laser menyerupai sambungan p-n pada dioda cahaya.

5.      Dioda zener. Dioda zener prinsip kerjanya seperti dioda biasa tetapi arus listrik dapat mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas atau mencapai tegangan rusak semikonduktor.

LED

LED (Light Emitting Diode atau Light Emitting Device) merupakan salah satu diode semikonduktor yang dirancang untuk menghasilkan sejumlah besar cahaya monokromatis yang tidak koheren dengan rentang panjang gelombang yang sempit ketika diberi tegangan maju. LED dan bagian-bagiannya disajikan pada Gambar.

Arus maju yaitu arus dimana potensial positif (kutub positif (anoda) sumber arus) disambungkan pada bagian positif dari LED dan potensial negatif (kutub negatif sumber arus) dishubungkan pada bagian negatif (katoda) dari LED (lihat gambar 1). Sedangkan cahaya monokromatis tidak koheren yaitu cahaya dengan rentang panjang gelombang artinya walaupun sebagai cahaya monokromatis tetapi masih memiliki rentang panjang gelombang (lihat tabel). Untuk membedakan anoda dan katoda dapat dilihat dari kaki atau tangkai LED, yang bertangkai panjang merupakan anoda (kutub negatif) sedangkan yang lebih pendek merupakan katoda (kutup positif).

Pada awal penemuan LED hanya terdiri dari warna merah, kuning dan hijau. Sekarang LED yang tersedia berfariasi mulai dari yang bekerja pada rentang panjang gelombang sinar tampak, ultraviolet hingga inframerah. LED yang berfariasi ini dapat diperoleh dengan cara mengganti bahan semikonduktor pada chip LED atau dengan menggabungkan bahan semikonduktor dari warna merah, kuning dan hijau yang telah diperoleh sebelumnya. Karena warna yang dihasilkan sangat banyak, aplikasi LED kini sangat beragam misalnya menambah keindahan desain interion dan eksterion. Bahkan kini LED dengan cahaya merah dan LED dengan cahaya biru dimanfaatkan untuk membantu melangsungkan proses fotosintesis pada tanaman-tanaman yang ada dalam sebuah ruangan.

Bila dibanding lampu pijar LED memiliki keunggulan bila dibanding lampu pijar diantaranya:

• Dengan arus yang rendah cahaya yang dihasilkan lebih banyak dibanding dibanding lampu pijar.
• Tidak mudah rusak sebab dirancang dalam bentuk padat, sedangkan lampu neon atau lampu pijar rapuh dan mudah rusak.
• Waktu pemakaian lebih lama karena tidak ada filamen yang terbakar. Dimana penambahan gas seperti CO₂ atau pengaturan tekanan tidak diperlukan.
• Cahaya yang dihasilkan lebih terfokus ke satu arah sehingga dalam hal-hal tertentu hal ini sangat menguntungkan.

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

Chip LED yang dibungkus menggunakan bohlam plastik pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik akan menyebabkan sifat isolator searah LED jebol sehingga arus dapat mengalir ke arah sebaliknya.

Warna berbagai LED dengan panjang gelombang masing-masing LED serta penyusunnya seperti yang tertera pada tabel.

Warna	Panjang Gelombang (nm)	Bahan Semikonduktor Penyusun
IR	λ> 760	Gallium arsenida (GaAs) Aluminium gallium arsenida (AlGaAs)
Merah	610 < λ < 760	Aluminium gallium arsenida(AlGaAs) Gallium arsenida fosfida (GaAsP) Aluminium gallium indium fosfida (AlGaInP) Gallium(III) fosfida (GaP)
Jingga	590 < λ < 610	Gallium arsenida fosfida (GaAsP) Aluminium gallium indium fosfida (AlGaInP) Gallium(III) fosfida (GaP)
Kuning	570 < λ < 590	Gallium arsenida fosfida (GaAsP) Aluminium gallium indium fosfida (AlGaInP) Gallium(III) fosfida (GaP)
Hijau	500 < λ < 570	Indium gallium nitrida  (InGaN) / gallium(III)nitrida Gallium(III) fosfida (GaP) Aluminium gallium indium fosfida (AlGaInP) Aluminium gallium fosfida (AlGaP)
Biru	450 < λ < 500	Seng selenida (ZnSe) Indium gallium nitrida (InGaN) Silikon karbida (SiC) sebagai substrat Silikon (Si) sebagai substrat – dalam pengembangan
Violet	400 < λ < 450	Indium gallium nitrida (InGaN)
Ungu	Berbagai jenis	LED dua warna (biru dan merah, biru dengan fosfor merah, atau putih dengan plastik ungu)
UV	λ < 400	berlian (235 nm) Boron nitride (215 nm) [ 34 ] [ 35 ] Boron nitrida (215 nm) Aluminium nitride (AlN) (210 nm) [ 36 ] Aluminium nitrida (AlN) (210 nm) Aluminium gallium nitride (AlGaN) Aluminium galium nitrida (AlGaN) Aluminium gallium indium nitride (AlGaInN) — (down to 210 nm) [ 37 ] Indium gallium aluminium nitrida (AlGaInN) – (hingga 210 nm)
Putih	Spektrum luas	Dioda UV/biru dengan fosfor kuning

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.

Prinsip kerja fotosel CdS sebagai detektor adalah perubahan nilai resistansi atau hambatan fotosel berbanding terbalik dengan intensitas cahaya yang mengenai permukaannya. Jika dihubungkan dengan multimeter atau avometer CdS menjadi konduktor yang buruk atau CdS memiliki resistansi besar pada saat cahaya gelap atau redup, dan sebaliknya CdS menjadi konduktor yang baik atau CdS memiliki resistansi kecil pada saat cahaya terang.

Artikel yang disarankan:

1.       Semikonduktor

2.       Pembuatan dan pemurnian silikon