chemistry for peace not for war

hanya DIA yang dapat menghentikan hatiku

Tag Archives: pembuatan dan pemurnian silikon

Perbedaan Silikon dan Silikone

        Silikon merupakan salah satu unsur kimia dengan lambang Si dan memiliki nomor atom 14 dan termasuk golongan metaloid (semilogam) dengan titik didih dan titik leleh berturut-turut adalah 2315 °C dan 1410 °C. Dalam keadaan murni silikon berupa unsur yang lunak sehingga dapat dipotong menjadi lembaran-lembaran tipis. Silikon banyak diaplikasikan pada peralatan elektronik, seperti chip komputer, semikonduktor, sel surya dan transitor.

       Sedangkan silikone merupakan suatu polimer, dimana setiap atom silikon berikatan dengan karbon, hidrogen dan oksigen. Dalam strukturnya setiap atom silikon berikatan dengan oksigen membentuk sebuah rantai panjang dengan satu atau dua atom C terikat pada atom silikon. Rantai ikatan antara silikon dan atom oksigen membentuk silikone dapat digambarkan sebagai berikut:

struktur silikone

       Rantai yang terbentuk sangat panjang dimana setiap polimer terdiri dari 100 sampai 1000 atom silikon. Ikatan yang terbentuk sangat kuat sehingga silikone sering dibuat dengan bentuk menyerupai jelly yang digunakan untuk operasi plastik yakni menggantikan bagian tubuh yang dikeluarkan. Oleh sebab itu yang digunakan untuk operasi plastik adalah silikone bukan silikon.

      Sifat lain dari silikone yaitu tidak berbau, tidak berwarna, tahan air, tahan kimia, tahan oksidasi, stabil pada suhu tinggi, dan bukan konduktor listrik. Selain itu silikone diproduksi dengan bentuk menyerupai lilin yang paling banyak dimanfaatkan dalam bidang otomotif yakni sebagai pemoles agar tampak menarik dan tetap mengkilat. Sifat mengkilat yang muncul karena sifat silikon yang dapat memanltulkan cahaya ketika dikenai sinar putih.

Beberapa kegunaan lain dari silikone yaitu digunakan sebagai pelumas, lem, penyegel, gasket, implantasi buah dada, mainan seks dan Silly Putty.

 

Lihat Juga :

1. Sampoerna Mild Bukan Basa Basi

2. Pembuatan Telur Telanjang

3. Cara Membuat Perangkap Nyamuk Sederhana

4. NiTiNOL dan AlNiCo : Aloi Yang Memiliki Ingatan dan magnet parmanen

5. Benarkah 1 + 1 = 2

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

PEMBUATAN DAN PEMURNIAN SILIKON

Silikon merupakan salah satu unsur metaloid dengan nomor atom 14 dan terdapat pada periode 3 golongan 14 yang melebur pada suhu 1410 °C. Silikon sering digunakan untuk membuat serat optik dan dalam operasi plastik digunakan untuk mengisi bagian tubuh pasien dalam bentuk silikone. (fungsi silikon dalam pembuatan semikonduktor baca disini sedangkan kegunaan semikonduktor di sini)

Silikon dibuat dengan mereduksi kuarsa (quartz) atau sering disebut juga dengan silika ataupun silikon dioksida dengan kokas (C). Proses reduksi ini dilangsungkan di dalam tungku listrik pada suhu 3000 °C. Reaksi yang terjadi adalah:

SiO2(l) + 2C(s) –––→  Si(l) + 2CO2

Silikon yang diperoleh kemudian didinginkan sehingga diperoleh padatan silikon. Namun silikon yang diperoleh dengan cara ini belum dalam keadaan murni. Agar diperoleh silikon dalam bentuk murni diawali dengan mereaksikan padatan silikon yang diperoleh melalui cara di atas direaksikan dengan gas klorin (Cl2), sesuai reaksi berikut:

Si(s) + Cl2(g) –––→ SiCl4(g)

Gas SiCl4 ini mememiliki titik didih 58 °C. Uap yang terbentuk kemudian dilewatkan melalui sebuah tabung panas berisi gas H2 sehingga terbentuk Si, berikut reaksinya:

SiCl4(g) + 2H2(g) –––→  Si(s) + 4HCl(g)

Padatan Si yang terbentuk berupa batangan yang perlu dimurnikan lebih lanjut denan cara pemurnian zona (zona refining), seperti pada gambar berikut.

Pada pemurnian zona batangan silikon tidak murni secara perlahan dilewatkan ke bawah melalui kumparan listrik pemanas yang terdapat pada zona lebur. Karena pemanasan maka batang silikon tidak murni akan mengalami peleburan.

Seperti pada sifat koligatif larutan tentang pemurnian titik lebur larutan dimana titik lebut larutan adalah lebih rendah dibandingkan titik lebur pelarut murni. Pemurnian silikon anolog dengan hal tersebut, silikon murni di anggap sebagai pelarut sedangkan leburan silikon yang mengandung pengotor dianggap sebagai larutan. Berdasarkan sifat koligatif larutan maka titik lebur silikon murni akan akan lebih tinggi dibanding titik lebur silikon yang tidak murni (bagian yang mengandung pengotor).

Hal ini menyebabkan pengotor cenderung mengumpul disilikon yang mengandung pengotor (bagian atas pada zona peleburan). Selama permurnian zona berlangsung maka bagian bawah yang merupakan silikon murni akan bertambah banyak sedangkan bagian atas semakin sedikit. Pengotor yang ada akan terkonsentrasi pada bagian yang sedikit tersebut.

Setelah leburan mengalami pembekuan maka akan diperoleh suatu batangan dimana salah satu ujung merupakan silikon paling murni sedangkan silikon yang lain merupakan silikon yang dipenuhi dengan pengotor atau bagian silikon yang paling tidak murni. Walaupun demikian terkadang bagian yang paling murni dari silikon ada pada bagian atas sedangkan bagian yang paling tidak murni berada pada bagian bawah. Bagian yang tidak murni dan tidak murni dapat dipisahkan dengan cara pemotongan.

Artikel yang disarankan:

1.      Semikonduktor

2.      Penggunaan semikonduktor

semikonduktor

Penggolongan Semikonduktor

Silikon merupakan unsur dengan waarna abu-abu mengkilat yang paling banyak digunakan sebagai bahan dasar dalam pembuatan semikonduktor. Hal ini tidak terlepas dari sifat silikon yang keras dengan titik lebur yang tinggi yakni sekitar 1410 °C. (lihat pula: pembuatan dan pemurnian silikon). Silikon yang digunakan untuk pembuatan semikonduktor adalah silikon dengan kemurnian yang tinggi, dengan pengotor tidak boleh lebih dari 10‾8%.

Silikon dengan kemurnian tinggi biasanya digunakan pada chip peralatan elektronik di bidang mileter seperti chip pada peluru kendali, radar, dan pesawat tempur, sedangkan lempengan yang paling tidak murni digunakan untuk membuat chip pada peralatan elektronik dengan kualitas yang rendah.

Semikonduktor Intrinsik

Semikonduktor intrinsik dibagi menjadi:

  • Semikonduktor intrinsik unsur, misalnya Si dan Ge.
  • Semikonduktor intrinsik senyawa, misalnya GaAs atau CdS.

Pada 0 K semikonduktor intrinsik memiliki pita valensi seperti pada gambar. Elektron-elektron pada pita valensi yang terisi penuh dianggap tidak bergerak bebas pada 0 K sehingga diangap tidak dapat menghantarkan arus listrik.

Kanaikan temperatur akan meningkatkan energi termal elektron-elektron pada pita valensi. Pada temperatur ruang sebagian kecil elektron-elektron pada pita valensi memiliki energi termal yang harganya relatif lebih besar dari energi ambang. Akibatnya elektron-elektron tersebut dapat berpindah (tereksitasi) secara termal ke pita konduksi seperti pada gambar berikut.

Akibat adanya eksitasi termal tersebut pita konduksi terisi sejumlah kecil elektron, sedangkan pada pita valensi akan terbentuk sejumlah kecil tempat kosong yang disebut dengan lubang (hole) yang bermuatan positif. Jumlah hole yang terbentuk adalah sama dengan jumlah elektron yang tereksitasi. Ketika diberi potensial: adanya sedikit tempat kosong pada pita valensi memungkinkan elektron-elektron pada pita valensi untuk bergerak meskipun tidak sebebas gerakan elektron-elektron pada pita konduksi. Dapat bergeraknya elektron pada pita konduksi dan pita valensi memungkinkan semikonduktor menghantarkan arus listrik pada temperatur ruang.

Jumlah elektron pada pita konduksi walaupun dapat bergerak bebas tetapi jumlahnya sangat sedikit akibatnya daya hantar listrik semikonduktor intrinsik selalu lebih rendah dibanding daya hantar listrik logam. Semikonduktor intrinsik atau semikonduktor tipe-i merupakan semikonduktor murni dimana pada kondisi kesetimbangan termal kerapatan atau jumlah lubang (hole) pada pita valensi dan kerapatan atau jumlah elwktron pada pita konduksi adalah sama.

Pada waktu terjadi hantaran listrik pada semikonduktor dapat dianggap terjadi migrasi elektron menuju kutub positif dan migrasi hole menuju kutub negatif. Dapatnya elektron tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi akibat naiknya energi termal elektron-elektron memungkinkan digunakan semikonduktor untuk membuat termistor (thermistor = temperature sensitive resistor).

Eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi disebabkan pula oleh energi foton dari sinar yang mengenai permukaan semikonduktor. Dapatnya elektron-elektron tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi akibat energi foton yang mengenai permukaan semikonduktor memungkinkan semikonduktor digunakan untuk membuat foto sel (photo cell) misalnya fotosel CdS.

Karena temperatur dapat menambah jumlah elektron yang tereksitasi dari pita vaensi ke pita konduksi sehingga daya hantar listrik semikonduktor bertambah besar. Banyaknya elektron yang tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi dapat diperkirakan berdasarkan distribusi Boltzmann.

Meskipun kenaikan temperatur dapat meningkatkan daya hantar listrik semikonduktor, akan tetapi hal ini hanya berlaku pada daerah kerja semikonduktor. Semikonduktor silikon memiliki temperatur kerja di bawah 150 °C. Diatas 150 °C kenaikan temperatur tidak menaikan daya hantar listrik semikonduktor karena pada temperatur tersebut akan merusak kristal sehingga fungsinya sebagai semikonduktor menjadi hilang.

Semikonduktor Ekstrinsik

Semikonduktor ekstrinsik dibuar dengan memberikan pengotor (dopant) dalam jumlah kecil (dalam ppm) pada semikonduktor intrinsik unsur. Dikenal 2 macam semikonduktor intrinsik yaitu:

  • Semikondultor tipe-p
  • Semikonduktor tipe-n

Semikonduktor tipe-p

Semikonduktor tipe-p dibuat dengan memberikan pengotor berupa unsur-unsur dari golongan 13 seperti boron (B) atau galium (Ga) pada semikonduktor intrinsik Si atau Ge.

Sebelum penambahan pengotor diagram semikonduktor Si seperti pada gambar di atas. pengotor B yang ditambahkan memiliki beberapa pita energi, salah satu diantaranya terletak sedikit diatas pita valensi semikonduktor Si. Pita energi tersebut belum sepenuhnya terisi elektron sehingga memungkinkan untuk tereksitasinya sejumlah elektron dari pita valensi Si ke pita pengotor sehingga menambah jumlah hole yang terdapat pada pita valensi semikonduktor Si seperti ditunjukan pada gambar.

Adanya tambahan jumlah hole pada pita valensi Si menyebabkan elektron-elektron pada pita tersebut semakin mudah bergerak dibandingkan sebelum penambahan pengotor. Akibatnya daya hantar listrik semikonduktor tipe-p lebih besar dibanding daya hantar listrik semikonduktor Si mula-mula. Adanya pengotor 10 atom B dalam 100000 atam Si akan meningkatkan daya hantar semikonduktor dengan kelipatan 1000 kali.

Semikonduktor yang diperoleh dari penambahan unsur-unsur 13 seperti boron dan galium pada seperti semikonduktor intrinsik Si atau Ge disebut semikonduktor tipe-p (positif) karena adanya pengotor B atau Ga menyebabkan bertambahnya jumlah hole yang bermuatan positif pada pita valensi Si. Semikonduktor ini disebut juga semikonduktor akseptor karena pengotor yang ditambahkan menerima elektron-elektron dari pita valensi semikonduktor intrinsik aslinya.

Pada waktu semikonduktor didoping dengan galium, beberapa atom silikon pada kisi kristalnya akan diganti dengan atom-atom galium. Seperti yang telah dijelaskan pada bagian sebelumnya bahwa hole terbentuk bila elektron pada pita valensi mengalami perpindahan atau ekesitasi ke pita pengotor boron.

Apabila semikonduktor tipe-p diberi beda potensial (diberi arus listrik) maka dapat dianggap terjadi aliran hole yang bermuatan positif. Berpindahnya hole dari satu posisi ke posisi yang lain menyebabkan terjadinya hantaran arus listrik pada semikonduktor tipe-p.

Semikonduktor tipe-p dapat juga diperoleh dari semikonduktor intrinsik senyawa yang memiliki keelktronegatifan lebih rendah jumlahnya dibuat lebih banyak dibandingkan jumlah atom penyusun senyawa yang memiliki keeltronegatifan lebih tinggi. Galium arsenida (GaAs) merupakan semikonduktor senyawa dengan keelektronegatifan atom Ga < As. Apabila jumlah atom Ga dibuat lebih banyak maka diperoleh GaAs(1-x) (x<<1) yang merupakan semikonduktor tipe-p.

Semikonduktor GaAs memiliki kemampuan merespon signal lebih cepat dibanding dibanding semikonduktor dengan bahan dasar silikon. GaAs memiliki kemampuan frekuensi memperkuat signal dengan frekuensi sampai 100 GHz. Untuk frekuensi yang lebih tinggi dapat digunakan semikonduktor indium fosfida (InP).

Pada saat ini frekuensi di atas 50 GHz adalah jarang digunakan untuk kepentingan komersial. Oleh karena itu peralatan elektronik di dunia cenderung menggunakan semikonduktor dengan bahan dasar silikon. Sejumlah kecil saja peralatan elektronik di dunia yang menggunakan semikonduktor GaAs. Penyebabnya, semikonduktor GaAs adalah lebih mahal dibandingkan semikonduktor dengan bahan dasar silikon, baik ditinjau dari harga bahan dasarnya maupun biaya untuk sintesisnya. Sedangkan peralatan elektronika yang menggunakan semikonduktor InP jumlahnya sangat terbatas.

Semikonduktor tipe-n

Semikonduktor tipe-n dibuat dengan memberikan pengotor berupa unsur-unsur dari golongan 15 seperti arsenik (As) pada semikonduktor intrinsik Si atau Ge. Sebelum penambahan pengotor diagram semikonduktor seperti pada gambar 1.

Pengotor As yang ditambahkan memiliki beberapa pita energi, salah satu di antaranya  terletak sedikit di bawah pita konduksi semikonduktor Si. Pita As tersebut memiliki kelebihan elektron karena elektron valensi As adalah 5. Elektron-elektron dari pita As dapat berinteraksi ke pita konduksi Si sehingga jumlah elektron pada pita valensi Si bertambah banyak seperti yang ditunjukan pada gambar berikut.

Adanya tambahan jumlah elektron pada pita konduksi Si akan meningkatkan daya hantar listrik sehingga daya hantar listik semikonduktor tipe-n yang diperoleh lebih besar dibandingkan daya hantar semikonduktor Si mula-mula.

Semikonduktor intrinsik unsur dikategorikan oleh unsur-unsur golongan 15, seperti semikonduktor Si yang yang dikotori oleh fosfor atau arsenik, disebut semikonduktor tipe-n (negatif). Adanya pengotor menyebabkan bertambahnya jumlah elektron yang bermuatan negatif pada pita konduksi. Semikonduktor ini disebut juga semikonduktor tipe donor karena pengotor yang ditambahkan memberikan elektron-elektron pada semikonduktor intrinsik aslinya.

Pada waktu semikonduktor silikon didoping dengan arsenik, beberapa atom silikon pada kisi kristalnya diganti dengan atom-atom arsenik.

Apabila semikonduktor tipe-n diberi beda potensial (diberi arus listrik) maka akan terjadi aliran elektron dari satu posisi ke posisi yang lain sehingga menyebabkan terjadinya hantaran arus listrik.

Semikonduktor tipe-n dapat juga diperoleh dari semikonduktor intrinsik senyawa apabila atom penyusun senyawa yang memiliki keelektronegatifan lebih tinggi jumlahnya dibuat lebih banyak dibandingkan jumlah atom penyusun senyawa yang memiliki keelektronegatifan lebih rendah.

Galium arsenida (GaAs) merupakan semikonduktor senyawa dengan keelektronegatifan atom Ga< As. Apabila jumlah atom As dibuat lebih banyak maka diperoleh Ga(1-x) (x<<1) yang merupakan semikonduktor tipe-n. Gabungan dari semikonduktor galium arsenida tipe-p dan tipe-n dapat digunakan untuk menghasilkan sinar laser.

Artikel yang disarankan:

1.       Pembuatan dan pemurnian silikon

2.       Penggunaan semikonduktor

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

Bergabunglah dengan 147 pengikut lainnya.