chemistry for peace not for war

hanya DIA yang dapat menghentikan hatiku

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

Iklan

One response to “semikonduktor

  1. olivia 22 Maret 2012 pukul 00:55

    terima kasih infonya 🙂 sangat bermanfaat

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: