SEMIKONDUKTOR DAN SUPERKONDUKTOR
( Disusun Disusun Guna MemenuhiTugasMataKuliah Pengantar Fisika Zat Padat)
Disusun oleh : Qurrotul ‘Aini
(12021010201!
R"tn" #"$s"ri E%P
(12021010210&!
KE'AS
PRO)RAM STUDI PENDIDIKAN *ISIKA +URUSAN PENDIDIKAN MIPA *AKU'TAS KE)URUAN DAN I'MU PENDIDIKAN UNI,ERSITAS UNI,ERSITAS +EMER 201-
A 1 PENDA#U'UAN 1%1 '"t"r el"."n/ Zat padat atau material padat yang ada disekitar kita memiliki sifat dan karaketristik
yang berbeda-beda. Salah satunya adalah sifat yang berhubungan dengan daya hantar (konduktivitas) kelistrikan. Berdasarkan daya hantar kelistrikannya, zat padat dibedakan menjadi
konduktor,
isolator,
dan
semikonduktor,
dan
yang
paling
baru
adalah
superkonduktor. Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator (isolator) dan konduktor . Semikonduktor disebut juga sebagai bahan setengah penghantar listrik. Suatu semikonduktor bersifat sebagai insulator jika tidak diberi arus listrik dengan ara dan besaran arus tertentu, namun pada temperatur, arus tertentu, tataara tertentu dan persyaratan kerja semikonduktor berfungsi sebagai konduktor , misal sebagai penguat arus, penguat tegangan dan penguat daya. !ntuk menggunakan suatu semikonduktor supaya bisa berfungsi harus tahu spefikasi dan karakter semikonduktor itu, jika tidak memenuhi syarat operasinya maka akan tidak berfungsi dan rusak. Bahan semikonduktor yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide. Bahan konduktor merupakan bahan yang dapat menghantarkan arus listrik dengan baik. Bahan konduktor yang ada sekarang ini masih memiliki nilai resistansi atau hambatan listrik yang masih dapat menyebabakan disipasi atau hilangnya sebagian energy listrik yang di ubah menjadi panas. "amun, akhir-akhir ini ada sejenis bahan yang memiliki hambatan nol, sehingga daya hantarnya menjadi sangat baik dan dapat membuat hantaran energy listrik lebih efisien, yang dikenal sebagai bahan superkonduktor. #ada makalah bab sebelumnya kita telah membahas mengenai semikonduktor beserta perangkat-perangkat lainnya meliputi struktur kristal dan struktur pita energi, semikonduktor intrinsi, ketakmurnian, daya hantar listrik, statistika semikonduktor, semikonduksi ekstrinsik, dan tipe$tipe semi konduktor. %alam makalh ini kita akan melanjutkan membahas mengenai aplikasi semikonduktor.
1%2 Ruus"n M"s"l"h
&.'.&
pa yang dimaksud dengan semikonduktor
&.'.'
pa saja aplikasi bahan semi konduktor
1%& Tuu"n
&.*.&
+engetahui definisi semikonduktor.
&.*.'
+engetahui aplikasi semikonduktor. A 2 PEMA#ASAN
2.1
Pen/erti"n Sei.onu.tor
Semikonduktor merupakan material dengan konduktivitas listrik berada di antara insulator (isolator) dan konduktor . Suatu semikonduktor dapat bersifat sebagai insulator jika tidak diberi arus listrik (dengan ara dan besaran tertentu), namun pada temperatur, arus, serta tataara tertentu semikonduktor dapat berfungsi sebagai konduktor , misal sebagai penguat arus, penguat tegangan dan penguat daya.Banyak aplikasi lainnya dalam bidang elektronik yang menggunakan material semikonduktor ini, diantaranya yaitu transistors , solar cells ,lightemitting diodes (%s), quantum dots serta digital dan analog integrated circuits. Sedangkan bahan semikonduktor yang sering digunakan adalah silikon3 germanium3 dan gallium arsenide% Berdasarkan murni atau tidak murninya bahan, semikonduktor dibedakan menjadi dua jenis, yaitu semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik. &. Semikonduktor ntrinsik Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor yang terdiri atas satu unsur saja, misalnya Si saja atau /e saja. #ada 0ristal semikonduktor Si, & atom Si yang memiliki 1 elektron valensi berikatan dengan 1 atom Si lainnya. '. Semikonduktor kstrinsik
Semikonduktor yang telah terkotori (tidak murni lagi) oleh atom dari jenis lainnya dinamakan semikonduktor ekstrinsik. #roses penambahan atom pengotor pada semikonduktor murni disebut pengotoran (doping). %engan menambahkan atom pengotor (impurities), struktur pita dan resistivitasnya akan berubah.
0etidakmurnian dalam semikonduktor dapat
menyumbangkan elektron maupun hole dalam pita energi. %engan demikian, konsentrasi elektron dapat menjadi tidak sama dengan konsentrasi hole, namun masing-masing bergantung pada konsentrasi dan jenis bahan ketidakmurnian.
2.2
A$li."si "h"n Sei.onu.tor
!ntuk mendapatkan alat-alat semikonduktor yang bermutu tinggi, soal yang terpenting adalah mendapatkan 2kemurnian3 dan 2kesempurnaan dari 0ristal tunggal3 dari semikonduktor yang dipergunakan sebagai bahan untuk pembuatan alat-alat tersebut. 4al ini disebabkan bah5a seara umum penambahan sedikit ketidakmurnian mempengaruhi pemba5a muatan, sehingga mempengaruhi komponen yang akan dibuatnya. Sebaliknya, semakin sempurna kristalnya yang berarti mempunyai kerusakan lapisan kristal yang sangat sedikit, kesempurnaan kristal ini sangat menentukkan karakteristik dari komponen yang dibuatnya. 6adi syarat utamanya adalah bagaimana mendapatkan semikonduktor yang ukup murni dan bagaimana menambahkan sejumlah ketidakmurnian dengan tepat untuk mendapatkan komponen semikonduktor kualitas tinggi. Sejak ditemukannya transistor, teknologi pembuatan kristal maju dengan pesat, yang memungkinkan produsen dapat membuat bahan semikonduktor elementer seperti /e dan Si, juga bahan semikonduktor komponen seperti /a s dan 7d8e yang sangat khas. Bahan semikonduktor banyak digunakan sebagai alat elektronika. Bahan yang sering digunakan sebagai alat elektronika kebanyakan menggunakan semikonduktor jenis ekstrinsik. 4al ini disebabkan semikonduktor ekstrinsik karakteristiknya dapat disesuaikan dengan ara kerja alat elektronika yang diinginkan. plikasi bahan semikonduktor antara lain9 1% Tr"nsistor
8ransistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, pemotong (s5ithing), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau fungsi lainnya. 8ransistor dapat berfungsi semaam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (B68) atau tegangan inputnya (:8), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. 8ransistor
sebagai
salah
satu
komponen
aktif
elektronika
terbuat
dari bahan
semikonduktor /ermanium, Silikon, dan /allium rsenide yang memiliki beberapa fungsi di antaranya sebagai penguat, saklar (s5ithing), dan modulasi sinyal. #ada umumnya, transistor memiliki * terminal, yaitu Basis (B),mitor () dan 0olektot (7). 8egangan di satu terminalnya misalnya mitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang akan dikuatkan melalui kolektor. Selain digunakan untuk penguat transistor bisa juga digunakan sebagai saklar. 7aranya dengan memberikan arus yang ukup besar pada basis transistor hingga menapai titik jenuh. #ada kondisi seperti ini kolektor dan emitor
bagai ka5at yang terhubung atau saklar tertutup, dan sebaliknya jika arus basis teramat keil maka kolektor dan emitor bagai saklar terbuka. %engan sifat pensaklaran seperti ini transistor bisa digunakan sebagai gerbang atau yang sering kita dengar dengan sebutan 88 yaitu 8ransistor 8ransistor ogi. #rinsip 8ransistor sebagai #enguat (amplifier)9 artinya transistor bekerja pada 5ilayah antara titik jenuh dan kondisi terbuka (ut off), tetapi tidak pada kondisi keduanya. #rinsip 8ransistor sebagai penghubung (saklar) 9 transistor akan mengalami 7ut off apabila arus yang melalaui basis sangat keil sekali sehinga kolektor dan emitor akan seperti ka5at yang terbuka, dan 8ransistor akan mengalami jenuh apabila arus yang melalui basis terlalu besar sehingga antara kolektor dan emitor bagaikan ka5at terhubung dengan begitu tegangan antara kolektor dan emitor ;e adalah < ;olt dari ara kerja diataslah kenapa transistor dapat difungsikan sebagai saklar. %ua jenis transistor yang sering dipakai adalah tipe "#" dan #"# ("="egatif, #=#ositif). 8ransistor tipe "#" akan bekerja jika basis diberi arus positif, oletor positif, dan emitor negatif, sedangkan transistor #"# akan bekerja jika basis diberi arus negatif, oletor negatif,dan emitor positif. plikasi pada sebuah sistem elektronik tentu tidak sesederhana itu, ada beberapa perhitungan dasar yang harus dilakukan sesuai dengan karateristik transistor. >ang termasuk kategori 8ransisitor di antaranya9 &. !68 (!ni 6untion 8ransistor) !68 adalah sebuah peranti semikonduktor elektronik yang hanya mempunyai satu pertemuan. mempunyai tiga saluran, sebuah emitor () dan dua basis (B& dan B'). !nijuntion 8ransistor (!68) merupakan sebuah 0omponen semikonduktor yang terdiri atas hubungan #". 8ype # dihubungkan dengan emiter sedangkan 8ype " membentuk Base B& dan B'. 0omponen ini dikenal dengan nama 2%ioda dua Basis3. Bahan dasar terbuat dari silikon. /ambar menunjukkan susunan dasar !68.
0ira-kira ditengah batang silikon (material 8ype ") terdapatlah meterial # ini akan bekerja sebagai emiter , jadi terdapatlah juntion #" pada batangan tersebut. '. B68 (Bipolar 6untion 8ransistor) 8ransistor bipolar termasuk salah satu dari jenis-jenis transistor yang paling banyak digunakan dalam suatu rangkaian elektronika. Sedangkan pengertian dari transistor bipolar itu sendiri adalah transistor yang memiliki dua buah persambungan kutub. Sedangkan jenis transistor bipolar dibagi lagi menjadi tiga bagian lapisan material semikonduktor yang kemudian membedakan transistor bipolar kedalam dua jenis yaitu transistor #-"-# (#ositif-"egatif-#ositif) dan transistor "-#-" ("egatif-#ositif-"egatif). +asing-masing kaki dari jenis transistor ini mempunyai nama seperti B yang berarti Basis, 0 yang berarti 0olektor serta yang berarti miter. Sedangkan untuk fungsi transistor bipolar adalah sebagai regulator arus listrik. *. :8 (:ield ffet 8ransistor) 8ransistor jenis ini sama seperti transistor bipolar yang memiliki tiga kaki. 8iga kaki terminal yang dimiliki oleh transistor efek medan adalah %rain (%), Soure (S), dan /ate (/). 8ransistor efek medan ini atau dikenal pula dengan istilah transistor unipolar memiliki hanya satu buah kutub saja. Sedangkan ara kerja dari transistor efek medan ini adalah mengatur dan mengendalikan aliran elektron dari Soure ke %rain melalui tegangan yang diberikan pada /ate. 4al inilah yang membedakan antara fungsi transistor efek medan dengan fungsi transistor bipolar pada penjelasan diatas. 1. 6:8 (6untion :ield ffet 8ransistor)
6:8 adalah komponen tiga terminal dimana salah satu terminal dapat mengontrol arus antara dua terminal lainnya. 6:8 terdiri atas dua jenis, yakni kanal-" dan kanal-#, sebagaimana transistor terdapat jenis "#" dan #"#. #ada umumnya penjelasan tentang 6:8 (juntion fieldeffet transistor) adalah kanal-", karena untuk kanal-# adalah kebalikannya. ?. +@S:8 (+etal @Aide Semiondutor :ield ffet 8ransistor) 8erbuat dari perunggu (metal ), silikon dioksida (oide) dan silikon ( semiconductor ) yang telah di-do!e. %alam pembuatan integrated circuit (7), pertama-tama peranang hip mendesain rangkaian berdasarkan spesifikasi yang telah ditentukan. %esain ini biasanya dilakukan dengan bantuan komputer. 0emudian desain akan dikirim ke pabrik 7, di mana 7 akan di-fabrikasi di dalam suatu ruangan bersih (clean room) yang jumlah partikel udaranya telah dikontrol melalui filter. khirnya 7 yang telah jadi akan di-pakage dalam kemasan yang kita kenal sebelum dipasang di atas papan rangkaian. . /B8 (nsulated /ate Bipolar 8ransistor) /B8 merupakan gabungan antara +@S:8 dengan 8ransistor-bipolar, dan kaki-kakinya dinamakan / (gate), 7 (olletor) dan (emitor). Bedanya dengan transistor, /B8 memiliki impedansi input yang sangat tinggi sehingga tidak membebani rangkaian pengendalinya (atau sering disebut rangkaian driver). 0emudian disisi output, /B8 memiliki tahanan(Coff) yang sangat besar pada saat tidak menghantar, sehingga arus boor sangat keil. Sebaliknya pada saat menghantar, tahanan pensaklaran (Con) sangat keil, mengakibatkan tegangan jatuh (voltage drop) lebih keil daripada transistor pada umumnya. %isamping itu, /B8 memiliki keepatan pensaklaranDfrekuensi kerja yang lebih tinggi dibanding transistor lainnya. @leh sebab itulah mengapa /B8 sering digunakan dalam driver (alat penggerak motor) yang membutuhkan arus yang besar dan beroperasi di tegangan tinggi, karena memiliki efisiensi yang lebih baik dibanding jenis transistor lainnya. Selain memiliki kelebihan seperti diatas, /B8 juga memiliki kekurangan. %iantaranya, harganya lebih mahal dibanding transistor biasa, sehingga jarang dipakai dalam alat elektronika rumah tangga. Berbeda dengan driver penggerak motor listrik yang membutuhkan arus besar hingga ratusan bahkan ribuan ampere.
Selain itu /B8 juga rentan rusak pada saat standby (tidak menghantar) apabila tegangan pengendali (tegangan antara gate dengan soureDemitor) hilang(=
Sebagai penguat arus, tegangan dan daya (7 dan %7) Sebagai penyearah Sebagai miAer Sebagai osilator Sebagai s5ith
2% Dio"
Sebuah dioda berfungsi sebagai versi elektronik dari katup searah. %engan membatasi arah pergerakan muatan listrik, dioda hanya mengijinkan arus listrik untuk mengalir ke satu arah saja dan menghalangi aliran ke arah yang berla5anan. 6enis-6enis %ioda terbagi menjadi beberapa bagian, mulai dari ight miting %iode (%ioda misi 7ahaya) yang biasa disingkat %, %iode #hoto (%ioda 7ahaya), %iode ;arator (%ioda 0apasitas), %iode Cetifier (%ioda #enyearah) dan yang terakhir adalah %iode Zener yang biasa disebut juga sebagai ;oltage Cegulation %iode. Semua jenis dioda ini memiliki fungsi yang berbeda-beda yang sesuai dengan nama dioda itu sendiri. &. ight miting %iode (%ioda misi 7ahaya) %ioda yang sering disingkat % ini merupakan salah satu piranti elektronik yang menggabungkan dua unsur yaitu optik dan elektronik yang disebut juga sebagai @pteolotroni dengan masing-masing elektrodanya berupa anoda (E) dan katroda (-), dioda jenis ini dikategorikan berdasarkan arah bias dan diameter ahaya yang dihasilkan, dan 5arnanya. % adalah singkatan dari "ight #miting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi ahaya. Strukturnya sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan
bah5a elektron yang menerjang sambungan #-" juga melepaskan energi berupa energi panas dan energy. ahaya. % dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan ahaya. !ntuk mendapatkna emisi ahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arseni dan phosporus. 6enis doping yang berbeda menghasilkan 5arna ah aya yang berbeda pula. #ada saat ini 5arna-5arna ahaya % yang banyak ada adalah 5arna merah, kuning dan hijau. % ber5arna biru sangat langka. #ada dasarnya semua 5arna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. %alam memilih % selain 5arna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi daya-nya. Cumah (chasing ) % dan bentuknya juga bermaam-maam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong. '. %iode #hoto (%ioda 7ahaya) %ioda jenis ini merupakan dioda yang peka terhadap ahaya, yang bekerja pada pada daerah-daerah reverse tertentu sehingga arus ahaya tertentu saja yang dapat mele5atinya, dioda ini biasa dibuat dengan menggunakan bahan dasar silikon dan geranium. %ioda ahaya saat ini banyak digunakan untuk alarm, pita data berlubang yang berguna sebagai sensor, dan alat pengukur ahaya (uA +eter). *. %iode ;arator (%ioda 0apasitas) %ioda jenis ini merupakan dioda yang unik, karena dioda ini memiliki kapasitas yang dapat berubah-ubah sesuai dengan besar keilnya tegangan yang diberikan kepada dioda ini, ontohnya jika tegangan yang diberikan besar, maka kapasitasnya akan menurun,berbanding terbalik jika diberikan tegangan yang rendah akan semakin besar kapasitasnya, pembiasan dioda ini seara reverse. %ioda jenis ini banyak digunakan sebagai pengaturan suara pada televisi, dan pesa5at penerima radio. 1. %iode Cetifier (%ioda #enyearah) %ioda jenis ini merupakan dioda penyearah arus atau tegangan yang diberikan, ontohnya seperti arus berla5anan (7) disearahkan sehingga menghasilkan arus searah (%7). %ioda jenis ini memiliki karakteristik yang berbeda-beda sesuai dengan kapasitas tegangan yang dimiliki.
?. %iode Zener %ioda jenis ini merupakan dioda yang memiliki kegunaan sebagai penyelaras tegangan baik yang diterima maupun yang dikeluarkan, sesuai dengan kapasitas dari dioda tersebut, ontohnya jika dioda tersebut memiliki kapasitas ?,& ;, maka jika tegangan yang diterima lebih besar dari kapasitasnya, maka tegangan yang dihasilkan akan tetap ?,& tetapi jika tegangan yang diterima lebih keil dari kapasitasnya yaitu ?,&, dioda ini tetap mengeluarkan tegangan sesuai dengan inputnya. &% Sel Sur4"
Sel surya atau sel photovoltai, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah 5ilayah-besar dioda p-n juntion, di mana, dalam hadirnya ahaya matahari mampu meniptakan energi listrik yang berguna. #engubahan ini disebut e$ek !hoto%oltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltais.
Sel surya memiliki banyak
aplikasi. +ereka terutama ook untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di 5ilayah terpenil, satelit pengorbit FFbumiG, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering. 5% Mi.ro$osesor
Sebuah mikroprosesor (disingkat &P atau uP ) adalah sebuah central !rocessing unit (7#!) elektronik komputer yang terbuat dari transistor mini dan sirkuit lainnya di atas sebuah sirkuit terintegrasi semikonduktor.
A &% PENUTUP &%1 Kesi$ul"n DA*TAR PUSTAKA
jie, '<&?, +engenal 0omponen /B8 (nsulated /ate Bipolar 8ransistor) (https9DDstorify.omDjieHHDmengenal-komponen-igbt-insulated-gate-bipolar-tran) pada ' pril '<&? nonim, '<&', definisi dan kontruksi 6:8.
diakses
(http9DDelektronika-dasar.5eb.idDteori-elektronikaDdefinisi-dan-konstruksi-jfet-juntionfield-effet-transistorD) diakses pada ' pril '<&? nanonim, 6enis-6enis %iode %an :ungsinya. (http9DDkomponenelektronika.bizDjenis-jenis-dioda-dan-fungsinya.html) diakses pada ' pril '<&? Harisson, Bill, 2011, Semikonduktor The Foundation Of Modern Electronics
(http9DDbillharison.tumblr.omDpostDI
