MAKALAH IKATAN KIMIA SEMIKONDUKTOR A. PENG PENGAN ANTA TAR. R.
Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah IC (integrated circuit). Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas. Berikut sejarah dari tahun-ketahun penemua penting di dalam bidang semi konduktor. 1. 1821, Thomas Seebeck menemukan sifat-sifat semikonduktor PbS 2. 1833, Michael F araday menemukan menemukan kebergantunga kebergantungan n konduktivita konduktivitass terhadap terhadap temperatur untuk sebuah kelas material baru Semikonduktor 3. 1873, W. Smith menemukan sensitivitas Se terhadap cahaya 4. 1875, Werner von Siemens menemukan fotometer Selenium 5. 1878, Alexander G raham Bell menggunakan devais ini untuk wireless telecomunication system 6. 1947, Bardeen, Brattain, Schockley (Nobel Prize in Physcis) menemukan Bipolar Junction Transistor 7. 1954, Ch apin, Fueller, Pearson mengembangkan solar sel 8. 1958, John Kilby menemukan i ntegrated circuit (IC) 9. 1958, Leo Esaki (Nobel Prize in Physics) menemukan dioda terowongan ( tunnel diode) 10. 10. 1960, 1960, Kahn dan At tal a mendemontrasikan MOS- FET pertama 11. 1962, 3 gr up yang yang masi ng dikepal dikepal ai o l eh eh Hall, Nathan, and Quist mendemontrasikan laser semikonduktor 12. 12. 1963, 1963, Gunn menemukan osilasi gelombang mikro pada GaAs dan InP (RidleyWatkins-Hilsum-Gunn Effect) 13. 13. 1963, 1963, Wanlass and Sah memperkenalkan teknologi CMOS.
14. 1963 -Skala -Skala MOSFE MOSFET T
Sumber: Peter Singer , Trends in Ion Implantation, Semicondutor Internat ional, 50, p.59, Augustus ( 1996) 15. Gate poly-Si poly-Si 0 ,06 mikron d itemukan itemukan → sebuah gate dengan kontrol d imensi kritikal yang sangat baik. ( lih. Semiconductor International , p.18, 1 997). 16. Beyond PENTHIUM PENTHIUM:: INTEL MERCED CHIP CHIP → 21 Maret 1998: Intel Intel memunculkan mikroporsessor 0,18 mikron 64 Bit baru y ang disebutnya MERCED. Mikrposessor ini diharapkan mampu memilik kecepatan melebihi 6 00 MHz. Sebelumnya pada tahun 1997, Intel mengumumkan teknologi 0,25 mikron. Rencana Intel memperkenalkan teknologi 0 ,13 mikron pada tahun 2000.
B. PENGER PENGERTIAN TIAN SEMIKO SEMIKONDU NDUKTO KTOR. R.
Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah IC (integrated circuit). Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan
atom
yang
sedemikian
rupa,
sehingga
elektronnya
dapat
bergerak
bebas. Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu elektron yang ke-29, berada pada orbit paling luar. Orbit terluar ini disebut disebut pita valensi dan elektron
yang berada pada pita ini dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu elektron dan jaraknya 'jauh' dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudah terlepas dari ikatannya.
Struktur padatan Cu Ikatan atom tembaga pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah- pindah dari satu nucleus ke nucleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-elektron tersebut dengan mudah berpindah ke arah potensial yang sama. Phenomena ini yang dinamakan sebagai sebagai arus listrik. Isolator adalah atom yang memiliki elektron valensi sebanyak 8 buah, dan dibutuhkan energi yang besar untuk dapat melepaskan elektron-elektron ini. Dapat ditebak, semikonduktor adalah unsur yang susunan atomnya memiliki elektron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. Tentu saja yang paling "semikonduktor" adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektron valensi. Susunan Atom Semikonduktor. Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak banyak menga mengandu ndung ng unsur unsur siliko silikon. n.
Dapatk Dapatkah ah anda menghi menghitun tung g jumlah jumlah pasir pasir
dipantai.Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah (0oK), divisualisasikan seperti pada gambar berikut.
struktur atom silikon silikon
Struktur Kristal Si a. Stru Strukt ktur ur diam diamon ond d Si Si b. b. Ikat Ikatan an Tert Tertra rahe hedr dron on c. Ikakata Ikakatan n tetrah tetrahedr edron on 2 dimens dimensi. i. Struktur dua dimensi kristal Silikon Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik. Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor yang baik. Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, permanen, yang diharapkan diharapkan akan dapat mengahantarkan mengahantarkan listrik. listrik. Kenyataanya Kenyataanya demikian, demikian, mereka memang iseng sekali dan jenius.Tipe-NMisalnya pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Untuk pemahaman yang lebih akan di bahas sebagai berikut.
C. PEMBAGIAN PEMBAGIAN DAN JENIS-JENIS JENIS-JENIS SEMIKONDUKT SEMIKONDUKTOR. OR.
Secara umum semikonduktor dibagi menjadi 2 jenis berdasarkan kemurniannya yaitu intrinsic (murni) dan eksterinsik (tidak murni). Untuk semikonduktor yang tidak murni atau sering disebut semikonduktor ekstrinsik dibagi lagi menjadi dua yaiti tipe-n dan tipe-p. berikut penjelasannya. a. Semikon Semikonduk duktor tor Murni Murni (Interik (Interiksik) sik)..
Silikon dan germanium merupakan dua jenis semikonduktor yang sangat penting dalam elektronika. elektronika.
Keduanya terletak terletak pada kolom empat dalam tabel periodik periodik dan
mempunyai elektron elektron valensi empat. Struktur kristal silikon dan germanium germanium berbentuk tetrahedral dengan setiap atom memakai bersama sebuah elektron valensi dengan atomatom tetangganya. tetangganya.
Gambar 6.1 memperlihatkan bentuk ikatan 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 insulator.
Energi yang diperlukan mtuk memutus sebuah ikatan kovalen adalah sebesar 1,1 eV untuk silikon dan 0,7 eV untuk germanium. Pada temperatur ruang ruang (300K), sejumlah elektron elektron mempunyai energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan dan tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi menjadi menjadi elektron bebas (gambar 6.2). Besarya energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari pita valensi ke pita konduksi ini disebut energi gap). Jika sebuah ikatan kovalen terlarang (energy (energy gap). kovalen terputus, maka akan terjadi kekosongan atau lubang (hole (hole). ). Pada daerah dimana dimana terjadi terjadi kekosongan akan akan terdapat kelebihan muatan positif, dan daerah yang ditempati elektron bebas mempunyai kelebihan muatan negatif. Kedua muatan inilah y yang ang memberikan kontribusi kontribusi adanya aliran listrik listrik pada semikonduktor murni. Jika elektron valensi dari ikatan kovalen yang lain mengisi lubang tersebut, maka akan terjadi lubang baru di tempat yang lain dan seolah-olah sebuah muatan positif bergerak dari lubang yang lama ke lubang baru.
Keterangan : a) Struktur kristal silikon memperlihatkan adanya sebuah ikatan kovalen yang terputus dan b) Diagram pita energi menunjukkan tereksitasinya elektron ke pita konduksi dan meninggalkan lubang di pita valensi. Proses aliran muatan ini, yang biasa disebut sebagai “arus drift ”
dapat
dituliskan sebagai berikut : “ Peristiwa hantaran listrik pada semikonduktor adalah akibat adanya dua partikel masing-masing bermuatan positif dan negatif yang bergerak dengan arah yang berlawanan akibat adanya pengaruh medan listrik”
Berikut merupakan perbandingan bahan semikonduktor silicon dengan germaniu No
Properti
Silikon
Germanium
1.
Energi terlarang/gap (eV)
1 ,1
0,6 7
2.
Mobilitas electron
0,135
0, 3 9
3.
Mobilitas lubang
0,048
0 ,1 9
4.
Kosentrasi Intrinsik
1,5x10
2,4x10
5.
Resitivitas Intrinsik
2300
0 ,4 6
16
19
b. Semi Semikon kondu dukto ktorr Ekstri Ekstrinsi nsik. k.
Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, permanen, yang diharapkan diharapkan akan dapat mengahantarkan mengahantarkan listrik. listrik. Kenyataanya Kenyataanya demikian, demikian, mereka memang iseng sekali dan jenius. Kita dapat memasukkan pengotor berupa atom-atom dari kolom tiga atau lima dalam tabel periodik (memberi doping) ke dalam silikon atau germanium murni (lihat gambar 6.3).
Elemen semikonduktor semikonduktor beserta atom pengotor yang yang biasa digunakan
diperlihatkan pada table berikut :
Untuk semikonduktor ekstrinsik ini di bagi lagi menjadi 2 jenis berdasarkan sifat kelistrikkannya. Apakah cenderung bermutan positif (tipe-p) atau negative (tipe-n). Berikut penjelasan lebih rincinya :
1. Semiko Semikondu ndukt ktor or tipe-n tipe-n..
Tipe-n pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan
elektron.
Kelebihan
elektron
membentuk
semikonduktor
tipe-n. tipe-n.
Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan electron. Saat sebuah atom pentavalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan (lihat gambar 6.3). Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi elektron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-n karena menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang netral. Karena atom pengotormemberikan elektron, maka atom n pengotor ini disebut sebagai atom donor. Secara skematik semikonduktor tipedigambarkan seperti terlihat pada gambar berikut.
Keterangan gambar : a) Struktur Kristal silicon dengan sebuah atom pengotor valensi lima menggantikan posisi salah satu atom silicon dan b) Struktur pita energi semikonduktor tipe-n, perhatikan tingkat energi atom donor.
2. Semiko Semikondu ndukt ktor or Tipe-p Tipe-p..
Tipe-PKalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah bahan trivalen yaitu
Atom-atom pengotor (dopan) mempunyai tiga elektron
valensi sehingga secara efektif hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat sebuah atom trivalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, terbentuk tiga ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah muatan positif dari atom silikon yang tidak berpasangan (lihat gambar 6.4) yang disebut lubang (hole (hole). ). Material yang yang dihasilkan dari p karena menghasilkan pembawa proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipemuatan negatif pada kristal kristal yang netral. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom aseptor (acceptor (acceptor ). ).
Secara skematik
p digambarkan seperti terlihat pada gambar berikut : semikonduktor tipe- p Keterangan : a) Struktur Kristal silicon dengan sebuah atom pengotor valensi tiga menggantikan posisi salah satu atom silicon dan b) Struktur pita energi semikonduktor
tipe-p,
tingkat energi atom donor.
perhatikan
D. APLIKASI APLIKASI PENERAPAN PENERAPAN SEMIKONDUKT SEMIKONDUKTOR. OR. 1. Resistor.
Pada dasarnya semikonduktor sendri memilki sifat menghambat seperti halnya dengan resistor karbon. Hal ini karena bahan yang di gunakan pada resistor itu sama yaitu merupakan unsure yang terletak pada golongan 4, resistor yang digunakan biansanya adalah karbon, sedangkan semi konduktor ini memakai bahan dari
Silikon. Tapi
perbedaanya yaitu pada pengaplikasinnya, resistor carbon dapat di gunakan dalam bentuk yang besar sedangkan semi konduktor Si hanya berpengaruk kecil, karena ukuran dari semikonduktor itu sendiri. 2. Diod Dioda a dan dan tran transi sist stor or..
Dioda atau transisitor merupakan gabungan dari dua atau lebih jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu tipe-p dan tipe-n. Kedua jenis semikonduktor ini digabung dengan menggunakan bahn khusus yang dapat melekatkan dan dapat dialiri oleh electron. Ada dua bahan elektronik yang biasa dipakai yaitu dioda dan transisitor. Transisitor bipolar ini dibagi lagi menjadi dua jenis yaitu P-N-P dan N-P-N. intuk penjelasannya akan di bahas lebih lanjut di bawah ini : a) Diod Dioda a jeni jeniss P-N P-N atau atau N-P N-P
Dioda ini di buat dengan menyambungkan dua semi konduktor yang berbeda jenis. Jika bias) maka pada kutup positif akan memiliki dioda ini diberi tegangan maju ( forward bias) teganagn yang lebih besar dari pada kutub negatifnya, sehingga elektron pada kutub negatif yang berasal dari kelebihan elektron pendonor akan berjalan mengisi hole pada kutup negatif. Sehingga arus listrik dapat berjalan.
Jika teganan yang diberikan berupa tegangan balik (reversebias (reversebias)) maka dapat dipahami tidak ada elektron elektron yang dapat mengalir mengalir dari dari sisi sisi N mengisi mengisi hole di sisi sisi P, P, karena karena tegangan tegangan potensial potensial di sisi sisi N lebih tinggi. tinggi. Dioda akan hanya hanya dapat mengalirkan mengalirkan arus satu arah saja, sehing sehingga ga dipak dipakai ai untuk untuk aplika aplikasi si rangka rangkaian ian penye penyeara arah h (rectifier ). ). Dioda, Dioda, Zener, Zener, LED, LED, Varactor dan Varistor adalah beberapa komponen semikonduktor sambungan PN yang dibahas pada kolom kolom khusus. khusus. c. Tr Tran ansi sist stor or bipo bipola lar. r.
Pada transistor ini menggunakan 3 semikonduktor yang ditata selang-seling sehingga penamaanya sesuai penataan bahan semikonduktor. Pada dasarnya Transistor (junction). Samb meru merupa paka kan n diod diodaa denga dengan n dua dua samb sambun unga gan n junction). Sambun ungan gan itu itu memben membentu tuk k transi transisto storr PNP maupun maupun NPN. NPN. UjungUjung-uju ujung ng termina terminalny lnyaa bertur berturutut-tur turut ut disebut disebut emitor emitor,, base dan dan kolektor. kolektor. Base selalu selalu berada berada di tengah, di antara antara emitor emitor dan kolektor. kolektor. Transistor Transistor ini disebut disebut transistor transistor bipolar, bipolar, karena karena struktur struktur dan prinsip prinsip kerjanya kerjanya tergantung tergantung dari dari perpindahan perpindahan elektron elektron di kutup negatif mengisi mengisi kekurangan kekurangan elektron elektron (hole) di kutup kutup positif positif.. bi = 2 dan polar polar = kutup. kutup. Adalah William William Schockley Schockley pada tahun tahun 1951 1951 yang pertama pertama kali menemukan menemukan transistor transistor bipolar. bipolar.
Transistor NPN dan PNP
Akan dijelaskan kemudian, transistor adalah komponen yang bekerja sebagai sakelar ( switch switch on/off ) dan juga sebagai penguat (amplifier (amplifier ). ). Transistor bipolar adalah tube). Selain dimensi transistor inovasi yang menggantikan transistor tabung (vacuum (vacuum tube). bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja beke rja pada suhu yang lebih dingin. Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar. Prinsip Kerja Transistor.
Transistor ini bekerja mirip dengan dioda. Transistor akan bekerja jika pada kutup positif memilki tegangan yang lebig besar dari pada kutub negative tetapi karena kolektor ini lebih positif, aliran elektron bergerak menuju kutup ini. Misalnya tidak ada kolektor, aliran elektron seluruhnya akan menuju base seperti pada dioda. Tetapi karena lebar base yang sangat tipis, hanya sebagian elektron yang dapat bergabung dengan hole yang ada pada base. Sebagian besar akan menembus lapisan base menuju kolektor. Inilah alasannya mengapa jika dua dioda digabungkan tidak dapat menjadi sebuah transistor, karena persyaratannya adalah lebar base harus sangat tipis sehingga dapat diterjang oleh elektron. Untuk memahami lihat skema prinsip p rinsip kerja transisitor berikut : a) b)
Keterangan : a) Arus yang terjadi pada Transistor jenis NPN, dan b) Arus yang terjadi pada transistor jenis PNP. Jika misalnya tegangan base-emitor dibalik (reverse (reverse bias), bias), maka tidak akan terjadi aliran elektron dari emitor menuju kolektor. Jika pelan-pelan ‘keran’ base diberi bias maju (forward bias), elektron mengalir menuju kolektor dan besarnya sebanding dengan besar arus bias base yang diberikan. Dengan kata lain, arus base mengatur banyaknya elektron yang mengalir dari emitter menuju kolektor. Ini yang dinamakan efek penguatan transistor, karena arus base yang kecil menghasilkan arus emitter-collector yang lebih besar. Istilah amplifier (penguatan) menjadi salah kaprah, karena dengan penjelasan di atas sebenarnya yang terjadi bukan penguatan, melainkan arus yang lebih kecil mengontrol aliran arus yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa base (switch on/off ). mengatur membuka dan menutup aliran arus emitter-collector switch ). 3. Sel Sel Sury Surya a (sol (solar ar cel cell) l)..
photovoltaic, atau fotovoltaik sejak tahun 1970-an telah Sel surya, surya, solar cell , photovoltaic, telah mengubah cara pandang kita tentang energi dan memberi jalan baru bagi manusia untuk memperoleh energi listrik tanpa perlu membakar bahan baker fosil sebagaimana pada minyak bumi, gas alam atau batu bara, tidak pula dengan menempuh jalan reaksi fisi nuklir. Sel surya mampu beroperasi dengan baik di hampir seluruh belahan bumi yang tersinari matahari, sejak dari Maroko hingga Merauke, dari Moskow hingga Johanesburg, dan dari pegunungan hingga permukaan laut.
Sel surya dapat digunakan tanpa polusi, baik polusi udara maupun suara, dan di segala cuaca. Sel surya juga telah lama dipakai untuk memberi tenaga bagi semua satelit yang mengorbit bumi nyaris selama 30 tahun. Sel surya tidak memiliki bagian yang bergerak, namun mudah dipindahkan sesuai dengan kebutuhan. Semua keunggulan sel surya di atas disebabkan oleh karakteristik khas sel surya yang mengubah cahaya matahari menjadi listrik secara langsung . Artikel ini sengaja ditulis guna menanggapi banyaknya pertanyaan mengenai bagaimana mekanisme atau prinsip kerja sel surya. Sengaja di sini han ya melibatkan penjelasan kualitatif. Proses konversi Proses konversi
Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p jenis p.. Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semkonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini. Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor. Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n sambungan p-n atau dioda p-n dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi / metallurgical junction) junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut.
1. Semi Semikon konduk dukto torr jeni jeniss p dan n sebelum disambung.
2. Sesaat Sesaat setelah setelah dua jenis jenis semikon semikonduktor duktor ini disambung, disambung, terjadi terjadi perpindahan perpindahan p, dan elektron-elektron dari semikonduktor n semikonduktor n menuju semikonduktor p, perpindahan hole dari semikonduktor p p menuju semikonduktor n semikonduktor n. Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan awal.
3. Elekt Elektro ron n dari dari semik semikond ondukt uktor or n n bersatu dengan hole pada semikonduktor p p yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p p akan berkurang. Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif.. p bersatu dengan elektron yang ada Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p pada semikonduktor n semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan be rmuatan positif.
region) 4. Daerah negatif negatif dan positi positiff ini disebut disebut dengan dengan daerah daerah deplesi deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W. 5. Baik elektr elektron on maupun maupun hole yang ada ada pada daerah daerah deplesi deplesi disebut disebut dengan dengan pembawa muatan minoritas (minority (minority charge carriers) carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda. 6. Dikarenakan Dikarenakan adanya adanya perbedaan perbedaan muatan muatan positif positif dan dan negatif di daerah daerah deplesi, deplesi, maka maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E internal E dari dari sisi positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas).
pn berada pada titik setimbang , 7. Adanya Adanya medan medan listr listrik ik mengaki mengakibat batkan kan sambung sambungan an pn yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik E E . Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n smikonduktor n ke p ke p,, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke E . Dengan kata lain, medan listrik E E semikonduktor n semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain. Pada sambungan p-n sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p. p.
Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat (electron-hole photogeneration) cahaya matahari.
Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol “lambda” sbgn di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn sambungan pn berada pada bagian sambungan pn sambungan pn yang berbeda pula. Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n semikonduktor n. E , Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn sambungan pn terdapat medan listrik E elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p. p. Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.
Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja sel surya secara umum, ilustrasi di bawah ini menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik.
4. IC (Inte (Intergr rgrate ated d Circ Circuit uit). ).
Jack Kilby, seorang insinyur di Texas Instrument, mengembangkan sirkuit terintegrasi (IC : integrated circuit) di tahun 1958. IC mengkombinasikan tiga komponen elektronik dalam sebuah piringan silikon kecil yang terbuat dari pasir kuarsa. Para ilmuwan kemudian berhasil memasukkan lebih banyak komponen-komponen ke dalam suatu chip tunggal yang disebut semikonduktor. Integrated Circuit (IC) merupakan komponen semikonduktor yang di dalamnya dapat memuat puluhan, ratusan atau ribuan atau bahkan lebih komponen dasar elektronik yang terdiri dari sejumlah komponen resistor, transistor, dioda dan komponen semikonduktor yang lain. Komponen-komponen yang ada di dalam IC membentuk suatu subsistem terintegrasi (rangkaian terpadu) yang bekerja untuk suatu keperluan tertentu, namun tidak tertutup kemungkinan dipergunakan untuk tujuan yang lain. Setiap jenis IC didesain untuk keperluan khusus sehingga setiap IC akan memiliki rangkaian internal yang beragam. Untuk mengetahui rangkaian internal, lingkungan kerja dan tegangan voltase operasi IC maka perlu dibaca datasheet yang diterbitkan oleh masing-masing produsennya (Philips, ST, Motorola, Sharp, Bec kman, Cirrus Logic, Texas Instrument, dll) baik dalam bentuk media cetak seperti buku ataupun elektronik (E-Book PDF). Datasheet sangat diperlukan apabila kita akan mendesain sebuah rangkaian elektronik. Integrated Circuit diproduksi dengan berbagai kemasan dengan jumlah pin (kaki) yang bervariasi sesuai dengan fungsinya. Beberapa contoh kemasan IC yaitu DIP, CERDIP, DIL (dual in line) yang umum digunakan adalah DIP/DIl. Kemasan IC terbuat dari bahan epoxy atau silikon dan dari bentuk ini muncul pin-pin atau kaki-kaki dengan jarak kaki yang satu satu dengan yang lainnya teatur rapi. Sebuah IC mempunyai urutan kaki nomor 1 sampai dengan sejumlah kaki yang ada. Urutan kaki IC tidak dicantumkan pada
badan IC akan tetapi yang pasti bahwa kaki nomor 1 berdekatan dengan kaki nomor 2, kaki nomor 2 berdekatan dengan kaki nomor 3 dan seterusnya.
IC dibedakan jenisnya menurut bentuk fisik dan fungsinya. A. IC Pow Power er Ampl Amplif ifie ier r B. Mempunyai Mempunyai bentuk pipih pipih dan fisiknya fisiknya lebih lebih besar dari yang yang lain. Digunakan Digunakan pada rangkaian penguat suara (audio amplifier). Daya output IC ini cukup besar, berkisar antara 15 watt sampai 100 Watt atau bahkan lebih. Contoh tipe IC-nya adalah STK015, STK 070, STK 105, LA 4440 dan sebagainya. C. IC Powe Powerr Adapto Adaptorr (Regul (Regulato ator) r) D. Digunakan Digunakan sebagai sebagai komponen komponen utama pada rangkaian rangkaian power power adaptor adaptor pada sub sub rangkaian regulator yang berfungsi sebagai penstabil tegangan atau voltase. Contoh tipe IC-nya adalah LM 317H, 78xx (xx = 05, 06, 07, 08, 09, 12), L200, S 042 P, LM 723 dan sebagainya. E. IC Op Amp F. Digunakan Digunakan pada rangkaia rangkaian n digital digital yang berfungsi berfungsi sebagai sebagai op amp atau untuk keperluan lain. Misalnya op amp audio amplifier, op amp mic, op amp head tape recorder, termometer digital dan lain-lain. Contoh tipe IC-nya adalah LM 709, LM 741, LM 386, TL 074, TL 083, TL 084 dan sebagainya. G. IC Sili Silind nder er H. IC ini mempunyai mempunyai bentuk bentuk silinder silinder dan banyak digunakan digunakan pada pada rangkaian rangkaian penguat pesawat CB(Citizen Band) atau HT (Held Transceived). IC jenis ini mempunyai tingkat ketahanan dan keawetan lebih lama dari jenis IC penguat yang lain. Contoh tipe IC-nya adalah µL 914, µA703, µA714 dan sebagainya. I. IC Flip Flip-Fl -Flap ap (FF (FF)) atau atau Time Timerr (CLK, (CLK,Clo Clock) ck) J. IC ini banyak digunaka digunakan n pada rangkaian rangkaian pembangk pembangkit it (multivi (multivibrato brator) r) untuk untuk memberi memberi umpan atau sumber detak (oscilator) pada IC digital atau untuk keperluan lain. Misalnya NE 555 (IC terpopuler dikalangan pelajar) p elajar) untuk alarm multiguna, signal injektor, penguji hubungan, saklar sentuh, timer lampu FF, frekuensi meter,
pengacau frekuensi, otak rangkaian power amplifier, regulator pada power adaptor (dapat berfungsi seperti IC Power Amplifier dan Power Adaptor), pengusir serangga, organ elektronik dan lain-lain. Contoh tipe IC-nya NE 555, NE 556 (dua NE 555), M7555 dan sebagainya. K. IC Di Digita gitall L. Dalam IC digital, digital, suatu suatu titik titik elektronis elektronis yang berupa berupa seutas seutas kabel atau kaki IC, IC, akan mewujudkan salah satu dari dua keadaan logika, yaitu logika '0' (nol, rendah) atau logika '1' (satu, tinggi). Suatu titik elektronis mewakili mewakili satu 'binary digit' atau biasa disingkat dengan sebutan 'bit'. Binary berarti sistem bilangan 'dua-an', yakni bilangan yang hanya mengenal dua angka, 0 dan 1. 5. Micr Microp opro rose seso sor. r.
Microprocessor adalah alat pemroses data yang merupakan pengembangan dari teknologi pembuatan Integrated Circuit (IC), Ada beberapa peristilahan yang dipakai untuk menunjukan tingkat kepadatan (density) dari suatu chip IC, yaitu Small Scale Integration (SSI-mengemas beberapa puluh transistor), Medium Scale Integration (MSImengemas sampai beberapa ratus transistor), dan sekarang yang sedang berkembang adalah Very Large Scale Integration (VLSI-mengemas puluhan ribu sampai jutaan transistor). Ultra-Large Scale Integration (ULSI) meningkatkan jumlah tersebut menjadi jutaan. Kemampuan untuk memasang sedemikian banyak komponen dalam suatu keping yang berukurang setengah keping uang logam mendorong turunnya harga dan ukuran komputer. Hal tersebut juga juga meningkatkan daya kerja, efisiensi efisiensi dan keterandalan komputer. Chip Intel 4004 yang dibuat pada tahun 1971 membawa kemajuan pada IC dengan meletakkan seluruh komponen dari sebuah komputer (central processing unit, memori, dan kendali input/output) input/output) dalam sebuah chip yang sangat kecil. Sebelumnya, IC dibuat untuk mengerjakan suatu tugas tertentu tertentu yang yang spesifik. spesifik. Sekarang, sebuah mikroprosesor dapat diproduksi dan kemudian diprogram untuk memenuhi seluruh kebutuhan yang diinginkan. Tidak lama kemudian, setiap perangkat rumah tangga
seperti microwave oven, televisi, dn mobil dengan electronic fuel injection dilengkapi dengan mikroprosesor. Contoh tentang teknologi ULSI, misalnya microprocessor microprocessor jenis jenis 8086 mengandung 40.000 buah transistor, 80286 terdiri dari 150.000 transistor, 80386 memuat 250.000 transistor, 80486 mempunyai 1,2 juta transistor, 80586 (Pentium) 3 juta buah transistor lebih sedangkan Intel Core 2 Duo mempunyai 271 juta transistor dan Intel Quad Core 2 Extreme yang terdiri dari empat inti prosesor. Pengembangan lebih lanjut microprocessor 80 inti. Silahkan hitung sendiri kandungan transistornya dan itu akan berkembang secara terus menerus.
DAFTAR PUSTAKA
A.S. Gr ove, Physics and Technol ogy o gy of Semi conductor Devices, ( Wil ey, Singapore 1967) Aksin, M. 2003. Merakit Sendiri Sirine Infra Merah Alarm Anti Maling . Semarang: Effhar, E-Dukasi.Net Hakim, Rusman. 1994. Menjelajah Sistem Komputer dengan Debug . Jakarta: PT Elex Media Komputindo, 1, Surakarta: CV. Harapan Baru. Hufron.2006. Elektronika Hufron.2006. Elektronika untuk SLTP jilid 1, K, Andi Pratomo. 2004. Rangkaian 2004. Rangkaian Elektronik Praktis -Kendaraan –Rumah. –Rumah. Jakarta: Puspa Swara. Peter Peter Singer Singer , Tr ends in Ion I mplanta- tion, Semicondutor Internat ional, 50, p .59, Augus- tus ( 1996) S.M. Sze, Semiconductor De vices, Physic s a n d Te chnology, ( Wiley, Singapore 1985) 1985 ) S.R. Rio dan M. Iida, Fisika dan Teknologi Sem ikonduktor, ( Pradnya Pradn ya Paramita, Jakarta 1980) Sudirman, Ivan, dan Wahono, Romi Satria, Satria, “Sejarah “Sejarah Komputer”, http: // www. ilmukomputer ilmukomputer.. Com Zuhal, dan Zhanggischan. 2004. Prinsip 2004. Prinsip Dasar Elektronika. Elektronika. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.
