TUGAS MAKALAH
FISIKA ZAT PADAT “APLIKASI BAHAN SEMIKONDUKTO SEMIKONDUKTOR” R”
DISUSUN OLEH : KELOMPOK
:1
N AM A
: IINAULIA EKA PUSPA PUS PA CAHYA.N. SISKA CEMULIA HESTY MUHANNAH UMMU HANNY WINA NURITA TARI NOVIA MAY M AYANG SARI SAR I NURAINI DEBY CLAUDIA .M.
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS UNIVERSITAS JAMBI JA MBI 2015
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Dalam dunia kerja, manusia diajari oleh teknologi untuk memecahkan masalah-masalah kerja secara efsien dan eekti. Tidak heran kalau hal ini berpengaruh secarakuat terhadap pengelolaan serta organisasi perusahaan-perusahaan dan industri , agar tak tertinggal dalam persaingan global.Kemampuan menguasai teknologi tinggi adalah merupakan syarat mutlak bagi suatunegara untuk memasuki negara industri baru. Salah satu bidang teknologi tinggi yangsangat mempengaruhi peradaban manusia di bumi ini adalah teknologi semikonduktordan mikroelektronika.Dewasa ini bahan semikonduktor organik mendapat perhatian baik dari kalanganpeneliti maupun industri. al ini dikarenakan siatnya yang ramah lingkungan, dalam artimudah hancur dalam alam. Sehingga sampahnya tidak merusak lingkungan. !engingat bahwa semi konduktor sudah umum digunakan pada bahan komposisi elektronika dan pengunaannya yang luas, sehingga dibutuhkan pengetahuan tentang aplikasi dan penggunaan bahan semikonduktor dalam kehidupan sehari-hari. Dengan makalah ini para pembaca diharapkan dapat mengerti tentang aplikasi dari bahan semikonduktor dalam kehidupan sehari-hari. B. Rumusan Masalah "erdasarkan latar belakang diatas, dapat dirumuskan pemasalahannya yaitu# $. %pa saja aplikasi dari bahan semikonduktor dalam kehidupan sehari-hari& '. "agaimana aplikasi bahan semikonduktor dalam kehidupan seharihari& C. Tujuan Selain untuk memenuhi tugas mata kuliah (isika )at *adat, makalah ini bertujuan untuk# $. !engetahui aplikasi dari bahan semikonduktor dalam kehidupan sehari-hari. '. !enjelaskan aplikasi dari bahan semikonduktor dalam kehidupan sehari-hari.
BAB II PEMBAHASAN A. PENERTIAN SEMIKNDUKTR Sem!k"n#ukt"r adalah logam yang terbuat dari unsur kimia dan memiliki kondukti+itas listrik rendah yang bergantung pada suhu. alaupun memiliki kondukti+itas listrik yang rendah, namun semikonduktor ini merupakan jenis penghantar listrik dan penghantar kalor yang baik. %da dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik. ontohnya diantaranya Silikon, ermanium, dan unsur-unsur yang berada pada golongan /0 %. Teknik pengukuran energi celah dalam semikonduktor dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu teknik penyerapan langsung dan teknik penyerapan tak langsung.
$. Tekn!k Pen$era%an Langsung # *ada teknik ini, semikonduktor dijatuhi oton monokromatik dengan energy mulai dari yang terkecil hingga yang terbesar sedemikian rupa sehingga terjadi penyerapan oton oleh semikonduktor dan menghasilkan partikel berupa oton. '. Tekn!k Pen$era%an Tak Langsung # *ada teknik ini, prinsipnya sama dengan teknik penyerapan langsung, namun menghasilkan 1 partikel, yaitu elektron konduksi, hole, dan onon. Dalam semikonduktor akan dihasilkan salah satu partikel yang bernama hole. Hole ini dianggap sebagai partikel yang bermuatan positif dengan alasan# •
•
•
2umlah energi +ektor gelombang elektron dalam pita +alensi yang terisi penuh elektron adalah nol. 3nergi hole di pita +alensi sama besar dan berlawanan tanda dengan energi elektron di pita konduksi. Kecepatan grup hole sama dengan kecepatan grup elektron.
•
•
!assa eekti hole sama besar dan berlawanan tanda dengan massa eekti elektron. *ersamaan gerak untuk hole berlawanan tanda dengan persamaan gerak elektron.
B. PENERAPAN SEMIKNDUKTR DALAM KEHIDUPAN SEHARI&HARI '. Trans!st"r Trans!st"r adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung 4switching5, stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai ungsi lainnya. Transistor dapat berungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya 4"2T5 atau tegangan inputnya 4(3T5, memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Transistor pertama kali ditemukan pada tahun $678 oleh illiam Shockley, 2ohn "arden dan ., "rattain. Tetapi, komponen ini mulai digunakan pada tahun $698. 2enis Transistor terbagi menjadi ', yaitu transistor tipe *-:-* dan transistor :-*-:.
*ada umumnya, transistor memiliki 1 terminal, yaitu "asis 4"5, 3mitor 435 dan Kolektor 45. Tegangan yang di satu terminalnya misalnya 3mitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input "asis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor. ara Kerja Transistor hampir sama dengan resistor yang mempunyai tipe dasar modern. Tipe dasar modern terbagi menjadi
', yaitu "ipolar 2unction Transistor atau biasa di singkat "2T dan (ield 3;ect Transistor atau (3T. "2T dapat bekerja bedasarkan arus inputnya, sedangkan (3T bekerja berdasarkan tegangan inputnya. Dalam dunia elektronika modern, transistor merupakan komponen yang sangat penting terutama dalam rangkaian analog karena ungsinya sebagai penguat.
(. D!"#a
Dioda semi konduktor adalah peralatan elektronika yang terdiri dari pertemuan semi konduktor tipe * dan tipe :. 3lektroda yang dihubungkan dengan tipe * disebut %noda, sedangkan yang dihubungkan dengan tipe : adalah katoda. Dioda dapat berungsi sebagai saklar elektronik karena dioda akan melewatkan arus bila anoda 4%5 diberi kutub positip dan katoda 4K5 diberi kutup negatip, dan tidak akan melewatkan arus apabila keadaan sebaliknya.
Konstruksi dan simbol Dioda
•
Pr!ns!% Kerja D!"#a Dioda akan mengalirkan arus maju 4konduksi5 jika diberi bias maju 4orward5, apa itu bias maju&&& bias maju yaitu pada saat anoda
pada dioda mendapat tegangan positi dan katoda pada dioda mendapat tegangan negati. Sebaliknya jika diberi bias mundur 4re+erse5, diode tidak mengalirkan arus karena mempunyai resistansi tinggi. %gara lebih jelas lihatlah gambar grafk karakteristik dioda dibawah ini
Karakteristik Dioda •
•
S!)at D!"#a *ada kenyataanya dioda akan konduksi jika diberi tegangan maju >,? +olt 4silicon5 dan >,1 +olt 4germanium5. Setelah mencapai tegangan ini seketika kenaikan tegangan akan diikuti kenaikan arus artinya setelah dioda terkonduksi, dioda mempunyai resistansi yang kecil. *ada saat diberi bias mundur akan 4resistansi bias mundur belum tentu besar5, hal ini dipengaruhi oleh perubahan temperatur yang diikuti oleh kenaikan arus bocor 4semakin besar temperature akan semakin besar arus bocornya5 *en!s& jen!s D!"#a Simbol berbagai jenis dioda
D/@D%
D/@D% T3<@"@S%:
D/@D% )3:3<
A3D
D/@D% (@T@
D/@D% 0%<%KT@<
D/@D% S@TTKB
S<
Kemasan diode sejajar dengan simbolnya, pita menunjukkan sisi katode a. L!ght Em!t!ng D!"#e +D!"#a Em!s! Caha$a,
Dioda yang sering disingkat A3D ini merupakan salah satu piranti elektronik yang menggabungkan dua unsur yaitu optik dan elektronik yang disebut juga sebagai @pteolotronic.dengan masingmasing elektrodanya berupa anoda 4C5 dan katroda 4-5, dioda jenis ini dikategorikan berdasarkan arah bias dan diameter cahaya yang dihasilkan, dan warna nya. -. D!"#e Ph"t" +D!"#a Caha$a,
Dioda jenis ini merupakan dioda yang peka terhadap cahaya, yang bekerja pada pada daerah-daerah re+erse tertentu sehingga arus cahaya tertentu saja yang dapat melewatinya, dioda ini biasa dibuat dengan menggunakan bahan dasar silikon dan geranium. Dioda cahaya saat ini banyak digunakan untuk alarm, pita data berlubang yang berguna sebagai sensor, dan alat pengukur cahaya 4Au= !eter5. . D!"#e /arat"r +D!"#a Ka%as!tas,
Dioda jenis ini merupakan dioda yang unik, karena dioda ini memiliki kapasitas yang dapat berubah-ubah sesuai dengan besar kecilnya tegangan yang diberikan kepada dioda ini, contohnya jika tegangan yang diberikan besar, maka kapasitasnya akan menurun,berbanding terbalik jika diberikan tegangan yang rendah akan semakin besar kapasitasnya, pembiasan dioda ini secara re+erse. Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai pengaturan suara pada tele+isi, dan pesawat penerima radio. #. D!"#e Ret!0er +D!"#a Pen$earah,
Dioda jenis ini merupakan dioda penyearah arus atau tegangan yang diberikan, contohnya seperti arus berlawanan 4%5 disearahkan sehingga menghasilkan arus searah 4D5. Dioda jenis ini memiliki karakteristik yang berbeda-beda sesuai dengan kapasitas tegangan yang dimiliki. e. D!"#e 1ener Dioda jenis ini merupakan dioda yang memiliki kegunaan sebagai penyelaras tegangan baik yang diterima maupun yang dikeluarkan, sesuai dengan kapasitas dari dioda tersebut, contohnya jika dioda tersebut memiliki kapasitas 9,$ 0, maka jika tegangan yang diterima lebih besar dari kapasitasnya, maka tegangan yang dihasilkan akan tetap 9,$ tetapi jika tegangan yang diterima lebih kecil dari kapasitasnya yaitu 9,$, dioda ini tetap mengeluarkan tegangan sesuai dengan inputnya.
). D!"#a Sh"ttk$ +SCR, DIDA SCR singkatan dari Silicon ontrol
Gambar 6. dioda schottky.
*ada gambar diatas terlihat S< dengan anoda pada kaki yang berulir, erbang gate pada kaki yang pendek, sedangkan katoda pada kaki yang panjang. g. Dioda terobosan Dioda terobosan atau sering disebut dioda esaki adalah diode pertemuan *-: yang dibuat dengan menggunakan tara pengotoran sangat tinggi. asilnya adalah suatu daerah hampa ultra tipis dan suatu eek yang disebut terobosan. Dalam daerah panjar maju, arus meningkat sangat cepat untuk tegangan panjar yang harganya masih rendah. Setelah arus mencapai titik puncak, penambahan tegangan maju justru menurunkan arus hingga titik lembah sebelum akhirnya naik lagi. 2atuhnya arus terobosan ke arah maju menunjukkan adanya suatu karakteristik resistansi negati yang memungkinkan diode terobosan digunakan untuk sakelar cepat dan osilator rekuensi tinggi. 3. Sel Sur$a
Sel surya atau juga sering disebut oto+oltaik adalah di+ais yang mampu mengkon+ersi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal. Sel surya dapat dianalogikan sebagai di+ais dengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar >,9 sampai $ +olt, dan arus short-circuit dalam skala milliampere per cm'. "esar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari '8-1 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar $' 0 dalam kondisi penyinaran standar 4%ir !ass $.95. !odul surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. ambar dibawah menunjukan ilustrasi dari modul su
Modul surya biasanya terdiri dari 2!"6 sel surya yang dirangkai seri untuk memperbesar total daya output. #Gambar $%&he 'hysics of (olar )ell%, *enny +elson
•
Struktur Sel Sur$a Sesuai dengan perkembangan sainsEteknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai ino+asi. %da yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula 42enis jenis teknologi surya akan dibahas di tulisan FSel Surya # 2enis-jenis teknologiG5. Dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini yaitu sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama 4sel surya silikon5 dan kedua 4thin flmHlapisan tipis5.
(tr uktur dari sel surya komersial yang menggunakan material silikon sebagai semikonduktor. #Gambar$Ho-(tu/orks
ambar diatas menunjukan ilustrasi sel surya dan juga bagianbagiannya. Secara umum terdiri dari # '. SubstratH!etal backing Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. !aterial substrat juga harus mempunyai konduktiftas listrik yang baik karena juga berungsi sebagai kontak terminal positi sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum. Intuk sel surya dye-sensitiJed 4DSS5 dan sel surya organik, substrat juga berungsi sebagai tempat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang kondukti tapi juga
transparan sepertii ndium tin o=ide 4/T@5 dan ourine doped tin o=ide 4(T@5. 1. !aterial semikonduktor !aterial semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama 4silikon5, dan $-1 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. !aterial semikonduktor inilah yang berungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Intuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material u4/n,a54S,Se5' 4/S5, dTe 4kadmium telluride5, dan amorphous silikon, disamping material-material semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensi seperti u')nSn4S,Se57 4)TS5 dan u '@ 4copper o=ide5. "agian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p 4material-material yang disebutkan diatas5 dan tipe-n 4silikon tipe-n, dS,dll5 yang membentuk p-n junction. *-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya. *engertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction dan sel surya akan dibahas dibagian Fcara kerja sel suryaG. 7. Kontak metal H contact grid Selain substrat sebagai kontak positi, diatas sebagian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material kondukti transparan sebagai kontak negati. 9. Aapisan antireekti
Cara kerja sel sur$a Sel surya kon+ensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n
mempunyai kelebihan elektron 4muatan negati5 sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole 4muatan positi5 dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom osor. /lustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
*unction antara semikonduktor tipe!p #kelebihan hole dan tipe!n #kelebihan elektron. #Gambar $ eere.energy.go0
*eran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron 4dan hole5 bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positi pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negati pada semikonduktor tipe-p. %kibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negati, yang selanjutnya dimanaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positi menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah.
1lustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p!n junction. #Gambar $ sun!nrg.org De3nisi dari istilah!istilah teknis diartikel ini bisa ditemukan di menu 4Daftar istilah!istilah% 4. M!kr"%r"ses"r
!ikroprosesor adalah sebuah / 4/ntegrated ircuit5 yang digunakan sebagai otakHpengolah utama dalam sebuah sistem computer. !ikroprosesor merupakan hasil dari pertumbuhan semikonduktor. *ertama kali !/kroprosesor dikenalkan pada tahun $6?$ oleh /ntel orp, yaitu !ikroprosesor /ntel 7>>7 yang mempunyai arsitektur 7 bit. Dengan penambahan beberapa peripheral 4memori, piranti /H@, dsb5 !ikroprosesor 7>>7 di ubah menjadi komputer kecil oleh intel. Kemudian mikroprosesor ini di kembangkan lagi menjadi 8>8> 4berasitektur 8bit5, 8>89, dan kemudian 8>8 4berasitektur $bit5. Dilain pihak perusahaan semikonduktor laen juga memperkenalkan dan mengembangkan mikroprosesor antara lain !otorola dengan !8>>, dan )ilog dengan )8>nya. !ikroprosesor /ntel yang berasitektur $ bit ini kebanyakan di akhiri oleh angka 8, akan tetapi karena nomor tidak dapat digunakan untuk merek dagang mereka menggantinya dengan nama pentium untuk merek
dagang !ikroprosesor generasi kelima mereka. %rsitektur ini telah dua kali diperluas untuk mengakomodasi ukuran word yang lebih besar. 5. Therm!st"r
Sebuah thermistor dibuat dari bahan semikonduktor. Komponen ini dapat dibuat dalam bentuk piringan, batangan, atau butiran. Thermistor butiran dapat memiliki ukuran diameter yang hanya beberapa milimeter. *ada beberapa thermistor butiran, butir semikonduktor dibungkus oleh sebuah kapsu kaca. Karena ukuran kaca yang sangat kecil, thermistor butiran dapat memberikan reaksi yang sangat cepat terhadap perubahan suhu. Thermistor memiliki dua buah kaki terminal. Sebagian besar thermistor memiliki tahanan yang nilainya akan semakin mengecil dengan bertambahnya suhu. Thermistor jenis ini disebut sebagai thermistor koefsien suhu negatif (negative temperature coecient) atau thermistor nt. Thermistor-thermistordengan koeesien suhu yang positi (positive temperature cocient 5 4ptc5 juga tersedia di pasaran, namun lebih jarang digunakan. Thermistor digunakan di dalam rangkaian-rangkaian pengukur suhu atau yang memberikan tanggapan-tanggapan tertentu terhadap perubahan suhu. Kompenen ini juga dapat digunakan dalam yang akan mengalami gangguan-gangguan, atau bahkan kerusakan, akibat perubahan suhu. Thermistor secara otomatis akan bekerja untuk menetralkan eek perubahan suhu.
BAB III PENUTUP A. KESIMPULAN %plikasi dari bahan semikonduktor dalam kehidupan sehari- hari antara lain # $. Transistor Trans!st"r adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung 4switching5, stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai ungsi lainnya. 2enis transistor terbagi ', yaitu :*: dan *:*. %plikasi dari transistor itu sendiri yaitu %mplifer, saklar, pengeras suara, dll. '. Dioda Dioda semi konduktor adalah peralatan elektronika yang terdiri dari pertemuan semi konduktor tipe * dan tipe :. 3lektroda yang dihubungkan dengan tipe * disebut %noda, sedangkan yang dihubungkan dengan tipe : adalah katoda. *rinsip Kerja Dioda Dioda akan mengalirkan arus maju 4konduksi5 jika diberi bias maju 4orward5, sebaliknya jika diberi bias mundur 4re+erse5, diode tidak mengalirkan arus karena mempunyai resistansi tinggi. 2enis-jenis dioda $. Dioda biasa '. Dioda )ener 1. A3D 7. Dioda (oto 9. Dioda Terobosan . Dioda 0araktor ?. Dioda Schottky 8. S< 1. Sel Surya Sel surya merupakan alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah besar diode p-m junction sehingga bisa mengkon+ersi energi dari cahaya matahari menjadi energi listrik. Struktur Sel Surya $. SubstratH!etal backing '. !aterial semikonduktor 1. Kontak metal H contact grid 7. Aapisan antireekti •
•
9. 3nkapsulasi H co+er glass 7. !ikroprosesor !ikroprosesor adalah sebuah / 4/ntegrated ircuit5 yang digunakan sebagai otakHpengolah utama dalam sebuah sistem computer. !ikroprosesor merupakan hasil dari pertumbuhan semikonduktor. 9. Thermistor Sebuah thermistor dibuat dari bahan semikonduktor. Komponen ini dapat dibuat dalam bentuk piringan, batangan, atau butiran. Thermistor digunakan di dalam rangkaian-rangkaian pengukur suhu atau yang memberikan tanggapan-tanggapan tertentu terhadap perubahan suhu. Thermistor secara otomatis akan bekerja untuk menetralkan eek perubahan suhu. B. SARAN Setelah membaca makalah ini, diharapkan para pembaca lebih memahami tentang aplikasi dari bahan semikonduktor dan penerapan dalam kehidupan sehari-hari. Dan penulis sangat menerima saran dan kritik dari pembaca untuk makalah ini menjadi lebih baik lagi. Karena tak ada gading yang tak retak, begitu pun dengan kami.
DA6TAR PUSTAKA http#HHid.wikipedia.orgHwikiHTransistor http#HHkomponenelektronika.biJHpengertian-transistor.html https#HHendahswardani.wordpress.comHtagHsemikonduktorH http#HHid.wikipedia.orgHwikiHSelLsurya http#HHilmulistrik.comHdioda-semi-konduktor.html http#HHid.wikipedia.orgHwikiHDiode
