I. P-N JUNCTION Atau DIODA
P-N Junction atau dalam bahasa Indonesia berarti Pertemuan P-N. Seperti diketahui bahwa ada dua tipe semikonduktor hasil doping yang siap digunakan yaitu
tipe P + dan tipe N +. P-N Junction adalah batas pertemuan antara kedua bahan semikonduktor tipe P
dan tipe N yang ada didalam sebuah kristal semikonduktor yang merupakan cikal bakal komponen dioda, transistor dan IC. Pada dasarnya P-N Junction merupakan
sebuah blok yang ada didalam komponen tersebut, misalnya sebuah dioda disusun oleh P-N tunggal sedangkan transistor ada dua jenis yaitu P-N-P dan N-P-N.
Di pn-junction elektron-elektron menyeberang dari sisi-n untuk mengisi hole di sisi-p. Proses ini hanya terjadi pada daerah di sekitar junction dan kejadian ini menimbulkan potensial negatip pada sisi-p dan potensial positip
pada sisi-n.
Karena jenis-p berdekatan dengan jenis-n di junction, beberapa elektron bebas dari sisi-n tertarik melintasi junction untuk mmengisi hole pada sisi-p. Kedua
pembawa muatan elektron dan hole dikatakan diffuse berdifusi melintasi junction, yaitu mengalir dari bagian dengan konsentrasi pembawa muatan yang tinggi ke bagian
dengan konsentraasi yang rendah. Elektron-elektron bebas yang melintasi junction menimbulkan ion-ion negatip
pada sisi-p dengan jalan memberikan pada atom-atom satu elektron lebih banyak dari pada jumlah total protonnya. Elektron-elektron juga meninggalkan ion-ion positip
atom-atom dengan elektron satu lebih sedikit dari pada jumlah proton pada sisi-n.
Sebelum pembawa muatan itu berdifusi melintasi junction baik bahan jenis-n maupun bahan jenis-p keduanya sama-sama netral secara elektrik. Tapi, begitu ion-ion
negatip terbentuk pada junction sisi-p, sisi-p menjadi berpotensial negatip. Dengan cara yang sama, ion-ion positip terbentuk pada sisi-n yang menjadikan sisi-n
berpotensial positip. Potensial negatip pada sisi-p cenderung menolak elektron-elektron selanjutnya
yang berusaha melintasi junction dari sisi-n, potensial positip pada sisi-n cenderung menolak setiap hole selanjutnya yang mau melintas dari sisi-p. Jadi, difusi
pendahuluan pembawa muatan menimbulkan yang dinamakan barrier potensial pada junction. Lihat gambar di atas.
Barrier potensial ini negatip pada sisi-p dan positip pada sisi-n, cukup besar untuk menghindari setiap gerakan elektron atau hole selanjutnya melintasi junction.
Pemindahan pembawa-pembawa muatan dan pembentukan resultan barrier potensial terbentuk ketika proses manufaktur.
Dengan mengetahui kerapatan doping, muatan elektron, dan suhu, dimungkinkan meghitung besar barrier potensial. Barrier potensial pada suhu kamar adalah 0,3 volt
untuk germanium junction dan 0,7 volt untuk silikon. Gerakan pembawa-pembawa muatan melintasi junction meninggalkan suatu
lapisan pada setiap sisi yang kosong dari pembawa-pembawa muatan. Gambar depletion region ini seperti pada gambar berikut ini.
Kerapatan doping yang sama
Pada sisi-n, depletion region terdiri dari atom-atom impuriti donor yang telah kehilangan elektron bebas yang terkait dengan atom-atom itu dan telah menjadi
bermuatan positip. Pada sisi-p, depletion region terdirin dari atom-atom impuriti akseptor yang telah menjadi bermuatan negatip dengan jalan kehilangan hole yang
terkait dengan atom-atom itu yaitu hole diissi elektron. Pada masing-masing sisi junction, jumlah atom impuriti yang sama terlibat di
dalam depletion region. Bila dua blok bahan mempunyai kerapatan doping yang sama, lapisan-lapisan depletion pada masing-masing sisi junction mempunyai ketebalan
yang sama, seperti gambar ini.
Kerapatan doping yang tidak sama
Difusi pembawa muatan yang melintasi pn-junction menimbulkan suatu yang disebut depletion region daerah kosong pembawa muatan. Penetrasi depletion region ini paling jauh ke dalam sisi junction yang didoping lebih
ringan more lightly doped side of junction .
Jika sisi-p yang lebih heavily doped dari pada sisi-n, seperti pada gambar di atas, penetrasi depletion region lebih jauh ke dalam sisi-n agar dapat mencakup jumlah
atom impuriti pada masing-masing sisi junction. Sebaliknya, jika sisi-n yang paling heavily doped, penetrasi depletion region lebih dalam ke bahan jenis-p.
Potensial barrier pada junction berlawanan dengan arah aliran elektron dari sisi-n dan aliran hole dari sisi-p. Karena elektron-elektron itu pembawa muatan mayoritas dalam
bahan jenis-n and hole adalah pembawa muatan mayoritas bahan jenis-p ternyata potensial barrier itu berlawanan dengan dengan arus pembawa muatan mayoritas.
Juga, elekktron-elektron bebas yang ditimbulkan oleh energi termal pada sisi-p tertarik melintasi potensial barrier positip ke sisi-n karena elektron-elektron itu bermuatan
negatip. Demikian juga, hole yang ditimbulkan energi termal pada sisi-n tertarik ke sisi-p melintasi potensial barrier negatip di junction. Elektron-elektron pada sisi-p dan
hole pada sisi-n itu pembawa muatan minoritas. Karena itu, potensial barrier membantu aliran pembawa muatan minoritas melintasi junction.
1. Reverse-Biased Junction
Kategori