MATERIAL TEKNIK ELEKTRO semi konduktor
TUGAS MATERIAL TEKNIK ELEKTRO
“SEMI KONDUKTOR”
DISUSUN OLEH :
AYU LUTFIYAH (CB2017137)
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SEMARANG
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO KELAS KARYAWAN
2017/2018
BAB I
PEMBAHASAN
1.1 Definisi Semi Konduktor
a. Pengertian Umum
Disebut semikonduktor atau setengah konduktor, karena bahan ini memang
bukan konduktor murni. Bahan ini sifatnya berada diantara insulator dan
konduktor. 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.
b. Pengertian Khusus
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada
diantara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator
pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat
sebagai konduktor. (K. Muller 1986).
Konduktivitas listrik
adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk
menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujungujung sebuah konduktor, muatan-muatan bergeraknya akan berpindah, menghasilkan
arus listrik. Konduktivitas listrik (σ) didefinsikan sebagai ratio dari rapat arus (J)
terhadap kuat medan listrik (E):
Pada beberapa jenis bahan dimungkinkan terdapat konduktivitas listrik yang
anisotropik. Lawan dari konduktivitas listrik adalah resistivitas listrik atau biasa
disebutsebagai resistivitas saja, yaitu:
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
1
Insulator
adalah
materi
yang
dapat
mencegah
penghantaran panas.ataupun muatan listrik. Lawan dari insulator, adalah konduktor,
yaitu materi yang dapat menghantar panas untuk sejenis polimer, silikone.
1.2 Manfaat Semi Konduktor
Dasar penggunaan semikonduktor adalah terbentuknya sambungan p-n (p-n
juncktion) apabila semikonduktor tipe-p dan tipe-n digabungkan. Sambungan ini yang
merupakan dasar terjadinya terjadinya revolusi industri akibat ditemukan transisistor
oleh wiliam Shocklye, John Barden dan Walter Brattain di laboratorium Bell pada
tahun 1948. Selain itu semikonduktor digunakan untuk membuat sel surya (solar cell)
dan penyearah.
a. Sel Surya (Solar Cell)
Solar cell terdiri dari dua semikonduktor yaitu:
a. Semikonduktor tipe-p. yang dibuat dari semikonduktor silikon yang dikotori
dengan boron.
b. Semikonduktor tipe-n, yang diperoleh dari semikonduktor silikon yang dikotori
dengan arsen.
Dua semikonduktor tersebut disambung seperti gambar berikut :
Gambar 1.1
Gambar 1.2
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
2
Pada waktu sel surya terkena sinar matahari maka elektron-elektron pada
semikonduktor tipe-p mendapatkan tambahan energi termal. Elektron-elektron
tersebut
dapat
melewati
sambungan p-n (p-n junction) dan memasuki
semikonduktor tipe-n. Apabila daya gerak elektron-elektron tersebut cukup besar
maka mereka akan melewati kawat penghantar (menuju ke semikonduktor tipe-p
kembali) sehingga arus listrik yang energinya daapat langsung dimanfaatkan atau
disimpan dalam baterai. Jadi fungsi dari sel suria adalah merubah energi cahaya
matahari menjadi energi listrik.
b. Penyearah (rectifer) atau Dioda
Penyearah hanya membolehkan arus listrik dari sumber luar mengalir
melaluinya pada satu arah. Sehingga dapat digunakan untuk mengubah arus bolak
balik (alternating current = AC) menjadi arus searah (direc current = DC).
Gambar 1.3
c. LED
LED (Light Emitting Diode atau Light Emitting Device) merupakan salah
satu diode semikonduktor yang dirancang untuk menghasilkan sejumlah besar
cahaya monokromatis yang tidak koheren dengan rentang panjang gelombang yang
sempit ketika diberi tegangan maju
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
3
LED selain sebagai sistem pencayaan dimanfaatkan pula sebagai sensor
dan digunakan pula pada peralatan elektronik seperti remote control.
Gambar 1.4
d. Fotosel Cds
Fotosel CdS biasa disebut juga fotoresistor, fotokonduktif atau LDR (ligh
dependent resistor) merupakan salah satu detektor cahaya yang sangat peka
terhadap perubahan intensitas cahaya yang mengenai permukaannya. Fotosel CdS
terbuat dari bahan semikonduktor cadmium sulfida yang ditempelkan di atas
keramik dengan diameter dari 5-25 mm.
Bagian-bagian fotosel detektor seperti yang tertera pada Gambar.
Gambar 1.5
Prinsip kerja fotosel CdS sebagai detektor adalah perubahan nilai resistansi atau
hambatan fotosel berbanding terbalik dengan intensitas cahaya yang mengenai
permukaannya. Jika dihubungkan dengan multimeter atau avometer CdS menjadi
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
4
konduktor yang buruk atau CdS memiliki resistansi besar pada saat cahaya gelap
atau redup, dan sebaliknya CdS menjadi konduktor yang baik atau CdS memiliki
resistansi kecil pada saat cahaya terang.
1.3 Unsur Pembuat
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 menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari
alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen
(O2).
Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing 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 ionion atom tetangganya pada suhu yang sangat rendah (0°K). Struktur atom silikon
divisualisasikan seperti gambar berikut :
Gambar 1.6
Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom
keinti 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.
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
5
Macam macam bahan semikonduktor dan penggunaanya
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
6
Berdasarkan murni atau tidak murninya bahan, semikonduktor dibedakan
menjadi dua jenis, yaitu semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik.
a.
Semikonduktor Intrinsik
Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor murni tanpa adanya bahan
pengotor.Silikon dan Germanium merupakan dua jenis semikonduktor yang sangat
penting dalam elektronika. Keduanya terletak pada golongan IVA dalam tabel
periodik dan mempunyai elektron valensi empat. Struktur kristal silikon dan
germanium berbentuk tetrahedral dengan setiap atom memakai bersama sebuah
elektron valensi dengan atom-atom tetangganya.
Energi yang diperlukan untuk memutus sebuah ikatan kovalen adalah sebesar 1,1 eV
untuk silikon dan 0,7 eV untuk germanium. Pada temperatur ruang (300K), sejumlah
elektron mempunyai energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan dan
tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas. Besarya energi
yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari pita valensi kepita konduksi ini
disebut energi terlarang (energy gap). Jika sebuah ikatan kovalent terputus, maka
akan terjadi kekosongan atau lubang (hole). Pada daerah dimana terjadi kekosongan
akan terdapat kelebihan muatan positif, dan daerah yang ditempati electron bebas
mempunyai kelebihan muatan negatif. Kedua muatan inilah yang memberikan
kontribusi adanya aliran listrik pada semikonduktor murni. Jika elektron valensi dari
ikatan kovalen yang lain mengisi lubang tersebut, maka akan terjadi lubang baru
ditempat yang lain dan seolah-olah sebuah muatan positif bergerak dari lubang yang
lama ke lubang baru.
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”.
Akibat adanya dua pembawa muatan tersebut, besarnya rapat arus dinyatakan sebagai
konduktivitas. Karena timbulnya lubang dan elektron terjadi secara serentak, maka
pada semikonduktor murni, besar energi yang dibutuhkan untuk membentuk
pasangan elektron dan hole pada semikonduktor intrinsik ditentukan oleh jarak celah
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
7
energi antara pita valensi dengan pita konduksi semakin jauh jaraknya maka semakin
besar energi yang dibutuhkan untuk membentuk elektron – hole sebagai pembawa
muatan.
b.
Semikonduktor Ekstrinsik
Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang prosesnya melalui
proses pendopingan atau pengotoran bahan atom tertentu pada bahan semikondultor
untuk menaikkan daya hantar semikonduktor. Terdapat dua tipe dalam semikonduktor
ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe n dan semikonduktor tipe p.
1.
Semikonduktor tipe n
Semikonduktor tipe n dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom
pengotor pentavalent pada silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini
mempunyai lima elektron valensi sehingga secara efektif memiliki muatan
sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalent menempati posisi atom silikon dalam
kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalent
lengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan. Dengan adanya
energi thermal yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi electron bebas dan
siap menjadi pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. Material yang
dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-n, karena
menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang netral. Dan karena atom
pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom
donor
2.
Semikonduktor Tipe p
Dengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe n, semikonduktor
tipe p dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor trivalent
pada semikonduktor murni, misalnya: silikon murni. Atom-atom pengotor
(dopan) ini 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 yangdisebut
lubang (hole). Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
8
semikonduktor tipe p. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom
pengotor ini disebut sebagai atom aseptor (acceptor).
1.4 Karakteristik Bahan Semikonduktor
Semikonduktor elemental terdiri atas unsur – unsur pada system periodik
golongan
IV
A
seperti
silikon
(Si),
Germanium
(Ge)
dan
Karbon
(C).Karbon semi konduktor ditemukan dalam bentuk Kristal intan.Semikonduktor intan
memiliki konduktivitas panas yang tinggi sehingga dapat digunakan dengan efektif
untuk mengurangi efek panas pada pembuatan semikonduktor laser.
Semikonduktor gabungan (kompon) terdiri atas senyawa yang dibentuk dari
logam unsur periodik golongan IIB dan IIIA (valensi 2 dan 3) dengan non logam pada
golongan VA dan VIA (valensi 5 dan 6) sehingga membentuk ikatan yang stabil
(valensi 8). Semikonduktor gabungan III dan V misalnya GaAs dan InP, sedangakan
gabungan II dan VI misalnya CdTe dan ZnS.
1.5 Pengembangan Semikonduktor
Saat ini para ilmuwan dan insinyur sedang melakukan riset untuk mengimprove
teknologi semikonduktor berbasiskan material ZnO. Material tersebut memiliki energi
gap (energi antara pita valensi dan konduksi) sebesar 3.34 eV dalam temperatur ruang
dan energi eksiton (pasangan electron dan hole) sebesar 60 meV. Sehingga material
tersebut berpotensi untuk dikembangkan dalam aplikasi optoelektronik dan lapisan tipis
transparent conductive oxide (TCO) seperti dalam aplikasi UV laser, UV LED dan
elektroda solar cell atau photovoltaic. Oleh karena itu material ini diprediksikan akan
menggeser kejayaan material GaN dalam aplikasi optoelektronik yang sudah
berkembang. Secara ekonomis, karena harga produksinya juga lebih kecil maka
peluang ZnO semakin besar untuk menggantikan GaN.
Dari uraian di atas penulis yakin bahwa riset dibidang fabrikasi dan karakterisasi
nano pada material semikonduktor untuk aplikasi optoelektronika memiliki peluang
yang baik untuk dikembangkan. Mengacu pada pidato pengukuhan guru besar Prof.
Dr.rer.nat. Rosari Saleh dari Fakultas Matematika Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
9
Indonesia pada tanggal 1 Agustus 2007 silam yang menyatakan bahwa :
“Peran CMP mengembangkan alternatif sumber energi, khususnya solar energi, atau
photovoltaic/PV (devais semikondutor yang berkonversi energi matahari (photon)
menjadi listrik) menjadi topik utama. Hal ini dipicu oleh menipisnya sumber energi
fosil (minyak, batubara, gas) dan meningkatnya kebutuhan energi dunia yang telah
menimbulkan masalah, termasuk peperangan di dunia. Kebutuhan enargi dunia saat ini
adalah 13 terawatt, dan di perkirakan menjadi 30 terawatt pada tahun 2050”, penulis
beranggapan bahwa pengembangan teknologi devices semikonduktor dimungkinkan
akan lebih tepat untuk mengatasi kebutuhan akan sumber energi di Indonesia.
Alasannya adalah teknologi ini lebih beresiko kecil, natural resourses tersedia dan
kesiapan sumber daya manusianya sudah ada. (iwan0002@ntu.edu.sg)
Adapun perkembangan semikonduktor dari segi device solar sell atau
photovoltaik. Secara umum, penggunaan panel photovoltaik oleh pemerintah
dikoordinir oleh BPP Teknologi. Beberapa tempat yang diketahui penulis sedang
melakukan aktivitas pembuatan sel surya ini di Indonesia adalah di Puspitek Serpong,
LEN dan ITB. Usaha seperti ini diharapkan bisa menjadi embrio bagi industri sel surya
dalam negeri atau bahkan industri semikonduktor
1.6 Gambar
Gambar 1.1 Sel Surya
Gambar 1.2 Sel Surya
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
10
Gambar 1.3 Dioda
Gambar 1.5 Fotosel Cds
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
Gambar 1.4 LED
Gambar 1.6 Unsur Pembuat Semikonduktor
11
BAB II
PENUTUP
2.1 Kesimpulan
Semikonduktor merupakan bahan dengan konduktivitas listrik yang berada
diantara insulator dan konduktor. Semikonduktor bersifat sebagai insulator pada
temperatur yang sangat rendah (mendekati 0oK), namun pada temperatur ruangan
(sekitar 30oK) besifat sebagai konduktor. Bahan dasar semikonduktor dapat digolongkan
atas tiga jenis yaitu Trivalent, Tetravalent, dan Pentavalent yang masih murni
(semikonduktor
intrinsik),
namun
setelah
pendopingan
atau
mengotoran,
muncullah semikonduktor baru yaitu semikonduktor ekstrinsik (tak murni) yang
memiliki dua tipe yaitu semikonduktor tipe n dan semikonduktor tipe p. Semikonduktor
ekstrinsik inilah yang digunakan sebagai bahan dasar elektronika seperti dioda,
transistor, Integrated Circuit dan lain sebagainya.
2.2 Saran
Kegunaan bahan semikonduktor sangatlah penting dalam kehidupan sehari-hari.
Tidak hanya dalam dunia medis saja yang membutuhkan bahan semikonduktor, akan
tetapi sanggatlah penting juga dalam elektronika, karena bahan semikonduktor
(misalnya silikon dan germanium), hanya memerlukan sedikit saja bahan doping atau
campuran untuk mengubah bahan semikonduktor agar dapat dipergunakan. Oleh karena
itu, mari kita sebagai mahasiswa kejuruan Teknik Elektro mempelajari kehebatankehebatan bahan semikonduktor, mungkin kita nanti bisa menciptakan alat dari bahan
tersebut dan berguna dalam elektronika
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
12
DAFTAR PUSTAKA
http://karya-wahyu-siswanto.blogspot.co.id/2016/03/vbehaviorurldefaultvmlo.html
http://bimaelektro.blogspot.co.id/2013/05/bahansemikonduktorsemikonduktor.ht
ml
http://firmansyahahmadhotim13.blogspot.co.id/2015/11/vbehaviorurldefaultvmlo.
html
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
13
“SEMI KONDUKTOR”
DISUSUN OLEH :
AYU LUTFIYAH (CB2017137)
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SEMARANG
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO KELAS KARYAWAN
2017/2018
BAB I
PEMBAHASAN
1.1 Definisi Semi Konduktor
a. Pengertian Umum
Disebut semikonduktor atau setengah konduktor, karena bahan ini memang
bukan konduktor murni. Bahan ini sifatnya berada diantara insulator dan
konduktor. 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.
b. Pengertian Khusus
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada
diantara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator
pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat
sebagai konduktor. (K. Muller 1986).
Konduktivitas listrik
adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk
menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujungujung sebuah konduktor, muatan-muatan bergeraknya akan berpindah, menghasilkan
arus listrik. Konduktivitas listrik (σ) didefinsikan sebagai ratio dari rapat arus (J)
terhadap kuat medan listrik (E):
Pada beberapa jenis bahan dimungkinkan terdapat konduktivitas listrik yang
anisotropik. Lawan dari konduktivitas listrik adalah resistivitas listrik atau biasa
disebutsebagai resistivitas saja, yaitu:
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
1
Insulator
adalah
materi
yang
dapat
mencegah
penghantaran panas.ataupun muatan listrik. Lawan dari insulator, adalah konduktor,
yaitu materi yang dapat menghantar panas untuk sejenis polimer, silikone.
1.2 Manfaat Semi Konduktor
Dasar penggunaan semikonduktor adalah terbentuknya sambungan p-n (p-n
juncktion) apabila semikonduktor tipe-p dan tipe-n digabungkan. Sambungan ini yang
merupakan dasar terjadinya terjadinya revolusi industri akibat ditemukan transisistor
oleh wiliam Shocklye, John Barden dan Walter Brattain di laboratorium Bell pada
tahun 1948. Selain itu semikonduktor digunakan untuk membuat sel surya (solar cell)
dan penyearah.
a. Sel Surya (Solar Cell)
Solar cell terdiri dari dua semikonduktor yaitu:
a. Semikonduktor tipe-p. yang dibuat dari semikonduktor silikon yang dikotori
dengan boron.
b. Semikonduktor tipe-n, yang diperoleh dari semikonduktor silikon yang dikotori
dengan arsen.
Dua semikonduktor tersebut disambung seperti gambar berikut :
Gambar 1.1
Gambar 1.2
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
2
Pada waktu sel surya terkena sinar matahari maka elektron-elektron pada
semikonduktor tipe-p mendapatkan tambahan energi termal. Elektron-elektron
tersebut
dapat
melewati
sambungan p-n (p-n junction) dan memasuki
semikonduktor tipe-n. Apabila daya gerak elektron-elektron tersebut cukup besar
maka mereka akan melewati kawat penghantar (menuju ke semikonduktor tipe-p
kembali) sehingga arus listrik yang energinya daapat langsung dimanfaatkan atau
disimpan dalam baterai. Jadi fungsi dari sel suria adalah merubah energi cahaya
matahari menjadi energi listrik.
b. Penyearah (rectifer) atau Dioda
Penyearah hanya membolehkan arus listrik dari sumber luar mengalir
melaluinya pada satu arah. Sehingga dapat digunakan untuk mengubah arus bolak
balik (alternating current = AC) menjadi arus searah (direc current = DC).
Gambar 1.3
c. LED
LED (Light Emitting Diode atau Light Emitting Device) merupakan salah
satu diode semikonduktor yang dirancang untuk menghasilkan sejumlah besar
cahaya monokromatis yang tidak koheren dengan rentang panjang gelombang yang
sempit ketika diberi tegangan maju
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
3
LED selain sebagai sistem pencayaan dimanfaatkan pula sebagai sensor
dan digunakan pula pada peralatan elektronik seperti remote control.
Gambar 1.4
d. Fotosel Cds
Fotosel CdS biasa disebut juga fotoresistor, fotokonduktif atau LDR (ligh
dependent resistor) merupakan salah satu detektor cahaya yang sangat peka
terhadap perubahan intensitas cahaya yang mengenai permukaannya. Fotosel CdS
terbuat dari bahan semikonduktor cadmium sulfida yang ditempelkan di atas
keramik dengan diameter dari 5-25 mm.
Bagian-bagian fotosel detektor seperti yang tertera pada Gambar.
Gambar 1.5
Prinsip kerja fotosel CdS sebagai detektor adalah perubahan nilai resistansi atau
hambatan fotosel berbanding terbalik dengan intensitas cahaya yang mengenai
permukaannya. Jika dihubungkan dengan multimeter atau avometer CdS menjadi
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
4
konduktor yang buruk atau CdS memiliki resistansi besar pada saat cahaya gelap
atau redup, dan sebaliknya CdS menjadi konduktor yang baik atau CdS memiliki
resistansi kecil pada saat cahaya terang.
1.3 Unsur Pembuat
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 menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari
alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen
(O2).
Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing 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 ionion atom tetangganya pada suhu yang sangat rendah (0°K). Struktur atom silikon
divisualisasikan seperti gambar berikut :
Gambar 1.6
Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom
keinti 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.
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
5
Macam macam bahan semikonduktor dan penggunaanya
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
6
Berdasarkan murni atau tidak murninya bahan, semikonduktor dibedakan
menjadi dua jenis, yaitu semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik.
a.
Semikonduktor Intrinsik
Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor murni tanpa adanya bahan
pengotor.Silikon dan Germanium merupakan dua jenis semikonduktor yang sangat
penting dalam elektronika. Keduanya terletak pada golongan IVA dalam tabel
periodik dan mempunyai elektron valensi empat. Struktur kristal silikon dan
germanium berbentuk tetrahedral dengan setiap atom memakai bersama sebuah
elektron valensi dengan atom-atom tetangganya.
Energi yang diperlukan untuk memutus sebuah ikatan kovalen adalah sebesar 1,1 eV
untuk silikon dan 0,7 eV untuk germanium. Pada temperatur ruang (300K), sejumlah
elektron mempunyai energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan dan
tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas. Besarya energi
yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari pita valensi kepita konduksi ini
disebut energi terlarang (energy gap). Jika sebuah ikatan kovalent terputus, maka
akan terjadi kekosongan atau lubang (hole). Pada daerah dimana terjadi kekosongan
akan terdapat kelebihan muatan positif, dan daerah yang ditempati electron bebas
mempunyai kelebihan muatan negatif. Kedua muatan inilah yang memberikan
kontribusi adanya aliran listrik pada semikonduktor murni. Jika elektron valensi dari
ikatan kovalen yang lain mengisi lubang tersebut, maka akan terjadi lubang baru
ditempat yang lain dan seolah-olah sebuah muatan positif bergerak dari lubang yang
lama ke lubang baru.
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”.
Akibat adanya dua pembawa muatan tersebut, besarnya rapat arus dinyatakan sebagai
konduktivitas. Karena timbulnya lubang dan elektron terjadi secara serentak, maka
pada semikonduktor murni, besar energi yang dibutuhkan untuk membentuk
pasangan elektron dan hole pada semikonduktor intrinsik ditentukan oleh jarak celah
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
7
energi antara pita valensi dengan pita konduksi semakin jauh jaraknya maka semakin
besar energi yang dibutuhkan untuk membentuk elektron – hole sebagai pembawa
muatan.
b.
Semikonduktor Ekstrinsik
Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang prosesnya melalui
proses pendopingan atau pengotoran bahan atom tertentu pada bahan semikondultor
untuk menaikkan daya hantar semikonduktor. Terdapat dua tipe dalam semikonduktor
ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe n dan semikonduktor tipe p.
1.
Semikonduktor tipe n
Semikonduktor tipe n dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom
pengotor pentavalent pada silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini
mempunyai lima elektron valensi sehingga secara efektif memiliki muatan
sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalent menempati posisi atom silikon dalam
kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalent
lengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan. Dengan adanya
energi thermal yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi electron bebas dan
siap menjadi pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. Material yang
dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-n, karena
menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang netral. Dan karena atom
pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom
donor
2.
Semikonduktor Tipe p
Dengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe n, semikonduktor
tipe p dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor trivalent
pada semikonduktor murni, misalnya: silikon murni. Atom-atom pengotor
(dopan) ini 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 yangdisebut
lubang (hole). Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
8
semikonduktor tipe p. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom
pengotor ini disebut sebagai atom aseptor (acceptor).
1.4 Karakteristik Bahan Semikonduktor
Semikonduktor elemental terdiri atas unsur – unsur pada system periodik
golongan
IV
A
seperti
silikon
(Si),
Germanium
(Ge)
dan
Karbon
(C).Karbon semi konduktor ditemukan dalam bentuk Kristal intan.Semikonduktor intan
memiliki konduktivitas panas yang tinggi sehingga dapat digunakan dengan efektif
untuk mengurangi efek panas pada pembuatan semikonduktor laser.
Semikonduktor gabungan (kompon) terdiri atas senyawa yang dibentuk dari
logam unsur periodik golongan IIB dan IIIA (valensi 2 dan 3) dengan non logam pada
golongan VA dan VIA (valensi 5 dan 6) sehingga membentuk ikatan yang stabil
(valensi 8). Semikonduktor gabungan III dan V misalnya GaAs dan InP, sedangakan
gabungan II dan VI misalnya CdTe dan ZnS.
1.5 Pengembangan Semikonduktor
Saat ini para ilmuwan dan insinyur sedang melakukan riset untuk mengimprove
teknologi semikonduktor berbasiskan material ZnO. Material tersebut memiliki energi
gap (energi antara pita valensi dan konduksi) sebesar 3.34 eV dalam temperatur ruang
dan energi eksiton (pasangan electron dan hole) sebesar 60 meV. Sehingga material
tersebut berpotensi untuk dikembangkan dalam aplikasi optoelektronik dan lapisan tipis
transparent conductive oxide (TCO) seperti dalam aplikasi UV laser, UV LED dan
elektroda solar cell atau photovoltaic. Oleh karena itu material ini diprediksikan akan
menggeser kejayaan material GaN dalam aplikasi optoelektronik yang sudah
berkembang. Secara ekonomis, karena harga produksinya juga lebih kecil maka
peluang ZnO semakin besar untuk menggantikan GaN.
Dari uraian di atas penulis yakin bahwa riset dibidang fabrikasi dan karakterisasi
nano pada material semikonduktor untuk aplikasi optoelektronika memiliki peluang
yang baik untuk dikembangkan. Mengacu pada pidato pengukuhan guru besar Prof.
Dr.rer.nat. Rosari Saleh dari Fakultas Matematika Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
9
Indonesia pada tanggal 1 Agustus 2007 silam yang menyatakan bahwa :
“Peran CMP mengembangkan alternatif sumber energi, khususnya solar energi, atau
photovoltaic/PV (devais semikondutor yang berkonversi energi matahari (photon)
menjadi listrik) menjadi topik utama. Hal ini dipicu oleh menipisnya sumber energi
fosil (minyak, batubara, gas) dan meningkatnya kebutuhan energi dunia yang telah
menimbulkan masalah, termasuk peperangan di dunia. Kebutuhan enargi dunia saat ini
adalah 13 terawatt, dan di perkirakan menjadi 30 terawatt pada tahun 2050”, penulis
beranggapan bahwa pengembangan teknologi devices semikonduktor dimungkinkan
akan lebih tepat untuk mengatasi kebutuhan akan sumber energi di Indonesia.
Alasannya adalah teknologi ini lebih beresiko kecil, natural resourses tersedia dan
kesiapan sumber daya manusianya sudah ada. (iwan0002@ntu.edu.sg)
Adapun perkembangan semikonduktor dari segi device solar sell atau
photovoltaik. Secara umum, penggunaan panel photovoltaik oleh pemerintah
dikoordinir oleh BPP Teknologi. Beberapa tempat yang diketahui penulis sedang
melakukan aktivitas pembuatan sel surya ini di Indonesia adalah di Puspitek Serpong,
LEN dan ITB. Usaha seperti ini diharapkan bisa menjadi embrio bagi industri sel surya
dalam negeri atau bahkan industri semikonduktor
1.6 Gambar
Gambar 1.1 Sel Surya
Gambar 1.2 Sel Surya
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
10
Gambar 1.3 Dioda
Gambar 1.5 Fotosel Cds
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
Gambar 1.4 LED
Gambar 1.6 Unsur Pembuat Semikonduktor
11
BAB II
PENUTUP
2.1 Kesimpulan
Semikonduktor merupakan bahan dengan konduktivitas listrik yang berada
diantara insulator dan konduktor. Semikonduktor bersifat sebagai insulator pada
temperatur yang sangat rendah (mendekati 0oK), namun pada temperatur ruangan
(sekitar 30oK) besifat sebagai konduktor. Bahan dasar semikonduktor dapat digolongkan
atas tiga jenis yaitu Trivalent, Tetravalent, dan Pentavalent yang masih murni
(semikonduktor
intrinsik),
namun
setelah
pendopingan
atau
mengotoran,
muncullah semikonduktor baru yaitu semikonduktor ekstrinsik (tak murni) yang
memiliki dua tipe yaitu semikonduktor tipe n dan semikonduktor tipe p. Semikonduktor
ekstrinsik inilah yang digunakan sebagai bahan dasar elektronika seperti dioda,
transistor, Integrated Circuit dan lain sebagainya.
2.2 Saran
Kegunaan bahan semikonduktor sangatlah penting dalam kehidupan sehari-hari.
Tidak hanya dalam dunia medis saja yang membutuhkan bahan semikonduktor, akan
tetapi sanggatlah penting juga dalam elektronika, karena bahan semikonduktor
(misalnya silikon dan germanium), hanya memerlukan sedikit saja bahan doping atau
campuran untuk mengubah bahan semikonduktor agar dapat dipergunakan. Oleh karena
itu, mari kita sebagai mahasiswa kejuruan Teknik Elektro mempelajari kehebatankehebatan bahan semikonduktor, mungkin kita nanti bisa menciptakan alat dari bahan
tersebut dan berguna dalam elektronika
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
12
DAFTAR PUSTAKA
http://karya-wahyu-siswanto.blogspot.co.id/2016/03/vbehaviorurldefaultvmlo.html
http://bimaelektro.blogspot.co.id/2013/05/bahansemikonduktorsemikonduktor.ht
ml
http://firmansyahahmadhotim13.blogspot.co.id/2015/11/vbehaviorurldefaultvmlo.
html
Semikonduktor |Teknik Elektro KK Unimus
13