MEMAMFAATKAN KEHADIRAN TEKNOLOGI MIKROELEKTRONIKA UNTUK PENGA JARAN F I S I K A DITC:~!~~

MEMAMFAATKAN KEHADIRAN TEKNOLOGI MIKROELEKTRONIKA
UNTUK PENGA JARAN FISIKA

-

D I T C : ~ TGL.
!~~ .
SUMEfR / HRRGA :

13 k,

:
N2.INVENTARIS :
:
KLPSIFIKA5I
KOLEKSI

)f

K(
1231

,,r,;"

IK. IqC

..
-I

CILEH
DRA.

FESTIYED.

MS d a n DR5.

ADIAR

U I A J U E A N PADA
S E M I N A R I L M I A H DOSEN-DOSEN

JURUSAN P E N D I D I E A N F I S I E R

T'ANGGAL 26 NOPEMEER 1993
D I RUANG L A F O R A T n R I U M EELEETRONIKA

JlJRUSAN PENID I J3 IK A N FTIS I k:R

F P M :[ F'A I P:: I F' PADANG

KATA PENGANTAR

Ilengan

rasa

syubrur

k e h h a d i . r a d A l l a h h S?W:;T,

dan

Oahaqia

uenu1is

b:.arena denaan F'iahmacl dan t::arr.rn:ianva

:i cra pent-rl is d a p a t menvel.esailian C:.arya il i n . i a h

"Memanfaatkan

narljatI*;an

kehadiran

Teknologi

yang

berj~rd~r!

Mikroelektronika

untuk

Pengajaran Fisika'.
t"'enu1i s a n i n i b e r t ~jruars i.\ntub:. fnemberi k a n c~ambaran pada
pendengar- s e i n i n a r menaenai

tnanf aa.t

fniliroeIek1-.1-~~17:i.E:.ad a l a m

p e n a a j a r a n F i s i k a khususnva ap:l.i.liasi ma.kab:.r-tli.ah
dasar

I dan : [ I .
t::arva i n i p e n ~ r l i ssusr-rn b e r - d a s a r k a n

dan dic;ki.rsi

psnnli s

nrengr.rcanb:.an

liepada semua aihab:. yang te1,ah

.i.ni..

s,tudi.

kepr.rs.takaan

denwan t i m p e r l i u l i a h a n ~ . l e k t ~ ~ o n i b : . a .

S s ~an
l ju'tnya

karva

@leb::l::r.o17ika

Dan

b e l u m l a h sempnrna,

peni.\iis
un t u k

jcrga
itu

banvab:.

m~mban1:u

dalatn

menvadat-i.
p e n ~ ii ls

ter-ifnab:.asi.h
penyel~saian

bawa

b:.nr-ya

mengliarapkan

p a r a p e n d e n g a r serni.nar untub:. metnberikan krit.i.l.:.an
d o m i penyempurnaan p e n u l i s a n b p r i k u t n v a .
F:'adang, 20 Nopember 1993

dan

ini.

kepada
saran

DAFTAR IS1

iii

MEMAMFAATKAN KEHADIRAN TEKNOLOGI MIKROELEKTRONIKA
UNTUK F E N G A J A R A M F I S I K A *

o1eh:Dra. F e s t i y e d , M S d a n Drs. Adiar

I . PENDAHULUAN

Perkembangan yang amat p e s a t d i b i d a n g
y a n g k e t n u d i a n d i s e b u t s e b a g a . i a.wa.1
k e d u a membawa

dampak

sebelumnya

tidak

benda-benda

yang

banyak

kedalarn

mengunakan

berbagai

Berbagai
sehari-hari
produk

d a l a m b e n t u k s e d e r h a n a , maupun y a n g
d i b i d a n g A u d i o , tnuncul disc d a n
y a n g d a l a m mutu

suara

tak

industri

Revolusi

sendi-sendi

terjamah.
digunakan

dari

Mikroelektronika

kehidupan
perlatan

telah

serta

sedemikian

Mikruelektonika,
cukup

digital

rumit.
Audio

tertandingi

pita

maupun p i r i n g a n h i t a m , b e 1 y a n g k a - l a u d i p e n c e t

yang

baik

Misalnya

Tape

cDaT>

kaset

biasa

mengeluarkan

s u a r a , m i s a l n y a : A s s a l a m u a l a i k u m w w ; T e l p o n s i s t e ~ nd i g i t a l
: T e l e v i s i warna. s i s t e m d i g i t a l

multi

sistem;

atau

j a u h l a g i s i s t e m k o m u n i k a s i y a n g d i p a k a i Nasa d a l a m
M a r i n e r , V i k i n g d a n P i o n e e r semuanya d i g i t a l ,

lebih
program

Satelit

buni

s e p e r t i L a n d s a t d a n I n t e l s a t p u n m e n g i r i m d a t a keburni s e c a r a
d i g i t a l dan s e t e r u s n y a

*D i s a r n p a i k a n

Mungkin

ada

yang

belum

menyadari

dalari seminar ilmiah staf pengajar F i s i k a
FPMIPA I K I P P a d a n g 26 Nopember 1 9 9 3

bahwa t e k n o l o g i M i k r o e l e k t r o n i k a i t u j u g a b i s a

dimanfaatkan

u n t u k nernbentu p e n g a j a r a n f i s i k a .

1 1 . PEMANFAATAN MIKROELEKTROMIK UMTUK PENGAJARAN F I S I K A

ilnu

F i s i k a ada1a.h

p e n g e t . a h ~ ! a n ~ n a n r ~ s i at e r i t a n g

rfan.

p e r a . n : s a i s e . j u a l a ! ~g e j a l n - g e . i a l a

c!eskripsi

kuantitatif

~nerupakan upaya

a l a ~ na t a u d e n g a n k a t a

alam

tentang

untuk

menu l a r k a n

tentang perangai-perangai

yang

Pengajaran.
ilmu

sudah

kepada mereka yang i n g i n rnengenalnya,

dan

biasanya
atau

Fisika

pengetahuan

diketahui

rnaka,siswa y a n g s e d a n g b e l a j a r d i s e k o l a h

lain

tersebut,
siswa

d i

atau

perguruan

tinggi.

Agar

illnu

dan

pengetahuan

dapat

dikuasai,

pengajaran

F i s i k a dibagi dalam s i k l u s - s i k l u s sebagai berikut:

- Siklus
-

pertama

Siklus

(Fisika

dasar)

kedua

(Mekanika,

n a g n e t ,Termodinarnika,

Gelombang

Listrik
dan

Fisika

Modren)

-

S i k l u s k e t i g a ( F i s i k a Kuantum, F i s i k a S t a t i s t i k ,
Pendahuluan F i s i k a

zat

padat

dan

Pendahuluan

Fisika Inti).
S i k l u s pertama sarnpai ke
k e r j a (Maternatik,

t iga

dilennkapi

dengan

perkakas

S t a t i s t k a , Konlputasi d a n dan E l e k t r o n i k a ) ,

d a n merancang /melakukan

percobaan

.

J a d i d i s i n i yang menjadi t i t i k persoalan adalah
perkakas k e r j a yang s a l a h s a t u bahasannya Elektronika.

bagian
Fada

bidang ilmu

Elektronika

ini

diharapkan

dapat

memberikan

pengetahuzn untuk mengussi b e r b a g a i p e r a l a t a r ! dan
F i s i k a . Dari t u j u a n
jurusan

Fisika

yang

bersama

diharapkan
mahasiswa

ini
yang

Tim

percobaan
Elektronika

berminat

telah

berhasil
merakit peralatan

untuk

pratikum

lain-lain

dan

adalah:

- P e n c a c a h desima.1 3 d i g i t d i p a d u dengan C o u n t e r
- Intercom
- Termometer d i g i t a l
- Lampu

hias

kedip-kedip

untuk

anilnasi

gerak

elektron

- Dan l a i n - l a i n < l n a s i h d a l a m e n g u j i a n >
Senlua

peralatan

teknologi

yang

disebutkan

Mikroelektonika.

diatas

lne~namfa a t k a n

j elasnya

Untulc

akan

d i d e m o n t r a s i k a n cara pemakaiannya.

111. FENGERTIAtl MIKROELEKT'RONIRA

S e l a n j u t n y a mungkin
lebih

lanjut

secara

ada

manfaatnya

sederha.na

M i k r o e l e k t r o n i k a i n i . Diawali
F i s i k a w a n d a r i B e l l System
Brattain,

dan

Jonh

tahun

dijelaskan

mengenai

pengert ian

1940-an,

sekelompok

Laboratorium:

Bardeen,

kalau

Shockley,

Walter

membuat

diode
adalah

berhasil

s e m i k o n d u k t o r menggunakan k r i s t a l

germanium.

Diode

s u a t u komponen

menghantar

arus

dalam

satu

elektronika

arah

saja.

yang
Diode

menyerahkan tegangan bolak-balik,

dapat
dan juga

listrik

digunakan
untuk

untuk

mengambii

isyarat

suara

Sebetninya

yang

.sudah

ditumpangi
lama

orang

pada

gelombang

dapat

membuat

radio.

diode

dari

s e l e n i u m , namun m u t u n y a k u r a n g b a i k .
ini

adalah

digunakan

k r i s t a l semikonduktor murni yang d i b u b u h i

dengan

atom-atom

Keistimewaaan

tertentu,
,Senis-n

membentuk

semikonduktor

kristal

. Dioda yang

dioda i n i kecil:

g e r m a n iuni

diode

terbentuk

disebut

hanya memerlukan

s a ~ n b u n g a np n p a t a u n p n , d a p a t

dibuat

yang b e r h a s i l d i b u a t o l e h t i g a orang
Untuk

penemu3.n

itu

dan
likuran

sehingga

dengan

komponen

membuat

yang

transistor
tersebut

mereka

,

pn.

sedikit,

adalah,

~neperkuati s y a r a t . I n i l a h yang disebut

t a h u n 1947.

dioda

bahan

murah h a r g a n y a . L e b i h p e n t i n g lagi

jenis-p

dapat

bipolar,

diatas

mendapat

pada
hadiah

Nobel.
Dengan

adanya

transistor.

e l e k t r o n i k a de.lam u k u r a n

kecil

lahis
clan

r a d i o t r a n s i s t o r , penguat t r a n s i s t o r .

pula

alat-alat

l-~arga nurah,
disamping

seperti

itu

dapat

berupa saklar elektronik berupa:
-

u n t u k s a k l a r daya. y a i t u u n t u k t e g a n g a n d a n

arus

yang besar

- untuk saklar

dalam bentuk s a k l a r

yang

komplek

digunakan untuk isarat yang k e c i l
kedua b e n t u k d i atas berkembang j a d i e l e k t r o n i k a d i g i n t a l .
Kemudian, d i t e m u k a n s i l i c o n s e b a g a i p e n g a n t i
dengan kelebihan-kelebihan,

antara lain, dapat

pada temperatur s e r t a frekkwensi,
l e b i h t i n g i . Demikian p u l a

susunan

daya

dan

dalad

germanium

dipergunakan
tegangan

yang

transistor

juga

mengalami pengembang y a i t u dengan d i b u a t n y a
{Junction Field Transitor). I n i

transitor

dikembangkan

lebih

l a g i m e n j a d i y a n g d i s e b u t MOSFET (Metal O x y d e
awal

F i e l d Effect T r a n s i t o r ) . Pada

tahun

JFET
lanjut

Se~niconductor

1960,

teknologi

e l k t r o n i k a z a t p a d a t maju s e l a n g k a h l a g i d e n g a n d i t e n ~ u k a n n y a
IC ( I n t e g r a t e d

Circuit)

atau

ra.ngkaia.n

terpadu.

Dengan

ada.nya I C , komponen e l e k t r o n i k a m e n j a d i

makin

kecil

D e n g a n m e g u n a k a n t r a n s i t o r MOSFET.

dalam

bentuk

dikenal

sebagai.

arus

listrik.

Metal

CMOS(Comp1ementory

S e m i c o n d ~ c t o r ) ,d a p a t d i b u a t IC
Ini

yang

memungkinkan

e l e k r t o n i l c s e p e r t i .jam d i g i n t a l ,

lagi.

Oxyde

irit

amat

negunakan

alat-alat

dibuatnya.

kalkulator,

dan

komputer

y a n g ama.t k e c i l , namun m e n l i l i k i ke1narnpua.n y a n g l e b i h

Dalam I C i n i k o m p o n e n - k o m p o n e n

ya.ng

tadinya

yang

tingi.

terpisah-pisah

d i r a n g k a . i k a n m e n j a d i s a t u dalanl s e b u a h c h i p s b e r u k u r a n dalam
serpih)

adalah

kepingan

lcecil y a n g b e r b e n t u k e m p a t p e r s g i

pa-jang

tempat

demensi

nlm.

Jad i chips(=

diimplementasikan

silicon
semua

IC

.

Dalam a r t i ya.ng l e b i h l u a s , c h i p s s e r i n g p u l a d i g u n a k a n
u n t u k menujukan kemasan y a n g b e r i s i c h i p - c h i p .
t e r u s berkernbang p e s a t , d a n s e k a r a n g
y a i t u Teknologi Mikro-Eletkronika.
ukura.n s u a t u I C s a n g a t k e c i l y a i t u

mernperoleh

lagi

IC

d i

nama

IC
baru

Mama i n i d i b e r i k a n k a r e n a
dalam

p n ~ ) ,t a p i mepunyai kepadatan yang s a n g a t
k i n i , orang mebagi

Teknologi

gital

orde
tingi.

rnikro(=
Pada

berdasarkan

10

rnasa
jumlah

t r a n s i s t o r a t a u rangkaian logika yang terkandung didalamnya,
m e n j a d i I C SSI (SmaLL S c a l e I n t e g r a t i o n ) ,

dengan

k2padatan

100

sampai

1000

komponen;

dan

VLSI

(Very

Large

Scale

koponen .

I n g r a t i o n ) , d e n g a n kepa.data.t-1 1 0 . 0 0 0 s a m p a i 1 0 0 . 0 0 0

jam

I C u n t u k rnemori s e m i k o n d u k t o r , m i k r o p r o s e s o r p e r i f e r a l ,
g i t a l , dan l a i n - l a i n ,
Dengan

penelitian

kebanyakan d i b u a t dalam

berkesenarnbungan,

p e n e l i t i rnikrochip t e l a h

menemukan

bentuk

kini

VLSI

.

(1993)

para

untuk

lebih

teknologi

l n e m p e r m i n i u k u r a n c h i p y a n g s e b e l u t t l n y a d i d u g a . suda.h
sampai s e p e r t i g a n y a , dengan kepadatan 1.000.000

minimu~tl

atau

lebih

ini

tidal,

komponen y a n g d i k e n a l d e n g a n I C s u p e r - m i k r o c k i p .
Perkembangan t e n o l o g i e l e k t r o n i k a z a t p a d a t

hanya. b e r t u m p u p a d a p e n i n g k a t a n k e p a d a t a n k u a t u c h i p s ,
.jugs d a l a m h a 1 p r o s e s p e m b u a t a n komponen

tapi

itu sendiri,

yaitu

p e n c a r i a n m a t e r i a l semikonduktor d a . r i gabungan m e t a l v a l e n s i

I11 d a n v a l e n s i I V , s e p e r t i
lain-lain

dengan

kemanlpuan

GaAs,

InSb,

bekerja

CaSb,

pada

f r e k w n s i yang l e b i h t i n g i . Bentuk d a s a r I C

FbTi,

dan

temperratur

dan

dikenal

sebagai

w a f e r , dengan s e t r u k t u r n y a t e r d i r i d a r i t i g a l a p i s a n matrial
yang berbeda. Lapisan d a s a r yang r e l a t t i f
s i l i c o n type-p,

d i atas l a p i s a n

ini

lebih tebal adalah

dibuat

lapisan

y a i t u lapisan e p i t a x i a l berupa s i l i c o n type-n.
i n i kemudian d i l a p i s i

lagi

dengan

lapisan

kedua

Struktur
ketiga,

p-n
yaitu

l a p i s a n t i p i s SIOZ ( S i l i c o n D i o k s i d a )
Lapisan
khusus :

silikon

melindungi

kontamidasi
(pengendapan)

oleh

dioksida
permukaan

impurity

secara

dasar s u a t u I C ( s e p e r t i

dari

selektif

ini

mempunyai

sernikonduktor
luar
berbagai

transistor,

serta

dua

fungsi
terhadap

mendepositan

komponen-komponen

dioda,

resistor,

dan

k a p a s i t o r ) . Semua komponen
semikonduktor

dan

itu terbuat dari

merupakan

daerah-daerah type-p

dan

material

hubungan-hubungan

type-n

dibentuk

d a e r a h yang didoping(diinjeksikan

dengan

antara

melalui

d i f u s i . Suatu t r a n s i s t o r d a s a r , lnisalnya t e r d i r i

dari

proses

dari

ketidak

tiga

murnian)

s e c a r a b e r b e d a a n t a r a s a t u sama l a i n . u n t u k m e m b e n t u k

suatu

struktur

diode

n-p-n

dari

suatu

mernbutuhkan d u a d a e r a h

yang

transistor.
membentuk

pn

Suatu
dan

k a p a s i t o r hampir m i r i p dengan d i o d e ,

tapi

daerah

menyusun

yang

lebih

besar

untuk

dia

np.

Suatu

membutuhkan
nilai-nilai

k a p a s i t a n s i n y a . Sedangkan s u a t u r e s i s t o r d a p a t d i b e n t u k d a r i
m a t e r i a l type-p
hubungan

atau

p-n.

material

Semua

proses

type-n,
pembuatan

tanpa

membutuhkan

komponen

tersebut

d i l a k u k a n dalam p r o s e s yang d i s e b u t F a b r i k a s i .
Selama d a l a n p r o s e s p a b r i k a s i , s i l i c o n
yang

merupakan

bagian

terbesar

dari

wafer

suatu

tersebut

I n e l e w a t i p r o s e s k i m i a f i s i k a ( l e b i h d a r i 100 k a l i ) .
proses

kimia

perakitan.
mengandung

fisika

Dalam

dilewati,

proses

beratus-ratus

dipotong-potong.

framenya

sebuah
IC

Kemudian

d i l e k a t k a n pada frame.
kekaki-kaki

ini,

proses

dengan

Setelah

selanjutnya
wafer

adala

yang

telah

dipisah-pisahkan

dan

tersebut

potongan-potongan

Tiap-tiap

tela

chips

terminal

IC

benang-benang

dihubungkan

enas.

Proses

p a l i n g a k h i r a d a l a h h pembungkusan c h i p s d e n g a n k e d a p ,
menghindar i

pengaruh-pengaru

goncangan-goncangan
disebut

sebagai

yang

proses

keras.

dari
Proses

encapsilation.

luar

untuk
seperti

pembungkusan
Ssetela

ini

melewati

serangkaian penguj i a n kua.lita.s,

r-b-

chips

dipasarkan.

I V . DAFTAR BACAAN

----------------

.

M a j a l a h Aku T a h u ,

hdlsi

No. 5 6 T h . 1 9 8 7

No. 6 5 T h 1 9 8 8 , No. 1 1 9 T h 1 9 9 3
C . B a r t e e , Thomas, Digital Computer F u n d a m e n t a l ,

McGraw-Hill,

Inc,

1985

S u t r i s n o , Buku Materi P o k o k E l e k t r o n i k a I1 M o d u l 6 - 9
Karunika J a k a r t a . Universitas
t e r b u k a , 1986