Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti diode, transistor dan 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 elektronnya dapat bergerak bebas.
Sebenarnya atom tembaga dengan lambing kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dan dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang disebut nucleus. Dibutuhkan energy yang sangat besar untuk melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron yang ke-29, berada pada orbit paling luar.
Orbit terluar disebut pita valensi dan elektron yang berada pada pita ini dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu elektron yang jaraknya ‘jauh’ dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan energi sedikit saja elektron ini mudah terlepas dari ikatannya.
Gambar 1.1
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 kea rah potensial yang sama. Fenomena ini yang disebut arus listrik.
Isolator adalah atom yang memiliki elektron valensi sebanyak 8 buah, dan dibutuhkan energy yang besar untuk melepaskan elektron-elektron ini. Dapat ditebak, semikonduktor merupakan unsur yang susunan atomnya memiliki elektron valensi lebuh dari satu dan kurang dari delapan. Tentusaja yang paling “semikonduktor” adalah unsur yang atomnya memiliki empat elektron valensi.
Susunan Atom Semikonduktor
Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya Silikon (Si), Germanium (Ge), dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu merupakan satu-satunya bahan yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan ini silikon menjadi lebih populer setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada di bumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca dan batu-batuan yang lain merupakan bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon.
Struktur atom Kristal silikon, satu inti (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang setabil adalah jika dikelilingin oleh delapan elektron, sehingga empat buah elektron atom Kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah , struktur atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar berikut.
Gambar 1.2 Struktur dua dimensi Kristal Silikon
Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi ini, bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang berpindah untuk menghantarkan listrik. Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energy panas, sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor yang baik.
Para ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping tersebut dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi yang bebas dalam jumlah yang lebih banyak dan permanen, sehingga diharapkan dapat menghantarkan listrik.
Tipe-N
Semi konduktor tipe-N ini terbentuk karena silikon diberikan 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. Semikonduktor tipe-N ini disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.
Gambar 1.3 Doping atom pentavalen
Tipe-P
Semikonduktor tipe-P ini terbentuk karena silikon diberi doping Borono, Gallium atau Indium. Dimana untuk mendapat silikon tipe-P, bahan dopingnya adalah bahan trivalent yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 bah elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron. Dengan demikian kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-P.
Gambar 1.4 Doping atom trivalent
Resistansi
Resistor merupakan semikonduktor tipe-N atau tipe-P yang berdiri sendiri. Sama seperti resistor karbon, semikonduktor memiliki resistansi. Cara ini dipakai untuk membuat resistor di dalam sebuah komponen semikonduktor. Namun besar resistansi yang bias didapat kecil karena terbatas pada volume semikonduktor itu sendiri.
0 comments:
Post a Comment