SEMIKONDUKTOR DAN DIODA

 

SEMIKONDUKTOR DAN DIODA

Desti Nur Annisa / I0321033 / Teknik Industri

SEMIKONDUKTOR

A. Apasih Bahan Semikonduktor itu?

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara bahan isolator dan konduktor sehingga bahan ini juga disebut sebagai bahan setengah penghantar listrik. Bahan semikonduktor memiliki nilai hambatan jenis sebesar 10^-6 sampai 10⁴ ohm meter. Selain itu, bahan semikonduktor juga memiliki pita terlarang (forbidden band) atau energy gap (EG) yang relative kecil kira-kira sebesar 1 eV.

Gambar 1 (Pita Konduksi dan Pita Valensi Bahan Konduktor, Semikonduktor, dan Isolator)

Sumber:https://image.slidesharecdn.com/semikonduktor-131221081956-phpapp01/95/semikonduktor-4-638.jpg?cb=1387614071

Pita terlarang adalah daerah kosong antara pita valensi dan pita konduksi. Pita valensi adalah pita energi teratas yang terisi penuh oleh elektron. Pita konduksi adalah pita energi diatas pita valensi yang berisi Sebagian atau tidak terisi oleh elektron.

B. Macam-Macam Bahan Semikonduktor? 

Bahan semikonduktor dapat dikelompokkan menjadi 3, yaitu:

Ø Trivalent

Atom logam yang memiliki electron valensi sebanyak 3 buah, seperti: Boron (B), Gallium (Ga), dan Indium (In).

Ø Tetravalent

Atom logam yang memiliki jumlah electron valensi sebanyak 4 buah, seperti: Silikon (Si) dan Germanium (Ge).

Ø Pentavalent

Atom logam yang memiliki electron valensi sebanyak 5 buah, seperti: Fosfor (P), Arsenikum (As), dan Antimon (Sb).

C. Tabel Bahan Semikonduktor

II B	III A	IV A	V A	VI A
	B Boron	C Carbon	N Nitrogen
	Al Aluminium	Si Silikon	P Phosphorus	S Sulfur
Zn Zinc	Ga Galium	Ge Germanium	As Arsenic	Se Selenium
Cd Cadmium	In Indium	Sn Timah	Sb Antimon	Te Tellurium
Hg Merkuri		Pd Timbal	Bi Bismuth

Tabel 1 (Tabel Bahan Semikonduktor)

                Tabel Karakteristik Bahan Semikonduktor

Material	Lattice Parameter (nm)	Melting Point (K)	Energy GAP (25 derajat Celcius)	Electron Mobility	Hole Mobility (cm2/Vs)
Diamond Si Ge ZnS ZnSe ZnTe CdTe HgTe CdS AlAs AlSb GaP GaAs GaSb InP InAs InSb	0,3560 0,5431 0,5637 0,5409 0,5669 0,6101 0,6477 0,6460 0,5832 0,5661 0,6136 0,5451 0,5653 0,6095 0,5869 0,6068 0,6479	-4300 1685 1231 3200 1790 1568 1365 943 1750 1870 1330 1750 1510 980 1338 1215 796	5,4 1,12      1 0,68      1 3,54      D 2,58      D 2,26      D 1,44      D -0,15 2,42     D 2,16     1 1,60     1 2,26     1 1,43     D 0,67     D 1,27     D 0,36     D 0,165   D	1,800 1,450 3,600 120 530 530 1,050 25,000 340 1,200 200 110 8,500 5,000 4,600 30,000 80,000	1400 450 1900 5 28 100 100 350 50 420 420 75 400 850 150 460 1250

Tabel 2 (Tabel Karakteristik Bahan Semikonduktor)

Bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah Si dan Ge dengan jumlah electron Si adalah 14 buah dan Ge adalah 32 buah yang memiliki electron valensi masing-masing sebanyak 4 buah.

D. Jenis-Jenis Bahan Semikonduktor

Berdasarkan bahan penyusunnya, jenis semikonduktor dapat dibagi menjadi:

1.             Semikonduktor Intrinsik (Murni)

Semikonduktor Intrinsik (Murni) adalah semikonduktor yang tersusun beraturan tanpa adanya perubahan susunan kristal yang setiap atomnya terikat oleh 4 ikatan kovalen dengan 4 atom yang saling berdekatan dan saling mengikat satu dengan yang lainnya. Contohnya Germanium (Ge) dan Silikon (Si).

Sifat semikonduktor intrinsik dipengaruhi oleh tingkat suhu. Pada suhu yang sangat rendah, semua elektron berada pada ikatan kovalen dan tidak ada elektron bebas yang membawa muatan sehingga bisa dikatakan sebagai isolator. Sedangkan, pada suhu kamar, agitasi termal mengakibatkan beberapa elektron valensi keluar dari ikatan kovalen menjadi elektron bebas diikuti dengan terbentuknya hole (lubang) sebagai pembawa muatan positif yang disebut dengan pembangkitan (generation) sehingga pada peristiwa ini disebut sebagai konduktor dengan konduktansi rendah.

Tabel 3 (Sifat Bahan Silikon dan Germanium) 

2.                 Semikonduktor Ektrinsik

Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang sudah dimasukkan sedikit ketidakmurnian (doping) untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah yang lebih banyak dan permanen untuk menghantarkan listrik sehingga hambatan jenis nya mengalami penurunan.

Tujuan doping pada semikonduktor ekstrinsik adalah untuk meningkatkan konduktivitas dan memperoleh semikonduktor yang hanya memiliki satu pembawa muatan (elektron, yang bermuatan negatif atau hole, yang bermuatan positif)

Semikonduktor ekstrinsik terdiri dari dua macam, yaitu:

a.    Semikonduktor Tipe-N

Semikonduktor jenis ini memiliki atom pengotor bervalensi 5 atau pentavalent, seperti P, As, dan Sb. Atom pengotor pada tipe ini disebut dengan atom donor dan pembawa muatannya adalah elektron (muatan negative).

Pengotoran (doping) antara atom pengotor dengan atom asli sangatlah kecil sebesar 1 : 100 juta sampai dengan 1 : 1 juta sehingga setiap atom pengotor tidak terikat dalam ikatan kovalen dan dapat menjadi elektron bebas bervalensi lima yang tidak terikat dalam ikatan kovalen. Oleh karena itu, jumlah elektron bebas akan meningkat sesuai jumlah atom pengotornya melebihi hole.

b.    Semikonduktor Tipe-P

Semikonduktor jenis ini memiliki atom pengotor bervalensi 3 atau trivalent, seperti B, Ga, dan In. Atom pengotor pada tipe ini disebut dengan atom akseptor dan pembawa muatannya adalah hole atau bermuatan positif. Perbandingan atom pengotor dengan atom murni sangatlah kecil, maka setiap atom pengotor yang bervalensi 3 hanya menyediakan 3 elektron dalam ikatan kovalen sehingga adanya kekosongan (hole) yang menyebabkan meningkatnya jumlah hole dibandingkan elektron bebas yang terbentuk akibat suhu.

 

DIODA

A.      Apa itu Dioda?

Dioda adalah komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor yang mempunyai 2 elektroda (terminal), yaitu anoda (positif) dan katoda (negatif) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor, yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.

Gambar 2 (Simbol Dioda)

Sumber: https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjPC-D40pLiWyPqSzUX9nZKAMJnpWj0jpJ1PunpyyktA4N77MfQHpwwGH93Uhkyr9PZh6XFh8TmdF6FxZfohTzirIEDO1zsdGiDc4xQoMeoG9AF6tZ-lvXoyfBiCZQ7AQewm9vDhvTuVDo/s1600/symbol+for+a+semiconductor+diode.jpg

 

B.    Fungsi Dioda

Dioda memiliki beragam fungsi, diantaranya:

1.     Sebagai penyearah arus

2.     Alat penyetabil tegangan

3.     Sebagai indikator

4.     Sebagai saklar

5.     Sebagai sensor cahaya

C.     Cara Pemasangan Dioda

Gambar 3 (Cara Pemasangan Dioda)

Sumber: https://teknikelektronika.com/wp-content/uploads/2014/08/Cara-Pemasangan-Dioda-dalam-Rangkaian-Elektronika.jpg

 

D.    Jenis-Jenis Dioda

1.     Dioda Zener

Gambar 4 (Simbol Dioda Zener)

Dioda zener merupakan dioda sambungan P-N dari Si dan Ge yang mendapat pengotongan banyak dan bekerja di daerah dadal (break down) yang arusnya dibatasi oleh tahanan luar dan disipasi daya dari dioda.  Secara fisik dioda Zener hampir mirip seperti dioda lainnya dan dikenal dengan kode IN, seperti IN 750 (untuk daya 10 Watt), IN 4000 (untuk daya tinggi).

Penggunaan diode Zener, yaitu:

·       Untuk regulator tegangan Zener 6,2 Volt, dan 3,2 Volt.

·       Referensi tegangan yang tetap.

·       Melindungi alat-alat dari kerusakan akibat tegangan.

2.     LED (Light Emiting Dioda)

Gambar 5 (Simbol Dioda LED) 

LED adalah dioda sambungan semikonduktor P-N yang jika diberikan prasikap maju akan mengeluarkan cahaya tampak. Jika elektron bebas pada semikonduktor tipe N terletak pada pita energi yang lebih tinggi daripada hole di daerah semikonduktor tipe P, maka elektron bebas akan berkombinasi dengan hole membentuk perbedaan (kelebihan) energi yang akan diubah menjadi panas atau cahaya.

Dioda jenis ini mengubah energi listrik menjadi energi cahaya dengan jangkauan panjang gelombang mulai 550 nm (hijau) sampai 1300 nm (inframerah). Contohnya, yaitu pada Ga-As, Ga-P, dan Ga-As-P. LED tidak akan mengeluarkan cahaya jika dipasang pada prasikap balik. Operasi LED pada arah balik akan menyebabkan LED cepat rusak.

Penggunaan LED, yaitu:

·     Sebagai indikator,

·     Memasukkan informasi ke memori komputer optik,

·     Penggunaan dalam komunikasi yang menggunakan kabel serat optik.

3.     Photodioda Sambungan P-N

Gambar 6 (Simbol Dioda Photo)

Sambungan P-N adalah dioda sambungan P-N yang jika dikenai cahaya tahanan baliknya berubah menjadi lebih kecil. Dalam gelap, tahanan baliknya sangat besar sehingga tidak menghantarkan arus listrik. Kegunaan dioda ini adalah untuk saklar, pencacah cepat yang menghasilkan pulsa arus ketika cahaya diberi gangguan, alat deteksi, alat komunikasi optik dan lain-lain.

4.     Dioda Silikon

Gambar 7 (Simbol Dioda Silikon)

    Dioda silikon digunakan untuk menyearahkan arus, dan pengamanan tegangan kejut. Contohnya IN 4001, IN 4007, dan IN 5404.

5.     Dioda Bridge

Gambar 8 (Simbol Dioda Bridge)

Diode bridge adalah jenis diode yang terdiri dari empat dioda normal yang umumnya digunakan sebagai penyearah gelombang penuh dalam rangkaian pencatu daya (power supply).

6.     Dioda Laser

Gambar 9 (Simbol Dioda Laser)

Dioda laser adalah jenis dioda yang dapat menghasilkan radiasi atau cahaya koheren yang dapat dilihat oleh mata dan spektrum inframerah ketika dialiri arus listrik.

7.     Dioda Varactor

Gambar 10 (Simbol Dioda Varactor)

Diode varactor atau diode varicap adalah jenis diode yang memiliki sifat kapasitas yang berubah-ubah sesuai dengan tegangan yang diberikan.

8.     Dioda Tunnel

Gambar 11 (Simbol Dioda Tunnel)

Dioda Tunnel atau diode terowongan adalah jenis diode yang mampu beroperasi pada kecepatan yang sangat tinggi dan berfungsi pada gelombang mikro (micromave).

9.     Dioda Schottky

Gambar 12 (Simbol Dioda Schottky)

Dioda Schottky adalah jenis tegangan maju yang lebih rendah daripada diode normal. Diode ini banyak digunakan pada aplikasi rectifier (penyearah), clamping, dan aplikasi RF.

E.     Cara Mengukur Dioda dengan Multimeter Digital

Gambar 13 (Multimeter dan Dioda)

Sumber: https://www.bing.com/th?id=OIP.--tqV4CZ3nchio8lPpIBZQHaEU&w=200&h=116&rs=1&qlt=80&o=6&dpr=1.4&pid=3.1

                    Berikut merupakan cara mengukur dioda menggunakan multimeter digital:

1.       Aturkan Posisi Saklar pada Posisi Dioda

2.       Hubungkan Probe Hitam pada Terminal Katoda (tanda gelang)

3.       Hubungkan Probe Merah pada Terminal Anoda.

4.       Baca hasil pengukuran di Display Multimeter

5.       Display harus menunjukan nilai tertentu (Misalnya 0.42 V)

6.       Balikan Probe Hitam ke Terminal Anoda dan Probe Merah ke Katoda

7.       Baca hasil pengukuran di Display Multimeter

8.       Tidak terdapat nilai tegangan pada Display Multimeter.

(Jika terdapat Nilai tertentu, maka Dioda tersebut berkemungkinan sudah Rusak.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DAFTAR PUSTAKA

Staff.uny.ac.id. Materi V Dioda: Operasi, Jenis, dan Fungsi. Diakses pada 30 Oktober 2022, dari Microsoft Word - MINGGU KELIMA.doc (uny.ac.id)

Berita.yahoo.com. Jenis-Jenis Dioda Lengkap Beserta Ketahui Perbedaannya. Diakses pada 30 Oktober 2022, dari Jenis-Jenis Dioda Lengkap Beserta Penjelasannya, Ketahui Perbedaannya (yahoo.com)

Idoc.pub. Definisi Semikonduktor Intrinsic dan Semikonduktor Ektrinsik. Diakses pada 30 Oktober 2022, dari Definisi Semokonduktor Intrinsic Dan Semikonduktor Ekstrinsik [d49oz0pmw149] (idoc.pub)

2016. Dasar Semikonduktor dan Dioda. Diakses pada 30 Oktober 2022, dari Slide 1 (ub.ac.id)