Semikonduktor I

Mengenal Semikonduktor dan Aplikasinya


by : Iwan (9/9/2007)

Semikonduktor adalah suatu material yang memiliki karakteristik diantara konduktor dan insulator. Hal ini dapat dipahami dari karakter energi gap semikonduktor yang berada diantara konduktor dan isolator. Tentunya untuk masing-masing atom atau senyawa memiliki besar energi yang berbeda. Semikonduktor sangat bergantung dari temperatur. Pada temperatur terntentu semikonduktor dapat menghantarkan listrik atau bertindak sebagai konduktor, namun daya hantar atau konduktivitasnya lebih rendah dibandingkan dengan konduktor. Pada temperatur yang sangat rendah, material semikonduktor akan memiliki karakter seperti insulator. Penambahan jumlah impuritas pada material semikonduktor juga dapat menambah sifat konduktivitas listriknya.

Berikut ini merupakan beberapa elemen kimia dan senyawa yang merupakan material semikonduktor, silicon (Si), germanium (Ge), dan galium arsenit (GaAs). Sifat konduktivitas listrik dari material semikonduktor dapat bertambah selain karena adanya impuritas juga disebabkan karena adanya efek dari temperatur dan cahaya. Konduktivitas bertambah akibat dari penambahan jumlah elektron valensi di dalam material semikonduktor tersebut. Elektron valensi atau biasa disebut sebagai elektron yang berada di kulit terluar merupakan pembawa arus listrik.

Asumsikan terdapat material semikonduktor murni (intrinsic) seperti Si, Si memiliki jumlah elektron valensi sebanyak 4 buah, elektron-elektron tersebut berpasangan dan membentuk ikatan kovalen dengan elektron dari atom lainnya. Dalam keadaan ini elektron-elektron valensi tidak dapat bebas bergerak seperti halnya elektron bebas yang menghasilkan arus listrik. Bila diberikan temperatur tertentu atau cahaya, akan menyebabkan elektron tereksitasi keluar dari ikatan tersebut. Sebagai akibatnya elektron akan lebih bebas bergerak danmenghasilkan arus listrik. Ketika elektron tadi tereksitasi, elektron akan meninggalkan kekosongan posisi atau yang biasa dikenal sebagai hole. Hole juga dapat bergerak di lokasi tersebut dan memberikan kontribusi adanya aliran listrik. Elektron dapat tereksitasi tentunya temperatur atau cahaya tadi memiliki energi yang lebih besar dari energi ikatan elektron di dalam struktur kristal Si. Energi tersebut biasa disebut sebagai energi gap.

Doping
Doping merupakan sebuah proses dari penambahan impuritas (pengotor) ke dalam semikonduktor murni (intrinsik). Penambahan doping tersebut dimaksudkan untuk menambah konduktivitas listrik material semikonduktor. Perbedaan jumlah elektron elektron antara doping material (dopan) dan elektron dalam semikonduktor murni dapat menghasilkan negatif (semikonduktor tipe n) atau positif (semikonduktor tipe p) pembawa sifat listrik. Dopan disebut atom akseptor apabila menerima elektron dari atom semikonduktor. Sedangkan dopan disebut donor apabila menyumbangkan elektron ke atom semikonduktor. Misalkan atom Si yang memiliki 4 buah elektron valensi, dua pasang elektron tersebut akan membentuk ikatan kovalen. Untuk menghasilkan semikonduktor tipe n, dibutuhkan atom yang memiliki lebih banyak elektron. Misal atom phosporus (P) yang memiliki elektron valensi 5 buah. Atom P tersebut apabila di dopingkan ke dalam semikonduktor Si akan memberikan elektron ekstra, sehingga elektron tersebut akan membuat semikonduktor tipe n. Sedangkan untuk menghasilkan semikonduktor tipe p, dibutuhkan atom dengan jumlah elektron kurang dari elektron yang dimiliki semikonduktor Si. Misal atom aluminium (Al) yang memiliki elektron valensi 3 buah. Atom Al yang didopingkan ke dalam semikonduktor Si akan berikatan dengan 3 buah atom Al, artinya ada sebuah elektron dari Si yang tidak berpasangan dengan Al. Maka Semikonduktor tersebut memiliki hole yang bertindak sebagai penghasil sifat listrik. Dengan kata lain semikonduktor menjadi bertipe p.

p-n junction
Dari uraian di atas kita sudah mengenal tipe dari semikonduktor akibat pemberian doping. Akibat pemberian doping ternyata semikonduktor dapat bertipe n atau p. Ketika kedua tipe semikonduktor tersebut dijadikan satu, maka semikonduktor tersebut bersifat p dan n. Daerah tempat terjadinya kontak antara kedua tipe semionduktor disebut pn junction. Dari penggabungan ini kita mengenal dioda yang menghasilkan arus listrik hanya dalam satu arah saja (direct current). Kombinasi dari pn junction dapat digunakan untuk membuat transistor dan berbagai devices semikonduktor yang sifat kelistrikannya dapat dikontrol. Sedangkan hasil dari penggabungan transistor yang dihasilkan oleh pn junction tersebut dengan dipadukan oleh komponen pasif serta komponen aktif dalam sebuah chip tunggal dari silikon adalah integrated circuit yang biasa dikenal di kalangan masyarakat sebagai IC. IC memiliki kegunaan yang sangat luas di dunia elektronik, semua perangkat elektronik seperti komputer, handphone, dan peralatan digital elektronik lainnya menggunakan IC sebagai komponen dasarnya.

Referensi
1. www.siliconfareast.com
2. H. Ibach and H. Luth, Solid State Physics, 2nd edition, Springer, 1995