SEMIKONDUKTOR: JENIS, APLIKASI DAN CONTOH - DUDAS - 2026

The semikonduktor adalah elemen yang melakukan fungsi konduktif selektif atau isolasi, tergantung pada kondisi eksternal yang mereka dikenakan, seperti suhu, tekanan, radiasi dan medan listrik atau magnet.

Dalam tabel periodik terdapat 14 unsur semikonduktor, di antaranya adalah silikon, germanium, selenium, kadmium, aluminium, galium, boron, indium dan karbon. Semikonduktor merupakan padatan kristalin dengan konduktivitas listrik sedang, sehingga dapat digunakan setiap saat sebagai konduktor dan isolator.

Jika mereka digunakan sebagai konduktor, dalam kondisi tertentu mereka memungkinkan sirkulasi arus listrik, tetapi hanya dalam satu arah. Selain itu, logam ini tidak memiliki konduktivitas setinggi logam konduktif.

Semikonduktor digunakan dalam aplikasi elektronik, terutama untuk pembuatan komponen seperti transistor, dioda, dan sirkuit terintegrasi. Mereka juga digunakan sebagai aksesori atau pelengkap untuk sensor optik, seperti laser solid state, dan beberapa perangkat daya untuk sistem transmisi tenaga listrik.

Saat ini, elemen jenis ini banyak digunakan untuk perkembangan teknologi di bidang telekomunikasi, sistem kendali dan pemrosesan sinyal, baik dalam aplikasi domestik maupun industri.

Jenis

Ada berbagai jenis bahan semikonduktor, tergantung pada ketidakmurnian yang dimilikinya dan respons fisiknya terhadap rangsangan lingkungan yang berbeda.

Semikonduktor intrinsik

Mereka adalah unsur-unsur yang struktur molekulnya terdiri dari satu jenis atom. Di antara jenis semikonduktor intrinsik ini adalah silico dan germanium.

Struktur molekul semikonduktor intrinsik adalah tetrahedral; Artinya, ia memiliki ikatan kovalen antara empat atom di sekitarnya, seperti yang disajikan pada gambar di bawah.

Setiap atom dari semikonduktor intrinsik memiliki 4 elektron valensi; yaitu, 4 elektron yang mengorbit di kulit terluar setiap atom. Selanjutnya, masing-masing elektron ini membentuk ikatan dengan elektron yang berdekatan.

Dengan cara ini, setiap atom memiliki 8 elektron di lapisan paling dangkal, yang membentuk ikatan padat antara elektron dan atom yang menyusun kisi kristal.

Karena konfigurasi ini, elektron tidak mudah bergerak di dalam struktur. Jadi, dalam kondisi standar, semikonduktor intrinsik berperilaku seperti isolator.

Namun, konduktivitas semikonduktor intrinsik meningkat setiap kali suhu meningkat, karena beberapa elektron valensi menyerap energi panas dan terpisah dari ikatan.

Elektron ini menjadi elektron bebas dan, jika diarahkan dengan benar oleh perbedaan potensial listrik, dapat berkontribusi pada aliran arus dalam kisi kristal.

Dalam hal ini, elektron bebas melompat ke pita konduksi dan menuju ke kutub positif dari sumber potensial (baterai, misalnya).

Pergerakan elektron valensi menginduksi ruang hampa dalam struktur molekul, yang diterjemahkan menjadi efek yang serupa dengan yang dihasilkan oleh muatan positif dalam sistem, itulah sebabnya mereka dianggap sebagai pembawa muatan positif.

Kemudian, ada efek sebaliknya, karena beberapa elektron dapat jatuh dari pita konduksi ke kulit valensi melepaskan energi dalam prosesnya, yang disebut rekombinasi.

Semikonduktor ekstrinsik

Mereka menyesuaikan dengan memasukkan kotoran di dalam konduktor intrinsik; yaitu, dengan memasukkan elemen trivalen atau pentavalen.

Proses ini dikenal sebagai doping dan tujuannya adalah untuk meningkatkan konduktivitas material, untuk memperbaiki sifat fisik dan kelistrikannya.

Dengan mengganti atom semikonduktor intrinsik untuk atom komponen lain, dua jenis semikonduktor ekstrinsik dapat diperoleh, yang dirinci di bawah ini.

Semikonduktor tipe-P

Dalam hal ini, pengotor adalah elemen semikonduktor trivalen; yaitu, dengan tiga (3) elektron di kulit valensinya.

Elemen yang mengganggu dalam struktur disebut elemen doping. Contoh elemen ini untuk semikonduktor tipe-P adalah boron (B), gallium (Ga) atau indium (In).

Karena tidak memiliki elektron valensi untuk membentuk empat ikatan kovalen dari semikonduktor intrinsik, semikonduktor tipe-P memiliki celah pada ikatan yang hilang.

Hal ini membuat elektron yang tidak termasuk dalam kisi kristal melewati lubang ini yang membawa muatan positif.

Karena muatan positif dari celah ikatan, konduktor jenis ini ditandai dengan huruf "P" dan, akibatnya, diakui sebagai akseptor elektron.

Aliran elektron melalui lubang pada ikatan menghasilkan arus listrik yang bersirkulasi berlawanan arah dengan arus yang diturunkan dari elektron bebas.

Semikonduktor tipe N

Elemen intrusif dalam konfigurasi diberikan oleh elemen pentavalen; yaitu, mereka yang memiliki lima (5) elektron di pita valensi.

Dalam hal ini, pengotor yang dimasukkan ke dalam semikonduktor intrinsik adalah unsur-unsur seperti fosfor (P), antimon (Sb) atau arsen (As).

Dopan memiliki elektron valensi tambahan yang, tidak memiliki ikatan kovalen untuk diikat, secara otomatis bebas bergerak melalui kisi kristal.

Di sini, arus listrik bersirkulasi melalui material berkat kelebihan elektron bebas yang disediakan oleh dopan. Oleh karena itu, semikonduktor tipe-N dianggap sebagai donor elektron.

karakteristik

Semikonduktor dicirikan oleh fungsi ganda, efisiensi energi, keragaman aplikasi, dan biaya rendah. Karakteristik semikonduktor yang menonjol dijelaskan di bawah ini.

- Responsnya (konduktif atau isolasi) dapat bervariasi tergantung pada sensitivitas elemen terhadap pencahayaan, medan listrik, dan medan magnet di lingkungan.

- Jika semikonduktor mengalami suhu rendah, elektron akan tetap bersatu dalam pita valensi dan, oleh karena itu, tidak ada elektron bebas yang akan muncul untuk sirkulasi arus listrik.

Di sisi lain, jika semikonduktor terkena suhu tinggi, getaran termal dapat mempengaruhi kekuatan ikatan kovalen atom unsur, meninggalkan elektron bebas untuk konduksi listrik.

- Konduktivitas semikonduktor bervariasi tergantung pada proporsi pengotor atau elemen doping dalam semikonduktor intrinsik.

Misalnya, jika 10 atom boron termasuk dalam satu juta atom silikon, rasio tersebut meningkatkan konduktivitas senyawa seribu kali lipat, dibandingkan dengan konduktivitas silikon murni.

- Konduktivitas semikonduktor bervariasi dalam interval antara 1 dan 10 ^-6 S.cm ^-1 , tergantung pada jenis unsur kimia yang digunakan.

- Semikonduktor komposit atau ekstrinsik dapat memiliki sifat optik dan listrik yang jauh lebih unggul daripada sifat semikonduktor intrinsik, contohnya adalah galium arsenida (GaAs), yang digunakan terutama dalam frekuensi radio dan penggunaan lain dari aplikasi optoelektronik.

Aplikasi

Semikonduktor banyak digunakan sebagai bahan baku dalam perakitan elemen elektronik yang menjadi bagian dari kehidupan kita sehari-hari, seperti sirkuit terpadu.

Salah satu elemen utama dari rangkaian terintegrasi adalah transistor. Perangkat ini memenuhi fungsi menyediakan sinyal keluaran (osilasi, diperkuat atau diperbaiki) sesuai dengan sinyal masukan tertentu.

Selain itu, semikonduktor juga merupakan bahan utama dioda yang digunakan dalam rangkaian elektronik untuk memungkinkan arus listrik mengalir hanya dalam satu arah.

Untuk desain dioda, persimpangan semikonduktor ekstrinsik tipe-P dan tipe-N. Dengan bergantian donor elektron dan elemen pembawa, mekanisme penyeimbang diaktifkan antara kedua zona.

Jadi, elektron dan lubang di kedua zona berpotongan dan saling melengkapi jika diperlukan. Ini terjadi dalam dua cara:

- Terjadi perpindahan elektron dari zona tipe-N ke zona P. Zona tipe-N memperoleh zona muatan yang didominasi positif.

- Ada bagian lubang bantalan elektron dari zona tipe-P ke zona tipe N. Zona tipe-P memperoleh muatan negatif yang dominan.

Akhirnya, medan listrik terbentuk yang menginduksi sirkulasi arus hanya dalam satu arah; yaitu, dari zona N ke zona P.

Selain itu, menggunakan kombinasi semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik dapat menghasilkan perangkat yang melakukan fungsi yang mirip dengan tabung vakum yang berisi ratusan kali volumenya.

Jenis aplikasi ini berlaku untuk sirkuit terintegrasi seperti chip mikroprosesor yang mencakup sejumlah besar energi listrik.

Semikonduktor terdapat pada perangkat elektronik yang kita gunakan dalam kehidupan kita sehari-hari, seperti peralatan garis coklat seperti televisi, pemutar video, peralatan suara; komputer dan ponsel.

Contoh

Semikonduktor yang paling banyak digunakan dalam industri elektronik adalah silikon (Si). Materi ini hadir pada perangkat-perangkat yang membentuk sirkuit terpadu yang menjadi bagian dari kehidupan kita sehari-hari.

Paduan silikon germanium (SiGe) digunakan dalam sirkuit terintegrasi berkecepatan tinggi untuk radar dan amplifier instrumen listrik, seperti gitar listrik.

Contoh lain dari semikonduktor adalah gallium arsenide (GaAs), banyak digunakan dalam penguat sinyal, khusus untuk sinyal dengan penguatan tinggi dan tingkat kebisingan rendah.

Referensi

1. Brian, M. (nd). Bagaimana Semikonduktor Bekerja. Diperoleh dari: electronics.howstuffworks.com
2. Landin, P. (2014). Semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik. Diperoleh dari: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (nd). Semikonduktor. Diperoleh dari: whatis.techtarget.com
4. Semikonduktor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, Inggris. Diperoleh dari: britannica.com
5. Apa itu semikonduktor? (sf). © Hitachi High-Technologies Corporation. Diperoleh dari: hitachi-hightech.com
6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Semikonduktor. Diperoleh dari: es.wikipedia.org