Koleksi

Apa itu Semikonduktor

Apa itu Semikonduktor

Teknologi semikonduktor dan semikonduktor membentuk dasar dari sebagian besar industri elektronik saat ini. Transistor, dioda, sirkuit terintegrasi, dan banyak perangkat lainnya semuanya memiliki teknologi semikonduktor yang sama. Sebagai hasil dari tingkat fleksibilitas yang luar biasa yang disediakan oleh teknologi semikonduktor, hal itu telah memungkinkan elektronik untuk mengambil alih banyak area kehidupan sehari-hari, yang tidak mungkin dapat dipahami lima puluh tahun yang lalu.

Konduktor dan Non-Konduktor

Arus listrik terjadi ketika ada aliran elektron ke arah tertentu. Karena elektron memiliki muatan negatif, pergerakannya berarti muatan mengalir dari satu titik ke titik lainnya dan inilah yang dimaksud dengan arus listrik.

Untuk memungkinkan arus mengalir, elektron harus dapat bergerak bebas di dalam material. Dalam beberapa material, elektron bergerak bebas di sekitar kisi, meskipun jumlah elektron dan ruang yang tersedia seimbang sehingga material itu sendiri tidak membawa muatan. Dalam material ini elektron bergerak bebas tetapi secara acak. Dengan menempatkan beda potensial di seluruh konduktor, elektron dapat dibuat melayang ke satu arah dan ini merupakan arus listrik. Banyak bahan mampu menghantarkan listrik, tetapi logam merupakan contoh yang paling umum.

Tidak seperti logam, ada banyak material lain yang semua elektronnya terikat kuat pada molekul induknya dan tidak bebas bergerak. Oleh karena itu, ketika sebuah potensial ditempatkan melintasi zat, sangat sedikit elektron yang dapat bergerak dan sangat sedikit atau tidak ada arus yang mengalir. Zat ini disebut non-konduktor atau isolator. Mereka termasuk sebagian besar plastik, keramik dan banyak zat alami seperti kayu.

Semikonduktor

Semikonduktor tidak termasuk dalam kategori konduktor atau non-konduktor. Sebaliknya mereka berada di antara keduanya. Berbagai bahan termasuk dalam kategori ini, dan itu termasuk silikon, germanium, galium arsenida, dan berbagai zat lainnya.

Dalam keadaan murninya, silikon adalah isolator tanpa elektron bebas dalam kisi kristal. Namun untuk memahami bagaimana ia bertindak sebagai semikonduktor, pertama-tama lihat struktur atom silikon dalam keadaan murni. Setiap molekul dalam kisi kristal terdiri dari inti dengan tiga cincin atau orbit yang mengandung elektron, dan setiap elektron memiliki muatan negatif. Inti atom terdiri dari neutron yang netral dan tidak bermuatan, dan proton yang bermuatan positif. Dalam atom terdapat jumlah proton dan elektron yang sama sehingga seluruh atom tidak memiliki muatan keseluruhan.

Elektron dalam silikon, seperti pada unsur lainnya tersusun dalam cincin dengan jumlah elektron yang ketat di setiap orbit. Dering pertama hanya bisa berisi dua, dan yang kedua memiliki delapan. Cincin ketiga dan luar silikon memiliki empat. Elektron di kulit terluar dibagi dengan elektron dari atom yang berdekatan untuk membentuk kisi kristal. Ketika ini terjadi, tidak ada elektron bebas di kisi, membuat silikon menjadi isolator yang baik. Gambar serupa dapat dilihat untuk germanium. Ia memiliki dua elektron di orbit paling dalam, delapan di orbit berikutnya, 18 di orbit ketiga, dan empat di orbit terluar. Sekali lagi ia membagi elektronnya dengan elektron dari atom yang berdekatan untuk membuat kisi kristal tanpa elektron bebas.

Kotoran

Untuk membuat silikon atau semikonduktor lainnya menjadi bahan konduktor sebagian, perlu untuk menambahkan sedikit pengotor ke dalam bahan tersebut. Ini sangat mengubah properti.

Jika jejak pengotor bahan yang memiliki lima elektron di cincin terluar atomnya ditambahkan, mereka memasuki kisi kristal yang berbagi elektron dengan silikon. Namun karena mereka memiliki satu elektron ekstra di cincin terluar, satu elektron menjadi bebas bergerak di sekitar kisi. Ini memungkinkan arus mengalir jika potensi diterapkan di seluruh material. Karena jenis bahan ini memiliki kelebihan elektron dalam kisi, bahan ini dikenal sebagai semikonduktor tipe-N. Pengotor khas yang sering digunakan untuk membuat semikonduktor tipe-N adalah fosfor dan arsen.

Dimungkinkan juga untuk menempatkan unsur-unsur yang hanya memiliki tiga elektron di kulit terluarnya ke dalam kisi kristal. Ketika ini terjadi, silikon ingin berbagi empat elektronnya dengan atom lain dengan empat atom. Namun karena pengotor hanya memiliki tiga, ada ruang atau lubang untuk elektron lain. Karena jenis bahan ini memiliki elektron yang hilang, bahan ini dikenal sebagai bahan tipe P. Kotoran khas yang digunakan untuk material tipe-P adalah boron, dan aluminium.

Lubang

Sangat mudah untuk melihat bagaimana elektron dapat bergerak mengelilingi kisi dan membawa arus. Namun tidak begitu jelas untuk lubang. Ini terjadi ketika sebuah elektron dari orbit lengkap bergerak mengisi lubang, meninggalkan lubang asalnya. Elektron lain dari orbit lain kemudian bisa masuk untuk mengisi lubang baru dan seterusnya. Pergerakan lubang di satu arah sesuai dengan pergerakan elektron di arah lain, oleh karena itu disebut arus listrik.

Dari sini dapat dilihat bahwa elektron atau lubang dapat membawa muatan atau arus listrik. Akibatnya, mereka dikenal sebagai pembawa muatan, hole menjadi pembawa muatan untuk semikonduktor tipe P dan elektron untuk semikonduktor tipe N.

Ringkasan

Prinsip di balik semikonduktor bisa terlihat cukup jelas. Namun butuh waktu bertahun-tahun sebelum banyak dari propertinya dapat dieksploitasi, dan lebih banyak lagi sebelum dapat dimurnikan. Saat ini, banyak proses yang digunakan dengan semikonduktor telah sangat dioptimalkan dan komponen seperti sirkuit terintegrasi sangat canggih. Namun mereka mengandalkan fakta bahwa berbagai area semikonduktor dapat didoping untuk membuat semikonduktor tipe-P dan tipe-N.

Daftar istilah semikonduktor yang umum

  • Biaya operator - Pembawa muatan adalah partikel gratis (seluler, tidak terikat) yang membawa muatan listrik, mis. elektron atau lubang.
  • Konduktor - Bahan di mana elektron dapat bergerak bebas dan listrik dapat mengalir.
  • Elektron - Partikel sub-atom yang membawa muatan negatif.
  • Lubang - Tidak adanya elektron valensi dalam kristal semikonduktor. Gerakan sebuah lubang ekivalen dengan gerakan muatan positif, yaitu berlawanan dengan gerakan elektron.
  • Isolator - Bahan yang tidak memiliki elektron bebas untuk mengalirkan listrik.
  • Pembawa mayoritas - Pembawa arus, baik elektron bebas atau lubang yang berlebih yaitu sebagian besar di area tertentu dari bahan semikonduktor. Elektron adalah pembawa mayoritas di semikonduktor tipe-N, dan lubang di area tipe-P.
  • Pembawa minoritas - Pembawa arus, baik elektron bebas atau lubang yang merupakan minoritas di area tertentu dari suatu bahan semikonduktor
  • Tipe-N - Area semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron.
  • Tipe-P - Area semikonduktor yang memiliki lubang berlebih.
  • Semikonduktor - Bahan, yang bukan merupakan isolator atau konduktor penuh yang memiliki tingkat konduktivitas listrik menengah dan di mana konduksi terjadi melalui lubang dan elektron.


Tonton videonya: Elektronika Dasar 01 Teori Semikonduktor (September 2021).