SEMIKONDUKTOR
Pengertian Dasar
Semikonduktor adalah sesuai
dengan namanya (setengah penghantar) mempunyai daya hantar yang besarnya antara
harga daya hantar konduktor dan daya hantar isolator.
·
Sifat
Semikonduktor dipengaruhi oleh :
–
Susunan pita
konduksi bahan
–
Susunan pita
valensi bahan
- Perbandingan
celah energi dengan bahan lain
·
Bahan
Semikonduktor yang sering
dipakai di dunia elektronika adalah dari bahan :
–
Germanium (Ge)
–
Silikon (Si)
·
Jenis
Semikonduktor :
o Intrinsik
o Ekstrinsik
Semikonduktor
instriksik adalah timbulnya konduksi
pada bahan-bahan tersebut disebabkan oleh proses intrinsik (karena ernergi
termal) dari bahan dan tanpa adanya pengaruh bahan tambahan.
Semikonduktor
ekstrinsik adalah dengan megotori
bahan-bahan (Ge, Si) dengan bahan lain mislkan arsenikum (As), boron (B)
Doping adalah proses penyuntikan bahan tambahan terhadap
semikonduktor murni.
·
Dari hasil
doping diperoleh bahan Semikonduktor dua tipe :
–
Tipe P
–
Tipe N
·
Tipe P adalah
bahan semikonduktor murni yang mendapat tambahan bahan B (Boron), Al
(Aluminium), Ga (Galium), In (Indium)
·
Tipe N adalah
bahan semikonduktor murni yang mendapat tambahan bahan P (Phospor), As (Arsen),
At (Antimon).
PEMBAWA MUATAN.
Pembawa muatan
semikonduktor ada dua macam :
–
Hole (Lubang)
–
Elektron
Hole maksudnya adalah jika
semikonduktor murni Ge yang mempunyai 4 elektron di kulit terluarnya
mendapatkan doping dari bahan lain 3 elektron bebas sehingga kristal Ge
kekurangan 1 elektron (mempunyai hole) Elektron maksudnya adalah jika
semikonduktor murni Ge yang mempunyai 4 leketron bebas di kulit terluarnya
mendapatkan doping dari bahan lain 5 elektron bebas sehingga kristal Ge
kelebihan 1elektron.
Atom Akseptor adalah bahan
semikonduktor yang ditambahkan pada Ge yang menimbulkan kekurangan elektron
(menimbulkan hole). Contoh atom akseptor
adalah atom dari Boron, aluminium, gallium, indium. Letak atom akseptor pada
celah energi lebih dekat pada vita valensi
Atom Donor adalah bahan
semikonduktor yang ditambahkan pada Ge yang menimbulkan kelebihan elektron. Contoh
atom donor adalah phospor, arsen, antimon
Letak atom donor pada celah energi lebih dekat pada pita konduksi Bahan
jenis P adalah bahan yang banyak mendung hole sedangkan elektron bebasnya
sedikit sehingga hole merupakan pembawa mayoritas dan elektron pembawa muatan
minoritas. Bahan jenis P ini berlaku sebagai akseptor.
Bahan jenis N adalah bahan
yang banyak mendung elektron bebas sehingga elektron bebas sebagai pembawa
muatan mayoritas dan hole sebagai pembawa mutan minoritas. Bahan jenis N inilah
sebagai donor.
Sambungan PN (PN Junction)
Jika jenis P dan jenis N
disambungkan menjadi satu maka akan menjadi dioda (diode). Untuk bahan jenis P disebut anoda
(anode), sedangkan untuk bahan jenis N disebut katoda (katode).
Pada sambungan PN
bertegangan, elektron dan hole yang terletak dekat sambungan saling menarik dan
bergabung sehingga timbul tegangan oleh minoritas hole pada bahan jenis N dan
minoritas elektron pada bahan jenis P, sehingga seakan-akan terdapat baterai
dengan tegangan kecil yang polaritasnya berbeda dengan polaritas tegangan
sumber.
Tegangan yang timbul ini disebut dengan potensial
barier (tegangan penghalang).
Tegangan barier ini akan mengakibatkan aliran dan
perpindahan muatan mayoritas akan berhenti jikalau tegangan maju (foreward)
tidak cukup besar.
Tegangan Maju (Foreward Bias).
Apabila
sambungan PN dipasang tegangan luar yang polaritasnya berbeda dengan potensial
barier akan terjadi dua akibat penting :
Pertama,
dengan adanya tegangan luar tersebut tegangan (+) akan menolak hoe pada bahan
jenis P ke arah sambungan (junction) sementara muatan (-) juga akan menolak
elektron ke arah sambungan.
Kedua, selanjutnya potensial
barier pada sambungan akan dinetralkan. Akibat pembawa muatan mayoritas dapat
menembus sambungan dan akan menimbulkan aliran arus.
Tegangan Terbalik (Reverse Bias)
Dengan
membalik polaritas tegangan luar sehingga searah dengan potensial barier maka
hal ini akan menyebabkan bertambahnya pengaruh dari potensial barier. Pembawa muatan mayoritas akan semakin sulit
untuk menembus sambungan.
Walaupun
pembawa muatan mayoritas tidak dapat mengalir akibat adanya tegangan mundur
tadi, tegangan mumdur akan menyrbabkan muatan minoritas menembus sambungan.
Dengan adanya tegangan mundur, pembawa muatan mayoritas akan tertarik menjauhi
sambungan sehingga potensial barier semakin besar.
Tegangan Barier untuk dioda ada dua macam :
–
0,6 V untuk
dioda yang terbuat dari bahan Silikon
–
0,2 V untuk
dioda yang terbuat dari bahan Germanium
Karakteristik Arus Tegangan Dioda Semikonduktor ada
dua macam :
Karektristik
Maju
Karakteristik maju diperoleh
dengan memberikan catu maju mulai dari tegangan sebesar 0 V pada sebuah dioda.
Pada tegangan 0 V arus yang mengalir realtif kecil karena adanya potensial
barier. Setalah tegangan barier dapat dilewati maka arus yang mengalir akan
bertambah dengan cepat seiring dengan naiknya tegangan luar.
Karakteristik Terbalik.
Karakteristik terbalik
diperoleh dengan memasangkan tegangan luar terbalik pada dioda, pembawa muatan
mayoritas tidak akan mengalir dan hanya pembawa muatan minoritas yang akan
mengalir. Dengan memperbesar tegangan reverse, mulai dari 0 V, arus reverse yang
terjadi akhirnya akan mencapai tingkat kejenuhan stelah melalui tegangan
tembusnya.
Kalau tegangan terbalik
dinaikkan terus secara beransur-ansur, arus bocor akan naik dengan sangat
lambat. Pada suatu harga tegangan –7 V (Si) arus naik dengan cepat. Pada saat
itu dicapai tegangan tembus atau tegangan zener (breakdown voltage).
Tegangan Bocor untuk dioda :
–
Dioda germanium
arus bocor berada diantara 2 s/d 10 mikro Ampere.
–
Dioda silikon
arus bocor berada diantara 20 s/d 100 nano Ampere.
Tahanan Dioda :
Jika dioda diberi tegangan
maju akan mengalirkan arus dari anoda ke katoda yang besar, berarti bahwa
tahanan arus yang mengalir dari anoda ke katoda adalah kecil.
Jika dioda diberi tegangan
terbalik maka arus yang menglir dari katoda ke anoda sangat kecil, ini berarti
bahwa tahanan terbalik dioda besar sekali.
Komponen-kompone yang terbuat dari Semikonduktor :
Dioda Zener adalah dioda
yang bekerja pada daerah zener (dapat melakukan arus yang berubah-ubah pada
suatu tegangan tertentu). Gunanya untuk membuat tegangan pada suatu rangkaian
sehingga menjadi tetap (stabil).
Dioda Cahaya (Light Emitting
Diode = LED) adalah suatu jenis dioda yang apabila diberi tegangan maju akan
menimbulkan cahaya pada sambungan PN-nya.
Diode Fote (Photo dioda)
adalah suatu jenis dioda yang tahanan terbaliknya berubah-ubah tergantung
kuatnya cahaya yang ada pada.
Transistor adalah
semikonduktor yang terbuat dari bahan P-N-P dan N-P-N, dan bisa juga terbuat
dari dua dioda –PN – NP -- dan --
NP—PN—
SUPERKONDUKTOR
Adalah bahan yang pada suhu
tertentu (sangat rendah) tahanannya mendekati nol sehingga apabila dialiri arus
listrik , maka arus akan terus mengalir dengan tidak usah ditambah tenaga
lagi.
Dr. Palmer N. Peters ahli fisika antariksa NASA tahun
1998 dalam percobaannya :
Jika superkonduktor di bawah pengaruh medan magnet
ternyata megambang di udara (efek suspensi)
Jika besi mangetnya dalam posisi bebas berada di dekat
superkonduktor besi magnet juga dapat mengambang di udara (efek levitasi)
Penemuan superkonduktor merupakan perkembangan ilmu
fisika modern yaitu Kriogenik (Criogenics) adalah salah suatu cabang ilmu pengetahuan, khususnya
fisika, yang mempelajari kelakuan zat-zat atau bahan-bahan dalam keadaan suhu
yang sangat rendah.
Davy, Faraday, Boyle, dan Lord Kelvin berhasil
merusmuskan hukum alam, yaitu bahwa hampir semua gas akan naik temeperaturnya
bila dimampatkan, serta akan turun suhunya bila dimuaikan.
Tahun 1885 dua ilmuwan Polandia, Karol S. Olszewski
dan Z. Von Wrolewski, berhasil mencairkan udara. Dua puluh tahun kemudian
berhasil dirumuskan bahwa suatu gas kecuali helium akan berwujud pada dalam
temperatur nol derajat mutlak (-273,16 oC atau 4,26 oK).
Superfluida adalah peristiwa dimana pada suhu 2,2 oK
helium cair berubah menjadi cairan helium yang mampu menghantarkan panas satu
juta kali lebih efektif dibandingkan tembaga, serta satu milyar kali lebih
efektif dibandingkan cairan normal.
Superkonduktifitas adalah peristiwa beberapa bahan,
teristimewa logam pada keadaan temeperatudiatas sedikit nol derajat mutlak
hambatan jenisnya menurun secara dratis, bahkan akan hilang (nol) ditemukan
oleh Kamerlingh Onnes pada tahun 1911.
Penemuan superkonduktor membawa pengaruh pada perlatan
elektronika seperti transformator, generator dan motor listrik sehingga dapat
dibuat peralatan tersebut diatas dengan effisiensi 100%.
Superkonduktor dapat juga merupakan pelindung (shield)
yang sempurna terhadap segala bentuk medan magnet.
Jenis-jenis Superkonduktor :
Jenis I (Pb, Ag, Sn) dengan beberapa sifat :
–
Menyalurkan arus
pada permukaannya sampai pada kedalaman 10-4 mm pada medan magnet
sehingga medan magnetnya menjadi sangat besar.
–
Menghantarkan
arus yang tetap sehingga menimbulkan medan magnet tanpa kerugian sebab medan
listriknya di semua tempat adalah nol
Jenis II dengan beberapa sifat :
–
Medan magnetnya
mencapai medan kritis
–
Suhu kritisnya
relatif sehingga merupakan peralihan atau berubah menjadi konduktor normal.
–
Menghantarkan
arus tetap sehingga menimbulkan medan magnet dengan kerugian kecil dan dapat
diabaikan.
PERANGKAT YANG SUDAH MENGGUNAKAN SUPERKONDUKTOR :
A.
Elektromagnet, karena dengan bahan superkonduktor dimungkinkan untuk
membuat elektromagnet yang kuat dengan ukuran kecil. Contohnya komponen magneto
Hidro Dinamik.
B.
Elemen
penghubung karena superkonduktor
mempunyai Hc dan To, maka dalam pemakaian superkonduktor sebagai elemen
penghubung dapat menggunakan salah satu besaran di atas. Contohnyamagnetik
dielektrik Cryotron sebagai pemutus komputer.
Aplikasi Superkonduktor di berbagai bidang antara lain
:
1.
Bidang
Komputer
–
Sebagai switch
pengganti bahan metal film, emas sehingga makin efisiensi dan efektivitas
meningkat.
–
Sel-sel memori
komputer sehingga makin cepat
–
Cryotrons
apalikasi superkonduktor pada teknologi komputer
2.
Bidang
Fisika
-
Fusilaser suatu
proses penghasil energi harapan di masa yang akan datang
3.
Bidang
Kedokteran
-
Temperatur yang
rendah (170 oK) akan mengakibatakan operasi pada pasien dapat
berjalan dengan baiak seperti operasi syaraf, mata, dan pengobatan kanker
4.
Bidang
Industri Tenaga Listrik
-
Transmisi dan distribusi tenaga dapat dilakukan dengan sempurna (100%)
5.
Bidang
Telekomunikasi
- Sebagai pen-switch-an kecepatan tinggi dalam
pikodetik tanpa cacat.
-
Detektor superkonduktor untuk transmisi khusus pada frekuensi 300 GHz.
- Antena
superkonduktif digunakan pada telepon
Tidak ada komentar:
Posting Komentar