1. Device semikonduktor adalah komponen elektronik yang menggunakan sifat materi semikonduktor seperti silikon dan germanium. Komponen ini dapat berbentuk diskrit atau terintegrasi dalam sirkuit terpadu. 2. Semikonduktor dapat dibedakan menjadi tipe N dan P, tergantung kelebihan muatan elektron atau lubang. Pada sambungan P-N akan terbentuk daerah pengosongan yang menghas

1. DEVICE SEMIKONDUKTOR
Device Semikonduktor merupakan sejumlah komponen elektronik yang menggunakan
sifat-sifat materi semikonduktor seperti Silikon, Germanium, dan lainnya. Alat-alat
semikonduktor dapat ditemukan dalam bentuk-bentuk dicrete (potongan) seperti transistor,
diode, dll, atau dapat juga ditemukan sebagai bentuk terintegrasi dalam jumlah yang sangat
besar (jutaan) dalam satu keping Silikon yang dinamakan Sirkuit terpadu (IC). Alasan utama
mengapa semikonduktor begitu berguna adalah konduktivitas semikonduktor yang dapat
dimanipulasi dengan menambahkan ketidakmurnian (doping, dengan pemberian sebuah medan
listrik, dikenai cahaya, atau dengan cara lain.
Semikonduktor yang siap untuk dijadikan sebagai komponen elektronika dapat
dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu Semikonduktor tipe N dan Semikonduktor tipe P.
Semikonduktor tipe N artinya muatannya kelebihan electron dan kekurangan ion positif (hole)
sehingga bisa dikatakan bahwa Elektron bersifat mayor, dan Hole bersifat minor. Sedangkan
untuk semikonduktor tipe P artinya muatan didalamnya kelebihan ion positif (hole) atau
kekurangan electron sehingga Elektron bersifat minor dan Hole bersifat mayor.
1. Sambungan P-N (P-N Junction)
P-N Junction terjadi apabila bahan jenis P dan bahan jenis N disambungkan, electron
bebas pada bahan tipe N akan berdifusi melalui sambungan, masuk ke dalam bahan tipe P dan

2. terjadi rekombinasi dengan lubang-lubang yang ada di dalam bahan P. Begitupun sebaliknya,
lubang dari bahan tipe P berdifusi masuk ke dalam bahan tipe N dan ber-rekombinasi dengan
electron dan saling meniadakan muatan. Akibatnya, tepat pada sambungan p-n terjad daerah
tanpa muatan bebas, yang disebut daerah pengosongan (depletion area). Oleh karena muatan
positif terpisah dari muatan negative, maka dalam daerah pengosongan terjadi medan listrik
yang melawan proses difusi selanjutnya. Dengan adanya medan listrik ini, terjadi beda
potensial listrik (bukit potensial) antara bagian p dan bagian n dalam daerah n dalam daerah
pengosongan.
Adanya kuat medan listrik menyebabkan terjadinya bukit potensial pada sambungan p-
n. Agar suatu electron dalam bahan n dapat menyebrangi sambungan haruslah electron tersebut
mempunyai energy lebih besar daripada bukit potensial, yaitu eVho (e= muatan electron). Pada
keadaan ini terjadi aliran arus minoritas, yaitu lubang yang ada di jenis n dan electron bebas
yang ada di jeni p, yang tidak dihalangi oleh bukit potensial akan tetapi bahkan dibantu untuk
menyeberang sambungan. Pada saat yang sama lubang yang ada di jenis p, yaitu pembawa
muatan mayoritas ada juga yang mempunyai cukup energy untuk menyeberang sambungan.
Dalam keadaan mantap kedua aliran ini saling meniadakan. Hal serupa terjadi dengan electron
bebas. Dapat disimpulkan arus diode sama dengan nol.
Gambar : a) Sambungan P-N. b) Sebaran rapat muatan ρ. c) Sebaran kuat medan listrik E.
d) Sebaran potensial V; Vho = bukit potensial.

3. 2. Dioda
Ciri diode adalah hubungan antara arus diode dan bea tegangan antara kedua ujung
diode. Untuk diode sambungan p-n, lengkung cirinya yaitu
Pada lengkung ciri diode, arus dioda iD = 0 jika vD = 0. Hal ini sesuai dengan keadaan tanpa
tegangan (vD = 0). Arus minoritas adan arus mayoritas mempunyai besar sama tetapi arah yang
berlawanan, sehingga arus total pada keadaan tanpa tegangan panjar sama dengan nol. Jika
diode diberi tegangan maju, yaitu vD > 0, arus iD mula-mula mempunyai nilai iD ≡ 0, sehingga
vD = Vpotong, setelah arus diode naik dengan cepatnya terhadap perubahan tegangan diode vD.
Pada tegangan mundur arus yang mengalir amat kecil, dan sampai batas-batas tertentu tak
bergantung pada tegangan diode. Arus ini terdiri dari arus pembawa muatan minoritas,
mengalir dari anoda ke katoda, dan disebut arus penjenuhan diode. Pada tegangan mundur
tertentu lengkung ciri turun dengan curam diakatakan terjadi kedadalan (breakdown).
Tegangan mundur pada keadaan itu disebut dengan tegangan dadal atau tegangan balik puncak
(peak inverse voltage- PIV).
Bias diode adalah cara pemberian tegangan luar ke terminal diode. Apabila A diberi
tegangan positif dan K diberi tegangan negative maka bias tersebut dikatakan bias maju
(forward bias). Pada kondisi bias ini akan terjadi aliran arus dengan ketentuan beda tegangan
yang diberikan ke diode atau VA-VK > Vj dan selalu positif. Sebaliknya apabila A diberi
tegangan negative dan K diberi tegangan positif, arus yang mengalir (IR) jauh lebih kecil dari

4. pada kondisi bias maju. Bias ini dinamakan bias mundur (reverse bias) pada arus maju (IF)
diperlakukan baterai tegangan yang diberikan dengan IF tidak terlalu besar maupun tidak ada
peningkatan IR yang cukup significant.
Dimana :
εj = medan listrik yang ada dijunction
ε = medan lisrik sumber bias dari luar (medan luar)
Apabila ε > εj maka akan terjadi arus difusi didalam diode untuk hole dari P ke N untuk
electron dari N ke P. Arus difusi didalam diode tersebut diimbangi oleh aliran arus listrik dari
kutub positif sumber ke diode dan berakhir ke kutub negative sumber. Dikatakan diode
menghantar pada kondisi tegangan anode-katoda berkisar Vji yang disebut dengan cut in
thereshold untuk Si Vji 0.6 – 0.7v Ge 0.3 – 0.4 Lazimnya tegangan anode-katode sedikit diatas
Vji. Pada bias positif, diode bersifat serupa konduktor dengan nilai hambatan yang disebut
hambatan maju (RF). Nilai RF=RP+RN , RP dan RN disebut hambatan bulk.
Karakteristik arus tegangan diode dapat ditinjau melalui 2 pendekatan:
1. Diode Ideal
2. Diode Riil
Untuk diode ideal, didekati melalui pendekatan setengah linier (Piece Wise Linier) ada 3
pendekatan, yang didekati secara grafis.
disini diode dimodelkan sebagai saklar ideal yaitu suatu saklar yang memiliki cirri untuk
kondisi tertutup R=0 dan untuk kondisi terbuka R= ~ . Untuk bias negative diode dianggap

5. sebagai isolator dengan nilai hambatan RR >> RF. Pada model ini untuk bias positif sebagai
saklar tertutup (on) dan pada bias negative sebagai saklar terbuka (off), kedua kondisi bias
dilukiskan pada grafik I/V.
Model kedua adalah untuk bias positif sebagai saklar non-ideal pada kondisi tertutup
R≠0. Untuk bias negative sebagai saklar ideal. Kedua bias tersebut dilukiskan sebagai berikut:
Untuk model ketiga bias positif sebagai saklar non-ideal yang tertutup terpasang seri
dengan sumber tegangan Vji. Untuk bias negative sebagai saklar ideal terbuka dengan grafik
sebagai berikut :
Diode Riil model diode riil, didekati oleh pendekatan ke-3 dari diode ideal dengan
pendekatan tambahan, pada bias negative nilai RR≠ ~ sehingga terjadi arus reverse yang
disebut arus bocor atau arus saturasi. Umumnya dalam orde nanoampere. Ditulis sebagai IB
atau IS, arus IS, dipandang sebagai gerakan pembawa minoritas nilai IS berubah terhadap suhu
atau IS = aT3. Untuk bias positif terjadi hubungan eksponensial antara arus dan tegangan. ID ≈
e V/VT , VT=tegangan termal = kT/g. Grafik karakteristik diode riil digambarkan sebagai
berikut:
Pada nilai VR = VBVO, terjadi peningkatan IS yang luar biasa besarnya. Arus diode pada
kondisi riil, umumnya dinyatakan sebagai berikut : ID=IS(eV/VT – 1)

6. Gambar Kurva karakteristik Dioda Zener
Titik breakdown dari suatu dioda zener dapat dikontrol dengan memvariasi konsentrasi
doping. Konsentrasi doping yang tinggi, akan meningkatkan jumlah pengotoran sehingga
tegangan zenernya (Vz) akan kecil. Demikian juga sebaliknya, dengan konsentrasi doping yang
rendah diperoleh Vz yang tinggi. Pada umumnya dioda zener dipasaran tersedia mulai dari Vz
1,8 V sampai 200 V, dengan kemampuan daya dari ¼ hingga 50 W.
Penerapan dioda zener yang paling penting adalah sebagai regulator atau stabilizer
tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar stabilizer tegangan menggunakan dioda zener
dapat dilihat pada gambar dibawah. Agar rangkaian ini dapat berfungsi dengan baik sebagai
stabilizer tegangan, maka dioda zener harus bekerja pada daerah breakdown. Yaitu dengan
memberikan tegangan sumber (Vi) harus lebih besar dari tegangan dioda zener (Vz).
3. Transistor
Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan (junction). Sambungan
itu membentuk transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-turut disebut
emitor, base, dan kolektor. Base selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor.
Transistor ini disebut transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung dari
perpindahan elektron di kutub negatif mengisi kekurangan elektron (hole) di kutub positif.
Istilah NPN dan PNP diambil dari polaritas arus yang bekerja pada transistor. NPN artinya tipe
transistor yang bekerja atau mengalirkan arus negative dengan positif sebagai biasnya.
Transistor NPN mengalirkan arus negative dari emitor menuju ke kolektor. Emitor berperan
sebagai input dan kolektor berperan sebagai output apabila transistor tersebut diberikan arus
positif pada basisnya. Sebaliknya, transistor PNP mengalirkan arus positif dari emitor menuju
kolektor. Emitor difungsikan sebagai input dan kolektor sebagai outputnya jika basisnya dialiri
arus negative.

7. Pada transistor dwikutub sambungan p-n antara emitor dan basis diberi panjar maju
sehingga arus mengalir dari emitor ke basis. Panjar atau bias adalah tegangan dan arus dc yang
harus lebih dulu dipasang agar rangkaian transistor bekerja. Seperti lazimnya, arus listrik
ditentukan mempunyai arah seperti gerak muatan positif. Sebagai contoh, digunakan transistor
p-n-p untuk mempelajari bagaimana cara kerja transistor.
Gambar: a). Rangkaian untuk menerangkan cara kerja transistor, b) Tegangan V(x)
Pada gambar, dilukiskan sebaran tegangan di dalam rangkaian. Kita bayangkan muatan positif
dari catu daya VEE diluncurkan melalui RE masuk ke emitor, yang terbuat dari semikonduktor
jenis p. Oleh adanya panjar maju antara emitor dan basis, pembawa muatan dari emitor akan
tertarik masuk basis dan terus tersapu ke kolektor dan masuk ke hambatan RC akan membuat
kolektor mempunyai tegangan positif terhadap basis, sehingga sambungan pn antara kolektor
dan basis juga akan mendapat panjar maju. Seanjutnya hal ini akan menarik arus ICB dari
kolektor ke basis, berlawanan dengan arus emitor, yaitu arus IBC. Lama kelamaan arus ICB=IBC
sehingga arus kolektor IC yang mengalir dalam hambatan RC menjadi sama dengan nol. Untuk
menghindari terjadinya arus balik ICB, harus membuat agar kolektor beradapada tegangan jauh

8. di bawah basis, walaupun ada arus IC mengalir di dalam hambatan kolektor IC. Untuk ini antara
kolektor dan basisdipasang tengangan panjar mundur melalui catu daya-VCC.
Gambar: (a)Penguat basis ditanahkan dengan tegangan catu VCC, (b) Profil teganganuntuk
rangkaian pada gambar5.4a.
Nyatalah muatan mayoritas yang dikeluarkanoleh emitor bertumpuk dibasis, dan
ditampung oleh kolektor. Sekarang jelaslah makna nama-nama bagian transistor. Emitor
berasal dari kata bahasa inggris ‘emitter’ yang berarti pengeluaran. Basis berasal dari kata
inggris ‘base’yang berarti tumpuan atau landasan, dan kolektorberasal dari kata ‘collector’yang
berarti pengumpul.
Adabya catu daya VCC menjamin bahwa walaupun ada arus IC yang menyebabkan tegangan IC
RC padaresistor kolektor,selalu adategangan mundur VCB=VCC-IC RC untuk melawan arus dari
kolektor menuju basis.
Pada sambungan ini mempunyai tegangan panjar mundur, mengalir arus penjenuhan ICB yang
amat kecil . Arus ini peka terhadap suhu dan amat mengganggu pada penguat transistor
dwikutub dengan emitor ditanahkan.Kerja transistor berdasarkan kepekaan arus yang
dihasilkan oleh emitor (pengeluar) oleh beda tegangan antara emitor dan basis (tumpuan). Jika
tegangan emitor naik sedikit sehingga beda tegangan antara basis emitor naik sedikit, arus yang

9. dikeluarkan oleh emitor akan berubah banyak. Arus ini dikumpulkan oleh kolektor yang di
berikan panjar mundur oleh VCC sehingga arus tak dapat membalik dari kolektor ke basis.
Gambar 5.5 (a)Transistor pnp (b) transistor npn
Gambar 5.6 Penguat basis ditanahkan (a) pnp.(b) npn
Arus basis IB dibuat kecil dengan membuat lapisan basis kecil. Arus basis ini terjadi
oleh karena rekombinasi antara lubang dan elektron bebas yang ada di basis. Rekombinasi ini
akan menyebabkan atom donor yang kehilangan electron, sehingga bermuatan positif.
Akibatnya elektron dari tanah akan mengalir ke basis untuk membuatnya netral. Aliran
elektron ini tak lain adalah arus basis itu.
Tampak bahwa arus kolektor :
IC=IE - IB
Arus basis ini sebanding dengan arus emitor, yaitu IC= 𝛼IE. Parameter 𝛼 disebut penguat arus
untuk basis ditanahkan, oleh karena pada rangkaian diatas basis dihubungkan dengan tanah.
Parameter 𝛼 mempunyai nilai hampir sama dengan satu yaitu :
𝛼 = 0,990 − 0,998
4. Sel Surya
Sel surya merupakan suatu perangkat semikonduktor yang dapat menghasilkan listrik
jika diberikan sejumlah energi cahaya. Proses penghasilan energi listrik itu diawali dengan
proses pemutusan ikatan elektron pada atom-atom yang tersusun dalam kristal semikonduktor

10. ketika diberikan sejumlah energi (hf). Salah satu bahan semikonduktor yang biasa digunakan
sebagai sel surya adalah kristal silikon.
Semikondukter tipe-p dan tipe-n
Ketika suatu kristal silikon dikotori dengan unsur golongan kelima, misalnya arsen,
atom-atom arsen akan menempati ruang di antara atom-atom silikon yang memunculkan
elektron bebas pada material campuran itu. Elektron bebas tersebut berasal dari kelebihan
elektron yang dimiliki oleh arsen terhadap lingkungan sekitarnya, dalam hal ini adalah silikon.
Semikonduktor jenis ini kemudian diberi nama semikonduktor tipe-n.
Sketsa penampang dua dimensi dari kristal silikon.
Semikonduktor tipe-p (kiri) dan tipe-n (kanan).
Hal yang sebaliknya terjadi jika kristal silikon dikotori oleh unsur golongan ketiga,
misalnya boron. Kekurangan elektron valensi boron dibandingkan dengan silikon
mengakibatkan munculnya hole yang bermuatan positif pada semikonduktor tersebut.
Semikonduktor ini dinamakan semikonduktor tipe-p. Baik pada semikonduktor tipe-n ataupun
tipe-p, pembawa muatan akan dihasilkan lebih banyak ketika sejumlah energi tertentu
diberikan pada semikonduktor tersebut. Tergantung dari jenis pembawa muatan yang ingin
“diberdayakan”, dengan kata lain kita bisa menyusun suatu perangkat elektronik tertentu,
terutama dengan memanfaatkan posisi tingkat energi Fermi yang bergeser.

11. Diagram pita energi semikonduktor tipe-p (kiri) dan tipe-n (kanan).
Sambungan p-n
Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan, akan terjadi difusi hole dari
tipe-p menuju tipe-n dan difusi elektron dari tipe-n menuju tipe-p. Proses difusi tersebut akan
meninggalkan daerah yang lebih positif pada batas tipe-n dan daerah lebih negatif pada batas
tipe-p. Batas tempat terjadinya perbedaan muatan pada sambungan p-n disebut dengan daerah
deplesi.
Adanya perbedaan muatan pada daerah deplesi akan mengakibatkan munculnya medan
listrik yang mampu menghentikan laju difusi selanjutnya. Medan listrik tersebut
mengakibatkan munculnya arus drift. Namun arus ini terimbangi oleh arus difusi sehingga
secara keseluruhan tidak ada arus listrik yang mengalir pada semikonduktor sambungan p-n
tersebut.
Diagram energi sambungan p-n dan munculnya daerah deplesi.
Kehadiran medan listrik pada elektron dapat mengakibatkan elektron bergerak. Hal
inilah yang dilakukan pada sel surya sambungan p-n, yaitu dengan menghasilkan medan listrik
pada sambungan p-n agar elektron dapat mengalir akibat kehadiran medan listrik tersebut.

12. Kurva arus (I) dan tegangan (V) sel surya pada keadaan gelap dan diberikan cahaya.
Ketika semikonduktor sambungan p-n disinari cahaya dengan energi hf, pelepasan
elektron dan hole dapat terjadi pada semikonduktor tersebut. Proses terlepasnya pembawa
muatan tersebut mengakibatkan penambahan kuat medan listrik di daerah deplesi. Adanya
kelebihan muatan ini akan mengakibatkan muatan ini bergerak karena adanya medan listrik
pada daerah deplesi. Pada keadaan ini, arus drift lebih besar daripada arus difusi sehingga
secara keseluruhan dihasilkan arus berupa arus drift, yaitu arus yang dihasilkan karena
kemunculan medan listrik. Arus inilah yang kemudian dimanfaatkan oleh sel surya sambungan
p-n sebagai arus listrik.