Materi perkuliahan Elektronika dasr 2

1. Semikonduktor
Elektronika Dasar II
Pertemuan 2

2. Tipe Material
• Isolator: konduktivitas rendah, resistivitas tinggi. Sulit
menghantarkan listrik. Contoh: gelas, keramik, plastik
• Kondutor: konduktivitas tinggi, resistivitas rendah. Mudah
menghantarkan listrik. Contoh: tembaga, emas, perak
• Semikonduktor: konduktivitas, resisitivitas, dapat diatur. Dapat
bersifat sebagai kondutor maupun Isolator

3. Isolator
Pada material isolator elektron terikat dengan kuat sehingga
dibutuhkan energi yang besar untuk melepaskannya dari orbitnya

4. Konduktor
Material konduktor mempunyai elektron yang tidak terikat kuat pada orbitnya.
Energi yang kecil dapat membuat elektron tersebut terlepas dan berpindah
dari satu atom ke atom lainnya

5. Semikonduktor
• Bahan yang memiliki nilai hambatan jenis (ρ) antara konduktor dan isolator dengan
nilai hambat jenis diantara
• Semikonduktor adalah bahan yang memiliki pita terlarang atau energy gap (EG)
yang relatif kecil kira-kira 1 eV
• Pita terlarang adalah daerah kosong antara pita valensi dan pita konduksi.
• Pita valensi adalah pita energi teratas yang terisi penuh oleh elektron
• Pita konduksi adalah pita energi diatas pita valensi yang terisi sebagian atau tidak
terisi oleh elektron
J
eV 19
10
.
602
,
1
1 

m


 4
6
10
10

7. Material Semikonduktor
1. Semikonduktor
merupakan bahan
untuk membuat
transistor, dioda, IC,
LED, dll
2. Bahan
semikonduktor:
trivalent,
tetravalent,
pentavalent

8. Sifat-Sifat Semikonduktor
• Semikonduktor murni memiliki koefisien temperatur negatif
terhadap resistansi
• Memberikan daya termostatik yang tinggi dengan tanda
positif atau negative relative terhadap jenis logam
• Hubungan antar semikonduktor menunjukkan sifat-sifat
penyearahan
• Bersifat peka cahaya,

9. Silikon
Kristal
Silikon mempunyai 4 elektron
valensi pada kulit terluar
Pada kristal atom Silikon terikat
secara kovalen dengan atom yang
berdekatan
Setiap atom Silikon membagi 4
elektron valensinya dengan 4 atom
yang berdekatan, sehingga silikon
mempunyai 8 elektron pada orbit
terluarnya

10. Elektron Bebas
Pada temperatur mutlak
tidak ada elektron bebas
dalam silikon kristal,
silikon bersifat isolator
Elektron dapat bergerak
dan terlepas dari orbit
valensinya menjadi
elektron bebas jika ada
energi untuk
memutuskan ikatan

11. Lubang (Hole)
Terlepasnya elektron
valensi akan
meninggalkan
kekosongan pada orbit
valensi.
Kekosongan tersebut
disebut lubang (hole)

12. Lubang (Hole)
Lubang bersifat seperti
muatan positif karena akan
menarik dan menangkap
elektron bebas
Apabila suatu elektron
mendekati lubang dan
tertarik kedalamnya, maka
terjadi yang disebut
rekombinasi
(recombination)

13. Panas yang bertambah
akan memperbanyak
elektron bebas dan
lubang
Penambahan
Panas

14. Jenis Semikonduktor
1. Semikonduktor Intrinsik (Intrinsic semiconductor) merupakan
Semikonduktor murni dan tidak cacat
2. Semikonduktor Ektrinsik (Extrinsic semiconductor) merupakan
semikonduktor yang memperoleh pengotoran atau penyuntikan
(doping) dari atom asing.

15. Jika kristal silikon
ditempatkan diantara plat
metalik yang bermuatan,
elektron akan tertolak dan
bergerak ke kiri
Elektron bebas akan
meninggalkan lubang
yang kemudian akan terisi
oleh elektron valensi lain
yang tertarik ke dalam
lubang
Semikonduktor Intrinsik

16. Semakin besar panas,
semakin kecil resistansi,
semakin mudah aliran
muatan
Semikonduktor Intrinsik

17. Aliran Elektron dan Lubang
Elektron bebas bergerak dari kanan ke kiri sedangkan lubang dari kiri ke
kanan
Elektron bebas dan lubang dinamakan pembawa (carriers), karena membawa
muatan dari satu tempat ke tempat lainnya

18. Thermistor
Thermistor adalah resistor yang sensitif terhadap panas
Ketika temperatur rendah bersifat sebagai isolator dan
mempunyai resistansi yang besar
Ketika dipanaskan, pasangan elektron lubang akan
terjadi, resistansi akan berkurang.
Aplikasi: thermometer, sensor temperatur, pembatas arus
Thermistor
Symbol

19. Semikonduktor intrinsik
dapat dibuat lebih bersifat
konduktor dengan
menambahkan atom lain
(doping).
Suatu semikonduktor yang
di doping dinamakan
semikonduktor ekstrinsik
(extrinsic semiconductor)
Doping

20. Menambah Elektron Bebas
• Menambahkan atom pentavalen, yang memiliki 5
elektron bebas pada orbit valensi.
• Atom pentavalen mis: arsenic, antimony, phosphorus
• Atom pentavalen akan memberikan (mendonorkan)
sebuah elektron bebas kepada atom silikon

21. Atom Phosphorus
P mempunyai 15 proton dan
15 elektron, 5 elektron
berada pada orbit terluar

22. Semikonduktor
Tipe n
Silikon yang didoping dengan
atom pentavalen disebut
Semikonduktor Tipe n (negatif)
Elektron bergerak ke kekiri dan
lubang bergerak ke kanan
Elektron merupakan majority
carriers
Lubang merupakan minority
carriers

23. Menambah Lubang
• Menambahkan atom trivalent pada atom silikon
• Atom trivalent mempunyai 3 elektron valensi.
Contoh: Alumunium, Boron,Gallium
• Atom trivalent disebut acceptor karena karena
setiap lubang dapat menerima elektron bebas pada
saat rekombinasi

24. Atom Boron
Boron mempunyai 5 proton
dan 5 elektron
3 elektron berada pada orbit
terluar

25. Silikon yang didoping dengan
atom trivalent disebut
semikonduktor tipe-p
(positif)
Lubang merupakan majority
carriers dan elektron
minority carriers
Lubang bergerak ke kanan
dan elektron bergerak ke kiri
t
Semikonduktor
Tipe p

26. Sambungan p-n
Single kristal dengan tipe-p dan tipe-n disambungkan
menjadi kristal p-n. Batas di mana daerah p dan n bertemu
dinamakan p-n junction

27. p-n Junction
Elektron bebas pada daerah n akan
berpindah melintasi junction ke
daerah p
Elektron pada daerah p menjadi
minority carrier dan akan masuk
ke dalam lubang.
Lubang akan menghilang dan
elektron bebas akan menjadi
elektron valensi
Semakin lama daerah pada
sambungan tidak mempunyai
carriers lagi. Daerah kosong ini
disebut lapisan pengosongan
(depletion layer)

28. Barrier
Potential
Ketika elektron
meninggalkan daerah n
maka atom pada daerah n
menjadi ion positif,
sedangkan pada daerah p
akan terjadi ion negatif
Setiap pasangan ion
positif dan negatif pada
junction disebut dipole
Medan listrik terbentuk
pada dipole
0.7 V
Medan listrik yang terbentuk pada dipole
adalah ekivalen dengan perbedaan
potensial yang dinamakan barrier
potential. Untuk Silikon = 0.7 V pada 25oC.
Untuk Germanium = 0.3 V

29. Reverse Bias p-n Junction
Terminal
negatif dari
sumber
dihubungkan
dengan tipe p,
sedangkan
terminal positif
dengan tipe-n
Hubungan ini dinamakan panjar
mundur (reverse bias)

30. Reverse Biased p-n Junction
Elektron pada daerah n
akan tertarik menjauhi
junction
Lubang akan tertarik
menjauhi junction
Depletion layer akan
bertambah lebar. Tidak
ada arus mengalir

31. Forward Bias p-n Junction
Terminal negatif dari
sumber dihubungkan
dengan tipe n,
sedangkan terminal
positif dengan tipe-p
Hubungan ini
dinamakan panjar
maju (forward bias)

32. Forward Bias p-n Junction
Elektron bebas dari
sumber tegangan
akan mendorong
elektron pada
daerah n sehingga
elektron bebas
melintasi junction
dan jatuh kedalam
lubang.
Lubang pada daerah p akan terdorong
menuju junction, depletion layer akan
hilang, sehingga arus mengalir selama
beda potensial lebih besar 0,7 V

33. Forward Bias p-n Junction
Jika tegangan
bertambah tinggi
Elektron mengalami
gaya yang lebih besar
dan bergerak makin
cepat, arus semakin
besar
p-n junction
dinamakan juga dioda
(diode) Arah panah
menunjukkan aliran
konvensional

34. Keunggulan semikonduktor
• Tidak memerlukan ruang hampa
• Tidak memerlukan filamen
• Lebih kecil, lebih ringan, dan lebih kokoh
• Memerlukan catu daya bertegangan rendah
• Waktu pemanasan lebih singkat, sehingga dapat bekerja
langsung saat catu daya dihidupkan
• Masa operasional lebih lama
• Tampilan lebih sederhana

35. Carilah pengaruh peristiwa
berikut!
• Level/Tingkat Fermi
Tingkat energi di mana probabilitas untuk menemukan elektron
adalah 50%. Ini adalah orbital molekul tertinggi yang ditempati
dalam pita valensi pada 0 K. Oleh karena itu, ada banyak keadaan
kosong untuk menerima elektron.
• Efek Hall
Peristiwa berbeloknya arus listrik (elektron) dalam pelat konduktor
sebab pengaruh medan magnet