Saat belajar elektronika, tentu kita akan menemukan materi tentang konduktor, isolator dan semikonduktor. Dari ketiga hal tersebut, terutama semikonduktor merupakan bahan yang paling sering digunakan dalam peralatan elektronika, seperti TV, komputer, HP dan lain sebagainya.
Semikonduktor merupakan suatu zat setengah penghantar listrik. Cara kerjanya pun cukup sederhana. Berbahan metal nantinya komponen akan memproses tegangan listrik menjadi hasil arus untuk mencapai temperature tertentu. Agar bisa bekerja secara maksimal, komponen semikonduktor membutuhkan komponen pendukung seperti dioda, transistor dan IC.
Karena sering digunakan, bahan semikonduktor ini mempunyai jasa yang cukup besar pada perkembangan teknologi elektronika. Nah, untuk mengetahui lebih detail lagi mengenai hal-hal penting persoalan semikonduktor, langsung saja mari kita simak pembahasannya di bawah ini.
Pengertian Semikonduktor
Pengertian semikonduktor adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan panas atau listrik, kecuali pada tingkatan tertentu. Bahan semikonduktor ini tidak sebaik konduktor dalam menghantarkan panas atau listrik, misalnya seperti logam dan tembaga.
Meskipun tidak sebaik konduktor, namun semikonduktor juga tidak seburuk isolator, dimana isolator ini tidak dapat menghantarkan panas dan listrik sama sekali. Artinya, bahan semikonduktor ini memiliki kemampuan yang berada di antara bahan konduktor dan isolator.
Bahan semikonduktor juga tidak sama dengan resistor, karena masih bisa menghatarkan panas dan listrik dengan catatan harus dialiri arus listrik dan suhu dengan syarat tertentu. Contoh bahan semikonduktor adalah sebagai berikut:
- Silikon
- Germanium
- Galium
Komponen semikonduktor ini sangat sensitif terhadap ESD (Electro Static Discharge), karena itu perlu penanganan dan keahlian khusus untuk memproduksi komponen-komponen tersebut.
Fungsi Semikonduktor
Ketika anda mendoping dengan bahan khusus, hasilnya semikonduktor kelebihan elektron dan proton. Maka, untuk mengetahui fungsi dari semikonduktor, berikut beberapa hal yang harus diketahui:
- Komponen semikonduktor switching (Saklar) memiliki fungsi untuk menonaktifkan dan menyala sekring listrik. Untuk tingkat kecepatan pada komponen ini juga masih tergantung dengan adanya daya elektronika.
- Fungsi Converting yaitu tipe sumber dari AC-DC, DC-AC, AC-AC dan DC-DC bisa berubah-ubah.
- Fungis controller adalah pengaturan tegangan, arus, daya listrik dan lainnya.
Ketiga fungsi tersebut sangat berguna agar listrik bisa menyala dan bekerja secara maksimal. Jadi bisa disimpulkan bahwa anda tidak perlu mencari komponen lain untuk melengkapi kelistrikan selama komponen tersebut terpenuhi.
Sifat Semikonduktor
Ada beberapa sifat semikonduktor yang harus anda ketahui. Dengan mengetahui sifat dari komponen ini, maka anda bisa mengenali komponen lainnya yang karakteristiknya saling berlainan.
- Temperature negatif yang ada di dalamnya terbilang koefisien.
- Memiliki daya termolistrik yang cukup tinggi.
- Hubungan (junction) antara komponen semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N akan mempunyai sifat yang pergerakannya searah.
- Komponen semikonduktor lebih peka cahaya, membangkitkan foto dan mendukung proses terjadinya resistansi karena penyinaran cahaya.
- Semikonduktor akan bekerja secara maksimal, karena memiliki komponen bahan khusus.
Tipe atau Jenis Semikonduktor
Setelah mengetahui fungsi-fungsi di atas, maka pembahasan selanjutnya yaitu seputar tipe atau jenis semikonduktor. Berikut jenis-jenis komponen semikonduktor yang paling umum diaplikasikan.
1. Semikonduktor Tipe P
Semikonduktor tipe P merupakan jenis yang memiliki banyak muatan positif dan muatan negatif. Tipe P ini memiliki hole (majority) dan elektron (minority). Dari cara kerjanya yaitu bahan silicon akan didoping menggunakan bahan indium sehingga nantinya bisa menghasilkan tipe P.
2. Semikonduktor Tipe N
Semikonduktor jenis N adalah jenis yang memiliki banyak muatan negatif (elektron). Cara kerjanya bahan silikon ini nantinya akan didoping dengan bahan arsenikum atau antimony menggunakan muatan elektron hingga tercipta tipe N.
3. Semikonduktor Intrinsik
Semikonduktor jenis intrinsik ini bisa menggabungkan dua tipe semikonduktor. Cara kerjanya bisa dibilang hanya dapat dilakukan dengan komponen sangat khusus. Bahan yang digunakan sendiri umumnya berupa hole atau elektron.
4. Semikonduktor Ekstrinsik
Semikonduktor jenis ekstrinsik ini merupakan kebalikan dari semikonduktor intrinsik. Dalam proses doping yang melibatkan beragam bahan dengan semikonduktor jenis N akan menciptakan karakter atau kadar kelistrikan yang meningkat. Hal ini karena komponen semikonduktor sudah tidak murni.
Beberapa Contoh Benda Semikonduktor
Contoh semikondukor dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Karena memang komponen ini sangat membantu untuk meringankan pekerjaan masing-masing bidang. Yuk langsung saja kita ulas daftar aplikasi semikonduktor yang umum diaplikasikan pada perangkat di sekitar.
- Transistor
Transistor memiliki fungsi untuk menguatkan alat, menghentikan stabilitas tegangan, modulasi sinyal dan lain sebagainya.
- Alat sel surya
Komponen alat surya biasanya memiliki komponen pendukung yang terletak di wilayah besar dari dioda p-n junction. Alhasil, komponen ini akan memiliki kemampuan untuk melakukan konversi tinggi.
- Dioda
Dioda memiliki fungsi sebagai penyearah arus listrik. Dimana nantinya aliran arus ke arah yang berlawanan ini akan dihalangi lajunya.
- Alat mikroprosesor
Alat mikroprosesor ini dengan sirkuit yang terintegrasi pada semikonduktor. Bahannya sendiri terbuat dari transistor mini dan sirkuit lain.
Dari keempat alat yang sudah dibahas di atas, terdapat beberapa macam bahan atau material semikonduktor, diantaranya:
- Germanium
- Silikon
- Selenium
- Germanium silikon
- Armenia gallium
- Bismut telurida
- Telurrida timah
- Barium Ti tinate
- Silikon carbida
- Indium antimonida
- Indium arsenida
- Gallium Phosphor
- Alumunium stibium
- Indium phosphor
- Plumbun selenium
- Plumbun sulfur
- GaAsxP1 -x
- GaxIn1 -xAs
- Hg1 -xCdxTe
Bahan-bahan di atas mempunyai karakteristik semikonduktor. Bahkan ada beberapa jenis material yang difungsikan sebagai bahan dasar dari komponen semikonduktor.
Nah, berikut ini merupakan daftar bahan-bahan semikonduktor beserta fungsinya, diantaranya adalah sebagai berikut :
| Material | Simbol | Fungsi |
|---|---|---|
| Germanium | Ge | Sebagai Dioda dan Transistor Awal |
| Silikon | Si | Sebagai Dioda, Transistor, IC dan sebagainya |
| Selenium | Se | Sebagai Rectifier |
| Germanium Silikon | Ge Si | sebagai Pembangkitan Thermoelektrik |
| Tellurida Timah | PbTe | sebagai Detektor inframerah |
| Arsenida Gallium | GaAs | sebagai Transistor frekuensi tinggi, laser, dan beberapa alat khusus |
| Barium Titinate | Ba Ti | sebagai Thermistor (PTC) |
| Bismut Telurida | Bi2Te3 | sebagai Konvermasi thermoelektrik |
| Indium Antimonida | In Sb | sebagai Magneto Resistor, Plezo Resistor |
| Indium Arsenida | In As | sebagai Plezo Resistor |
| Silicon Carbida | Si Cb | sebagai Varistor |
| Aliuminium Stibium | Al Sb | sebagai Dioda penerang |
| Gallium Phosphor | Ga P | sebagai Dioda penerang |
| Indium Phosphor | In P | sebagai Filter Infra merah |
| Plumbum Sulfur | Pb S | Sebagai Foto sel |
| Plumbum Selenium | Pb Se | Sebagai Foto sel |
Bahan Semikonduktor yang Umum Digunakan
Pada dasarnya banyak bahan atau material yang dapat digolongkan sebagai bahan semikonduktor. Namun yang paling sering digunakan untuk dijadikan sebagai bahan dasar komponen elektronika hanya beberapa saja. Bahan atau material tersebut diantaranya:
1. Silicon (Si)
Silicon adalah bahan dengan jumlah terbanyak yang ada di muka bumi ini setelah oksigen, berikut contoh bahan silikon:
- Pasir
- Kaca
- Bebatuan dan lain sebagainya.
Karena memang memiliki jumlah yang banyak dan bisa langsung diekstrak dari alam, silicon dijadikan sebagai bahan baku utama untuk membuat bahan semikonduktor.
2. Germanium (Ge)
Dulu orang-orang lebih mengenai germanium sebagai satu-satunya bahan atau material yang dapat digunakan sebagai bahan dasar untuk membuat semikonduktor. Namun berkat popularitas dan kemudahan mendapatkan silicon, saat ini germanium mulai ditinggalkan.
3. Gallium Arsenide (GaAs)
Gallium Arsenide juga salah satu bahan yang digunakan untuk membuat semikonduktor, namun sayangnya biayanya sangat mahal. Jika dibandingkan dengan material silicon, bahan semikonduktor yang satu ini bisa seribu kali lebih mahal. Karena itu jarang sekali digunakan, kecuali untuk kebutuhan tertentu.
Prinsip Kerja Semikonduktor
Untuk bisa mengetahui prinsip atau cara kerja dari semikonduktor, maka kita bisa mengumpamakannya seperti wadah yang berisi air murni.
Jika dimasukkan sepasang konduktor lalu dialiri arus DC (di bawah tegangan elektrolis), maka tidak ada arus yang mengalir karena air merupakan isolator murni dan bukan pembawa muatan.
Namun ketika ditaburkan dalam ke dalamnya, maka konduksi arus akan mulai mengalir, karena telah terbentuk elektron bebas (ion). Apabila konsentrasi garam dinaikkan, maka arus konduksi juga akan meningkat, meski tidak terlalu banyak.
Proses Doping pada Semikonduktor
Apa yang dimaksud dengan proses doping pada semikonduktor? Seperti yang telah kita ketahui bahwa beberapa bahan yang sering digunakan untuk membuat semikonduktor adalah silicon, germanium dan gallium arsenide.
Nah, supaya bahan atau material semikonduktor tersebut bisa dijadikan komponen elektronika, maka diperlukan proses doping. Jadi, doping merupakan sebuah proses untuk menambahkan ketidakmurnian pada semikonduktor murni sehingga kadar kelistrikannya bertambah.
Beberapa bahan yang biasa digunakan dalam proses doping ini diantaranya adalah sebagai berikut:
- Arsenic
- Indium
- Antimony
Berkat adanya proses doping ini, maka muncul lah istilah semikonduktor ekstrinsik, yaitu semikonduktor yang telah melalui proses doping sehingga rusak kemurniannya. Semikonduktor instrinsik sendiri merupakan kebalikannya, yaitu semikonduktor yang masih murni, yang jumlah hole dan elektron masih sama.
Struktur Atom Semikonduktor
Semikonduktor merupakna komponen untuk melengkapi kinerja kelistrikan. Maka, anda perlu mengetahui struktur atom semikonduktor yang terdapat pada rangkaian tersebut.
Struktur tersebut berupa silikon yang mempunyai 14 elektron mengelilingi inti semikonduktor. Ketika dalam keadaan seimbang, jumlah elektron diorbit akan sama dengan jumlah proton di inti.
Elektron yang berada di lapisan terluar disebut dengan elektron valensi, dimana silicon sendiri memiliki 4 elektron valensi. Nah, empat elektron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga bisa membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari atom sebelahnya.
Nah, jika dialiri energi panas, elektron valensi bisa keluar dari ikatan kovalen dan menuju daerah konduksi. Jika energi yang dialirkan cukup kuat, maka elektron tersebut menjadi bebas dan dapat menghantarkan panas maupun arus listrik.
Kelebihan Semikonduktor
Berikut beberapa kelebihan atau keunggulan dari semikonduktor yang perlu diketahui:
- Semikonduktor memiliki tegangan operasional yang rendah jika dibandingkan dengan tabung vakum.
- Masa pakai bahan semikonduktor hampir tidak terbatas.
- Perangkat semikonduktor tahan guncangan.
- Karena perangkat semikonduktor tidak mempunyai filamen, maka tidak diperlukan daya untuk memanaskannya yang menyebabkan emisi elektron.
- Semikonduktor harganya lebih murah.
- Transistor tidak mempunyai filamen, sehingga tidak memerlukan dya untuk menghasilkan emisi elektron.
- Karena tidak diperlukan pemanasan, perangkat semikonduktor akan segera beroperasi setelah sirkuit dihidupkan.
- Karena ukurannya kecil, rangkaian yang melibatkan perangkat semikonduktor sangat kompak.
- Semikonduktor tidak memiliki komponen mekanis, sehingga tidak menghasilkan dengung atau suara saat digunakan.
Kekurangan Semikonduktor
Selain beberapa keunggulan di atas, semikonduktor juga memiliki beberapa kekurangan, diantaranya:
- Semikonduktor memiliki kemampuan daya yang lebih rendah.
- Perangkat semikonduktor menghasilkan noise gelombang yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan tabung vakum.
- Dalam rentang frekuensi tinggi, transistor mempunyai responder yang buruk.
Demikianlah penjelasan mengenai pengertian semikonduktor, jenis, tipe, proses doping, sifat, kelebihan dan kekurangannya. Semoga informasi di atas bermanfaat bagi kita semua. Sekian sampai jumpa, terimakasih.