Karakteristik Semikonduktor, Pengertian, Bahan Komponen, dan Aplikasi
Perangkat Semikonduktor terdiri dari bahan yang bukan konduktor yang baik atau isolator yang baik, karena itu disebut semikonduktor. Perangkat semacam itu telah membangun aplikasi yang luas karena keandalan, kekompakan, dan biaya rendah. Perangkat Semikonduktor adalah komponen diskrit yang digunakan dalam perangkat daya, sensor optik kekompakan, dan penghasil cahaya, termasuk laser solid-state.
Perangkat semikonduktor memiliki berbagai kemampuan penanganan arus dan tegangan, dengan peringkat arus lebih dari 5.000 ampere dan peringkat tegangan lebih dari 100.000 volt. Lebih penting lagi, perangkat semikonduktor meminjamkan diri untuk integrasi ke dalam rangkaian mikroelektronika yang kompleks namun siap dibangun.
Mereka memiliki kemungkinan masa depan, elemen kunci dari mayoritas sistem elektronik termasuk komunikasi dengan pemrosesan data, konsumen, dan peralatan kontrol industri.
Apa itu Semikonduktor?
Perangkat semikonduktor adalah komponen elektronik yang mengeksploitasi sifat elektronik dari bahan semikonduktor, seperti silikon, germanium, dan galium arsenide, serta semikonduktor organik. Perangkat semikonduktor telah menggantikan tabung vakum di banyak aplikasi.
Perangkat semikonduktor menggunakan konduksi elektronik dalam keadaan padat yang bertentangan dengan emisi termionik dalam ruang hampa tinggi. Perangkat semikonduktor dibuat untuk perangkat diskrit dan rangkaian terintegrasi, yang terdiri dari beberapa hingga miliaran perangkat yang diproduksi dan saling berhubungan pada satu substrat semikonduktor atau wafer.
Bahan semikonduktor berguna oleh perilakunya yang dapat dengan mudah dimanipulasi dengan penambahan pengotor yang dikenal sebagai doping. Konduktivitas semikonduktor dapat dikontrol oleh medan listrik atau magnet, oleh paparan cahaya atau panas, atau oleh deformasi mekanis dari kisi kristalin mono yang didoping; dengan demikian, semikonduktor dapat membuat sensor yang sangat baik.
Konduksi arus dalam semikonduktor terjadi bebas dari elektron dan lubang (holes), secara kolektif dikenal sebagai pembawa muatan. Doping silikon dilakukan dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor dan juga untuk fosfor atau boron, secara signifikan meningkatkan jumlah elektron atau lubang dalam semikonduktor.
Ketika semikonduktor yang didoping mengandung lubang berlebih, disebut semikonduktor tipe-p (positif untuk lubang), dan ketika mengandung beberapa elektron bebas berlebih, dikenal sebagai semikonduktor tipe-n (negatif untuk elektron), adalah tanda muatan dari operator muatan seluler mayoritas. Persimpangan yang terbentuk di mana semikonduktor tipe-n dan tipe-p bergabung bersama disebut persimpangan p-n.
Dioda
Dioda semikonduktor adalah perangkat yang biasanya terdiri dari pn-junction tunggal. Persimpangan atau junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n membentuk daerah deplesi di mana konduksi arus dicadangkan oleh kurangnya pembawa muatan bergerak.
Ketika perangkat bias maju, wilayah penipisan ini berkurang, memungkinkan untuk konduksi yang signifikan, ketika dioda bias balik, hanya sedikit arus yang dapat dicapai dan wilayah penipisan dapat diperpanjang.
Mengekspos semikonduktor terhadap cahaya dapat menghasilkan pasangan hole elektron, yang meningkatkan jumlah pembawa bebas dan dengan demikian konduktivitas. Dioda yang dioptimalkan untuk memanfaatkan fenomena ini dikenal sebagai Photodioda. Dioda semikonduktor majemuk juga digunakan untuk menghasilkan cahaya, dioda pemancar cahaya (LED) dan Dioda laser.
Transistor
Transistor bipolar dibentuk oleh dua persimpangan atau junction-pn, baik dalam konfigurasi transistor PNP atau transistor NPN. Bagian tengah atau base, wilayah di antara persimpangan biasanya sangat sempit. Daerah lain, dan terminal yang terkait, dikenal sebagai emitor dan kolektor.
Arus kecil yang disuntikkan melalui persimpangan antara base dan emitor mengubah sifat-sifat persimpangan kolektor base sehingga dapat mengalirkan arus meskipun bias balik. Ini menciptakan arus yang lebih besar antara kolektor dan emitor, dan dikendalikan oleh arus base-emitor.
Tipe lain dari transistor yang dinamakan sebagai transistor efek medan (transistor FET), beroperasi dengan prinsip bahwa konduktivitas semikonduktor dapat meningkat atau berkurang dengan adanya medan listrik. Medan listrik dapat meningkatkan jumlah elektron dan lubang dalam semikonduktor, sehingga mengubah konduktivitasnya.
Medan listrik dapat diterapkan oleh pn junction bias balik, dan itu membentuk junction field-effect transistor (JFET) atau dengan elektroda yang diisolasi dari bahan curah oleh lapisan oksida, dan membentuk metal-oxide semiconductor field-effect transistor (transistor MOSFET).
Sekarang paling banyak digunakan di MOSFET, perangkat solid-state, dan perangkat semikonduktor. Gerbang elektroda diisi untuk menghasilkan medan listrik yang dapat mengontrol konduktivitas "saluran/channel" antara dua terminal, disebut source dan drain. Tergantung pada jenis pembawa di channel, perangkat mungkin n-channel (untuk elektron) atau p-channel (untuk lubang/holes) MOSFET.
Bahan Semikonduktor
Silikon (Si) adalah bahan yang paling banyak digunakan dalam perangkat semikonduktor. Ini memiliki biaya bahan baku lebih rendah dan proses yang relatif sederhana. Kisaran suhu yang berguna membuatnya saat ini kompromi terbaik di antara berbagai bahan yang bersaing.
Silikon yang digunakan dalam pembuatan perangkat semikonduktor saat ini dibuat menjadi mangkuk yang berdiameter cukup besar untuk memungkinkan pembuatan wafer 300 mm (12 in.).
Germanium (Ge) banyak digunakan dalam bahan semikonduktor awal, tetapi sensitivitas termalnya membuat kurang berguna daripada silikon. Saat ini, germanium sering dicampur dengan (Si) silikon untuk digunakan dalam perangkat SiGe berkecepatan sangat tinggi; IBM adalah produsen utama perangkat tersebut.
Gallium arsenide (GaAs) juga banyak digunakan dengan perangkat berkecepatan tinggi, tetapi sejauh ini, sulit untuk membentuk mangkuk berdiameter besar dari bahan ini, membatasi ukuran diameter wafer secara signifikan lebih kecil daripada wafer silikon sehingga membuat produksi massal Gallium arsenide (Gaas) perangkat secara signifikan lebih mahal daripada silikon.
Contoh Bahan Semikonduktor
Daftar perangkat semikonduktor umum terutama mencakup dua terminal, tiga terminal dan empat perangkat terminal.
Perangkat dua terminal adalah
• Dioda (dioda penyearah)
• Dioda Gunn
• Dioda IMPATT
• Dioda Laser
• Dioda Zener
• Dioda Schottky
• Dioda PIN
• Dioda Tunnel
• Light-emitting diode (LED)
• Photo Transistor
• Photocell
• Sel Surya
• Dioda penekan tegangan transien
• VCSEL
Perangkat tiga terminal adalah
• Transistor Bipolar (BJT)
• Transistor Efek Medan (FET)
• Transistor Darlington
• Transistor Bipolar Gerbang Terisolasi (IGBT)
• Transistor Unijunction
• SCR
• Thyristor
• TRIAC
Perangkat empat terminal adalah
• Foto-isolator (Optocoupler)
• Sensor Efek Hall (sensor medan magnet)
Aplikasi Perangkat Semikonduktor
Semua jenis transistor dapat digunakan sebagai blok bangunan gerbang logika, yang berguna untuk merancang rangkaian digital. Di rangkaian digital seperti sebagai mikroprosesor, transistor jadi yang bertindak sebagai sakelar (on-off); di MOSFET, misalnya, tegangan yang diterapkan ke gerbang menentukan apakah sakelar on atau off.
Transistor yang digunakan untuk rangkaian analog tidak bertindak sebagai sakelar (on-off); relatif, mereka merespons kisaran input yang kontinu dengan kisaran output yang kontinu. Rangkaian analog yang umum termasuk Osilator dan Penguat (amplifier).
Rangkaian yang menghubungkan atau menerjemahkan antara rangkaian analog dan rangkaian digital dikenal sebagai rangkaian sinyal campuran.
Kelebihan Perangkat Semikonduktor
• Karena perangkat semikonduktor tidak memiliki filamen, maka tidak diperlukan daya untuk memanaskannya sehingga menyebabkan emisi elektron.
• Karena tidak diperlukan pemanasan, perangkat semikonduktor akan mulai beroperasi segera setelah rangkaian dinyalakan.
• Selama operasi, perangkat semikonduktor tidak menghasilkan suara dengungan.
• Perangkat semikonduktor membutuhkan operasi tegangan rendah dibandingkan dengan tabung vakum.
• Karena ukurannya yang kecil, rangkaian yang melibatkan perangkat semikonduktor sangat kompak.
• Perangkat semikonduktor bebas dari kejut.
• Perangkat semikonduktor lebih murah dibandingkan dengan tabung vakum.
• Perangkat semikonduktor memiliki masa pakai yang hampir tak terbatas.
• Karena tidak ada vakum harus dibuat dalam perangkat semikonduktor, mereka tidak memiliki masalah kerusakan vakum.
Kekurangan Perangkat Semikonduktor
• Tingkat kebisingan lebih tinggi pada perangkat semikonduktor dibandingkan dengan yang ada di tabung vakum.
• Perangkat semikonduktor biasa tidak dapat menangani daya lebih banyak seperti tabung vakum biasa.
• Dalam rentang frekuensi tinggi, mereka memiliki responden yang buruk.
Jadi, ini semua tentang berbagai jenis perangkat semikonduktor termasuk dua terminal, tiga terminal dan empat perangkat terminal. Kami harap Anda mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang konsep ini.
