Dioda Semikonduktor

Dioda Semikonduktor




1. Teori Atom 

Atom adalah partikel yang sangat kecil dan terdiri atas proton, elektron serta neutron. Tahun 1911, Rutherford melakukan percobaan dan menghasilkan bahwa sebagian besar massa atom dan semua muatan positif berkumpul pada inti atom (di tengah-tengah atom). Atom terdiri dari atas nukleus (proton dan neutron) dengan elektron-elektron yang bergerak di sekitar nukleus yang menyerupai sistem tata surya. 
Dalam konvensi ditetapkan elektron bermuatan negatif, proton bermuatan positif dan neutron tidak bermuatan.Tahun 1913, Niels Bohr mengemukakan bahwa elektron-elektron dari suatu atom tersusun atas beberapa kulit atau orbit yang berada pada jarak yang berbeda dari inti atom seperti pada gambar :
Gambar 1. Orbit-orbit elektron.
Masing-masing orbit mempunyai tingkat energi yang mana semakin tinggi orbit maka semakin tinggi energinya. Model Bohr menyatakan  orbit atom dengan penamaan mulai huruf K sampai Q seperti gambar :
Gambar 2. Model Atom Bohr.

2. Struktur Atom pada Bahan Semikonduktor 

Pada suhu nol mutlak atau -273 °C, bahan semikonduktor murni benar-benar merupakan isolator karena semua elektron valensi terikat erat pada tempatnya. Elektron valensi adalah elektron-elektron yang terletak di kulit (orbit) terluar sebuah unsur. Atom boron mempunyai elektron valensi 3, silikon memiliki elektron valensi 4, fosfor mempunyai elektron valensi 5, dan seterusnya, seperti tabel 1. Agar konduktivitasnya baik, maka bahan semikonduktor dicampur dengan bahan lain (doping), seperti boron, arsenikum, galium, fosfor, dan lain-lain.
Tabel 1. Susunan elektron pada beberapa atom.
Bahan-bahan yang bervalensi 3 (trivalen) berfungsi membentuk bahan tipe P (bahan yang kekurangan elektron). Sedangkan bahan-bahan yang bervalensi 5 (pentavalen)  berfungsi membentuk bahan tipe N (bahan yang kelebihan elektron).

 Contoh :
Jika sebuah silikon didoping dengan fosfor atau arsenikum maka bahannya disebut bahan semikonduktor tipe N karena memiliki muatan listrik negatif. Sedangkan jika didoping dengan boron atau galium maka bahannya disebut bahan semikonduktor tipe P karena memiliki muatan listrik positif.

3. Struktur Atom pada Silikon dan Germanium 

 Silikon dan Germanium adalah bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan dalam pembuatan komponen elektronika, karena sifatnya :

 1. Lebih stabil pada suhu tinggi.
2. Silikon (0,6 V) lebih banyak digunakan dari pada germanium (0,3 V).
3. Jumlah elektron silikon adalah 14 seperti gambar 3 sedangkan germanium 32.
4. Memiliki elektron valensi yang sama, yaitu 4. 
Gambar 3. Struktur atom silikon.
Angka +14 yang terletak pada inti atom silikon menyatakan jumlah muatan positif proton yang berfungsi mengimbangi muatan negatif elektron-elektron sehingga atom dalam keadaan netral. Gambar 4 adalah struktur atom silikon dengan empat elektro valensi  dan +4 yang artinya 4 muatan positif proton.
Gambar 4. Struktur atom Silikon dengan elektron valensinya.
Kulit terluar dari suatu atom selalu berupaya mempunyai jumlah elektron 8. Setiap atom selalu berusaha memperoleh konfigurasi atom-atom gas mulia seperti neon, krypton, dan sebagainya yang telah memiliki 8 elektron. Oleh karena itu, kumpulan atom silikon  akan menarik empat elektron dari empat atom tetangganya sehingga membentuk kristal seperti gambar 5. Kristal adalah susunan atom yang membentuk suatu pola ikatan yang teratur (ikatan kovalen) dan membentuk diri menjadi benda padat.
Gambar 5. Struktur irisan kristal silikon.
Beberapa ikatan kovalen akan pecah karena pengaruh panas. Semakin tinggi suhu mengenai ikatan kovalen maka semakin banyak ikatan kovalen yang pecah sehingga menghasilkan elektron bebas. Energi yang dapat memecahkan ikatan kovalen sehingga menghasilkan elektron bebas disebut energi gap (Eg). Adapun hubungan antara elektron dan kulit orbit adalah seperti gambar :
Gambar 6. Hubungan antara elektron dan kulit orbit.
Hukum dasar hubungan antara elektron dan kulit orbit:

1. Elektron tidak dapat berada antara dua kulit orbit.
2. Elektron-elektron pada suatu kulit orbit punya suatu rentang tenaga.
3. Elektron perlu cukup tenaga untuk melompat ke kulit orbit yang lain.

Apabila ikatan kovelen pecah, maka akan mengakibatkan lepasnya elektron yang disebut elektron bebas. Elektron bebas ini meninggalkan tempatnya semula sehingga ruang itu menjadi kosong yang disebut hole atau lubang seperti gambar :
Gambar 7. Elektron lepas akibat pecahnya ikatan kovalen.
Pada suhu 0 Kelvin, tidak ada elektron yang lepas atau berpindah dari bidang valensi ke bidang konduksi dan bila suhu dinaikkan maka dengan EG yang cukup dapat membuat elektron berpindah dari bidang valensi ke bidang konduksi seperti gambar :
Gambar 8. Bidang tenaga kristal pada suhu 0 Kelvin.
Gambar 9. Bidang tenaga kristal pada suhu yang lebih tinggi.


 Arah aliran elektron seperti pada gambar dibawah, maka kebalikannya akan membuat arah aliran hole :
Gambar 10. Mekanisme konduksi hole.

4. Semikonduktor Jenis N 

Gambar dibawah menunjukkan bahan semikonduktor jenis n, dimana diperoleh dengan cara doping dengan atom asing bervalensi 5, seperti Fosfor :
Gambar 11. Terjadinya elektron bebas pada semikonduktor jenis n.
Gambar 12. Arus tenaga elektron valensi pada atom donor.
Pada semikonduktor jenis n terbentuknya elektron disertai terbentuknya ion positif yang tidak dapat bergerak seperti ditunjukkan gambar diatas.

5. Semikonduktor Jenis P 

Gambar dibawah menunjukkan bahan semikonduktor tipe p, dimana diperoleh dengan doping atom asing bervalensi 3, seperti Boron (B) atau Galium (Ga) :
Gambar 13. Terjadinya hole pada semikonduktor tipe p.
Gambar 14. Arus tenaga elektron valensi pada atom akseptor.


Pada semikonduktor jenis p terbentuknya hole disertai terbentuknya ion negatif yang tidak dapat bergerak seperti ditunjukkan gambar diatas.

Konduktivitas bahan semikonduktor terletak di antara konduktor (penghantar listrik) dan isolator (tidak menghantarkan listrik). Jika ada sejumlah besar elektron pada salah satu tempat pada suatu bahan, sedang pada tempat lain hanya terdapat sedikit elektron, maka elektron-elektron akan mengalir dari tempat yang padat ke tempat yang sedikit sampai tercapainya suatu keseimbangan.

 6. Rangkaian 

 Berikut ini adalah aplikasi penggunaan dioda semikonduktor :

 1. Rangkaian Forward Bias
Gambar 15. Rangkaian Forward Bias
2. Rangkaian Reverse Bias
Gambar 16. Rangkaian Reverse Bias


Berikut ini adalah video tutorial dari rangkaian Forward Bias dan Reverse Bias :

1. Rangkaian Forward Bias

2. Rangkaian Reverse Bias


8. Link Download 

Link Download Rangkaian Forward Bias : DOWNLOAD
Link Download Rangkaian Reverse Bias :  DOWNLOAD
Link Download Video Tutorial Rangkaian Forward Bias : DOWNLOAD
Link Download Video Tutorial Rangkaian Reverse Bias :  DOWNLOAD
Link Download (Rangkaian + Video + HTML) : DOWNLOAD
at

No comments:

Post a Comment

Subscribe to: Post Comments (Atom)