A.
Semikonduktor
Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti
dioda, transistor dan IC (Integraated circuit). Disebut semi atau setengah
konduktor karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan semikonduktor yang
banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si) dan Germanium (Ge). (Modul TTLE)
Silicon dan germanium terdapat dalam kolom ke empat dari sistem periodik
unsur-unsur kimia. Pada material ini, lapisan terluar elektron-elektron yang
sering juga disebut lapisan valensi (menurut model atom Bohr), terdiri dari
empat elektron yang memungkinkan suatu hablur atau kristal murni untuk
membentuk ikatan-ikatan kovalen yang kuat.
Pada struktur atom silikon murni terdapat tiga lapisan yaitu lapisan
dalam mempunyai dua elektron, lapisan tengah mempunyai delapan elektron dan
lapisan luar mempunyai empat elektron. Sedangkan pada struktur atom germanium
murni, terdapat empat lapisan masing-masing mengandung dua, delapan, delapan
belas dan empat elektron.
Ikatan kovalen yang terjadi adalah sangat kuat sekali, sehingga akan
diperlukan energi yang cukup besar untuk membebaskan sebuah elektron dari
ikatannya. Dapat dikatakan bahwa pada temperatur kamar, bahan semikonduktor
murni mempunyai tahanan listrik yang sangat tinggi, oleh karena itu merupakan
bahan isolator. Tahanan jenis bahan semikonduktor akan turun dengan naiknya
temperatur.
Untuk mempersiapkan bahan semikonduktor murni, misalnya digunakan
sebagai transistor atau penyearah (rectifier), perlu dilakukan rekayasa
(engineering) sehingga energi dari elektron-elektron pada lapisan valensi
bertambah. Hal ini dapat dilakukan dengan suatu proses yang biasanya disebut
doping, dimana bahan semikonduktor dicampur dengan bahan lain. (Anonimus, 2011)
Berdasarkan murni atau tidak murninya bahan, semikonduktor dibedakan
menjadi dua, yaitu :
1.
Semikonduktor Intrinsik
Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor yang
terdiri atas satu unsur saja, misalnya Si saja atau Ge saja. Pada
Kristal semikonduktor Si, 1 atom Si yang memiliki 4 elektron valensi berikatan
dengan 4 atom Si lainnya.
Pada kristal semikonduktor instrinsik Si, sel
primitifnya berbentuk kubus.Ikatan yang terjadi antar atom Si yang berdekatan
adalah ikatan kovalen. Hal ini disebabkan karena adanya pemakaian 1 buah
elektron bersama oleh dua atom Si yang berdekatan.
Menurut teori pita energi, pita valensi semikonduktor=pada 0 K T terisi penuh elektron, sedangkan pita
konduksi kosong. Kedua pita tersebut dipisahkan oleh celah energi kecil, yakni
dalam rentang 0,18 -3,7eV. Pada suhu kamar Si dan Ge masing-masing memiliki
celah energi 1,11 eV dan 0,66 eV. Bila mendapat cukup energi, misalnya berasal
dari energi panas, elektron dapat melepaskan diri dari ikatan kovalen dan
tereksitasi menyebrangi celah energi. Elektron valensi pada atom Gelebih mudah
tereksitasi menjadi elektron bebas daripada elektron valensi pada atom Si,
karena celah energi Si lebih besar dari pada celah energi Ge. Elektron ini
bebas bergerak diantara atom. Sedangkan tempat kekosongan elektron disebut
hole. Dengan demikian dasar pita konduksi dihuni oleh elektron,dan puncak pita
valensi dihuni hole. Sekarang, kedua pita terisi sebagian, dan daat menimbulkan
arus netto bila dikenakan medan listrik.
2. Semikonduktor Ekstrinsik
Semikonduktor yang telah terkotori (tidak murni lagi)
oleh atom dari jenis lainnya dinamakan semikonduktor ekstrinsik. Proses
penambahan atom pengotor pada semikonduktor murni disebut pengotoran (doping).
Dengan menambahkan atom pengotor (impurities), struktur pita dan
resistivitasnya akan berubah. Ketidakmurnian dalam semikonduktor dapat
menyumbangkan elektron maupun hole dalam pita energi. Dengan demikian,
konsentrasi elektron dapat menjadi tidak sama dengan konsentrasi hole, namun
masing-masing bergantung pada konsentrasi dan jenis bahan ketidakmurnian. Dalam
aplikasi terkadang hanya diperlukan bahan dengan pembawa muatan elektron saja,
atau hole saja. Hal ini dilakukan dengan doping ketidakmurnian ke dalam
semikonduktor.
Terdapat tiga jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu
semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p, dan semikonduktor paduan.
Semikonduktor Ekstrinsik Tipe-n Semikonduktor dengan konsentrasi elektron lebih
besar dibandingkan konsentrasi holedisebut semikonduktor ekstrinsik tipe-n.
Semikonduktor tipe-n menggunakan semikoduktor intrinsik dengan
menambahkan atomdonoryang berasal dari kelompok V pada susunan berkala,
misalnya Ar (arsenic), Sb (Antimony), phosphorus (P).
Atom campuran ini akan menempati lokasi atom intrinsik
didalam kisi kristal semikonduktor konsentrasi elektron pada Si dan Gedapat
dinaikkan dengan proses doping unsur valensi 5. Sisa satu elektron akan menjadi
elektron bebas, jika mendapatkan energi yang relatif kecil saja (disebut
sebagai energi ionisasi). Elektron ini akan menambah konsentrasi elektron pada
pita konduksi. Elektron yang meninggalkan atom pengotor yang menjadi ion
disebut dengan elektron ekstrinsik. Keberadan impuriti donor digambarkan dengan
keadaan diskrit pada energi gap pada posisi didekat pita konduksi. (Rio
Suryana, 2013)