SemiKonduktor

SemiKonduktor

Hambatan jenis (kebalikan dari konduktivitas listrik) suatu bahan dapat dikelompokkan menjadi:

1. Konduktor ( < 10-6 Wm)
   
2. Semikonduktor (10-6 Wm - 104 Wm)
3. Isolator ( > 104 Wm)

Pada bahan semikonduktor, hole (kekosongan) den elektron berfungsi sebagai pembawa muatan listrik (pengantar arus).

Semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum disisipkan atom-atom lain (atom pengotor).

Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang sudah dimasukkan sedikit ketidakmurnian (doping). Akibat doping ini maka hambatan jenis semikonduktor mengalami penurunan. Semikonduktor jenis ini terdiri dari dua macam, yaitu semikonduktor tipe-P (pembawa muatan hole) dan tipe-N (pembawa muatan elektron).

Komponen semikonduktor:

1. Dioda, dapat berfungsi sebagai penyearah arus, stabilisasi tegangan dan detektor.
   
   

Transistor, dapat berfungsi sebagai penguat arus/tegangan dan saklar.Transistor terdiri dari dua jenis yaitu PNP dan NPN.
Semikonduktor tipe-P

En = tingkat energi akseptor
Eg = celah energi

Semikonduktor tipe-N

En = tingkat energi donor
Eg = celah energi

   Semikonduktor adalah suatu material yang memiliki sifat konduktivitas listrik diantara konduktor dan isolator. Semikonduktor murni atau biasa disebut semikonduktor intrinsic adalah material semikonduktor dimana tiap-tiap atomnya berikatan kovalen satu sama lain membentuk suatu struktur kristal yang biasa disebut lattice, semikonduktor intrinsic memiliki sifat yang mendekati sebuah material isolator, dimana, pita valensi dan pita konduksinya terpisahkan oleh gap energi yang kecil.

  Untuk merubah jumlah pembawa muatan, semikonduktor intrinsic harus diberi pengotor atau impurities. Pengotor akan menciptakan sebuah tingkatan energi diantara pita valensi dan pita konduksi. Semikonduktor tipe-n adalah semikonduktor dengan kelebihan muatan negative, pada silicon, penambahan atom dengan lima electron valensi (seperti phosphor) akan meciptakan tingkat energy baru dengan posisi sedikit di bawah pita konduksi yang dinamakan tingkatan donor.

   Tambahan electron dari phosphor akan menempati tingkat energy baru ini dan dengan hanya sedikit saja jumlah energy akan menaikkan electron ini ke pita konduksi sehingga akan menambah jumlah pembawa muatan negative. Semikonduktor tipe-p adalah semikonduktor dengan dengan kelebihan pembawa muatan positif, pada silicon, penambahan atom dengan tiga electron valensi akan menciptakan tingkat enegi baru dengan posisi sedikit di atas pita valensi yang dinamakan tingkatan akseptor. Electron pada pita valensi akan berpindah ke tingkat energy ini sehingga menciptakan lubang atau hole pada pita valensi dan akan menambah jumlah pembawa muatan positif.

   Jika semikonduktor tipe-p dan tipe-n digabungkan maka pada sembungan akan terjadi proses difusi akibat ketidak seimbangan muatan diantara kedua material semikonduktor, semua hole pada sambungan akan terisi oleh electron sehingga tidak ada lagi electron bebas. Difusi ini menyebabkan terbentuknya lapisan pengosongan atau deplesi, pada lapisan ini semikonduktor kembali pada sifat isolatornya. Jika ujung tipe-n disambungkan dengan kutub negative suatu tegangan dan tipe-p disambungkan dengan kutub positif tegangan, maka electron pada lapisan deplesi akan terdorong keluar dari hole dan kembali menjadi elekron bebas sedangkan hole yang ditinggalkannya akan terisi kembali oleh electron (terjadi rekombinasi) dari tipe-n begitu seterusnya.

Doping Semikonduktor

   Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini disebut dopan.
Doping sejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan faktor lebih besar dari satu milyar.^[rujukan?] Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline silicon didop-berat seringkali digunakan sebagai pengganti logam.

Persiapan bahan semikonduktor

   Semikonduktor dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan handal diperlukan untuk produksi massa. Tingkat kemurnian kimia yang diperlukan sangat tinggi karena adanya ketidaksempurnaan, bahkan dalam proporsi sangat kecil dapat memiliki efek besar pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan yang tinggi juga diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti dislokasi, kembaran, dan retak tumpukan) mengganggu properti semikonduktivitas dari material. Retakan kristal merupakan penyebab utama rusaknya perangkat semikonduktor. Semakin besar kristal, semakin sulit mencapai kesempurnaan yang diperlukan. Proses produksi massa saat ini menggunakan ingot (bahan dasar) kristal dengan diameter antara empat hingga dua belas inci (300 mm) yang ditumbuhkan sebagai silinder kemudian diiris menjadi wafer.

   Karena diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat semikonduktor, metode khusus telah dikembangkan untuk memproduksi bahan semikonduktor awal. Sebuah teknik untuk mencapai kemurnian tinggi termasuk pertumbuhan kristal menggunakan proses Czochralski. Langkah tambahan yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal sebagai perbaikan zona. Dalam perbaikan zona, sebagian dari kristal padat dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan, sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga menghasilkan bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan.

   Dalam pembuatan perangkat semikonduktor yang melibatkan heterojunction antara bahan-bahan semikonduktor yang berbeda, konstanta kisi, yaitu panjang dari struktur kristal yang berulang, penting untuk menentukan kompatibilitas antar bahan.