Uploaded by ralfiatie

Tugas 3 Zulhanifah Nur Ari Safitri 201811108 MTL D

advertisement
Zulhanifah Nur Ari Safitri/201811108
MTL (D)
A. Pengertian
Semikonduktor adalah sebuah material dengan konduktivitas yang berada diantara
isolator dan konduktor. Terdapat dua jenis tipe semikonduktor yaitu semikonduktor
intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik. Semikonduktor
semikonduktor
murni
tanpa
atom
intrinsik
merupakan
pengotor, sedangkan semikonduktor ekstrinsik
merupakan semikonduktor yang telah diberi atom pengotor. Pemberian atom pengotor
pada semikonduktor dapat menyebabkan munculnya dominasi muatan pembawa.Bila
konsentrasi elektron lebih banyak dari konsentrasi hole maka akan terbentuk
semikonduktor tipe-n demikian pula sebaliknya bila hole lebih banyak dari elektron
maka akan terbentuk semikonduktor tipe-p.
Bahan tertentu seperti germanium, silikon, karbon, dan sebagainnya adalah bukan
sebagai konduktor seperti tembaga atau bukan sebagai isolator seperti kaca. Dengan kata
lain, resistivitas bahan tersebut terletak antara konduktor dan isolator. Bahan demikian
dikelompokkan sebagai semikonduktor. Semikonduktor mempunyai sifat-sifat yang
bermanfaat dan sangat intensif digunakan dalam rangkaian elektronik. Sebagai contoh,
transistor, merupakan piranti semikonduktor yang secara cepat dan hampir total
menggantikan tabung hampa pada setiap aplikasi. Transistor hanya merupakan salah satu
dari keluarga piranti semikonduktor, banyak piranti semikonduktor lain yang menjadi
semakin sangat populer, misalnya IC.
Tidak mudah untuk mendefinisikan semikonduktor jika ingin mencakup semua
sifat fisis yang dimilikinya. Tetapi pada umumnya, semikonduktor didefinisikan
berdasarkan konduktivitas listriknya, yakni semikonduktor merupakan bahan yang
mempunyai resistivitas (10-4 hingga 0,5 Ωm) antara konduktor dan isolator, contohnya
germanium, silikon, karbon, selenium, dan sebagainya. Perhatikan tabel berikut !
No.
Bahan
1.
Tembaga
2.
Germanium
3.
Kaca
4.
Nichrome
Klasifikasi
Resistivitas
Konduktor yang baik
1,7 x 10-8 Ωm
Semikonduktor
0,6 Ωm
Isolator
9 x 1011 Ωm
Bahan resistan
10-4 Ωm
Membandingkan resistivitas bahan-bahan di atas nampak bahwa resistivitas germanium
(semikonduktor) cukup tinggi dibandingkan tembaga (konduktor) tetapi cukup rendah
Zulhanifah Nur Ari Safitri/201811108
MTL (D)
dibandingkan kaca (isolator). Ini menunjukkan bahwa resistivitas semikonduktor terletak
antara konduktor dan isolator. Tetapi akan salah bila dikatakan bahwa semikonduktor
sebagai bahan resistan. Sebagai contoh nichrome yang merupakan satu bahan resistan
tertinggi, memiliki resistivitas yang jauh lebih rendah dari pada germanium. Hal ini
menunjukkan bahwa secara elektrik germanium tidak dapat dianggap sebagai konduktor
atau isolator atau sebuah bahan resistan. Sangat mungkin untuk membuat campuran logam
(alloy) yang resistivitasnya terletak dalam kisaran semikonduktor tetapi campuran tersebut
tidak dapat dianggap sebagai semikonduktor. Kenyataannya, semikonduktor memiliki
sejumlah sifat khusus yang membedakannya dari konduktor, isolator dan bahan resistan.
Sifat-sifat Semikonduktor
•
Resistivitas semikonduktor lebih kecil dari pada isolator tetapi lebih besar dari pada
konduktor.
•
Semokonduktor memiliki resistansi dengan koefisien suhu negatif, yaitu bahwa
resistansi semikonduktor menurun dengan kenaikan suhu dan sebaliknya. Sebagai
contoh, germanium menjadi isolator pada suhu rendah tetapi merupakan konduktor
yang baik pada suhu tinggi.
•
Ketika ketakmurnian metalik yang tepat (seperti arsenik, gallium, dsb.)
ditambahkan ke dalam semikonduktor, maka sifat-sifat konduksi arusnya berubah
cukup besar. Inilah sifat yang paling khas dan penting.
Pada awal perkembangannya bahan semikonduktor yang pertama kali dieksplorasi
adalah Germanium, namun sampai saat ini bahan semikonduktor yang banyak diteliti
untuk bahan baku pembuatan divais elektronik maupun optoelektronik adalah Silikon
dengan pertimbangan bahan silikon cukup melimpah di alam ini dan harganya relatif
murah. Selain silikon material lain yang banyak dipelajari dan diteliti adalah material
paduan dari golongan II-VI atau III-V dalam tabel periodik (gambar 1) baik binary
(paduan 2 unsur) maupun ternary (paduan 3 unsur) seperti ZnO, GaN, AlN, InN,
GaAs, GaSb, AlGaN, AlGaSb, GaNAs dan sebagainya dimana material-material
paduan tersebut masing-masing memiliki ciri khas dan keunikan tersendiri baik dari sifat
listrik maupun sifat optiknya yang aplikasinya dapat disesuaikan dengan karakteristik
fisisnya masing-masing.
Zulhanifah Nur Ari Safitri/201811108
MTL (D)
Berikut penjelasan beberapa material semikonduktor beserta contoh pengaplikasiannya:
a. Germanium.
Germanium menjadi model bahan di antara banyak semikonduktor. Alasan
utamanya adalah dapat dimurnikan dengan relatif baik dan mudah dikristalkan.
Germanium merupakan unsur tanah yang ditemukan pada tahun 1886. Germanium
diperoleh dari abu batu bara khusus atau dari pipa asap debu peleburan seng (zinc). Pada
umumnya perolehan germanium dalam bentuk serbuk germanium dioksida yang kemudian
dibuat germanium murni. Nomor atom germanium adalah 32, karenanya ia memiliki 32
proton dan 32 elektron. Dua elektron pada orbit pertama, 8 elektron pada orbit ke dua, 16
elektron pada orbit ke tiga, dan 4 elektron pada orbit valensi atau terluar. Jelas bahwa atom
germanium memiliki 4 elektron valensi, atau dikenal pula sebagai unsur tetravalen. Ketika
atom-atom germanium tersusun dalam pola teratur dan berulang, maka germanium
berstruktur sebagai kristal.
Germanium murni adalah metaloid yang bersifat keras, getas, berkilau, dan
berwarna putih abu-abu. Unsur ini memiliki sifat kimia dan fisika mirip silikon.
Germanium stabil di udara dan air, serta tidak terpengaruh oleh asam dan basa, kecuali
asam nitrat.Germanium tidak tersedia banyak di alam. Dalam proses geologi, unsur ini
tidak banyak berasosiasi dengan mineral sehingga penyebarannya amat luas, namun
Zulhanifah Nur Ari Safitri/201811108
MTL (D)
dengan konsentrasi amat rendah.Bijih germanium termasuk langka. Namun bijih ini pun
biasanya tidak ditambang.Germanium merupakan semikonduktor penting yang terutama
digunakan dalam transistor dan sirkuit terpadu.
b. Silikon
Silikon merupakan unsur utama dalam batuan pada umumnya. Sebenarnya, pasir
merupakan silikon dioksida. Bahan campuran silikon (silicon compound) secara kimia
direduksi menjadi silikon yang 100% murni untuk digunakan sebagai bahan
semikonduktor. Nomor atom silikon adalah 14, karenannya ia memiliki 14 proton dan 14
elektron. Dua elektron pada orbit pertama, 8 elektron pada orbit ke dua, dan 4 elektron
pada orbit ketiga yakni yang terluar. Jelas bahwa atom silikon memiliki 4 elektron valensi,
dan karenanya silikon termasuk unsur tetravalen. Atom-atom silicon juga tersusun dalam
pola yang teratur sehingga silikon memiliki struktur kristal.
Silikon terdapat paling banyak di muka bumi setelah oksigen. Namun, yang
menjadi masalah adalah pemurniannya untuk dapat digunakan menjadi bahan yang bersifat
semikonduktor. Proses pemurniannya sulit, karena memerlukan titik leleh yang tinggi,
seperti yang kita ketahui jika struktur silikon termasuk dalam struktur kovalen raksasa, di
mana sifat dari struktur kovalen raksasa adalah hanya akan meleleh pada suhu yang sangat
tinggi (di atas 1000oC). Silikon banyak digunakan dalam pembuatan penyearah arus, dan
transistor sebagai bahan semikonduktor.
c. Antimon
Antimon adalah suatu unsur metaloid kimia dalam tabel periodik yang memiliki
lambang Sb (Stibium). Antimon merupakan metaloid dan mempunyai empat alotropi.
Bentuk stabil dari antimon adalah logam dengan warna biru-putih. Sedangkan, antimoni
dengan warna kuning dan hitam menandakan logam tak stabil. Antimon digunakan sebagai
bahan tahan api, cat, keramik, elektronik dan karet.
Antimon dan senyawa-senyawanya adalah toksik (meracun). Dalam dosis rendah,
antimon menyebabkan sakit kepala. Dalam dosis tinggi, antimon akan mengakibatkan
kematian dalam beberapa hari. Unsur ini tidak banyak, tetapi ditemukan dalam 100 spesies
mineral. Kadang-kadang ditemukan sendiri, tetapi lebih sering sebagai sulfide stibnite.
Antimon dimanfaatkan dalam produksi industri semikonduktor dalam produksi
dioda dan detektor infra merah. Sebagai sebuah campuran, logam semu ini meningkatkan
Zulhanifah Nur Ari Safitri/201811108
MTL (D)
kekuatan mekanik bahan. Manfaat yang paling penting dari antimon adalah sebagai
penguat timbal untuk baterai.
d. Boron adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang B dan nomor
atom 5. Unsur ini tidak ditemukan di alam, tetapi timbul Unsur boron tidak dianggap
berbahaya, dan perlu penanganan spesial. Walau begitu, beberapa senyawa boron hidrogen
sangat beracun dan memerlukan penanganan ekstra hati-hati. ul sebagai asamothorboric
dan biasanya ditemukan dalam sumber mata air gunung berapi. Boron bukan konduktor
listrik yang bagus pada suhu ruangan, tetapi pada suhu yang lebih tinggi.
Boron nitrida memiliki sifat-sifat yang cemerlang karena ia sekeras berlian, dapat
digunakan sebagai insulator listrik walau dapat menghantar panas seperti logam. Boron
mirip dengan karbon dalam memiliki kapasitas membentuk jaringan molekul dengan
ikatan kovalen.
e. Galium
Galium tidak terdapat dalam bentuk murni di alam. Galium sebenarnya lebih berlimpah
dari timbal tapi lebih sulit diakses karena tidak terkonsentrasi selektif dalam mineral
sehingga persebarannya cenderung luas. Galium berbentuk padat pada suhu ruang, tetapi
seperti merkuri, cesium, dan rubidium, akan menjadi cair bila sedikit dipanaskan. Galium
padat merupakan logam abu-abu kebiruan yang memiliki struktur kristal ortorombik,
sedangkan galium murni memiliki warna keperakan.
Analog integrated circuit merupakan salah satu aplikasi paling umum untuk galium,
dengan perangkat optoelektronik (kebanyakan dioda laser dan dioda pemancar cahaya)
sebagai penggunaan terbesar kedua. Galium memiliki sifat semikonduktor, terutama
sebagai gallium arsendite (GaAs). GaAs dapat mengubah listrik menjadi cahaya dan
digunakan dalam light emitting diodes (LED) pada berbagai layar alat elektronik dan jam
tangan.
f. Indium
Indium adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang In dan
nomor atom 49. Ini adalah logam pasca transisi yang menyusun 0,21 ppm dari kerak bumi.
Indium sangat lembut dan lunak, memiliki titik lebur lebih tinggi daripada natrium dan
galium, tetapi lebih rendah daripada litium dan timah. Secara kimiawi, indium mirip
Zulhanifah Nur Ari Safitri/201811108
MTL (D)
dengan galium dan thallium, dan sebagian besar sifatnya berada di antara galium dan
thallium.
Indium digunakan sebagai bahan campuran logam, campuran logam poros,
transistor germanium, termistor dan fotokonduktor. Ia dapat dilapisi pada logam dan
diuapkan pada gelas untuk membentuk kaca sebagus yang tebuat dari perak tetapi tidak
rentan korosi atmosfir. Indium timah oksida (ITO), oksida indium, banyak digunakan
dalam pembuatan layar LCD. Sebenarnya, 50% logam ini digunakan dalam produksi
display kristal cair.
Selain menjadi bagian penting dari layar komputer, LCD juga banyak digunakan di
receiver GPS, kamera, PDA, mesin penjawab, telepon seluler, dan berbagai konfigurasi
lainnya. Karena meningkatnya permintaan di industri elektronik konsumen, harga logam
ini telah melonjak ratusan dolar per kilogram. Hal ini biasa digunakan pada komponen
listrik seperti detektor inframerah, transistor kecepatan tinggi, dan perangkat foto-volta.
Karena titik lebur yang rendah dan kemampuan untuk melakukan listrik, digunakan dalam
pembuatan solder dan paduan.
Logam ini juga banyak digunakan dalam lapisan gelas. Meskipun pelapis semacam itu
transparan, mereka mencerminkan sinar inframerah. Ini digunakan di jendela pesawat
terbang, jendela arsitektur, pintu, lemari es, dan oven. Timah oksida Indium populer
digunakan pada lampu sodium bertekanan rendah. Dalam reaktor nuklir, neutron indium
digunakan di batang kendali reaktor.
Di bidang kedokteran nuklir, indium leukocyte scintigraphy digunakan untuk
memantau fungsi sel darah putih. Indium oksida dan timah oksida indium digunakan
sebagai lapisan untuk panel electroluminescent. Indium antimonide, indium phosphide,
dan indium nitride adalah beberapa bahan semikonduktor yang populer di industri ini.
Elemen ini juga digunakan pada lampu LED dan dioda laser. Ini digunakan sebagai paduan
solder karena kemampuannya untuk mengisi perbedaan koefisien ekspansi termal (CTE)
dari 2 logam berbeda, yang menyebabkan kerusakan pada sambungan logam, karena
kontraksi dan ekspansi.
Download