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.