Skip to content Skip to sidebar Skip to footer
Home / Listrik

Mengenal Bahan Semikonduktor, Pengertian, Penerapan dan Jenisnya.

by David Sigalingging

Daftar isi

Pernahkan Anda mendengar tentang Semikonduktor ? dalam fisika kita sering mendengar istilah konduktor yang berarti penghantar. Penghantar bisa berupa kalor atau arus listrik. Lalu apa ituSemikonduktor atau setengah penghantar ?

Kita mengenal 2 sifat bahan yang dasar, yaitu konduktor dan Isolator. Konduktor berarti penghantar arus listrik yang baik. Sedangkan isolator berarti pengantar arus listrik yang buruk. Mengapa suatu bahan bisa digolongkan sebagai konduktor dan isolator ?

Jawabannya adalah Elektron Valensi

Jadi gini, setiap materi di dunia ini terdiri dari berbagai komposisi dasar yang membentuk materi tersebut secara fisik. Materi tersusun dari substansi dasar yang disebut atom. Atom terdiri dari Proton, Elektron dan Neutron. 

Proton dan neutron berada pada inti atom dan dikelilingi oleh elektron. Jumlah proton dan elektron pada suatu bahan pada dasarnya sama, sehingga saling menetralkan. 

Elektron mengelilingi inti atom dengan garis orbitnya sendiri. Namun, semakin jauh sebuah elektron dari inti atom maka semakin lemah pula ikatan elektron tersebut. Elektron yang memiliki ikatan dan lemah dan mudah untuk lepas disebut elektron Valensi. 

Struktur Atom

Nah, keberadaan elektron valensi pada sebuah atom dapat menimbulkan ikatan dengan atom yang lain. Karena pada dasarnya, elektron selalu mencari titik keseimbangan. Elektron valensi di kulit paling luar memiliki sifat yang sangat kritis karena menentukan konduktivitas dari atom. Elektron valensi yang terikat melahirkan elektron bebas.

Perlu diketahui bahwa elektron valensi bukan hanya elektron di kulit terluarnya saja, namun semua elektron yang ikatannya lemah. Contoh bahan yang memiliki  elektron valensi antara lain Tembaga, aluminium, emas, timah dan banyak logam lainnya. 

Jumlah Elektron Valensi pada konduktor menentukan sifat dari bahan. semakin sedikit elektron valensi, maka semakin banyak elektron bebas yang dihasilkan dari ikatan. Jika sebuah bahan memiliki elektron valensi 1 seperti Tembaga, maka dia akan menjadi konduktor yang sangat baik. 

Bagaimana Dengan Semi-Konduktor ?

Seperti namanya, Semikonduktor berarti setengah penghantar. Ini merujuk pada sifatnya yang dapat menjadi Konduktor dan dapat pula menjadi Isolator. 

Kembali ke elektron bebas, elektron ini  dapat berpindah apabila menerima energi dari luar, seperti panas dan arus listrik, namun dapat pula berpindah karena campuran bahan lain (doping). Elektron bebas yang lepas dari orbitnya akan meninggalkan kekosongan lubang atau hole. Lubang ini memiliki muatan positif, sehingga dapat mengubah sifat atom yang awalnya netral. 

Sebuah atom akan dikatakan kelebihan atau kekurangan elektron apabila elektron meninggalkan orbitnya. Jika sebuah atom kelebihan elekton maka dapat dikatakan atom tersebut bermuatan Negatif, sedangkan apabila atom kekuarangan elektron maka dapat disebut bermuatan Positif.  

Bahan semikonduktor adalah bahan yang unik, karena bahan ini bisa menjadi Konduktor dan bisa menjadi isolator tergantung dari Campuran doping bahannya. Doping adalah Istilah mencampur sebuah bahan dengan bahan lain yang berbeda jenis. 

Jenis-Jenis Semikonduktor

Bahan Semikonduktor pada dasarnya adalah Isolator, namun ketika  di doping dengan bahan tertentu maka akan menjadi konduktor. Bahan semikonduktor dibagi menjadi dua golongan yaitu :

1. Semikonduktor Intrinsik (Murni)

Semikonduktor Intrinsik atau semikonduktor murni adalah bahan yang belum diberikan campuran doping sehingga struktur atomnya tetap netral. Semikonduktror Intrinsik pada dasarnya adalah Isolator karena memiliki struktur atom yang kuat sehingga memiliki sedikit elektron Valensi yang biasanya memiliki elektron valensi 4. Contoh dari semikonduktor Intrinsik yang paling populer adalah Silicon dan Germanium.

2. Semikonduktor Ekstrinsik (Campuran)

Semikonduktor Ekstrinsik adalah  semikonduktor intrinsik yang telah diberikan Campuran doping sehingga mengubah struktur atomnya. Dengan mencampun semikonduktor murni, maka akan lahir 2 jenis semikonduktor Ekstrinsik yaitu Semikonduktor Tipe P dan Semikonduktor Tipe N.

Semikonduktor tipe P

Semikonduktor tipe P adalah bahan yang dibuat dari semikonduktor intrinsik (murni) yang diberi doping  atom-atom lain yang kekurangan elektron sehingga jumlah lubangnya/hole lebih banyak dari pada jumlah elektron bebasnya ,sehingga bahan ini memiliki muatan positif. Semikonduktor dengan muatan positif inilah yang disebut tipe P.

Semikonduktor Tipe P (Positif) adalah bahan yang diberi doping  atom dengan elektron valensi 3, sehingga struktur atom Tipe P akan kekurangan elekron. Contoh bahan  doping  semikonduktor tipe P adalah Boron, Gallium dan Indium.

Semikonduktor tipe N

Semikonduktor tipe N adalah bahan yang dibuat dari semikonduktor intrinsik (murni) yang diberi doping atom-atom lain yang kelebihan elektron sehingga jumlah elektron bebasnya lebih banyak dibandingkan jumlah lubang/hole nya, akibatnya bahan ini memiliki muatan Negatif. Semikonduktor dengan muatan negatif ini kelak disebut tipe N.

Semikonduktor tipe N (Negatif) adalah Semikonduktor yang diberi bahan doping dengan elektron Valensi 5, sehingga Struktur atom Tipe N adalah kelebihan Elektron. Doping tipe N adalah Antimoni, Arsenik dan Phospor.

Penerapan Bahan Semikonduktor

Semikonduktor dapat dikatakan menjadi bahan dasar bagi perangkat teknologi modern. Sadar atau tidak, perangkat elektronis yang Anda pakai seperti Komputer atau Smartphone yang anda pakai sekarang tersusun dari komponen yang terbuat dari Semikonduktor. Komponen tersebut diantaranya adalah :

Dioda 

Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Jenis diode antara lain Dioda Rectifier, Dioda zener, Dioda schottky, dan LED (Light emitting diode). 

Transistor

Komponen ini ditemukan pertama kali tahun 1947 oleh Bell Laboratory. Berterima kasihlah kepada tiga orang ilmuwan hebat yaitu William Shockley, John Bardeen and Walter Brattain. Transistor menggantikan tabung vakum yang memiliki ukuran yang besar dan rugi daya yang besar. Sehingga kita bisa memegang smartphone dengan satu tangan saja.

Transistor dapat berfungsi sebagai saklar maupun sebagai  penguat. Transistor dikelompokkan menjadi dua  yaitu BJT (bipolar junction transistor) dan FET (Field effect Transistor). Transistor BJT terdiri dari transistor PNP dan Transistor NPN. Transistor FET terdiri dari UJT, IGBT dan MOSFET.

Integrated Circuit (IC)

IC disebut juga sirkuit terpadu, adalah komponen yang didalamnya terdapat komponen dasar yang lebih kecil seperti Transistor dan Dioda. Komponen tersebut saling dirangkai membentuk sebuah sirkuit terpadu lalu dikemas dalam bentuk chip, sehingga kemasannya lebih kecil dan kompak. Jenis IC beragam diantara lain IC Op-Amp(operational amplifier), IC driver, IC logika, IC komparator dll.

Processor

Mirip seperti IC, namun dengan skala yang jauh lebih besar. Jika IC biasa hanya terdiri dari puluhan hingga ratusan transistor, maka prosesor bisa jutaan hingga miliaran transistor di dalamnya. Prosesor memanfaatkan transistor berukuran nano yang dirangkai menggunakan teknologi tinggi. Sebagai contoh, Prosesor Intel Core i9 memiliki 7 Miliar transistor di dalamnya.

Intel Core 9 Gen


Kelebihan Perangkat Semikonduktor

  • Karena perangkat semikonduktor tidak memiliki filamen, maka tidak diperlukan daya untuk memanaskannya yang menyebabkan emisi elektron.
  • Transistor tidak memiliki filmen sehingga tidak memerlukan daya untuk menghasilkan emisi elektron
  • Karena tidak diperlukan pemanasan, perangkat semikonduktor akan segera beroperasi setelah sirkuit dihidupkan.
  • Semikonduktor tidak memiliki komponen mekanis sehingga tidak menghasilkan dengung atau suara saat digunakan
  • Semikonduktor memiliki tegangan operasional yang rendah dibandingkan tabung vakum
  • Karena ukurannya yang kecil, rangkaian yang melibatkan perangkat semikonduktor sangat kompak.
  • Perangkat semikonduktor tahan guncangan.
  • Semikonduktor harganya lebih murah
  • Masa pakai bahan semikonduktor hampir tidak terbatas.

Kekurangan Perangkat Semikonduktor

  • Perangkat semikoduktor menghasilkan noise gelombang yang lebih tinggi dibandingkan dengan di tabung vakum.
  • Semikonduktor memiliki kemampuan daya yang lebih rendah.
  • Dalam rentang frekuensi tinggi, transistor memiliki responder yang buruk.