Ketika kita memikirkan perangkat elektronik, kita sering berpikir tentang seberapa cepat perangkat ini beroperasi atau berapa lama kita dapat mengoperasikan perangkat sebelum mengisi ulang baterai. Apa yang kebanyakan orang tidak pikirkan adalah terbuat dari apa komponen perangkat elektronik mereka. Sementara setiap perangkat berbeda dalam konstruksinya, semua perangkat ini memiliki satu kesamaan – sirkuit elektronik dengan komponen yang mengandung unsur kimia silikon dan germanium.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Silikon dan germanium adalah dua unsur kimia yang disebut metaloid. Baik silikon dan germanium dapat digabungkan dengan elemen lain yang disebut dopan untuk membuat perangkat elektronik solid-state, seperti dioda, transistor, dan sel fotolistrik. Perbedaan utama antara dioda silikon dan germanium adalah tegangan yang dibutuhkan agar dioda menyala (atau menjadi "bias maju"). Dioda silikon membutuhkan 0,7 volt untuk menjadi bias maju, sedangkan dioda germanium hanya membutuhkan 0,3 volt untuk menjadi bias maju.
Bagaimana Menyebabkan Metaloid Menghantarkan Arus Listrik
Germanium dan silikon adalah unsur kimia yang disebut metaloid. Kedua elemen rapuh dan memiliki kilau logam. Masing-masing elemen ini memiliki kulit elektron terluar yang berisi empat elektron; sifat silikon dan germanium ini mempersulit salah satu elemen dalam bentuknya yang paling murni untuk menjadi konduktor listrik yang baik. Salah satu cara agar metaloid dapat menghantarkan arus listrik secara bebas adalah dengan memanaskannya. Menambahkan panas menyebabkan elektron bebas dalam metaloid bergerak lebih cepat dan bergerak lebih bebas, memungkinkan diterapkan arus listrik mengalir jika perbedaan tegangan melintasi metaloid cukup untuk melompat ke konduksi pita.
Memperkenalkan Dopan ke Silikon dan Germanium
Cara lain untuk mengubah sifat listrik germanium dan silikon adalah dengan memasukkan unsur kimia yang disebut dopan. Unsur-unsur seperti boron, fosfor atau arsenik dapat ditemukan pada tabel periodik di dekat silikon dan germanium. Ketika dopan dimasukkan ke metaloid, dopan memberikan elektron ekstra ke kulit elektron terluar metaloid atau menghilangkan metalloid dari salah satu elektronnya.
Dalam contoh praktis dioda, sepotong silikon didoping dengan dua dopan yang berbeda, seperti boron di satu sisi dan arsenik di sisi lain. Titik di mana sisi doping boron bertemu dengan sisi doping arsenik disebut persimpangan P-N. Untuk dioda silikon, sisi yang didoping boron disebut "silikon tipe-P" karena pengenalan boron menghilangkan silikon dari elektron atau memperkenalkan "lubang" elektron. Di di sisi lain, silikon yang didoping arsenik disebut "silikon tipe-N" karena menambahkan elektron, yang memudahkan arus listrik mengalir ketika tegangan diterapkan ke dioda.
Karena dioda bertindak sebagai katup satu arah untuk aliran arus listrik, harus ada perbedaan tegangan yang diterapkan pada dua bagian dioda, dan itu harus diterapkan di daerah yang benar. Dalam istilah praktis, ini berarti bahwa kutub positif dari sumber listrik harus diterapkan pada kabel yang menuju ke Bahan tipe-P, sedangkan kutub negatif harus diterapkan pada bahan tipe-N agar dioda dapat mengalir listrik. Ketika daya diterapkan dengan benar ke dioda, dan dioda menghantarkan arus listrik, dioda dikatakan bias maju. Ketika kutub negatif dan positif dari sumber listrik diterapkan pada bahan polaritas yang berlawanan dari dioda – kutub positif ke Bahan tipe-N dan kutub negatif ke material tipe-P – dioda tidak menghantarkan arus listrik, suatu kondisi yang dikenal sebagai bias balik.
Perbedaan Antara Germanium dan Silikon
Perbedaan utama antara dioda germanium dan silikon adalah tegangan di mana arus listrik mulai mengalir bebas melintasi dioda. Dioda germanium biasanya mulai menghantarkan arus listrik ketika tegangan yang diterapkan dengan benar melintasi dioda mencapai 0,3 volt. Dioda silikon membutuhkan lebih banyak tegangan untuk mengalirkan arus; dibutuhkan 0,7 volt untuk menciptakan situasi bias maju dalam dioda silikon.