Keuntungan Semikonduktor

Semikonduktor adalah zat yang konduktivitas listriknya terletak di antara konduktor dan isolator yang baik. Semikonduktor, tanpa pengotor, disebut semikonduktor intrinsik. Germanium dan silikon adalah semikonduktor intrinsik yang paling umum digunakan. Baik Ge (nomor atom 32) dan silikon (nomor atom 14) termasuk dalam kelompok keempat tabel periodik, dan keduanya tetravalen.

Pada suhu mendekati nol mutlak, Ge dan Si murni berperilaku seperti isolator sempurna. Tetapi konduktivitas mereka meningkat dengan meningkatnya suhu. Untuk Ge, energi ikat elektron dalam ikatan kovalen adalah 0,7 eV. Jika energi ini disuplai dalam bentuk panas, beberapa ikatan putus, dan elektron dibebaskan.

Pada suhu biasa, beberapa elektron dibebaskan dari atom kristal Ge atau Si, dan mereka mengembara di dalam kristal. Tidak adanya elektron di tempat yang sebelumnya ditempati menyiratkan muatan positif di tempat itu. Sebuah "lubang" dikatakan dibuat di tempat elektron dibebaskan. Sebuah lubang (kosong) setara dengan muatan positif dan memiliki kecenderungan untuk menerima elektron.

Ketika elektron melompat ke lubang, lubang baru dihasilkan di tempat elektron sebelumnya. Gerakan elektron dalam satu arah setara dengan gerakan lubang dalam arah yang berlawanan. Jadi, dalam semikonduktor intrinsik, lubang dan elektron diproduksi secara bersamaan, dan keduanya bertindak sebagai pembawa muatan.

Ada dua jenis semikonduktor ekstrinsik: tipe-n dan tipe-p.

semikonduktor tipe-n: Unsur-unsur seperti arsenik (As), antimon (Sb) dan fosfor (P) adalah pentavalen, sedangkan Ge dan Si adalah tetravalen. Jika sejumlah kecil antimon ditambahkan ke kristal Ge atau Si, sebagai pengotor, maka dari lima elektron valensinya, empat akan membentuk ikatan kovalen dengan atom Ge tetangga. Tetapi elektron kelima antimon menjadi hampir bebas bergerak di dalam kristal.

Jika tegangan potensial diterapkan pada kristal Ge yang didoping, elektron bebas dalam Ge yang didoping akan bergerak menuju terminal positif, dan konduktivitas meningkat. Karena elektron bebas bermuatan negatif meningkatkan konduktivitas kristal Ge yang didoping, ini disebut semikonduktor tipe-n.

semikonduktor tipe-p: Jika pengotor trivalen seperti indium, aluminium atau boron (memiliki tiga elektron valensi) ditambahkan ke dalam proporsi yang sangat kecil untuk Ge atau Si tetravalen, maka tiga ikatan kovalen terbentuk dengan tiga atom Ge. Tetapi elektron valensi keempat Ge tidak dapat membentuk ikatan kovalen dengan indium karena tidak ada elektron yang tersisa untuk berpasangan.

Ketiadaan atau kekurangan elektron disebut hole. Setiap lubang dianggap sebagai daerah muatan positif pada titik tersebut. Karena konduktivitas Ge yang didoping dengan indium disebabkan oleh lubang, ini disebut semikonduktor tipe-p.

Dengan demikian, tipe-n dan tipe-p adalah dua jenis semikonduktor, dan penggunaannya dijelaskan sebagai berikut: Tipe-p semikonduktor dan semikonduktor tipe-n digabungkan, dan antarmuka yang sama disebut sambungan p-n dioda.

Dioda p-n junction digunakan sebagai penyearah dalam rangkaian elektronik. Transistor adalah perangkat semikonduktor tiga terminal, yang dibuat dengan mengapit sepotong tipis bahan tipe-n di antara dua potongan bahan tipe-p yang lebih besar, atau sepotong tipis semikonduktor tipe-p di antara dua potongan tipe-n yang lebih besar semikonduktor. Jadi, ada dua jenis transistor: p-n-p dan n-p-n. Transistor digunakan sebagai penguat dalam rangkaian elektronika.

Perbandingan antara dioda semikonduktor dan ruang hampa akan memberikan gambaran yang lebih jelas tentang keunggulan semikonduktor.

• Tidak seperti dioda vakum, tidak ada filamen dalam perangkat semikonduktor. Oleh karena itu, tidak diperlukan pemanasan untuk memancarkan elektron dalam semikonduktor.
• Perangkat semikonduktor dapat dioperasikan segera setelah menyalakan perangkat sirkuit.
• Tidak seperti dioda vakum, tidak ada suara mendengung yang dihasilkan oleh semikonduktor pada saat operasi.
• Dibandingkan dengan tabung vakum, perangkat semikonduktor selalu membutuhkan tegangan operasi yang rendah.
• Karena semikonduktor berukuran kecil, sirkuit yang melibatkannya juga sangat kompak.
• Tidak seperti tabung vakum, semikonduktor tahan goncangan. Selain itu, ukurannya lebih kecil dan menempati lebih sedikit ruang dan mengkonsumsi lebih sedikit daya.
• Dibandingkan dengan tabung vakum, semikonduktor sangat sensitif terhadap suhu dan radiasi.
• Semikonduktor lebih murah daripada dioda vakum dan memiliki umur simpan yang tidak terbatas.
• Perangkat semikonduktor tidak memerlukan ruang hampa untuk pengoperasiannya.

Singkatnya, keuntungan dari perangkat semikonduktor jauh lebih besar daripada tabung vakum. Dengan munculnya bahan semikonduktor, menjadi mungkin untuk mengembangkan perangkat elektronik kecil yang lebih canggih, tahan lama dan kompatibel.

Perangkat semikonduktor yang paling umum adalah transistor, yang digunakan untuk membuat gerbang logika dan sirkuit digital. Aplikasi perangkat semikonduktor juga meluas ke sirkuit analog, yang digunakan dalam osilator dan amplifier.

Perangkat semikonduktor juga digunakan dalam sirkuit terpadu, yang beroperasi pada tegangan dan arus yang sangat tinggi. Aplikasi perangkat semikonduktor juga terlihat dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, chip komputer berkecepatan tinggi terbuat dari semikonduktor. Telepon, peralatan medis dan robotika juga menggunakan bahan semikonduktor.