Pengertian Semikonduktor Murni dan Semikonduktor Impuriti

Pengertian Struktur Semikonduktor Murni dan Semikonduktor Impuriti

Didalam aktivitas kita sehari-hari, disadari atau tidak bahwa kita telah menggunakan berbagai macam peralatan elektronik yang merupakan hasil dari suatu pemanfaatan Teknologi Semikonduktor.

Dengan adanya berbagai macam peralatan elektronik tersebut maka akan sangat membantu dan mempermudah kita dalam menyelesaikan pekerjaan sehari-hari.

Apa saja peralatan elektronik yang menggunakan pemanfaatan Teknologi Semikonduktor tersebut ?

Contoh peralatan elektronik yang menggunakan pemanfaatan Teknologi Semikonduktor tersebut diantaranya yaitu laptop, handphone, kamera dan masih banyak lagi.

Dimana semua peralatan elektronik tersebut merupakan hasil dari pemanfaatan teknologi semikonduktor yang ada saat ini.

Gambar pemanfaatan semikonduktor dan komponen semikonduktor

Pengertian Semikonduktor

Kita bahas bersama yu apa itu semikonduktor ?

Semikonduktor, dari penamaan katanya saja mungkin kita sudah dapat menerka apa itu semikonduktor. Jika kita coba urai kata demi kata dari "semikonduktor" ini maka semikonduktor terbentuk dari kata semi dan konduktor.

Kita coba kupas satu-persatu arti kata dari semi dan konduktor.

Masih ingat apa itu konduktor ?

Konduktor adalah suatu benda berbahan/zat yang mampu menghantarkan panas dan arus listrik dengan baik. Media konduktor ini dapat berupa zat padat, cair dan gas.

Sedangkan arti kata semi didalam Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI) memiliki arti yaitu setengah atau sebagian.

Jadi dapat kita simpulkan pengertian semikonduktor itu apa.

Semikonduktor (dalam bahasa inggris Semiconductor) adalah suatu bahan yang memiliki kemampuan daya hantar listrik dimana daya hantar listriknya tidak sebaik penghantar listrik berbahan konduktor dan juga tidak seburuk daya hantar listrik berbahan isolator.

Sekedar mengingatkan saja mengenai apa itu isolator ?

Isolator adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik atau memiliki sifat menghambat arus listrik. Contoh bahan isolator semisal udara, keramik, fiberglass, kaca, kayu dan lain-lain.

Komponen Elektronika Berbahan Semikonduktor

Beberapa komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor diantaranya adalah Dioda, BJT (Bipolar Junction Transistor), FET (Field Effect Transistor), JFET (Junction Field Effect Transistor), MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IC (Integrated Circuit). Didalam pengklasifikasian komponen elektronika, komponen-komponen tersebut termasuk kedalam komponen elektronika aktif.

Baca juga :

Bahan Semikonduktor

Bahan dasar yang termasuk kedalam golongan semikonduktor ini diantaranya yaitu Silicon, Germanium, Selenium dan Metal oxides. Akan tetapi bahan semikonduktor yang paling baik digunakan sebagai pembentuk komponen elektronika hanya Germanium (Ge) dan Silicon (Si). Berikut ini merupakan gambar dari bahan silicon dan germanium.

Berikut ini merupakan gambar dari bahan silicon dan germanium.

Sumber gambar :
https://id.wikipedia.org/wiki/Germanium
https://id.wikipedia.org/wiki/Silikon
 

Germanium dan Silicon

Semikonduktor berbahan silicon dan germanium tersebut sangat baik untuk pembentukan komponen elektronika.

Alasan utama mengapa germanium dan silicon digunakan sebagai bahan pembentuk komponen elektronika karena bahan tersebut memiliki pemurnian yang sangat baik dan strukturnya mudah untuk dikristalkan.

Pada sistem periodik, unsur kimia silicon dan germanium termasuk kedalam Golongan IV, dimana Golongan ke IV ini memiliki 4 elektron valensi. Perhatikan gambar dibawah ini.

Pada sistem periodik, unsur kimia silicon dan germanium termasuk kedalam Golongan IV, dimana Golongan ke IV ini memiliki 4 elektron valensi. Perhatikan gambar dibawah ini.
Sumber gambar : https://id.wikipedia.org/wiki/Tabel_periodik

Apa itu elektron valensi ?

Elektron valensi adalah elektron yang berada pada orbit terluar atau lintasan terluara atau kulit terluar pada suatu ikatan kimia.

Kita lihat bagaimana susunan elektron pada masing-masing orbit untuk unsur kimia germanium dan silicon ini. 

Germanium

Nomor atom germanium adalah 32, yang terdiri dari 32 proton dan 32 elektron. Susunan elektron untuk setiap orbitnya yaitu 2 elektron pada orbit pertama, 8 elektron pada orbit kedua, 16 elektron pada orbit ketiga dan 4 elektron pada orbit terluar atau elektron valensinya.

Silicon

Nomor atom silicon adalah 14 yang terdiri dari 14 proton dan 14 elektron. Susunan elektron untuk setiap orbitnya yaitu 2 elektron pada orbit pertama, 8 elektron pada orbit ke dua dan 4 elektron pada orbit terluar atau elektron valensinya.

Bagaimana, sampai sini sudah mulai ada gambaran ya. Selanjutnya kita akan berdikusi mengenai apa itu semikonduktor murni dan semikonduktor campuran. 

Semikonduktor Murni

Pada kondisi suhu 0 derajat Celcius, unsur silicon atau germanium akan membentuk susunan kristal tetrahedral (susunan kristal intan) dimana elektron valensinya siap untuk berikatan dengan elektron lain yang terdapat pada atom terdekatnya.

Pada pembentukan struktur kristal tersebut terjadi susunan-susunan atom yang memiliki jarak yang sama.

Pada kondisi ini dinamakan semikonduktor instrinsik (murni) dengan susunan atom yang tersusun beraturan tanpa adanya perubahan susunan kristal.

Pada semikonduktor instrinsik ini setiap atom-atomnya terikat oleh 4 ikatan kovalen dengan 4 atom yang saling berdekatan sehingga atom-atom tersebut saling mengikat satu dengan yang lainnya. Perhatikan gambar berikut ini.

Semikonduktor Murni  Pada kondisi suhu 0 derajat Celcius, unsur silicon atau germanium akan membentuk susunan kristal tetrahedral (susunan kristal intan) dimana elektron valensinya siap untuk berikatan dengan elektron lain yang terdapat pada atom terdekatnya.

Pada gambar diatas terdapat ion silicon atau germanium yang ditunjukan dengan lingkaran +4 yang terdiri dari inti atom dan elektron.

Garis melengkung berupa titik-titik tersebut merupakan garis ikatan kovalen, dimana pada ikatan kovalen tersebut terdapat 2 elektron valensi yang saling berdekatan dan saling mengikat satu sama lain dengan elektron valensi atom lainnya.

Elektron Bebas Akibat Pengaruh Energi Panas

Jika pada semikonduktor murni diberikan suhu sebesar 300 derajat kelvin maka pada jaringan kristalnya akan terjadi pergerakan-pergerakan elektron yang saling simpang siur akibat energi panas tersebut.

Akibat kondisi tersebut timbul loncatan elektron yang terlepas dari ikatan kovalennya menjadi elektron bebas. Elektron bebas tersebut tidak akan tertarik dan tertolak oleh elektron lain dan inti kristal.Elektron Bebas Akibat Pengaruh Energi Panas  Jika pada semikonduktor murni diberikan suhu sebesar 300 derajat kelvin maka pada jaringan kristalnya akan terjadi pergerakan-pergerakan elektron yang saling simpang siur akibat energi panas tersebut.  Akibat kondisi tersebut timbul loncatan elektron yang terlepas dari ikatan kovalennya menjadi elektron bebas. Elektron bebas tersebut tidak akan tertarik dan tertolak oleh elektron lain dan inti kristal.

Perhatikan gambar di atas terjadi lubang kosong atau hole akibat dari pelepasan elektron pada ikatan kovalennya.

Karena sifat elektron yang selalu menyusun diri kembali untuk membentuk pasangan kovalennya, sehingga elektron tunggal yang tetap pada atomnya berusaha untuk berpasangan kembali dengan elektron yang baru dengan cara menarik elektron lain dari pasangan terdekat.

Ruangan atau hole bermuatan positif akan menarik elektron yang bermuatan negatif.

Pembentukan Semikonduktor Impuriti

Mengapa perlu dilakukan pembentukan semikonduktor impuriti ?

Pembentukan semikonduktor impuriti perlu dilakukan guna sebagai penyusun bahan dasar komponen elektronika. Cara pembentukan semikonduktor impuriti yaitu dengan melakukan penambahan atom asing. Penambahan atom asing pada semikonduktor murni ini dinamakan dengan Doping.

Proses doping berlangsung dengan menambahkan atom asing bervalensi 3 dan 5 pada semikonduktor murni sehingga akan menghasilkan semikonduktor ekstrinsik atau semikonduktor yang tidak murni.

Jadi dapat disimpulkan bahwa semikonduktor impuriti (campuran) adalah penambahan unsur pada semikonduktor murni sehingga terjadi proses susunan kristal semikonduktor yang baru.

Apa saja unsur-unsur yang dapat digunakan sebagai doping untuk pembentukan semikonduktor ekstrinsik ?

Yang pertama atom bervalensi 3 diantaranya Boron (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In). Pada saat dicampurkan dengan semikonduktor murni maka atom bervalensi 3 ini membutuhkan satu elektron. Kekurangannya tersebut akan dipenuhi dengan menarik elektron terdekatnya.

Atom bervalensi 3 ini disebut dengan akseptor impuriti atau sebagai pencampur penerima.

Kemudian atom bervalensi 5 diantaranya Pospor (P), Arsenit (As), Antimon (Sb), Bismuth (Bi). Pada saat dicampurkan dengan semikonduktor murni maka atom bervalensi 5 ini akan kelebihan satu elektron sehingga akan terjadi pelepasan elektron dan menimbulkan elektron bebas. Atom bervalensi 5 ini disebut sebagai donor impuriti karena memberikan satu elektron pada silicon ataupun germanium.

Semikonduktor Type P

Pada semikonduktor type P, atom berelektron valensi 3 dicampurkan dengan semikonduktor murni. Perhatikan gambar berikut ini.

Pada gambar diatas atom pencampur +3 dikelilingi oleh 4 atom murni. Agar membentuk ikatan yang sempurna, atom yang berelektron valensi 3 ini membuthkan satu elektron.

Pada gambar diatas atom pencampur +3 dikelilingi oleh 4 atom murni. Agar membentuk ikatan yang sempurna, atom yang berelektron valensi 3 ini membuthkan satu elektron.

Dengan menambah sedikit energi pada pada elektron kristal aslinya maka elektron akan loncat dari ikatan kovalennya dan mendekat untuk mengisi kekurangan atom akseptor dan membentuk hole pada ikatan kovalen yang ditinggalkan sebelumnya.

Jadi, dengan atom akseptor akan menghasilkan hole tanpa adanya elektron bebas. Sehingga semikonduktor campuran yang terjadi ini dinamakan semikonduktor type P.

Terbentuknya hole disertai dengan ion negatif dan hole merupakan pembawa muatan mayoritas dan elektron merupakan pembawa muatan minoritas.

Semikonduktor Type N

Pada semikonduktor type N atom berelektron valensi 5 dicampurkan dengan semikonduktor murni. Perhatikan gambar berikut ini.

Atom pencampur bervalensi 5 dikelilingi oleh empat atom asli. Dari kelima elektron valensi tersebut hanya empat saja yang diperlukan untuk membentuk ikatan sempurna sehingga terdapat 1 kelebihan elektron valensi.
Atom pencampur bervalensi 5 dikelilingi oleh empat atom asli. Dari kelima elektron valensi tersebut hanya empat saja yang diperlukan untuk membentuk ikatan sempurna sehingga terdapat 1 kelebihan elektron valensi.

Ketika diberikan sedikit energi pada atom pencampur tersebut maka kelebihan satu elektron tadi akan terlepas dan dibebaskan dari ikatannya. Pemberian atom donor yang menimbulkan elektron bebas ini akan menghasilkan semikonduktor type N.

Dengan melepaskan satu elektron valensinya maka timbul elektron bebas yang tidak disertai terbentuknya hole tetapi terbentuk ion positif.

Dari sini dapat disimpulkan bahwa elektron bebas yang terbentuk merupakan pembawa muatan mayoritas dan terbentuknya hole merupakan pembawa muatan minoritas.




Sumber :
http://repository.unp.ac.id/1551/1/HENDRA_492_93.pdf
http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pendidikan/drs-sumarna-msi-meng/bahan-kuliah-fisika-semikonduktor.pdf


Kang Nurdin
Kang Nurdin
Dari pengalaman yang sudah-sudah, belajar itu membutuhkan waktu dan konsistensi. Perjalanan panjang dalam kehidupan ini merupakan salah satu bentuk pembelajaran itu. Jadi, teruslah bersabar dalam mengarunginya.

Related Posts