DDE SEMI KONDUKTOR

Januar Anas.F.S/07/X TKJ C

SEMI KONDUKTOR

BAB 1
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Dalam dunia kerja, manusia diajari oleh teknologi untuk memecahkan masalah-masalah kerja secara efisien dan efektif. Tidak heran kalau hal ini berpengaruh secara kuat terhadap pengelolaan serta organisasi perusahaan-perusahaan dan industri , agar tak tertinggal dalam persaingan global.
Kemampuan menguasai teknologi tinggi adalah merupakan syarat mutlak bagi suatu negara untuk memasuki negara industri baru. Salah satu bidang teknologi tinggi yang sangat mempengaruhi peradaban manusia di abad ini adalah teknologi semikonduktor dan mikroelektronika.
Dewasa ini bahan semikonduktor organik mendapat perhatian baik dari kalangan peneliti maupun industri. Hal ini dikarenakan sifatnya yang ramah lingkungan, dalam arti mudah hancur dalam alam. Sehingga sampahnya tidak merusak lingkungan.
2. Tujuan
a. Menjelaskan tentang semikonduktor
b. Mengungkapkan beberapa teori semikonduktor
c. Untuk menerangkan beberapa sifat semikonduktor
d. Menjelaskan tentang bahan semikonduktor dan manfaatnya dalam dunia nyata.

BAB 2
PEMBAHASAN
1. PENGERTIAN
Semikonduktor organik telah menjadi perhatian dalam dunia penelitian sejak 50 tahun yang lalu. Bahan organik dengan kandungan karbon, hidrogen dan oksigen, telah menarik perhatian para peniliti, karena ikatan antar molekul yang lemah dalam keadaan solid , dapat menjadikan bahan organik sebagai bahan insulator dan semiconductor. Akhir-akhir ini diketahui juga bahwa bahan organik semiconductor bersifat photoconductive dibawah sinar biasa. Penemuan ini menarik perhatian industri untuk aplikasi dalam electrophotography dan tabung sinar dalam LCD (Liquid Crystal Display).
Penelitian organic LED (Ligh Emitting Diode) (OLED) mulai mendapat perhatian sejak research group dari Eastman Kodak melaporkannya tahun 1987 dengan molekul kecil sebagai bahannya, kemudian di susul dengan peniliti dari Cambridge University pada tahun 1990, dengan menggunakan polymer sebagai bahannya.
Selain aplikasi dalam OLED, aplikasi untuk pembuatan transistor juga mendapat perhatian. Salah satu devaisnya adalah organic thin film transistor (OTFT). Walau kecepatan OTFT ini tidaklah dapat menyaingi transistor dalam silicon, aplikasi dalam smart card yang ramah lingkungan tengah dikembangkan oleh beberapa perusahaan elektronik raksasa.
2. MENGENAL SEKILAS PENGOLAHAN MATERIAL SILIKON
Perindustrian teknologi semikonduktor merupakan industri yang pertumbuhannya dinamis. Berkat produk-produk industri tersebut telah ditemukan banyak penerapan dalam berbagai bidang industri dan telah memberi jalan terbukanya industri-industri baru. Ledakan perkembangannya nampak dengan adanya penggunaan semi konduktor. Aspek yang sangat berarti bagi industri semikonduktor yaitu sejak transistor ditemukan pada tahun 1948.
Untuk mengantisipasi perkembangan ke arah masa depan beberapa perusahaan semikonduktor di dunia membuat karakteristik perkembanganyang sudah berjalan selama selang tahun 1980-1987. Setelah diambil solusi karakteristiknya ternyata pada selang waktu tersebut tampak perkembangan penggunaan piranti-pirantiyang terbuat dari bahan semikonduktor bisa mencapai 150 kali. Dalam hal ini perkembangan itu akan berlanjut lagi sebagai tantangan imajinatifdan ujian panjang bagi semua personel teknisi atau insinyur elektro.
a. Teknologi Planar
Teknologi Planar merupakan satu-satunya teknologi yang menjadi dasar utama dalam permulaan pengolahan bahan-bahan semikonduktor. Dengan adanya teknologi planar telah memungkinkan terciptanyatransistor stabil dan mendorong pesatnya ndustri semikonduktor pada akhir tahun 1950-an. Pada awal tahun 1960-an teknologi itu dikembangkan lagi menjadi sebuah pirantibaru yang berupa sirkuit terintegrasi yang merupakan kombinasi dari transistor, resistor dan kapasitor.
Pada teknologi planar yang selalu menjadi perhatian serius saat ini adalah dalam pengolahan bahan baku silikon semikonduktor menjadi bentuk wafer, yang merupakan bahan yang siap dikonversi menjadi bentuk-bentuk piranti seperti IC. Adapun proses yang termasuk menjadi langkah pembuatan wafer silikon yaitu proses produksi silikon polikristalin, pengembangan kristal, serta pemotongandan pembentukan wafer.
b. Produksi Silikon Polikrista
Bahan permulaan untuk produksi silikon umumnya ada 2 macam bahan yang berasal dari bumi, yaitu pasir (silikon dioksida) dan zat karbon yang telah dibersikan (dari arang, batu bara, serpih-serpihan kayu, dan lain-lain). Jika dkedua bahan tersebut bereaksi bersama pada temperatur tinggi dalam tungku elektronik maka silikon dioksida akan terpisah dari oksidanya menjadi silikon saja. Dalam reaksi ini elemen silikon merupakan asapyang terjadi dalam reaksi pada temperatur tersebut. Kemudian dikondensasi sehingga kira-kira memberikan hasil 98% bahan silikon bersihyang dikenal dengan istilah Silikon Tingkat Metalurgi (metalurgical grade silicon).
SiO2 + 2-------> Si + 2CO
Dengan hanya berupa sebagian kecil fraksi dari metallurgical grade silicon yang telah dibersihkan maka bahan ini dapat digunakan dalam berbagai macam terapan dalam perakitan piranti-piranti untuk industri semikonduktor.
Proses pembersihan Metallurgical grade silicon diselesaikan dengan pengubahan material ini ke dalam Trichlorosilane (SiHCl3), yaitu dengan cara fraksinasi sederhana (atau bisa juga dengan distilasi) sehingga bahan silikon menjadi bahan semikonduktoryang standar. Trichlorosilane kemudian dikurangi dengan H2 supaya sekali lagi memberikan hasil suatu polycrystalline silicon. Reaksi untuk membentuk SiHCl3 adalah sebagai berikut:
Si + 3HCI --------> SiH3 + H2
1250o C
[hasil reaksi lain +SiCiH4]
Fraksinasi terpisah SiHCl3 merupakan hasil utama dari reaksi SiCl3 (silicon tetracloride), doping pengotor klorida (seperti fosfor, boron dan galium) dan klorida logam (seperti besi dan tembaga). Silikon tingkat semikonduktor (yaitu silikon yang kurang lebih terdiri dari 1 bagian per satu milyar impurotas/pengotor) sekarang bisa diproduksi dengan pengurangan temperatur tinggi dari SiHCl3 yang telah bersih. Reaksi kimia ini terjadi dalam suatu kamar yang disebut "decomposer". Reaksi pengurangan yang merupakan reaksi balik dari reaksi di atas adlah sebagai berikut :
SiHCl3 + H2 --------> Si + 3HCl
100oC
c. Pengembangan Kristal
Ada tiga teknik yang secara komersial digunakan untuk pengembangan kristal silikon, yaitu teknik Czochralski, teknik Float Zone dan teknik Bridgman.
3. TEKNOLOGI SEMIKONDUKTOR DAN PEMANFAATANNYA
a. Teknologi Silikon
Pembahasan tentang divais semikonduktor tentunya tidak bisa lepas dari material semikonduktor itu sendiri sebagai bahan dasar pembuatan divais tersebut. Silikon (Si) dengan persediaanyang berlimpah di bumi dan dengan teknologi pembuatan kristalnya yang sudah mapan, telah menjadi pilihan dalam teknologi semikonduktor. Silikon very large scale integration (VLSI) telah membuka erabaru dalam dunia elektronika di abad ke-20 ini. Kebutuhan akan kecepatan yang lebih tinggi dan unjuk kerja yang lebih baik dari komputer telah mendorong teknologi silikon VLSI ke silikon ultra high scale integration (ULSI). Saat ini metaloxidesemiconductor field effect transistor (MOSFET) masih dominan sebagai divais dasar teknologi integrated circuit (IC). Dimensi dari MOSFET menjadi semakin kecil dan akan menjadi sekitar 0,1 mikron untuk ukuran giga-bit dynamic random acces memories (DRAMs). Beberapa masalah yang timbul dalam usaha memperkecil dimensi dari MOSFET antara lain efek short channel dan hot carrier yang akan mengurangi unjuk kerja dari transistor itu sendiri.
Walaupun sudah banyak kemajuan yang dicapai, pertanyaan yang selalu muncul adalah sampai seberapa jauh limit pengecilan yang dapat dilakukan ditinjau dari segi proses produksi, sifat fisika dari divais itu sendiri dan interkoneksinya. Banyak masalah dari segi fabrikasi yang dapat menjadi penghambat. Sebagai salah satu contoh keterbatasan dari proses produksi adalah teknik lithography yaitu teknik yang diperlukan untuk merealisasikan desain sirkuit ke lempengan (waver) silikon dalam proses fabrikasi IC. Dengan menggunakan cahaya sebagai sumber berkas, dimensi dari lithography dengan sendirinya akan dibatasi oleh panjang gelombang dari cahaya itu sendiri. Oleh sebab itu dikembangkan teknik lithographyyang lain menggunakan sinar-X dan berkas elektron. Dengan menggunakan kedua teknik ini tidak terlalu ekonomis untuk digunakan pada proses produksi IC secara massal. Dari uraian di atas, terlihat masih adanya beberapa masalahyang akan timbul dalam proses fabrikasi IC di masa yang akan datang.
b. Teknologi berbasis silikon
Seperti diketahui, ditinjau dari struktur elektronikanya, material semikonduktor dapat dibedakan atas dua jenis yaitu yang memiliki celah pita energi langsung (direct bandgap) dan celah pita energi tidak langsung (indirect bandgap). Silikon adalah material dengan celah energi yang tidak langsung, di mana nilai minimum dari pita konduksi dan nilai maksimum dari pita valensi tidak bertemu pada satu harga momentum yang sama. Ini berarti agar terjadi eksitasi dan rekombinasi dari membawa muatan diperlukan perubahan yang besar pada nilai momentumnya. Dengan kata lain, silikon sulit memancarkan cahaya. Sifat ini menyebabkan silikon tidak layak digunakan sebagai piranti fotonik/optoelektronik, sehingga tertutup kemungkinan misalnya membuat IC yang di dalamnya terkandung detektor optoelektronik atau suatu sumber pemamcar cahaya dengan hanya menggunakan material silikon saja. Beberapa usaha telah dilakukan untuk mengatasi hal ini antara lain dengan mengembangkan apa yang dikenal sebagai bandgap engineering. Salah satu contohnya adalah menumbuhkan struktur material SiGe/Si straitned layer superlattice. Parameter mekanik strain yang timbul karena perbedaan konstanta kisi kristal antara lapisan SiGe dan Si tersebut akan mempengaruhi struktur elektronik dari material di atas sehingga muncul efek brillioun-zone folding yang mengubah struktur pitanya menyerupai material dengan celah energi langsung (direct bandgap). Kombinasi dari kedua material tersebut memungkinkan terjadinya pemancaran dan penyerapan cahaya. Cara lain yang juga popular untuk memperbaiki sifat optik dari silikon adalah apa yang dinamakan material silikon porous. Dengan pelarutan secara elektrokimia, pada lempeng silikon dapat berbentuk lubang-lubang yang berukuran puluhan angstrom. Dengan bantuan sinar laser, akan dapat dilihat dengan mata telanjang pemancaran cahaya dari material silikon tersebut. Fenomena ini dapat dijelaskan dengan menggunakan model two-dimensional quantum confinement. Kelemahan dari teknik ini adalah sifat reproducibility-nya yang rendah. Kemajuan-kemajuan di atas membuka era baru bagi material silikon dan panduannya untuk diaplikasikan pada divais optoelektronika.
c. Teknologi GaAs
Salah satu hambatan dari teknologi silikon adalah sifat listrik yang berhubungan dengan rendahnya mobilitas pembawa muatan dari material silikon ini. Mobilitas adalah parameter yang menyatakan laju dari pembawa muatan dalam semikonduktor bila diberi medan listrik. Untuk membuat piranti berkecepatan tinggi, galium arsenide (GaAs) dan material-material panduannya telah dipertimbangkan sebagai material pengganti silikon. Selain untuk divais elektron, material ini juga digunakan divais fotonik/laser dan divais gelombang mikro (microwave device). GaAs adalah material semikonduktor dari golongan III-V yang memiliki mobilitas elektron sekitar enam kali lebih tinggi dari silikon pada suhu ruang. Material ini bertipe celah energi langsung. Dengan memanfaatkan kelebihan ini, telah berhasil dibuat transistor yang disebut high electron mobility transistor (HEMT), menyusul transistor yang lebih dahulu popular untuk teknologi GaAs yaitu metal semiconductor field effect transistors (MESFET). Struktur dari HEMT mirip dengan MOSFET, tapi dengan menggunakan teknik modulasi doping, di mana elektron dapat dipisahkan dari ion pengotornya dan bergerak dalam sumur potensial dua dimensi (2DEG) dengan kecepatan tinggi. Pengembangan IC dengan berbasis material GaAs saat ini juga sedang ramai diteliti. Beberapa tahun yang lalu telah berhasil dibuat 64 kb static random access memory (SRAM) yang berkecepatan tinggi sebesar 2ns dengan menggunakan teknologi HEMT berukuran 0,6 mikron. Transistor berkecepatan tinggi lainnya yang sedang dikembangkan adalah heterojunction bipolar transistor (HBT). Struktur dari transistor ini adalah sambungan npn di mana emiter menggunakan material dengan celah energi yang lebih besar dibandingkan dengan base dan kolektor. Pada kondisi ini, diharapkan resistansi dari base dan kapasitansi dari sambungan base-emitter akan dapat direduksi sehingga dapat diperoleh frekuensi maksimum osilasi (fmaks) yang tinggi. Saat ini sudah dibuat HBT dengan fmaks 200 GHz. Walaupun banyak kemajuan yang sudah dicapai, banyak orang meragukan kemampuan teknologi GaAs ini untuk dapat bersaing dengan teknologi silikon dalam orde 0,1 mikron atau yang lebih kecil. Itulah sebabnya, banyak perusahaan semikonduktor terutama di Amerika Serikat yang tidak menganggap teknologi GaAs ini sebagai pengganti silikon.
d. Divais kuantum
Dewasa ini, perhatian besar juga diberikan pada struktur semikonduktor berdimensi rendah (low-dimensional semiconductor) seperti quantum well (2D), quantum wire (1D) dan quantum dot (0D). Struktur seperti ini adalah pembuka jalan ke era fabrikasi nanoteknologi dan divais kuantum (quantum device). Telah diketahui bahwa bila elektron dikurung dalam daerah potensial dengan dimensi yang sama dengan panjang gelombangnya maka akan muncul sifat gelombang elektron dan berbagai fenomena kuantum akan dapat diamati. Beberapa fenomena kuantum dapat mengurangi performansi dari divais itu sendiri sedangkan fenomena yang lain dapat memacu terciptanya divais kuantum yang baru. Beberapa divais kuantum seperti wire-transistor, single-electron transistor sudah berhasil dibuat dan menunjukkan kecepatan yang tinggi. Permasalahan yang timbul dari divais yang dibuat berdasarkan struktur semikonduktor dimensi rendah ini adalah arus drive yang rendah sehingga masih sulit untuk diaplikasikan. Secara umum, permasalahan yang dihadapi divais kuantum ini adalah operasi kerjanya yang masih harus dilakukan pada suhu rendah (seperti suhu helium cair : 4,2K) agar dapat diamati fenomena kuantum secara jelas. Hal ini tentunya akan menaikkan ongkos pembuatan sehingga belum menarik untuk diproduksi.
e. Intelligent material
Dari uraian di atas terlihat bahwa meskipun perkembangan divais semikonduktor dewasa ini sangat cepat, beberapa hambatan sudah mulai terlihat. Pertanyaan yang muncul adalah apakah usaha-usaha untuk memperbaiki performasi dari divais semikonduktor dapat terus dilakukan dengan pola yang ada sekarang ini atau harus dicari pola yang lain. Pola yang ada sekarang adalah bahwa dalam teknologi IC, transistor sebagai divais aktif dasar hanya mempunyai satu fungsi saja dan kemudian diubah menjadi berfungsi banyak dengan bantuan disain sirkuit dan software. Dengan berkembangnya permintaan untuk menciptakan suatu rangkaian terpadu yang makin kompleks, beban yang ditanggung oleh disain software akan makin berat sehingga kemungkinan besar sulit untuk direalisasikan. Untuk itu, dari pihak hardware, haruslah dilakukan usaha untuk dapat membantu meringankan beban tersebut. Salah satu usul adalah menciptakan divais yang multifungsi sehingga divais menjadi lebih adaptif. Divais seperti ini dapat direalisasikan dengan menggunakan apa yang disebut sebagai intelligent material. IC yang terbuat dari divais yang adaptif seperti ini akan menjadi bermultifungsi tanpa harus membebani disain software yang makin kompleks.
f. Tantangan di Indonesia
Jadi terlihat bahwa teknologi semikonduktor berkembang sangat pesat dengan mengeksploitasi fenomena-fenomena fisika yang sebelumnya hanya tertulis dalam texbook semikonduktor atau zat padat saja. Hal ini dimungkinkan karena banyaknya kemajuan yang dicapai dalam pengembangan peralatan-peralatan penumbuh material dalam bentuk film tipis. Hal ini juga diimbangi dengan kemajuan dalam teknik fabrikasi divais dan proses produksi. Sebagai teknologi tinggi, teknologi semikonduktor saat ini hanya terpusat di negara-negara industri dan negara industri baru saja karena memang membutuhkan biaya riset yang besar dan banyak tenaga ahli. Untuk Indonesia, langkah terbaik yang harus dilakukan adalah secepat mungkin terlibat dalam teknologi ini sehingga tidak jauh tertinggal. Prioritas pengembangan harus dapat ditentukan sendiri tanpa harus mengikuti jejak dari negara-negara yang sudah lebih dahulu maju dengan teknologi ini. Hal ini tentunya harus dikaitkan dengan peluang kompetisi yang masih tersisa. Negara-negara industri baru di Asia sudah membuktikan bahwa selalu ada peluang yang dapat ditempuh. Salah satu langkah konkrit yang mendesak saat ini adalah memperbanyak para ahli yang menguasai teknologi ini sehingga dapat terbentuk suatu masyarakat semikonduktor ynag dapat bekerja sama.
4. APLIKASI SEMIKONDUKTOR
1. Pemanfaatan Lapisan Semikonduktor Sebagai Detektor Kualitas Daging
Untuk mencegah cepatnya proses pembusukan (hilangnya kesegaran) oleh bakteri pembusuk ini, biasanya daging diawetkan, dengan cara menyimpan daging pada suhu rendah, di mana bakteri tidak melakukan aktivitas dan berkembang. Permasalahannya, sejauh ini belum ada studi tentang batas suhu dimana bakteri tidak aktif melakukan proses penguraian / pembusukan. Kebiasaan yang aman dilakukan adalah menyimpan pada suhu beku. Padahal pendinginan yang sangat rendah memerlukan energi listrik yang besar / biaya yang tinggi. Di samping itu pemanfaatan daging beku tidak segera bisa dilakukan, dan mungkin cita-rasa daging setelah dibekukan tidak sama dengan daging yang tanpa pembekuan. Oleh karena itu, dibutuhkan studi tentang suhu optimal proses pengawetan daging tanpa beku, dimana bakteri tidak aktif, dan studi tentang kondisi kesegaran daging, baik setelah pengawetan maupun setelah pemotongan. Untuk itu diperlukan alat (sensor) untuk mendeteksi ambang perubahan kualitas daging segar menuju pembusukan. Dengan kata lain, alat yang mampu mendeteksi ethil-asetat, pada konsentrasi yang sangat rendah. Pada makalah ini akan dijelaskan proses pembuatan sensor untuk mendeteksi gas ethil-asetat. Sensor dibuat dari bahan semikonduktor padatan SnO2-La2O3 dengan metoda lapisan tebal pada substrat alumina.
Usaha untuk membuat sensor penciuman atau sensor aroma sebagai hidung elektronik (electronic noses) telah dilakukan sejak ditemukannya teknologi lapisan semikonduktor untuk mendeteksi gas-gas yang menimbulkan bau. Electronic nose memiliki syarat-syarat yang baik untuk digunakan sebagai sensor kimia untuk mendeteksi aroma yaitu:
1. dapat digunakan berkali-kali (tidak sekali pakai)
2. simpel, karena dimensinya kecil dalam orde mm
3. tidak merusak
Dalam proses pembusukan daging terjadi berbagai reaksi kimia akibat penguraian bakteri. Salah satu gas yang dihasilkan dalam jumlah cukup besar adalah gas etil asetat (CH3COOC2H5). Gas inilah yang diharapkan akan terdeteksi oleh sensor gas.
Sifat elektrik bahan semikonduktor
Sensor dari bahan semikonduktor yang terbuat dari logam merupakan oksida logam. Oksida logam tersebut dibedakan berdasarkan sifatnya yaitu tipe-n dan tipe-p. Tipe-n lebih banyak digunakan karena lebih stabil pada gas ambien. La2O3 merupakan semikonduktor tipe-n yang memiliki distribusi elektron yang memenuhi tingkat energi dibawah energi Fermi seperti digambarkan pada gambar 1. Tingkat energi Fermi yang terletak dalam celah energi membatasi kedudukan elektron dalam semikonduktor.
Karena celah kecil antara tingkat energi Fermi dengan pita konduksi, elektron elektron mudah untuk melompat menuju pita konduksi.
Gambar 1: skema tingkat energi bahan semikonduktor tipe-n.
Keadaan normal tersebut dapat berubah jika terdapat perbedaan muatan antara permukaan dengan keadaan ambien disekitarnya, sehingga membentuk daerah ruang muatan pada permukaan. Perbedaan muatan tersebut dapat terjadi karena adanya bahan lain seperti O2 yang terabsorbsi dan bertindak sebagai akseptor pada permukaan semikonduktor dan mengikat elektron pada bulk sibawah permukaan. Absorbsi gas pada permukaan La2O3 tersebut mengakibatkan terbentuknay lapisan deplesi pada saerah ruang muatan. Jika bahan mengabsorpsi gas yang bersifat sebagai donor elektron seperti hidrogen pada daerah ruang elektron akan terjadi lapisan akumulasi. Keadaan pita energi pada kedua kondisi seperti itu digambarkan pada gambar 2. Adanya pembengkokan pembengkokan pita energi pada daerah ruang muatan diakibatkan adanya perbedaan muatan elektrostatik pada permukaan.
2. Komponen Elektronika
Hambatan ( Resistors )
Tujuan penggunaan perintang adalah untuk menhadkan pengaliaran arus dalam sesuatu litar. Unit untuk perintang R adalah ohm. Sebagai contoh, R = 10 ohm.
Kapasitor ( Capacitors )
Kapasitor pada asasnya dibina oleh dua bahagian pengalir yang dipisahkan oleh satu bahagian penebat yang dipanggil dielektrik ( dielectric ). Unit untuk kapasitor C adalah farad. Sebagai contoh, C = 10 µF.
Induktor, lilitan ( Inductors, Coils )
Adalah lilitan yang dialiri arus. Unit untuk induktor L adalah Henry .Sebagai contoh L = 1H.
Diod ( Diode )
Perkataan diode sebenarnya adalah gabungan perkataan di bermaksud gabungan manakala ode bermaksud elektrod. Ia adalah komponen elektronik yang dibina dari bahan Semikonduktor ( Semiconductor ). Diode D mempunyai pelbagai kegunaan dan pelbagai nombor siri. Sebagai contoh D = 1N4001.
Transistor
Perkataan transistor sebenarnya adalah gabungan perkataan transfer dan resistor. Ia adalah komponen elektronik yang juga dibina dari bahan Semikonduktor ( Semiconductor ). Transistor TR atau Q juga mempunyai pelbagai nombor siri. Sebagai contoh TR = 2N2222.
Litar Sepadu ( Integrated Circuits ).
Litar Sepadu ( IC ) adalah komponen elektronik yang mengabungkan pelbagai komponen elektronik contohnya transistor dan diod. Seperti diode dan transistor, Litar Sepadu juga mempunyai nombor siri. Contohnya IC = MC11741.
3. Sel Suria
Peranti pepejal yang digunakan untuk menukar cahaya matahari kepada kuasa elektrik dipanggil sel suria.Sel suria adalah peranti semikonduktor dan mempunyai sifat yang sama dengan diod,iaitu ia membenarkan arus mengalirpada satu arah sahaja.Cuma sel suria tidak memerlukan bekalan kuasa elektrik untuk berfungsi sebaliknya sel suria akan membekal kuasa elektrik jika didedahkan keada cahaya.Proses perubahan ini dipanggil kesan fotoelektrik.Kadangkadang sel suria dinamakan sel forovolta atau sel PV.
Sel suria bergantung kepada sifat khas elektrik unsur silikon (atau bahan semikonduktor lain) yang boleh bertindak dalam satu masa sebagai penebat dan pengkonduksi.Bahan silikon yang diproses khas boleh "menjana" dan "menolak" elektron yang diperolehi dari tenaga suria dan menyeberangi medan elektrik sel untuk mengeluarkan arus elektrik.
Sinaran suria terdiri dari berjuta-juta zarah keci bertenaga tinggi yang dipanggil foton. Setiap foton membawa satu kuantiti tenaga (mengikut jarak gelombang), setengah foton mempunyai tenaga yang lebih tinggi dari yang lain.Apabila foton yang mempunyai tenaga yang mencukupi berlanggar dengan atom silikon dalam sel suria foton tersebut akan menyentap keluar elektron terluar silikon dari orbitnya mengelilingi nukleus.Elektron yang terbebas tersebut kemudiannya akan bergerak menyeberangi medan elektrik sel.Selepas elektron menyeberangi medan,mereka tidak boleh kembali balik.Oleh kerana banyak elektron yang menyeberangi medan sel,bahagian belakang sel akan menjadi negatif.
Jika satu beban disambung di antara bahagian positif dan negatif sel,elektron akan mengalir sebagai arus elektrik.Maka,tenaga suria(dalam bentuk foton) akan bertersan menyentap elektron silikon dari orbit mereka dan "menolak" elektron tersebut melalui dawai.Lagi tinggi keamatan cahaya matahari lagi tinggi arus.
Berikut adalah senarai penggunaan penting kuasa elektrik suria pada masa ini:
• Lampu rumah,televisyen,pemain kaset dan peralatan kecil.
• Industri kecil dan institusi.
• Telekomunikasi
• Pusat kesihatan,peti ais vaksin dan lampu
• Pam air
• Rumah api dan penggunaan lain.
Sistem bekalan elektrik suria adalah satu cara alternatif untuk mendapatkan bekalan kuasa elektrik selain dari sumber fosil dan hidro.Berbanding dengan kedua-dua sumber lazim ini sistem elektrik suria adalah tergolong dari tenaga yang boleh diperbaharui.Masalah kelupusan bekalan tidak akan menjadi satu perkara yang perlu ditimbangkan.Penjanan kuasa elektrik dengan menggunakan peranti pepejal yag senyap tanpa memerlukan pembakaran membolehkan penjanaan ini digolongkan pula sebagai sahabat alam iaitu tidak akan menyebabkan pencemaran alam sekitar.
4. Komputer merupakan hasil industri canggih yang menggunakan bahan semikonduktor
Komputer yang kita kenal saat ini adalah hasil pengembangan teknologi elektronika dan informatika sehingga bentuk komputer yang asalnya berukuran besar dan makan tempat, sekarang berbentuk kecil dengan kemampuan besar. Kemajuan industri komponen elektronika IC (integrated circuit) telah mendorong terciptanya berbagai perangkat chip IC yang beragam dan mendukung berbagai keperluan pembuatan produk elektronik. Kemajuan teknologi elektronika tidak terlepas dari adanya kemajuan dibidang pengetahuan dan pengolahan bahan semikonduktor khususnya silicon.
5. dhcvjkxzh
BAB 3
KESIMPULAN
Kesimpulan dari penulisan semikonduktordiatas adalah :
1. Dengan berkembangnya teknologi semikonduktor organik ini, sampah elektronik yang relatif tidak ramah lingkungan akan dapat berkurang di masa depan
Definisi I: Bahan yang memiliki nilai hambatan jenis (ñ) antara konduktor dan isolator yakni sebesar 10-6 s.d. 104 ohm.m
Perbandingan hambatan jenis konduktor, semikonduktor, dan isolator:
Bahan Hambatan Jenis (ohm.m) Sifat
Tembaga 1,7 x 10-8 Konduktor
Silikon pd 300oK 2,3 x 103 Semikonduktor
Gelas 7,0 x 106 Isolator
Definisi II: Bahan yang memiliki pita terlarang (forbidden band) atau energy gap (EG) yang relatif kecil kira-kira sebesar 1eV
Bahan-bahan Semikonduktor:
• TRIVALENT: logam-logam yang memiliki atom-atom dengan jumlah elektron terluar 3 buah seperti Boron (B), Gallium (Ga), dan Indium (In)
• TETRAVALENT: logam-logam yang memiliki atom-atom dengan jumlah elektron terluar 4 buah seperti Silikon (Si) dan Germanium (Ge)
• PENTAVALENT: logam-logam yang memiliki atom-atom dengan jumlah elektron terluar 5 buah seperti Fosfor (P), Arsenikum (As), dan Antimon (Sb)
• Bahan yang paling banyak digunakan adalah Si dan Ge
• Jumlah elektron Si 14 buah
• Jumlah elektron Ge 32 buah
• Jumlah elektron valensi (elektron terluar) Si maupun Ge `masing- masing 4 buah
• Jenis ikatan kovalen
Jenis Semikonduktor: Intrinsik
• Semikonduktor Intrinsik merupakan semikonduktor murni dan tidak cacat ,
contoh Silikon Murni.
Semikonduktor intrinsik pada suhu yang sangat rendah:
• Semua elektron berada pada ikatan kovalen
• Tak ada elektron bebas atau tak ada pembawa muatansehingga bersifat sebagai isolator
Semikonduktor intrinsik pada suhu kamar:
• Agitasi termal menyebabkan beberapa elektron valensikeluar dari ikatan kovalen menjadi elektron bebas sebagai pembawa muatan negatif
• Munculnya elektron bebas diikuti dengan terbentuknya hole (lubang) sebagai pembawa muatan positif, peristiwanya disebut pembangkitan (generation)
• Jika dipasang beda potensial, terjadi aliran arus (sebagai konduktor dengan konduktansi rendah)
Sifat Si Ge
Nomor atom 14 32
Berat atom 28,1 72,6
Kerapatan, gr/cm3 2,33 5,32
Konstanta dielektrik 12 16
Atom/cm3 5,0 x 1022 4,4 x 1022
Jurang tenaga (EG) pada 0oK, eV 1,21 0,785
Jurang tenaga (EG) pada 300oK, eV 1,1 0,72
Kons Intrinsik (300oK), ni, cm-3 1,5 x1010 2,5 x 1013
intrinsik pada 300oK, ohm.cm 230.000 45
Mobilitas e pd 300oK (µn), cm2/V.s. 1.300 3.800
Mobilitas e pd 300oK (µp), cm2/V.s. 500 1.800
Jenis Semikonduktor: Ekstrinsik
• Semikonduktor ekstrinsik: semikonduktor yang memperoleh pengotoran atau penyuntikan (doping) oleh atom asing
• Pengotoran oleh atom pentavalent spt P, As, Sb
• Atom pengotornya disebut atom donor
• Pembawa muatan: elektron
• Pengotoran oleh atom trivalent spt B, Ga, In
• Atom pengotornya disebut atom akseptor
• Pembawa muatan: hole
Jenis Semikonduktor: Ekstrinsik
• Tujuan doping: meningkatkan konduktivitas semikonduktor, dan memperoleh semikonduktor dengan hanya satu pembawa muatan (elektron atau hole) saja
• Perbandingan doping:
Atom dopant : atom murni=1:106 s.d. 108
Dopant adalah atom pengotor. Atom-atom dopant pada semikonduktor tipe-N adalah atom-atom pentavalent dan dinamakan atom donor, sedangkan pada semikonduktor time-P trivalent dan dinamakan atomakseptor
Semikonduktor Tipe-N
Elektron bebas sebagian besar terjadi karena doping, dan sebagian kecil lainnya bersama hole karena generation akibat agitasi termal.Elektron bebas menjadi pembawa muatan mayoritas dan hole sebagai pembawa muatan minoritas.
Semikonduktor Tipe-P
Hole sebagian besar terjadi karena doping, dan sebagian kecil lainnya bersama elektron bebas karena generation akibat agitasi termal. Hole menjadi pembawa muatan mayoritas dan elektron bebas sebagai pembawa muatan minoritas.
Pertemuan PN Terbuka
Lapisan Pengosongan:
• Saat p dan n dipertemukan, terjadi difusi elektron ke arah p dan difusi hole ke arah n, menimbulkan arus difusi ke kanan
• Terjadi recombination (penggabungan) di sekitar bidang pertemuan sehingga elektron dan hole lenyap
• Di sekitar bidang pertemuan tak terdapat pembawa muatan, disebut daerah pengosongan (depletion region)
Tegangan Penghalang:
• Lenyapnya elektron meninggalkan ion donor (+), dan lenyapnya hole meninggalkan ion akseptor (-)
• Adanya ion positif dan negatif menyebabkan adanya medan listrik sehingga ada tegangan, disebut tegangan kontak atau tegangan penghalang (barrier potensial), menimbulkan arus drift ke kiri
• Karena pertemuan pn ini terbuka, maka ada kesetimbangan antara arus drift dengan arus difusi