SEMIKONDUKTOR

Prinsip Dasar
Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah IC (integrated circuit). Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.
Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu merupakan satu-satunya bahan yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor.
Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon.

DOPING
Adalah proses yang bertujuan menambah ketidakmurnian kepada semikonduktor yang murni dalam rangka menambah sifat listriknya. Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya dapat dirubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketikmurnian. Ketidak murnian ini disebut dopant. Doping sejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan faktor lebih besar dari satu milyar.
Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan dopant pada bahan semikonduktor ini. Pemberian dopant dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang diharapkan akan dapat mengahantarkan listrik.
Beberapa dopant biasanya ditambahkan ketika boule ditumbuhkan, memberikan setiap wafer doping awal yang hampir seragam. Untuk membedakan unsur sirkuit, wilayah terpilih (biasanya dikontrol oleh photolithografi) didop lebih lanjut dengan proses difusi atau implantasi ion, metode kedua lebih populer dalam produksi skala besar karena kemudahan pengontrolannya.
Jumlah atom dopant yang dibutuhkan untuk menciptakan sebuah perbedaan dalam kemampuan sebuah semikonduktor sangat kecil. Bila sejumlah kecil atom dopant ditambahkan (dalam order 1 setiap 100.000.000 atom), doping ini disebut rendah atau ringan. Ketika lebih banyak atom dopant ditambahkan (dalam order 10.000) doping ini disebut sebagai berat atau tinggi. Hal ini ditunjukkan sebagai n+ untuk dopant tipe-n atau p+ untuk doping tipe-p.

Tipe-N
Misalnya pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron, Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan electron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.

Tipe-P
Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silicon tipe-p, bahan dopingnya adalah bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 elektron. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron. Dengan demikian, kekurangan electron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p.
Arus Pembawa Minoritas
Energi thermal menciptakan pasangan electron hole. Dengan perkataan lain, ada sedikit pembawa minoritas pada kedua sisi junction. Kebanyakan dari mereka bergabung kembali dengan pembawa mayoritas. Tetapi di dalam lapisan pengosongan bisa hidup cukup lama untuk melewati junction. Jika hal ini terjadi, arus yang kecil mengalir pada rangkaian luar.
Arus reverse yang disebabkan oleh pembawa minoritas disebut arus saturasi, diberi tanda Is. Perkatan saturasi mengingatkan kita bahwa kita tidak dapat memperoleh arus pembawa minoritas lebih besar daripada yang dihasilkan oleh energi thermal. Dengan perkataan lain, memperbesar tegangan reverse tidak akan menambah jumlah pembawa minoritas yang diciptakan secara thermal.

Arus Bocor Permukaan
Disamping arus transisi dan arus pembawa minoritas, ada arus lain yang mengalir dalam dioda yang dibias reverse, kita sebut komponen ini arus bocor permukaan. Mekanisme sebenarnya dari arus ini tidak dimengerti seluruhnya, walaupun kebanyakan orang yakin bahwa ini disebabkan ketidakmurnian permukaan dan ketidaksempurnaan.

Tegangan Breakdown
Terus naikkan tegangan reverse dan akhirnya mencapai tegangan breakdown. Untuk dioda penyearah, tegangan breakdown biasanya lebih besar dari 50 V. sekali tegangan breakdown tercapai, sejumlah besar pembawa minoritas muncul dalam lapisan pengosongan dan dioda sangat konduksi.
Dioda pada umumnya tidak didizinkan breakdown. Dengan perkataan lain, tegangan reverse pada dioda dijaga kurang dari pada tegangan breakdown.
KESIMPULAN

1. Semikonduktor adalah bahan penghantar arus listrik yang terbatas, bahan dengan konduktivitas listrik yang berada diantara isolator dan konduktor.
2. Semikonduktor sangat berguna dalam rangkaian elektronika karena konduktansinya dapat diubah-ubah dengan mencampurkan ketidakmurnian kedalamnya (biasa deisbut dengan doping).
3. Doping adalah proses yang bertujuan menambah ketidakmurnian kepada semikonduktor yang murni dalam rangka menambah sifat listriknya.
4. Pada dioda yang diberikan bias forward maka akan bersifat mudah konduksi.
5. Sedangkan pada dioda yang diberikan bias reverse maka akan lebih bersifat sukar konduksi
6. Dioda berlaku seperti saklar tertutup, bila diberi bias forward dan seperti saklar terbuka jika diberi bias reverse.