TUGAS 1 : ELEKTRONIKA

SUB - CHAPTER 1.3

SEMICONDUCTOR MATERIALS

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Video

6. Example

7. Problem

8. Soal Pilihan Ganda

9. Link Download

1. Tujuan[kembali] 

    • Dapat mengetahui serta memahami apa itu bahan semikonduktor

    • Dapat mengetahui prinsip kerja  bahan semikonduktor

    • Dapat mensimulasikan rangkaian dari bahan semikonduktor

2. Alat dan Bahan[kembali]

    a. Alat

         • Battery

   

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable).

        

    b. Bahan

         • Dioda (Germanium Signal Diode)

    Spesifikasi :

• Package Type: Available in DO-45 & SMD Packages
• Diode Type: Germanium  Signal Diode
• Max Repetitive Reverse Voltage is: 1000 Volts
• Average Fwd Current: 1000mA
• Non-repetitive Max Fwd Current: 30A
• Max Power Dissipation is: 3W
• Max Storage & Operating temperature Should Be: -55 to +175 Centigrade

        • Resistor

           Spesifikasi :

                      Resistance (Ohms)          : 10k

                      Power (Watts)                  : 0,25 W, ¼ W

                      Tolerance                         : ± 5%

                      Packaging                        : Bulk

                      Composition                    : Carbon Film

                      Temperature Coefficient : 350ppm/°C

                      Lead Free Status              : Lead Free

                      RoHS Status                    : RoHs Complient

3. Dasar Teori[kembali]

-Konduktor adalah benda-benda yang bisa menghantarkan panas dengan baik atau dengan cepat.

-Isolator adalah benda-benda yang tidak bisa menghantarkan panas dengan baik atau dengan cepat. 

Semikondukutor merupakan zat atau bahan yang bersifat antara konduktor dan isolator atau dengan kata lain semikonduktor merupakan bahan atau zat setengah penghantar listrik

Berkaitan terbalik dengan konduktivitas suatu material adalah ketahanannya terhadap aliran muatan, atau arus. Artinya, semakin tinggi tingkat konduktivitas, semakin rendah tingkat resistansinya. Dalam tabel, istilah resistivitas (ρ disebut rho) sering digunakan saat membandingkan tingkat resistansi material. Dalam satuan metrik, resistivitas material diukur dalam Ω-cm atau Ω-m. Satuan Ω-cm diturunkan dari substitusi satuan untuk setiap besaran pada Gambar 1.4 ke dalam persamaan berikut (diturunkan dari persamaan resistansi dasar  (R = ρl/A) :

Padahal, jika luas Gambar 1.4 adalah 1 cm₂ dan panjang 1 cm, maka besar tahanan kubus Gambar 1.4 sama dengan besar resistivitas bahan seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Fakta ini akan sangat membantu untuk diingat saat kita membandingkan level resistivitas dalam diskusi selanjutnya.

Gambar 1.4 Mendefinisikan satuan metrik resistivitas.

Pada Tabel 1.1, nilai resistivitas tipikal disediakan untuk tiga kategori material yang luas.

Bahan semikonduktor seperti Germanium (Ge) dan Silikon (Si) mempunyai 4 buah electron valensi, masing-masing electron dalam atom saling terikat sehingga electron valensi genap menjadi 8 untuk setiap atom, itulah sebabnya kristal silicon memiliki konduktivitas listrik yang rendah, karena setiap electron terikan oleh atom atom yang berada disekelilingnya. Untuk membentuk semikonduktor tipe P pada bahan tersebut disisipkan pengotor dari unsure golongan III, sehingga bahan tersebut menjadi lebih bermuatan positif, karena terjadi kekosongan electron pada struktur kristalnya. Bila semikonduktor jenis N disinari cahaya, maka elektron yang tidak terikat pada struktur kristal akan mudah lepas. Kemudian bila dihubungkan semikonduktor jenis P dan jenis N dan kemudian disinari cahaya, maka akan terjadi beda tegangan diantara kedua bahan tersebut. Beda potensial pada bahan silikon umumnya berkisar antara 0,6 volt sampai 0,8 volt.

 Bahan semikonduktor yang populer adalah germanium (Ge) dan silikon (Si). Hal ini disebabkan: 

a. kedua bahan tersebut dapat diproduksi dengan tingkat kemurnian yang sangat tinggi

b. doping → kemampuan untuk mengubah karkteristik suatu material dengan signifikan dengan   penambahan satu bagian pengotor (dari jenis yang tepat) per satu juta dalam wafer bahan silikon dapat mengubah bahan tersebut dari konduktor yang relatif buruk menjadi konduktor listrik yang baik.

c. karakteristiknya dapat dengan signifikan diubah mealui penerapan cahaya dan panas

        Atom dari kedua bahan germanium dan silikon membentuk pola yang sangat pasti bersifat periodik (yaitu, terus berulang). Satu pola lengkap disebut kristal dan susunan periodik atom disebut kisi. Struktur tiga dimensinya dapat dilihat pada gambar 1. 5. Materi apapun yang memiliki struktur kristal berulang dari jenis yang sama disebut struktur kristal tunggal. Untuk bahan semikonduktor penerapan praktis di bidang elektronika, fitur kristal tunggal ini ada, dan sebagai tambahan, perioditas struktur tidak berubah secara signifikan dengan penambahan pengotor pada proses doping.

        Gambar 1.6 menunjukkan stuktur atom Ge dan Si dengan model Bohr. Berdasarkan gambar 1.6a, atom germanium memiliki 32 elektron yang mengorbit, sedangkan silikon memiliki 14 elektron yang mengorbit. Dalam setiap kasus ada 4 elektron di kulit terluar (valensi). Potensial (energi ionisasi) yang diperlukan untuk melepaskan salah satu dari 4 elektron valensi ini lebih rendah dari pada energi yang dibutuhkan untuk membawa elektron lain ke dalam struktur. Dalam kristal germanium atau silikon murni, 4 elektron valensi ini terikat pada 4 atom yang berdampingan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.7 untuk silikon. Kedua atom tersebut disebut atom tetrahedral karena masing-masing memiliki empat elektron valensi.

Ikatan atom, diperkuat dengan pemabagian elektron, disebut ikatan kovalen.

Meskipun ikatan kovalen menghasilkan ikatan yang lebih kuat anatara elektron va;ensi dan atom induknya, elektron valensi masih memungkinkan untuk menyerap energi kinetik yang cukup dari alam untuk memutus ikatan kovalen dan mengambil status "bebas". Istilah "bebas" mengungkapkan bahwa gerakan mereka cukup sensitif terhadap medan listrik yang diterapkan seperti yang ditetapkan oleh sumber tegangan atau perbedaan potensial. Penyebab alamiah ini antara lain efek seperti energi cahaya berupa foton dan energi panas dari medium sekitarnya. Pada suhu kamar sekitar 1,5 x 10¹º pembawa bebas dalam satu sentimeter kubik.

Bahan intrinsik adalah semikonduktor yang telah dimurnikan secara hati-hati mengurangi pengotor ke tingkat yang sangat rendah ━ pada dasarnya semurni yang dapat dibuat tersedia melalui teknologi modern.

        Pembawa instrinsik adalah elektron bebas dalam material yang disebabkan oleh alam. pada suhu yang sama , bahan germanium instrinsik akan memiliki sekitar 2,5 x 10¹³ pembawa bebas persentimeter kubik. Rasio jumlah pembawa di germanium dengan silikon lebih besar dari 10³ dan akan menunjukkan bahwa germanium adalah konduktor yang buruk keadaan instrinsik. Pada tabel 1.1, resistivitas juga berbeda dengan rasio sekitar 1000:1, dengan silikon memiliki nilai yang lebih besar. Ini tentu saja menjadi masalah karena resistivitas dan konduktivitas berbanding terbalik.

Peningkatan suhu dari semikonduktor dapat menhasilkan peningkata substansial dalam jumlah elektron bebas dalam material.

        Ketika suhu naik dari nol (0K), kenaikan angka dari valensi elektron semakin banyak elektron valensi yang menyerap energi panas yang cukup untuk memutus ikatan kovalen dan berkontribusi pada jumlah pembawa bebas seperti dijelaskan di atas. Peningkatan jumlah pembawa ini akan meningkatkan indeks konduktivitas dan menghasilkan tingkat resistensi yang lebih rendah. 

Bahan semikonduktor seperti Ge dan Si yang menunjukkan penurunan resistansi dengan kenaikan suhu dikatakan memiliki koefisien suhu negatif.

Anda mungkin ingat bahwa resistansi sebagian besar konduktor akan meningkat seiring suhu. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa jumlah pembawa dalam sebuah konduktor tidak akan meningkat secara signifikan dengan temperatur, tetapi pola getarannya pada lokasi yang relatif tetap akan membuat elektron semakin sulit untuk melewatinya. Oleh karena itu, peningkatan suhu menghasilkan peningkatan level resistansi dan koefisien suhu positif.

4. Percobaan[kembali] 

 Prosedur percobaan :

1. Bukalah aplikasi proteus terlebih dahulu.

2.Buka schematic capture, pilih bagian component mode ( ), dan pada bagian devices klik         'P'.

3.Pastikan kategorinya berada pada all categories agar mudah dalam melakukan pencarian.

4.Ketikkan semua nama bahan komponen yang dibutuhkan dalam rangkaian.

5.Double klik komponen yang kita butuhkan agar komponen tersebut muncul dikolom Devices.

6. Buka bagian Terminals mode ( ).

7.Pilih terminal yang diperlukan.

8.Setelah semua komponen didapatkan, letakkan komponen pada papan rangkaian.

9.Rangkailah semua komponen sesuai prinsipnya.

10.Klik play (    ) pada bagian kiri bawah aplikasi untuk menjalankan rangkaian simulasi.

11.Saat di play, jika rangkaian simulasi sudah benar dan sesuai, maka akan muncul output.

◼ Gambar Rangkaian

◼ Prinsip Kerja

Dioda adalah salah satu bahan semikonduktor dan menggunakan dioda jenis (germanium signal diode). Pada simulasi kali ini,baterai sebagai sumber tegangan.Tegangan akan dialirkan menuju D1 lalu dari D1 langsung diteruskan menuju R1.R1 disini berfungsi sebagai pembagi tegangan. Prinsip dasar dari semikonduktor yaitu dimana semikonduktor berada di antara konduktor dan isolator.

5. Video[kembali]

6. Example[kembali] 

1. 

2. Jika hambatan kawat tembaga 9 Ω, hambatan jenis tembaga 0,16 Ω^mm2/_m dan panjang kawat tersebut 300 m, maka luas penampang kawat adalah?

Jawab:

Diketahui:

• R = 9 Ω
• ρ = 0,16 Ω^mm2/_m
• l = 300 m

Ditanyakan:

• A...?

Penyelesaian:

 

A = ρ ^l/_R

    = 0,16 ³⁰⁰/₉

    = 5,33 mm²

7. Problem[kembali]

1. Apa yang dimaksud dengan semikonduktor, resistivitas, resistansi massal, dan resistansi kontak ohmik.

 

Jawab :

- Semikondukutor merupakan zat atau bahan yang bersifat antara konduktor dan isolator atau dengan kata lain semikonduktor merupakan bahan atau zat setengah penghantar listrik.

- Resistivitas ialah nilai hambatan jenis yang merupakan besarnya resistansi yang ada pada suatu penghantar yang panjangnya 1 meter dalam penampang 1mm² .

- Resistansi massal adalah kemampuan suatu bahan benda untuk menghambat atau mencegah aliran arus listrik.

- Resistansi Kontak ohmic merupakan wilayah pada perangkat semikonduktor yang telah disiapkan sehingga kurva antara arus-tegangan (I-V) dari perangkat membentuk garis linear dan simetris.

2. Buat sketsa struktur atom tembaga dan diskusikan mengapa ia merupakan konduktor yang baik dan bagaimana strukturnya berbeda dari germanium dan silikon.

Jawab :

Cu memiliki nilai kondutivitas (Daya hantar listrik) yang paling besar diantara lainnya dan memiliki nilai tahanan jenis yang rendah daripada lainnya Hal ini sudah memenuhi dalam persyaratan sebagai konduktor yang baik. Selain itu, tembaga memilki daya tahan tembaga terhadap korosi sangat besar, titik leburnya 1080o C.

8. Soal Pilihan Ganda[kembali]

1. Di bawah ini yang merupakan bahan penghantar panas yang paling baik, kecuali...

 a. Konduktor 

 b. Semikonduktor 

 c. Superkonduktor  

 d. Isolator 

Jawaban : A

2. Apa saja jenis bahan semikonduktor...

 a. Bahan semikonduktor tipe N dan P

 b. Bahan semikonduktor tipe O dan P

 c. Bahan semikonduktor tipe N dan K

 d. Bahan semikonduktor tipe M dan N

Jawaban : A

9. Link Download[kembali]

⦁ Download HTML[Di sini]

⦁ Download Rangkaian Simulasi Proteus[Di sini]

⦁ Download Video[Di sini]

⦁ Download Datasheets Dioda OA90[Di sini]

⦁ Download Datasheets Resistor[Di sini]