my iklan

Selasa, 02 Juni 2009

elektronika dasar 1

Semikonduktor•DefinisiI: Bahanyang memilikinilaihambatanjenis(ρ) antarakonduktordanisolator yaknisebesar10-6s.d. 104ohm.m•Perbandinganhambatanjeniskonduktor, semikonduktor, danisolator:BahanHambatanJenis(ohm.m)SifatTembaga1,7 x 10-8KonduktorSilikonpd 300oK2,3 x 103SemikonduktorGelas7,0 x 106Isolator
Tigabuahbahanyaknitembaga, silikon, dangelasmasing-masingmemilikipanjang1 m, dandiameter 1mm, jikapadakeduaujungbahantersebutterpasangtegangan10V, tentukanbesarnyaarusyang lewatmasing-masingbahantersebut!Jawab:HitungduluR denganrumus:SelanjutnyadihitungI untukmasing-masingbahandenganrumus:ARlρ=RVI=2rAπ=2Dr=
TembagaSilikonGelas10Vi=0,46 x 103 Ai= 3,41 x 10-9 Ai=1,12 x 10-12 APerhatikan! Arusyang mengalirpadabahan-bahantersebutdariyang terbesaradalahpadakonduktor(tembaga), semikonduktor(silikon), danisolator (gelas)
Semikonduktor•DefinisiII: Bahanyang memilikipita terlarang(forbidden band) atauenergy gap(EG) yang relatifkecilkira-kirasebesar1 eVEGPitaTerlarangPitaKonduksiPitaValensi≈6eVEG≈1eVPitaKonduksiPitaValensiElektronbebasHoleKONDUKTORSEMIKONDUKTORISOLATOR
Bahan-bahanSemikonduktor•TRIVALENT: logam-logamyang memilikiatom-atom denganjumlahelektronterluar3 buahsepertiBoron (B),Gallium (Ga),danIndium (In)•TETRAVALENT: logam-logamyang memilikiatom-atom denganjumlahelektronterluar4 buahsepertiSilikon(Si)danGermanium (Ge)•PENTAVALENT: logam-logamyang memilikiatom-atom denganjumlahelektronterluar5 buahsepertiFosfor(P), Arsenikum(As),danAntimon(Sb)
Bahan-bahanSemikonduktor•Bahanyang paling banyakdigunakanadalahSidanGe•JumlahelektronSi14 buah•JumlahelektronGe32 buah•Jumlahelektronvalensi(elektronterluar) SimaupunGe`masing-masing4 buah•Jenisikatankovalen
JenisSemikonduktor: Intrinsik•SemikonduktorIntrinsikMerupakansemikonduktormurnidantidakcacat, contohSilikonMurniSiSiSiSiSi+4+4+4+4+4+4+4+4+4ElektronValensiIkatanKovalenVisualisasi3-dimensiVisualisasi2-dimensiStruktur kristal Si: pengulangan secara teratur satuan sel 3 dimensiberbentuk tetrahedral
Semikonduktorintrinsikpadasuhuyang sangatrendah:•Semuaelektronberadapadaikatankovalen•TakadaelektronbebasatautakadapembawamuatansehinggabersifatsebagaiisolatorSemikonduktorintrinsikpadasuhukamar:•Agitasitermalmenyebabkanbeberapaelektronvalensikeluardariikatankovalenmenjadielektronbebassebagaipembawamuatannegatif•Munculnyaelektronbebasdiikutidenganterbentuknya
hole (lubang) sebagai pembawa muatan positif,
peristiwanya disebut pembangkitan (generation)
• Jika dipasang beda potensial, terjadi aliran arus (sebagai
konduktor dengan konduktansi rendah)
+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4ElektronBebasHoleEG≈1,2eVEG≈1,1eVHoleElektronBebasSipadaOoKSipada300oKPita KonduksiPita ValensiPita Terlarang
SifatbahanSilikondanGermanium (milman, 1986)SifatSiGeNomoratom1432Beratatom28,172,6Kerapatan, gr/cm32,335,32Konstantadielektrik1216Atom/cm35,0 x 10224,4 x 1022Jurangtenaga(EG) pada0oK, eV1,210,785Jurangtenaga(EG) pada300oK, eV1,10,72KonsentrasiIntrinsik(300oK), ni, cm-31,5 x 10102,5 x 1013ρ intrinsikpada300oK, ohm.cm230.00045Mobilitaselektronpada300oK (µn), cm2/V.s.1.3003.800Mobilitaselektronpada300oK (µp), cm2/V.s.5001.800
PembawaMuatanPadaSemikonduktorIntrinsik+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4GenerationSemikonduktor Intrinsike1h1e2enSemikonduktor Intrinsike1h2e2h0enRecombinationMedan ListrikTerpasang, EKeadaan TerdahuluKeadaan Kemudian
JenisSemikonduktor: Ekstrinsik•Semikonduktorekstrinsik: semikonduktoryang memperolehpengotoranataupenyuntikan(doping) olehatom asingSemikonduktorEkstrinsikSemikonduktorTipe-NSemikonduktorTipe-P•Pengotoranolehatom pentavalentsptP, As, Sb•Atom pengotornyadisebutatom donor•Pembawamuatan: elektron•Pengotoranolehatom trivalentsptB, Ga, In•Atom pengotornyadisebutatom akseptor•Pembawamuatan: hole
JenisSemikonduktor: Ekstrinsik•Tujuandoping: meningkatkankonduktivitassemikonduktor, danmemperolehsemikonduktordenganhanyasatupembawamuatan(elektronatauhole) saja•Perbandingandoping:Atom dopant: atom murni=1:106s.d. 108Dopantadalahatom pengotor. Atom-atom dopantpadasemikonduktortipe-N adalahatom-atom pentavalentdandinamakanatom donor, sedangkanpadasemikonduktortime-P trivalent dandinamakanatom akseptor.
SemikonduktorTipe-N+4+4+4+4+5+4+4+4+4ElektronBebasAsPita KonduksiPita ValensiEGTingkat energi donor0,05eVEVEDECElektronbebassebagianbesarterjadikarenadoping, dansebagiankecillainnyabersamahole karenageneration akibatagitasitermal. Elektronbebasmenjadipembawamuatanmayoritasdanhole sebagaipembawamuatanminoritas.
SemikonduktorTipe-P+4+4+4+4+3+4+4+4+4HoleInPita KonduksiPita ValensiEGTingkat energi akseptor0,05eVEVEAECHole sebagianbesarterjadikarenadoping, dansebagiankecillainnyabersamaelektronbebaskarenageneration akibatagitasitermal. Hole menjadipembawamuatanmayoritasdanelektronbebassebagaipembawamuatanminoritas.
PirantiSemikonduktor•Beberapapirantisemikonduktor: diode pertemuanpn, transistor, termistor, SCR (silicon controlled rectifier), IC (Integrated Circuit)
Diode PertemuanPN•Suatupertemuanpnadalahkristaltunggalsemikonduktoryang padasatusisinyamendapatpenyuntikanatom akseptordanpadasisiyang lain mendapatpenyuntikanatom donor
• Pertemuan pn merupakan blok bangunan dasar (basic
building block) bagi piranti semikonduktor
• Diode pertemuan pn: pertemuan pn yang pada kedua
sisinya dilekatkan logam (metalurgical bond) sehingga
terdapat dua ujung logam yang merupakan terminal atau
elektrode, yakni anode pada sisi p dan katode pada
sisi n.
PertemuanPNAtom-atom AkseptorAtom-atom DonorDopingDopingKristalTunggalSemikonduktorHasilnya:Type-PType-N
Diode PertemuanPNType-PType-NPERTEMUAN PNLogamLogamKawatKawatPembungkusHasilnya:AnodeKatodeSimbol:
PertemuanPN Terbuka-+-------------------+++++++++++++++++++----++++LapisanPengosongnJenis pJenis nHoleElektronIon AkseptorIon DonorBidangPertemuan•Atom-atom yang mengandunghole dapatdigambarkansebagaiion-ion negatifkarenakekuranganelektron, danatom-atom yang kelebihanelektronsebagaiion positif•Ion-ion akseptoradalahion-ion negatifdanion-ion donor
adalah ion-ion positif.
PertemuanPN TerbukaLapisanPengosongan:•Saatp dann dipertemukan, terjadidifusielektronkearahp dandifusihole kearahn, menimbulkanarusdifusikekanan•Terjadirecombination (penggabungan) disekitarbidangpertemuansehinggaelektrondanhole 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
Pertemuanpndenganprasikapmaju(forward bias):•AdanyaVDmenyebabkanarusdifusilebihbesardariarusdrift •JikapotensialpenghalangsebelumdiberiVDadalahVo, makapotensialpenghalangturunmenjadiVo-VD, daerahpengosonganmenjadisempit•Pembawamayoritaspunyaenergiyang cukupuntukmelewatipotensialpenghalang
• Hole dari sisi p (pembawa mayoritas) dapat melewati daerah pengosongan
menjadi pembawa minoritas di sisi n
• Elektron dari sisi n (pembawa mayoritas) dapat melewati daerah
pengosongan menjadi pembawa minoritas di sisi p
• Jumlah arus dari elektron dan hole merupakan arus total yang lewat diode
----++++LapisanPengosongnVDJenis PJenis NEKatodeAnode
Pertemuanpndenganprasikapmundur(reverse bias):----++++LapisanPengosongnVDJenis PJenis NEKatode++++++++--------Anode•Hole padasisip bergerakkekiri, elektronpadasisin bergerakkekanan, daerahpengosonganmelebar, potensialpenghalangmenjadiVo+VD, tidakadaaruslewatbidangpertemuan•Karenadaerahpengosonganpadadasarnyamerupakansemikonduktorintrinsik, agitasitermaldapatmenyebabkanterjadinyageneration sehinggamunculpasanganelektrondanhole padadaerahini
• Pengaruh medan listrik yang terpasang terhadap adanya elektron dan hole
di daerah pengosongan menyebabkan terjadinya arus yang arahnya dari
katode ke anode dan disebut arus balik saturasi yang besarnya 10-8 sampai
dengan 10-14 A.

Tidak ada komentar:

Pengikut

Daftar Blog Saya

Loading...

my game