Alat-alat Semikonduktor

Alat-alat Semikonduktor

a)        Transistor

Piranti tiga terminal atau lebih dikenal sebagai “transistor”. Terdapat dua jenis transistor yaitu : 1. Transistor bipolar atau BJT (bipolar junction transistor) 2. Transistor unipolar atau  FET (field-effect transistor).

Dibandingkan dengan FET, BJT dapat memberikan penguatan yang jauh lebih besar dan tanggapan frekuensi yang lebih baik. Pada BJT baik pembawa muatan mayoritas maupun pembawa muatan minoritas mempunyai peranan yang sama pentingnya.

Terdapat dua jenis kontruksi dasar BJT, yaitu jenis n-p-n dan jenis p-n-p. Untuk jenis n-p-n, BJT terbuat dari lapisan tipis semikonduktor tipe-p dengan tingkat doping yang relatif rendah, yang diapit oleh dua lapisan semikonduktor tipe-n. Karena alasan sejarah pembuatannya, bagian di tengah disebut “basis” (base), salah satu bagian tipe-n (biasanya mempunyai dimensi yang kecil) disebut “emitor” (emitter) dan yang lainya sebagai kolektor” (collector). Tanda panah pada gambar menunjukkan kaki emitor dan titik dari material tipe-p ke material tipe-n. Perhatikan bahwa untuk jenis n-p-n, transistor terdiri dari dua sambungan p-n yang berperilaku seperti diode. Setiap diode dapat diberi panjar maju atau berpanjar mundur, sehingga transistor dapat memiliki empat modus pengoperasian.

Salah satu modus yang banyak digunakan disebut “modus normal”, yaitu sambungan emitor-basis berpanjar maju dan sambungan kolektor-basis berpanjar mundur. Modus ini juga sering disebut sebagai pengoperasian transistor pada “daerah aktif”.

Pabrikasi BJT dapat dilakukan dengan dua teknik, yaitu struktur transistor-alloy melalui difusi dan struktur transistor planar. Gambar 9.2-a menunjukkan struktur transistoralloy n-p-n. Kolektor terbuat dari chip semikonduktor tipe-n dengan ketebalan kurang dari 1 mm2. Daerah basis dibuat dengan proses difusi kemudian dibuat kontak logam untuk dihubungkan dengan kaki basis. Daerah emitor dibuat dengan teknik alloy pada daerah basis. Sebagai hasilnya berupa sebuah pasangan sambungan p-n yang dipisahkan oleh daerah basis kira-kira setebal kertas.

Untuk struktur planar (lihat pada gambar), suatu lapisan tipe-n dengan tingkat doping rendah ditumbuhkan di atas substrat n+ (tanda + menunjukkan tingkat doping sangat tinggi). Setelah melalui proses oksidasi pada permukaan, sebuah jendela (window) dibuka dengan proses penggerusan (etching) dan suatu pengotor (p) dimasukkan ke kristal dengan proses difusi untuk membentuk sambungan (junction). Sekali lagi setelah melalui reoksidasi, sebuah jendela kecil dibuka untuk proses difusi pembentukan daerah emitor (n).

Secara konvensional simbol transistor n-p-n diperlihatkan pada gambar diatas dilengkapi dengan tanda panah pada emitor yang menunjukkan aliran muatan positif. Walaupun sebuah transistor n-p-n akan bekerja dengan kedua daerah n dapat berfungsi sebagai emitor, namun karena kedua daerah mempunyai tingkat doping dan geometri yang berbeda, maka daerah n yang dimaksud harus diberi label.

b)        Dioda

Dioda merupakan salah satu komponen elektronika yang termasuk komponen aktif. Disamping merupakan gambar yang melambangkan dioda penyearah.

Sisi P disebut Anoda dan sisi N disebut Katoda. Lambang dioda seperti anak panah yang arahnya dari sisi P ke sisi N. Karenanya ini mengingatkan kita pada arus konvensional mudah mengalir dari sisi P ke sisi N.

Dioda

Dalam pendekatan dioda ideal, dioda dianggap sebagai sebuah saklar tertutup jika diberi bias forward dan sebagai saklar terbuka jika diberi bias reverse. Artinya secara ideal, dioda berlaku seperti konduktor sempurna (tegangan nol) jika dibias forward dan seperti isolator sempurna (arus nol) saat dibias reverse.

c)        Mikroprosesor

Mikroprosesor

Mikroprosesor adalah sebuah IC (Integrated Circuit) yang digunakan sebagai otak/pengolah utama dalam sebuah sistem computer. Mikroprosesor merupakan hasil dari pertumbuhan semikonduktor.

Pertama kali Mikroprosesor dikenalkan pada tahun 1971 oleh Intel Corp,

yaitu Mikroprosesor Intel 4004 yang mempunyai arsitektur 4 bit. Dengan penambahan beberapa peripheral (memori, piranti I/O, dsb) Mikroprosesor 4004 di ubah menjadi komputer kecil oleh intel.

Kemudian mikroprosesor ini di kembangkan lagi menjadi 8080 (berasitektur 8bit), 8085, dan kemudian 8086 (berasitektur 16bit). Dilain pihak perusahaan semikonduktor laen juga memperkenalkan dan mengembangkan mikroprosesor antara lain Motorola dengan M6800, dan Zilog dengan Z80nya.

Mikroprosesor Intel yang berasitektur 16 bit ini kebanyakan di akhiri oleh angka 86, akan tetapi karena nomor tidak dapat digunakan untuk merek dagang mereka menggantinya dengan nama pentium untuk merek dagang Mikroprosesor generasi kelima mereka. Arsitektur ini telah dua kali diperluas untuk mengakomodasi ukuran word yang lebih besar.

Di tahun 1985, Intel mengumumkan rancangan generasi 386 32-bit yang menggantikan rancangan generasi 286 16-bit. Arsitektur 32-bit ini dikenal dengan nama x86-32 atau IA-32 (singkatan dari Intel Architecture, 32-bit). Kemudian pada tahun 2003, AMD memperkenalkan Athlon 64, yang menerapkan secara lebih jauh pengembangan dari arsitektur ini menuju ke arsitektur 64-bit, dikenal dengan beberapa istilah x86-64, AMD64 (AMD), EM64T atau IA-32e (Intel), dan x64 (Microsoft).

d)        Thermistor

Thermistor

Sebuah thermistor dibuat dari bahan semikonduktor. Komponen ini dapat dibuat dalam bentuk piringan, batangan, atau butiran. Thermistor butiran dapat memiliki ukuran diameter yang hanya beberapa milimeter. Pada beberapa thermistor butiran, butir semikonduktor dibungkus oleh sebuah kapsu kaca.

Karena ukuran kaca yang sangat kecil, thermistor butiran dapat memberikan reaksi yang sangat cepat terhadap prubahan suhu. Thermistor memiliki dua buah kaki terminal. Sebagian besar thermistor memiliki  tahanan yang nilainya akan semakin mengecil dengan bertambahnya suhu. Thermistor jenis ini disebut sebagai thermistor koefsien suhu negatif (negative temperature coefficient) atau thermistor ntc. Thermistor-thermistordengan koefesien suhu yang positif (positive temperature cofficient) (ptc) juga tersedia di pasaran, namun lebih jarang digunakan.

Thermistor  digunakan di dalam rangkaian-rangkaian pengukur suhu atau yang memberikan tanggapan-tanggapan tertentu terhadap perubahan suhu. Kompnen ini juga dapat digunakan dalam yang akan mengalami gangguan-gangguan, atau bahkan kerusakan, akibat perubahan suhu. Thermistor secara otomatis akan bekerja untuk menetralkan efek perubahan suhu.

e)      Sel surya

Sel surya merupakan suatu devais semikonduktor yang dapat menghasilkan listrik jika diberikan sejumlah energi cahaya. Proses penghasilan energi listrik itu diawali dengan proses pemutusan ikatan elektron pada atom-atom yang tersusun dalam kristal semikonduktor ketika diberikan sejumlah energi (hf).

Salah satu bahan semikonduktor yang biasa digunakan sebagai sel surya adalah kristal silikon. Ketika suatu kristal silikon di-doping dengan unsur golongan kelima, misalnya arsen, maka atom-atom arsen itu akan menempati ruang diantara atom-atom silikon yang mengakibatkan munculnya elektron bebas pada material campuran tersebut. Elektron bebas tersebut berasal dari kelebihan elektron yang dimiliki oleh arsen terhadap lingkungan sekitarnya, dalam hal ini adalah silikon.

Semikonduktor jenis ini kemudian diberi nama semikonduktor tipe-n. Hal yang sebaliknya terjadi jika kristal silikon di-doping oleh unsur golongan ketiga, misalnya boron, maka kurangnya elektron valensi boron dibandingkan dengan silikon mengakibatkan munculnya hole yang bermuatan positif pada semikonduktor tersebut. Semikonduktor ini dinamakan semikonduktor tipe-p. Adanya tambahan pembawa muatan tersebut mengakibatkan semikonduktor ini akan lebih banyak menghasilkan pembawa muatan ketika diberikan sejumlah energi tertentu, baik pada semikonduktor tipe-n maupun tipe-p.

f)        I C (integrated circuit)

Sirkuit terpadu (bahasa Inggris: integrated circuit atau IC) adalah komponen dasar yang terdiri dari resistor, transistor dan lain-lain. IC adalah komponen yang dipakai sebagai otak peralatan elektronika.

Intergrated Circuit

Pada komputer, IC yang dipakai adalah mikroprosesor. Dalam sebuah mikroprosesor Intel Pentium 4 dengan ferkuensi 1,8 trilyun getaran per detik terdapat 16 juta transistor, belum termasuk komponen lain. Fabrikasi yang dipakai oleh mikroprosesor adalah 60nm.

Sirkuit terpadu dimungkinkan oleh teknologi pertengahan abad ke-20 dalam fabrikasi alat semikonduktor dan penemuan eksperimen yang menunjukkan bahwa alat semikonduktor dapat melakukan fungsi yang dilakukan oleh tabung vakum. Pengintegrasian transistor kecil yang banyak jumlahnya ke dalam sebuah chip yang kecil merupakan peningkatan yang sangat besar bagi perakitan tube-vakum sebesar-jari. Ukuran IC yang kecil, tepercaya, kecepatan "switch", konsumsi listrik rendah, produksi massal, dan kemudahan dalam menambahkan jumlahnya dengan cepat menyingkirkan tabung vakum.

Hanya setengah abad setelah penemuannya, IC telah digunakan dimana-mana. Radio, televisi, komputer, telepon selular, dan peralatan digital lainnya yang merupakan bagian penting dari masyarakat modern. Contohnya, sistem transportasi, internet, dll tergantung dari keberadaan alat ini. Banyak skolar percaya bahwa revolusi digital yang dibawa oleh sirkuit terpadu merupakan salah satu kejadian penting dalam sejarah umat manusia.

IC pada alat elektronik

IC mempunyai ukuran seukuran tutup pena sampai ukuran ibu jari dan dapat diisi sampai 250 kali dan digunakan pada alat elektronika seperti:

• Telepon
• Kalkulator
• Ponsel
• Radio