Dasar-Dasar Elektronika: Apa itu Semikonduktor?

Semikonduktor digunakan secara ekstensif di sirkuit elektronik. Sesuai namanya, semikonduktor adalah material yang melakukan arus, namun hanya sebagian. Konduktivitas semikonduktor berada di suatu tempat antara isolator, yang hampir tidak memiliki konduktivitas, dan konduktor, yang memiliki konduktivitas hampir penuh. Kebanyakan semikonduktor adalah kristal yang terbuat dari bahan tertentu, paling umum silikon.

Untuk memahami bagaimana semikonduktor bekerja, Anda harus terlebih dahulu memahami sedikit tentang bagaimana elektron diatur dalam sebuah atom. Elektron dalam atom diatur dalam lapisan. Lapisan ini disebut peluru . Cangkang terluar disebut cangkang valensi . Elektron di cangkang ini adalah yang membentuk ikatan dengan atom tetangga. Ikatan tersebut disebut

ikatan kovalen . Kebanyakan konduktor hanya memiliki satu elektron di dalam cangkang valensi. Semikonduktor, di sisi lain, biasanya memiliki empat elektron di dalam cangkang valensi mereka.

Jika semua atom tetangga memiliki jenis yang sama, elektron valensi mungkin bisa mengikat elektron valensi dari atom lain. Ketika itu terjadi, atom mengatur diri mereka ke dalam struktur yang disebut kristal

. Semikonduktor terbuat dari kristal semacam itu, biasanya kristal silikon. Di sini, setiap lingkaran mewakili sebuah atom silikon, dan garis-garis di antara atom mewakili elektron bersama. Masing-masing dari empat elektron valensi di setiap atom silikon dibagi dengan satu atom silikon tetangga. Dengan demikian, setiap atom silikon terikat dengan empat atom silikon lainnya.

Kristal silikon murni tidak terlalu berguna secara elektronik. Tapi jika Anda mengenalkan sejumlah kecil unsur lain ke dalam kristal, kristal mulai melakukan dengan cara yang menarik.

Proses dengan sengaja memasukkan unsur-unsur lain ke dalam kristal disebut

doping . Unsur yang diperkenalkan oleh doping disebut dopant . Dengan hati-hati mengendalikan proses doping dan dopan yang digunakan, kristal silikon dapat berubah menjadi satu dari dua jenis konduktor yang berbeda: semikonduktor tipe-N:

• Dibuat saat dopan adalah elemen yang memiliki lima elektron dalam lapisan valensi Fosfor biasanya digunakan untuk tujuan ini. Atom fosfor bergabung dengan benar dalam struktur kristal silikon, masing-masing terikat dengan empat atom silikon yang berdekatan seperti atom silikon. Karena atom fosfor memiliki lima elektron di dalam cangkang valensinya, namun hanya empat di antaranya terikat pada atom yang berdekatan, elektron valensi kelima dibiarkan menggantung keluar tanpa ikatan.Elektron valensi ekstra dalam atom fosfor mulai berperilaku seperti elektron valensi tunggal dalam konduktor biasa seperti tembaga. Mereka bebas bergerak. Karena jenis semikonduktor ini memiliki elektron ekstra, ini disebut semikonduktor tipe-.

  Semikonduktor tipe-P:

  Terjadi ketika dopan (seperti boron) hanya memiliki tiga elektron di dalam cangkang valensi. Ketika sejumlah kecil dimasukkan ke dalam kristal, atom tersebut dapat terikat dengan empat atom silikon, namun karena hanya memiliki tiga elektron untuk ditawarkan, lubang

  

• dibuat. Lubang berperilaku seperti muatan positif, sehingga semikonduktor yang didoping dengan cara ini disebut semikonduktor tipe-99 . Seperti muatan positif, lubang menarik elektron. Tapi ketika sebuah elektron bergerak ke dalam lubang, elektron tersebut meninggalkan lubang baru di lokasi sebelumnya. Jadi, dalam semikonduktor tipe-P, lubang terus bergerak di sekitar kristal karena elektron selalu berusaha mengisinya. Bila voltase diterapkan pada tipe N atau semikonduktor tipe-P, arus mengalir, karena alasan yang sama bahwa ia mengalir dalam konduktor biasa: Sisi negatif dari voltase mendorong elektron, dan sisi positif menariknya.. Hasilnya adalah bahwa pergerakan elektron dan lubang acak yang selalu hadir dalam semikonduktor menjadi terorganisir dalam satu arah, menciptakan arus listrik terukur.