Prinsip Fundamental dan Definisi Semikonduktor

Semikonduktor merupakan kata yang erat kaitannya dengan peralatan elektronika yang dominan digunakan saat ini. Hampir semua perangkat canggih seperti ponsel, komputer, televisi, kamera, bahkan lampu LED, didorong oleh teknologi semikonduktor. 

Komponen inti yang membentuk peralatan elektronika, seperti transistor, dioda, dan sirkuit terpadu (IC), terbuat dari bahan semikonduktor. Dengan demikian, bahan semikonduktor memiliki pengaruh monumental terhadap evolusi teknologi elektronika.

Bahan semikonduktor adalah jenis bahan penghantar listrik yang berada di tengah-tengah karakteristik konduktor (penghantar) dan isolator (pemutus). Esensinya, kemampuan semikonduktor dalam menghantarkan listrik berada di antara keduanya. 

Namun, semikonduktor memiliki perbedaan mendasar dengan resistor; semikonduktor bisa menghantarkan listrik atau bertindak sebagai penghantar hanya saat terpapar arus listrik khusus, pada suhu tertentu, dan dengan persyaratan tertentu.

Proses penambahan ketidakmurnian (doping) merupakan aspek penting dalam pengolahan semikonduktor. Meskipun ada berbagai bahan yang dapat digolongkan sebagai semikonduktor, hanya beberapa yang digunakan secara luas dalam pembuatan komponen elektronika. 

Contohnya adalah silikon, selenium, germanium, dan metal oksida. Doping adalah langkah dalam mengubah sifat atau karakteristik kelistrikan semikonduktor murni (intrinsik) dengan menambahkan zat pengotor (impurity). 

Zat seperti arsenik, indium, dan antimon digunakan sebagai zat pengotor (dopant) untuk mengubah sifat semikonduktor. Semikonduktor yang telah melalui proses doping disebut semikonduktor ekstrinsik.

Mekanisme Ikatan Kovalen dalam Bahan Semikonduktor: Transformasi Isolator menjadi Penghantar Listrik

 

Ikatan kovalen, yang mengikat elektron secara kuat pada inti atom, menyebabkan ketidakmampuan elektron untuk berpindah dari satu inti atom ke inti atom lain. Akibatnya, bahan semikonduktor pada awalnya berperilaku sebagai isolator, dimana elektron tidak memiliki keterampilan untuk menghantarkan listrik. Namun, pada suhu kamar, energi panas menciptakan getaran yang cukup untuk memecahkan beberapa ikatan kovalen. Meskipun demikian, hanya sedikit elektron yang dapat terlepas, sehingga kemampuan konduktivitasnya tetap terbatas dan tidak efisien sebagai penghantar listrik yang handal.

 

Para ilmuwan, khususnya mereka yang menguasai fisika kuantum pada masa itu, mengambil langkah penting dengan memberikan proses doping pada bahan semikonduktor ini. Pendopingan dilakukan untuk mencapai perubahan drastis dalam perilaku konduktivitas. Doping bertujuan untuk mengintroduksi lebih banyak elektron valensi yang bebas dan mudah bergerak, dalam jumlah yang signifikan dan permanen. Harapannya, ini akan mengubah bahan semikonduktor dari isolator menjadi penghantar listrik yang efektif.

Dasar-dasar Prinsip Semikonduktor: Fondasi Komponen Elektronika

 

Semikonduktor, materi dasar dalam komponen elektronika seperti dioda, transistor, dan sirkuit terpadu (IC), memiliki peran krusial dalam mengatur aliran arus listrik. Meskipun bukan konduktor murni, semikonduktor mengisi posisi setengah jalan antara konduktor dan isolator dalam konduktivitasnya. Logam, sebagai konduktor yang efisien, memiliki struktur atom yang memungkinkan elektron bergerak bebas. Namun, semikonduktor tidak memiliki tingkat konduktivitas serupa.

 

Pada tahun 1906, Pickard merancang dioda pendeteksi pertama yang menggunakan bahan semikonduktor kristal silikon. Inovasi ini memberikan dasar bagi perkembangan komponen semikonduktor, yang telah mengubah wajah industri dan kehidupan kita. Keberadaan komponen semikonduktor memungkinkan penggunaan komponen pasif seperti resistor, kapasitor, induktor, dan transformator dalam konstruksi sirkuit elektronik. Selain itu, komponen semikonduktor memungkinkan pembuatan perangkat elektronik seperti radio AM, radio FM, penguat suara hi-fi, TV berwarna, dan pemancar FM. Komponen semikonduktor juga berperan dalam mengatur dan menggerakkan mesin-mesin industri melalui penemuan dioda tegangan tinggi dan dioda daya tinggi.

 

Struktur atom bahan semikonduktor seperti silikon (Si) dan germanium (Ge) memiliki peran sentral dalam sifat konduktivitasnya. Kristal silikon memiliki inti atom dengan 4 elektron valensi dan membentuk ikatan kovalen dengan atom tetangga untuk mencapai stabilitas ikatan atom. Dalam kondisi sangat rendah (0K), elektron valensi tetap berada dalam ikatan kovalen.

 

Dua jenis utama semikonduktor adalah semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik. Semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum mengalami pengotoran atau doping dengan atom asing. Pada suhu tinggi, elektron valensi dapat bergerak ke pita konduksi, menciptakan hole pada pita valensi. Pada semikonduktor ekstrinsik, doping dilakukan dengan sengaja untuk meningkatkan konduktivitas. Doping bertujuan untuk menciptakan lebih banyak pembawa muatan (baik elektron atau hole) dalam bahan semikonduktor.***