Cara Kerja Transistor - Semikonduktor

Attention: open in a new window. Print

Article Index
Cara Kerja Transistor
Semikonduktor
Dioda
Transistor
All Pages

SEMIKONDUKTOR

Transistor dibuat dari bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor yang terpenting adalah Silikon dan Germanium. Silikon lebih banyak digunakan sebagai bahan semikonduktor dibanding Germanium, karena Silikon mempunyai sifat-sifat yang lebih disukai dibanding dengan Germanium.

Disebut Semikonduktor (setengah penghantar) karena material ini dapat menghantar listrik namun tidak sebaik konduktor (penghantar).

Telah kita ketahui konduktor listrik adalah logam. Listrik dapat mengalir dalam logam karena dalam logam terdapat banyak sekali elektron bebas yang dapat dengan mudah bergerak diantara inti atom. Dapat kita umpamakan aliran elektron bebas sebagai aliran air dalam tabung filter air. Media berpori kita andaikan sebagai inti atom, sedang partikel air kita andaikan sebagai elektron. Demikianlah elektron bebas dapat mengalir dengan mudah diantara celah-celah inti atom.

Bahan Isolator seperti halnya Plastik tidak dapat menghantar listrik karena tidak mempunyai elektron bebas. Elektron-elektron pada isolator terikat kuat pada inti atom. Pada Isolator diperlukan energi yang besar untuk membuat elektron terlepas dari ikatannya. Jadi pada isolator tidak ada pembawa muatan yang dapat bergerak.

Semikonduktor dapat menghantar listrik, namun daya hantarnya sangat kecil jika dibandingkan dengan logam. Hal tersebut disebabkan kosentrasi pembawa muatan pada semikonduktor jauh lebih kecil dibanding kosentrasi pembawa muatan pada logam.

DUA MACAM PEMBAWA MUATAN

Cara semikonduktor menghantar berbeda dengan logam. Ada dua macam pembawa muatan pada semikonduktor.

  1. Pembawa muatan positif
  2. pembawa muatan negatif

Pembawa muatan negatif adalah elektron bebas. Elektron semikonduktor terikat pada inti atom tetapi tidak sekuat ikatan pada isolator. Bila kebetulan elektron menerima energi panas yang cukup, elektron ini dapat terlepas dari ikatan atom induk. Jadilah elektron bebas. Elektron bebas pada semikonduktor bergerak seperti halnya elektron bebas pada logam, dapat bergerak menyusup diantara inti atom.

Pembawa muatan positif adalah lubang. Ketika elektron bebas terbentuk yakni elektron terlepas dari ikatannya, tempat yang ditinggalkannya menjadi kosong. Terbentuklah lubang. Sama seperti elektron bebas lubang ini dapat pula menghantar listrik. Lubang menghantar listrik dengan cara yang unik.

Mula-mula Fisikawan sempat dibingungkan oleh kehadiran partikel bermuatan positif pada semikonduktor. Mereka menemukan gerakan partikel yang arah geraknya berlawanan dengan arah gerakan elektron. Jika misalnya elektron bergerak kekiri menjauhi kutup negatif baterai (mendekati kutup positif baterai), maka partikel asing ini bergerak dalam arah sebaliknya. Karena itu Fisikawan memberi tanda muatan partikel ini positif, berlawanan tanda dengan elektron bebas yang bertanda negatif. Adanya pergerakan dua macam partikel berbeda tanda pada semikonduktor ini dapat diamati pada percobaan efek Hall.


terlihat kendaraan dan "lubang" bergerak ke arah yang berlawanan

Ternyata kehadiran partikel bermuatan positif adalah ilusi. Partikel bermuatan positif itu adalah lubang atau longaran! Ceritanya adalah demikian: Elektron-elektron pada semikonduktor tak dapat bergerak terikat kuat oleh inti atom (kecuali telah menjadi elektron bebas). Ketika elektron bebas terbentuk, tempat yang ditinggalkan terjadi lubang atau longaran. Elektron dari atom tetangga, meskipun dalam ikatan inti atom apabila terdorong oleh medan listrik ikatan inti dapat terputus dan jatuh kedalam lubang. Kemudian tempat yang ditinggalkan elektron itu menjadi lubang baru. Elektron lain kemudian jatuh pula pada lubang baru dan seterusnya. Peristiwa ini boleh kita umpamakan jalan raya yang macet. Mobil-mobil yang tidak dapat bergerak ini kita samakan dengan elektron-elektron dalam ikatan inti atom. Namun mobil-mobil yang tak dapat bergerak kemudian dapat bergerak asalkan ada lubang. Gambar diatas kiranya dapat memperjelas apa yang dimaksud. Perhatikanlah lubang bergerak ke arah berlawanan dengan gerak mobil atau pembawa muatan sejati. ”Partikel” yang bergerak berlawanan dengan gerak elektron bebas, sebenarnya bukanlah partikel tetapi lubang.

SEMI KONDUKTOR DENGAN PENGOTOR

Semikonduktor murni dapat menghantar listrik, tetapi daya hantarnya buruk maklumlah karena kosentrasi pembawa muatan sangat kecil. Hal tersebut berbeda dengan logam yang mempunyai pembawa muatan berlimpah.

Kristal silikon murni (disebut semikonduktor intrinsik) yang sedikit menghantar listrik ini akan meningkat hantaran listriknya dengan cukup berarti apabila diberi bahan pengotor. Penambahan bahan pengotor ini hanya perlu dalam jumlah yang amat sedikit. Namun hal tersebut telah mengubah sifat asli dari semikonduktor yang bersangkutan (hantaran listriknya jauh lebih besar dari sebelumnya). Semikonduktor berpengotor ini disebut semikonduktor ekstrinsik. Selanjutnya penambahan bahan pengotor ini kita sebut doping. Kita mengenal dua jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu :

  1. Semikonduktor jenis N
  2. Semikonduktor jenis P.

Umumnya kita tidak menyukai ketidak murnian. Pada semikonduktor doping justru diperlukan. Doping sangat berguna menjadikan semikonduktor tersebut lebih mudah menghantar listrik.

Atom-atom silikon saling mengikat satu sama lain membentuk kristal padat. Ikatan pada atom silikon disebut ikatan kovalen. Atom silikon mempunyai 4 elektron terluar. Ikatan kovalen terbentuk dengan cara setiap atom terluar berpasangan dengan elektron terluar atom tetangga. Ikatan kovalen atom silikon yang pada kenyataanya berbentuk 3 dimensi digambarkan secara simbolik seperti gambar dibawah ini.

Semikonduktor Jenis N

Semikonduktor jenis N terbentuk dengan menambah unsur doping berupa Phosfor (P), Arsenik (As) atau Atimon (Sb). Atom pada unsur-unsur tersebut mempunyai elektron terluar sebanyak 5 buah. Elektron kelima dari atom sisipan ini tidak mempunyai ikatan, sehingga elektron ini berlaku sebagai elektron bebas. Semi konduktor jenis N dapat menghantar listrik karena adanya elektron bebas tersebut. Elektron bermuatan negatif, karena itu semikonduktor jenis ini disebut semikonduktor jenis N.

Tidak seperti semikonduktor murni yang sulit menghantar listrik, semikonduktor jenis N dapat menghantar listrik dengan mudah. Tak mengherankan karena semikonduktor N kaya dengan elektron bebas. Pembawa muatan utama pada semikonduktor N adalah elektron bebas.

Pada semikonduktor N, lubang ikut pula membawa muatan, tetapi jumlahnya sangat kecil dibandingkan dengan elektron bebas. Lubang merupakan pembawa muatan minoritas. Mekanisme terbentuknya lubang sama seperti yang terjadi pada semikondutor murni.

Semikonduktor Jenis P

Untuk membentuk semikonduktor jenis P, kali ini digunakan unsur doping Boron(B), Alumunium (Al), Indium (In) atau galium (Ga). Atom-atom tersebut mempunyai elektron terluar sebanyak 3 buah. Penyisipan ini akan mengakibatkan lubang dimana elektron terluar silikon tidak mempunyai teman untuk menbentuk ikatan

Tidak seperti semikonduktor murni yang sulit menghantar listrik, semikonduktor jenis P dapat menghantar listrik dengan mudah. Tak mengherankan karena semikonduktor P kaya dengan lubang. Pembawa muatan utama pada semikonduktor P adalah lubang. Elektron bebas merupakan pembawa muatan minoritas