Semikonduktor
Dalam pengetahuan materi teknik listrik dikenal tiga jenis material, yaitu materi konduktor, materi semikonduktor, dan materi isolator. Bahan konduktor mempunyai sifat menghantar listrik yang tinggi, materi konduktor digunakan untuk kabel atau kawat penghantar listrik, menyerupai tembaga, aluminium, besi, baja, dan sebagainya. Disebut semi atau setengah konduktor, alasannya yakni materi ini memang bukan konduktor murni. Bahan semikonduktor mempunyai sifat sanggup menjadi penghantar atau sanggup juga mempunyai sifat menghambat arus listrik tergantung kondisi tegangan eksternal yang diberikan, materi semikonduktor merupakan komponen pembuatan transistor, diode, thyristor, triac, GTO menyerupai gambar di bawah ini.
Beberapa materi semikonduktor yaitu silikon (Si), germanium (Ge), galium arsenik (GeAs), indium antimonid (InSb), cadmium sulfid (CdS) dan siliciumcarbid (SiC), dan sebagainya. Bahan isolator mempunyai sifat menghambat listrik yang baik, digunakan sebagai isolator dalam peralatan listrik, misalnya keramik, porselin, PVC, kertas, dan sebagainya. Komponen elektronik yang banyak digunakan dalam teknik listrik industri yakni thyristor menyerupai pada gambar di bawah ini
1. Struktur Atom Semikonduktor
Bahan semikonduktor yang banyak dikenal misalnya yakni Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu yakni materi satu-satunya yang dikenal untuk menciptakan komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular sesudah ditemukan cara mengekstrak materi ini dari alam. Silikon merupakan materi terbanyak ke dua yang ada di bumi sesudah oksigen (O2).
Atom berdasarkan Bohr dimodelkan sebagai inti yang dikelilingi oleh elektronelektron yang mengorbit. Inti atom mempunyai muatan positif, sedangkan elektron bermuatan negatif. Inti atom cenderung menarik elektron yang berputar dalam orbitnya. Makin besar daya tarik dari inti, kecepatan orbit elektron akan meningkat.
Orbit atom silikon dan germanium diperlihatkan dalam gambar. Atom silikon mempunyai 14 proton dalam intinya, orbit elektron yang mengisi tiga pita orbitnya. Orbit terdalam diisi oleh dua elektron, orbit kedua dari dalam diisi oleh 8 elektron dan orbit terluar diisi oleh empat elektron, kita sebut silikon mempunyai konfigurasi 2 - 8 - 4. Empat belas elektron yang mengorbit pada inti silikon berputar menetralkan muatan dari inti atom dari luar (secara listrik) yakni netral.
Atom germanium pada dasarnya mempunyai 32 protpertama paling dalam mengorbiit atom ON, mempunyai empat pita orbit. Pita orbit 2 elektron, pita orbit kedua diisi oleh 8 elektron, pita orbit ketiga mengorbit 18 elektron dan pita orbit keempat atau terluar diisi konfigurasi elektron 2 - 8 - 18 - 4.
2. Semikonduktor Tipe N
Sudah dijelaskan atom silikon dengan 14 proton, mempunyai konfigurasi 2-8-4. Untuk menyebabkan atom silikon menjadi tipe N harus di doping, yaitu menambahkan suatu atom yang mempunyai lima atom valensi (pentavalent), di antara empat atom silikon tetangganya.
Dengan penambahan atom pentavalent konfigurasi menjadi berubah, alasannya yakni empat atom akan saling berpasangan dan satu atom sisa yang tidak mempunyai pasangan atau kelebihan satu elektron. Kondisi ini kita sebut atom silikon yang sudah didoping menjadi silikon semikonduktor tipe N yang berarti negatif. Atom pentavalent disebut sebagai atom donor, yaitu arsen, antimon, dan posfor.
3. Semikonduktor Tipe P
Untuk mendapat semikonduktor tipe P artinya kita menciptakan atom silikon mempunyai hole, dengan cara menawarkan doping atom yang mempunyai tiga elektron (trivalent), pada empat atom tetangganya. Karena atom trivalent mempunyai tiga elektron, sehingga dari empat pasangan yang ada hanya tujuh elektron yang berjalan dalam orbit valensinya.
Dengan kata lain sebuah hole akan muncul dalam setiap atom trivalent. Atom silikon yang didoping dengan atom trivalent akan menghasilkan hole, dan inilah yang kita sebut dengan semikonduktor tipe P atau positif. Atom trivalent disebut sebagai atom akseptor, yaitu aluminium, boron, dan gallium.
4. Junction PN
Semikonduktor tipe-P yang disambungkan dengan semikonduktor tipe-N, selanjutnya tempat dimana tipe-P bertemu tipe-N disebut Junction PN . Telah dijelaskan bahwa semikonduktor tipe-P mempunyai kelebihan elektron, sementara semikonduktor tipe-N mempunyai hole. Elektron dari tipe-N cenderung menyebar dan memasuki hole yang ada di tipe-P, maka hole akan lenyap dan elektron pita konduksi menjadi elektron pita valensi.
Tanda kasatmata berlingkaran dinamakan ion kasatmata dan tanda berlingkaran negatif disebut ion negatif. Tiap pasang ion kasatmata dengan ion negatif disebut dipole, tempat di sekitar junction PN akan dikosongkan dari muatan-muatan yang bergerak. Kita sebut tempat yang kosong muatan ini dengan lapisan pengosongan (depletion layer). Dari prinsip juntion PN ini selanjutnya menjadi dasar bagi pembuatan komponen semikonduktor seperti, diode, transistor, thyristor, GTO, dan sebagainya
5. Dioda PN
Jika dua tipe materi semikonduktor ini dilekatkan, maka akan didapat sambungan P-N (p-n junction) yang dikenal sebagai dioda. Pada pembuatannya memang material tipe P dan tipe N bukan disambung secara harpiah, melainkan dari satu materi (monolitic) dengan memberi doping (impurity material) yang berbeda.
Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N, elektron dengan gampang sanggup mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P.
Rangkaian diode dengan sumber tegangan DC memperlihatkan tegangan DC kasatmata terhubung dengan kaki anoda, pada kondisi ini diode mengalirkan arus DC sanggup dilihat dari penunjukan ampermeter dengan arus If, untuk tegangan disebut tegangan maju Uf (forward). Diode silikon akan mulai forward dikala telah dicapai tegangan cut-in sebesar 0,7 Volt, untuk diode germanium tegangan cut-in 0,3 Volt. Sebaliknya bila diberi tegangan balik (reverse bias), sanggup dipahami tidak ada elektron yang sanggup mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, alasannya yakni tegangan potensial di sisi N lebih tinggi.
Rangkaian diode di atas memperlihatkan tegangan DC kasatmata disambungkan dengan kaki katoda, tampak tidak ada arus yang mengalir atau diode dalam posisi memblok arus, kondisi ini disebut posisi mundur (reverse). Dioda akan hanya sanggup mengalirkan arus satu arah saja, sehingga digunakan untuk aplikasi rangkaian penyearah (rectifier). Dioda, Zener, LED.
6. Diode Zener
Diode zener banyak digunakan untuk penstabil tegangan atau penstabil arus. Diode zener justru harus bekerja pada tempat reverse, alasannya yakni tujuannya untuk menstabilkan tegangan dan arus yang diinginkan.
