Material SemikonduktorSemikonduktor merupakan material yang tahanannya lebih besar daripada tahanan konduktor listrik, tetapi lebih kecil daripada isolator (berarti tidak menghantarkan arus sebaik logam). Material semikonduktor yang paling pentingSilikonGermaniumSeleniumKristal semikonduktor harus mempunyai derajat kemurnian yang sangat tinggi, 1010 : 1.Yang berarti terdapat maksimum 1 atom tidak murni (cemaran) dalam 1010 atom silikon

Struktur Kristal SemikonduktorSetiap atom silikon mempunyai 4 elektron valensi (disebut juga elektron bebas) pada cincin/kulit terluar.Valensi menunjukan kemampuan atom untuk bergabung dengan atom lainCATATAN :Silikon mempunyai valensi 4 karena elektron valensinya berjumlah 4

Penyederhanaan gambar (2 dimensi)Sebuah atom silikon dapat bergabung dengan atom silikon lain karena mempunyai 4 elektron valensi. Atom pada semikonduktor, kulit terluarnya tidak lengkap dan memuat empat elektron. Setiap elektron valensi berpasangan dengan satu dari empat elektron valensi atom tetangganya. Atom-atom dihubungkan dengan berbagi pasangan elektron. Ikatan yang menahan elektron bersama disebut ikatan kovalen.

Pencemaran semikonduktorAtom tercemar dimasukan ke dalam semikonduktor murni. Proses ini disebut pencemaran (doping)Jika semikonduktor murni dengan akseptor (indium, galium, boron atau aluminium) dicemarkan, maka akan terbentuk material pengkonduksi P. Jika semikonduktor murni dengan donor (arsenik, antimoni atau fosfor) dicemarkan, maka akan terbentuk material pengkonduksi N. Akseptor diambil dari accept (menerima)Donor diambil dari donor (memberi)

Konstruksi semikonduktor tipe NSilikon murni mempunyai cemaran yang dengan sengaja ditambahkan kepadanya. Atom dari suatu material dengan valensi 5 dimasukan ke dalam kristal.Atom donor memerlukan 4 elektron valensi untuk mengikat atom silikon. Satu elektron valensi tidak diperlukan untuk membentuk satu ikatan. Oleh karena itu, digunakan sebagai elektron bebas untuk menghantar arus listrikCAT : Si : Silikon Sb : Antimoni

Konstruksi Semikonduktor Tipe PSilikon yang sangat murni dicemarkan dengan material bervalensi 3 (contoh : Indium)Jika kita cemarkan dengan akseptor, maka satu ikatan kristal akan tetap bebas, karena kekurangan elektron. Ikatan bebas disebut lubang.

Sambungan PN (PN-junction)Jika kristal silikon di cemarkan pada satu sisi dengan akseptor dan pada sisi lainnya dengan donor, maka akan terbentuk lapisan tipis diantara kedua zone ini. Tidak terdapat pembawa muatan (elektron atau lubang) di dalam lapisan ini. Lapisan ini disebut sambungan PN (depletion layer), lapisan penahan (blok), lapisan batas atau lapisan penipisan.Pembawa muatan, elektron bebas dan kekurangan elektron (lubang) secara merata didistribusikan ke sekeliling kristal.

Bias mundur (reverse biased)Jika tegangan diberikan ke kedua lapisan ini, dengan kutub positif disambungkan ke zona N dan kutub negatif disambungkan ke zona P (bias mundur), maka akan terjadi aksi berikut di dalam kristal : Muatan yang berlawanan akan saling menarik Lapisan penipisan akan meluas Sambungan PN menghasilkan tahanan yang tinggi Hanya arus yang sangat kecil (arus balik) mengalir dalam arah mundur (balik)

Bias Maju (forward Biased)Kutub positif disambungkan ke zona P dan kutub negatif disambungkan ke zona N (bias maju) maka akan terjadi aksi berikut di dalam kristal : Muatan yang berlawanan akan saling menarik Pembawa muatan didorong masuk ke dalam kristal Pembawa muatan akan membanjiri lapisan penipisan Sambungan PN menghasilkan tahanan yang rendah Arus listrik akan mengalir dalam arah majuProses ini disebut difusi (penyebaran)

Komponen semikonduktor dapat dibagi dalam tigakelompok :DiodaTransistorIC (integrated circuit)

DIODADioda adalah komponen semikonduktor yang paling sederhana.Terdiri dari dua elektroda (di = dua, oda = elektroda) yang diberi nama anoda dan katoda. Dioda tersusun atas pn junction, dan didisain sedemikian rupa sehingga mampu mengalirkan arus pada satu arah saja dan menahan arus dalam arah sebaliknya. Anoda dilambangkan dengan panah dan katoda dengan garis.Bila diberi tegangan, hanya dapat mengalirkan arus dari anoda ke katoda. PN junction menahan arus dalam arah yang berlawanan.Dua material semikonduktor yang banyak dipakai untuk pembuatan dioda adalah germanium dan silikon

Dioda seringkali dikelompokan menjadi jenis sinyal dan rectifier sesuai dengan bidang aplikasi utamanya : Dioda rectifier harus mampu menangani tegangan balik yang tinggi dan arus maju yang besar, konsistensi karakteristik berada pada urutan kedua dalam aplikasi semacam ini. Dioda sinyal membutuhkan karakteristik bias maju yang konsisten dengan jatuh tegangan maju yang rendah.

1. dioda pertemuan (junction). Tahanan maju dioda nilainya antara sepersepuluh ohm sampai kira-kira 100 , tergantung jenis diodaBerdasarkan konstruksinya, terbagi menjadi 2 :Dioda semikonduktor rectifier tidak dapat digunakan untuk frekwensi tinggi karena mempunyai lapisan penipisan yang besarDigunakan dalam teknik sinyal kecil, dan dimana diperlukan kapasitas antar kontak yang kecil. Contoh dalam rangkaian deteksi frekwensi radio, juga sebagai penyearah frekwensi tinggi dan dioda pensaklaran2. dioda kontak titik (point contact).

Kurva karakteristik diodaUTh : tegangan ambangUR : tegangan balik

Pada dioda yang mendapat bias maju, pada kedua elektrodanya akan terdapat selisih potensial (tegangan) yang dinamakan tegangan maju atau tegangan ambang (threshold voltage) Beberapa sifat dioda :1. ArusnyaDioda hanya dapat dialiri arus dari arah anoda ke katoda dan tidak sebaliknya. Anoda mendapat positif dan katoda mendapat negatif, hal ini disebut dioda diberi tegangan maju (forward bias). Jika sebaliknya dikatakan tegangan balik (reverse bias)2. TeganganTegangan ini ditentukan oleh bahan dioda. Dioda germanium tegangan majunya sekitar 0,2 V 0,3 V Dioda silikon 0,6 V 0,7 V.

Pada dioda yang mendapat bias balik, pada kedua elektrodanya akan terdapat selisih potensial (tegangan) yang dinamakan tegangan balik. Tegangan ini tingginya ditentukan oleh tegangan catu. Untuk mencegah kerusakan dioda, tegangan balik ini tidak boleh melampaui tegangan tembus (breakdown voltage) dari dioda.dioda mendapat bias maju akan mempunyai resistansi maju kecil karenanya dioda akan mudah dialiri arus. Sedangkan pada bias balik, resistansinya besar sehingga sukar dialiri arus.3. ResistansiKeunggulan silikon tahan terhadap suhu tinggi dan dapat dipakai untuk mengalirkan arus yang kuat.

Dengan menambahkan dioda pada saluran baterai, beban akan terhindar dari kerusakan karena pemasangan baterai yang terbalik. Pemasangan baterai yang salah akan menyebabkan dioda tersumbat dan bebanpun tidak akan bekerjaPenerapan dioda1. pengaman2. Penyearahkarena dioda hanya dapat dialiri arus dalam satu arah maka arus bolak balik yang dialirkan melalui dioda akan disearahkan oleh dioda

Saklar yang dipasang paralel dengan dioda. Jika saklar tertutup arus akan mengalir melalui saklar dan lampu menyala normal. Jika saklar terbuka, arus akan mengalir melalui dioda dan terjadilah penyearahan. Lampu akan menyala redup. Daya lampu menjadi kira-kira setengah dari daya saat menyala normalKerusakan dioda dapat ditimbulkan oleh : arus maju yang terlampau besar (menimbulkan panas) tegangan balik (breakdown voltage/tegangan tembus) yang terlampau tinggi 3. Pembagi daya

kuat arus maksimum dioda harus lebih besar dari arus yang akan mengalir pada dioda. Untuk mendapatkan arus yang besar, beberapa dioda dipasang paralel. Dioda harus selalu dipasang seri dengan tahanan untuk membatasi arus yang mengalir pada dioda dan untuk membagi teganganYang harus diperhatikan jika memakai dioda :1. bahan dioda2. kuat arus maksimum (Imaks)3. tegangan tembus (-UD)Tegangan tembus dioda harus lebih besar dari tegangan balik yang akan terdapat pada dioda. Untuk memperbesar tegangan tembus, beberapa dioda dipasang seri sehingga tegangan totalnya adalah jumlah tegangan dari beberapa dioda yang terpasang

Huruf pertama - bahan A= germaniumB = silikonC= bahan semikonduktor untuk LED (Arsenida gallium)D= foto diodaSimbol semikonduktor :Huruf kedua - aplikasiA= dioda serbagunaB= bahan semikonduktor yang menimbulkan radiasi /dioda kapasitansi variableC= transistorQ= dioda pemancar cahayaT= rectifier terkendaliX= dioda varaktorY= rectifier dayaZ= dioda zener

Huruf ketiga dalam kasus dioda untuk aplikasi-aplikasi khusus, huruf ketiga umumnya tidak memiliki arti yang pentingContoh : AA118= dioda germanium serbaguna, 115 V, 50 mAHuruf-huruf dan angka lainnya menunjukan tipe pada umumnya1N .. dengan 2 sampai 4 angka menunjukan dioda1N= 1 lapisan penahan (dioda)Atau simbol/angkaContoh :1N 4004 = dioda silikon, rectifier (tipe universal), 400 V, 1 A1N 4148 = dioda silikon, pensaklaran cepat, 100 V, 0,2 A, < 4 pF (0V), < 4 ns

Dioda zener dioda zener memiliki sebuah huruf tambahan (yang muncul setelah angka) yang menandakan toleransi dari tegangan zener. Huruf yang digunakan :A : 1 %B : 2 %C : 5 %D : 10 %Dioda zener juga memiliki karakter-karakter tambahan yang menandakan tegangan zenernya (misalnya 9V1 melambangkan 9,1 V)

LED digunakan sebagai pemancar sinyal yang tanpa inersia/kelembaman. Tahanan dipasang seri untuk membatasi arus. LEDLED (light emitting diode) adalah dioda yang dipasang dalam wadah yang tembus pandang, yang akan menyala bila dilalui arus. Bentuknya seperti tetesan kecil, transparan dengan dua kawat sambungan.LED dioperasikan dengan arah forward. Arus masuk melalui anoda dan meninggalkan melalui katoda.Tegangan pada LED antara 1,5 V 2,4 V tergantung pada tipenya. Arus yang dibutuhkan sebesar (15 25 mA). Bahan untuk pembuat LED adalah gallium, arsen dan fosfor

LED yang memancarkan cahaya tampak berguna untuk display pada mesin hitung, jam digital, kalkulator saku, sebagai indikator dan lain-lain. LED merah: terbuat dari bahan gallium arsenide fosfida. Tegangan lutut 1,5 1,6 VLED hijau: terbuat dari galium fosfida. Tegangan lutut sekitar 2 VKeuntungan dari LED dibandingkan lampu pijar, yaitu :- Umur penggunaan panjang- Tegangan operasi rendah - pensaklaran nyala matinya cepat (dalam nano detik). LED infra merah dapat digunakan dalam system alarm/tanda bahaya pencurian atau ruang lingkup lain yang membutuhkan pancaran cahaya yang tak kelihatan.

Suatu tahanan seri dipasang untuk membatasi arus zener. Dioda zenerDioda zener adalah dioda silikon yang bekerja dalam arah balik dan menghasilkan tahanan rendah pada saat tegangan tembus tercapai.Dioda zener bekerja seperti dioda semikonduktor dalam arah maju.Sifat khusus dari dioda zener adalah mempunyai tegangan balik yang mantap yang disebut tegangan zener ( UZ ).Setelah tembus, tegangan zener tetap konstan, meskipun terjadi variasi arus yang cukup besar. Kelas tenaga yang paling umum adalah 0,5 W atau 1,5 W.

Kurva Karakteristik dan Simbol Rangkaian untuk Dioda zener

Efek ZenerPada saat tegangan balik meningkat, lapisan penipisan menjadi lebih lebar.Tegangan balik menghasilkan medan listrik di dalam lapisan penipisan. Jika kuat medan listrik melebihi harga 200 kV/cm maka elektron valensi terlepas dari ikatan atom dan dapat membentuk arus listrikTegangan kritis sebesar antara 2 sampai 600 V dapat diperoleh sesuai dengan pencemaranEfek zener diteliti pada material pengisolasi oleh Dr. Zener pada tahun 1920.

Efek Avalanche (longsoran salju/es)Pembawa muatan (elektron) yang terlepas akibat efek zener, diakselerasi oleh medan listrik sampai pembawa muatan memukul elektron lain dari ikatannya.Jumlah pembawa muatan bebas meningkat seperti avalanche dan membanjiri lapisan penipisan.Akibat perubahan (breakdown) yang terjadi tiba-tiba dalam lapisan penipisan, maka akan terdapat kenaikan sesaat dari arus balik Catatan :Setelah perubahan zaner, arus harus dibatasi oleh resistor Rv

Tegangan input yang besar distabilkan outputnya sesuai dengan nilai dari zener yang dipakai. Jika tegangan input yang dipakai kecil, harus pakai multipel tegangan untuk menaikan tegangan baru masuk ke zener. Dioda biasa tidak bisa digunakan sebagai stabilisasi tegangan karena tegangan ambangnya kecil.Pemakaian dioda zener :stabilisasi tegangan (peralatan jaringan yang distabilkan)

Contoh :Diketahui :Uin = 16 V; Uout = 6 VIZ = 50 mA; IL = 50 mADitanyakan : Rv dan RL = ?Penyelesaian :

Disebut juga kapasitans-variabel-tegangan, vericap, dioda tertala. Dioda ini dikenal sebagai dioda kapasitansi variabel/varicap. Dioda yang bila dipasang menurut bias balik akan berfungsi sebagai kapasitor. Kapasitas dari kondensator ini ditentukan oleh tegangan pada dioda, jadi suatu kondensator yang tergantung pada tegangan. Kapasitansi dari dioda sambungan yang diberikan bias mundur akan bergantung pada lebar dari lapisan penyekat, yang pada gilirannya berubah-ubah menurut tegangan mundur yang diberikan kepada dioda. Dioda kapasitas/kapasitansi variabel (varaktor)

Dioda semacam ini sering digunakan (seringkali secara berpasangan) untuk sistem penala (tuning) pada pesawat penerima radio dan TV serta perlengkapan komunikasi.Contoh : 1N5142 mempunyai kapasitas acuan 15pF untuk tegangan balikS = stasiun