PN Junction Pada Komponen Semikonduktor
PN Junction atau persimpangan PN terbentuk dari dua buah bahan semikonduktor yang berbeda type sehingga menghasilkan satu jenis komponen semikonduktor. Bentuk komponen elektronika dasar yang tersusun dari satu buah PN junction adalah dioda. Pada bagian lain di dalam blog ini kita bisa melihat ternyata ada juga komponen elektronika yang dibangun dari beberapa buah PN junction. Contohnya transistor dan beberpa jenis thyristor.
Dalam uraian pada postingan tentang bahan semikonduktor, kita telah mengetahui bahwa dengan memberikan atom pengotor pada bahan semikonduktor murni akan dihasilkan satu bentuk semikonduktor baru. Materi semikonduktor baru tersebut dapat berupa type-N maupun type-P tergantung jenis atom pengotor yang diberikan.
Namun sebagai sebuah semikonduktor secara individu, bahan tersebut belum memungkinkan untuk dibuat menjadi satu bentuk komponen elektronika semikonduktor yang mempunyai karakter khas. Umumnya hanya berupa satu bentuk bahan semikonduktor dengan kelebihan muatan elektron (type-N) atau sebaliknya kelebihan lubang (type-P). Agar bisa mempunyai perilaku yang berbeda dan khas, kedua type bahan tersebut harus digabungkan menjadi satu bentuk bahan semikonduktor baru sehingga menciptakan PN junction.
Saat pertama kali kedua jenis bahan tersebut digabungkan, maka akan terbentuk satu komponen dengan muatan yang berbeda pada masing masing sisi. Dimana yang satu mempunyai kelebihan elektron (bermuatan negatif) sementara yang satunya lagi kelebihan lubang (bermuatan positif). Sehingga secara alamiah, elektron elektron yang berada pada bahan semikonduktor type-N akan tertarik berpindah menuju ke sisi dimana kelebihan lubang (bermuatan positif).
Proses perpindahan ini membuat semikonduktor type-N akan kehilangan elektron elektron dan meninggalkn banyak lubang sementara semikonduktor type-P akan kelebihan elektron karena lubang lubangnya diisi oleh elektron elektron yang berasal dari bahan semikonduktor type-N tadi.
Perpindahan elektron dari tempatnya semula ini melewati persimpangan (PN junction) dan menghasilkan satu bentuk karakter khas persimpangan PN. Dimana disepanjang persimpangan semikonduktor type-N akan diisi oleh banyak lubang yang bermuatan positif. Sedangkan di sepanjang persimpangan semikonduktor type-P akan dipenuhi oleh elektron bermuatan negatif.
Berlangsungnya proses migrasi elektron elektron ini akan berakhir ketika mencapai keseimbangan ideal jumlah elektron dan lubang. Hasil akhirnya adalah terbentuknya lapisan deplesi di sekitar PN junction. Sementara proses penggabungan semikonduktor type-N dan type-P disebut dengan Difusi.
Untuk menghasilkan kesimbangan, jumlah muatan yang ada di daerah lapisan deplesi harus sama dan berlainan jenis. Hal ini untuk menjaga kondisi agar tetap netral dan stabil.
Pada semikonduktor dengan bahan dasar silikon membutuhkan tegangan ekternal sebesar 0.6 - 0,7 Volt agar elektron bisa melintasi penghalang. Sedangkan pada jenis bahan dasar Germanium, membutuhkan tegangan 0,3 Volt. harus diketahui bahwa potensi penghalang ini akan tetap ada meskipun semikonduktor tidak terhubung ke sumber tegangan.
Secara alami penghalang ini bertindak memberikan perlawanan kepada lubang maupun elektron yang hendak melintasi persimpang PN.
Pada materi belajar elektronika berikutnya kita akan membahas dioda yang merupakan komponen elektronika sederhana yang terbentuk dari satu buah PN junction.
Dalam uraian pada postingan tentang bahan semikonduktor, kita telah mengetahui bahwa dengan memberikan atom pengotor pada bahan semikonduktor murni akan dihasilkan satu bentuk semikonduktor baru. Materi semikonduktor baru tersebut dapat berupa type-N maupun type-P tergantung jenis atom pengotor yang diberikan.
Namun sebagai sebuah semikonduktor secara individu, bahan tersebut belum memungkinkan untuk dibuat menjadi satu bentuk komponen elektronika semikonduktor yang mempunyai karakter khas. Umumnya hanya berupa satu bentuk bahan semikonduktor dengan kelebihan muatan elektron (type-N) atau sebaliknya kelebihan lubang (type-P). Agar bisa mempunyai perilaku yang berbeda dan khas, kedua type bahan tersebut harus digabungkan menjadi satu bentuk bahan semikonduktor baru sehingga menciptakan PN junction.
Saat pertama kali kedua jenis bahan tersebut digabungkan, maka akan terbentuk satu komponen dengan muatan yang berbeda pada masing masing sisi. Dimana yang satu mempunyai kelebihan elektron (bermuatan negatif) sementara yang satunya lagi kelebihan lubang (bermuatan positif). Sehingga secara alamiah, elektron elektron yang berada pada bahan semikonduktor type-N akan tertarik berpindah menuju ke sisi dimana kelebihan lubang (bermuatan positif).
Proses perpindahan ini membuat semikonduktor type-N akan kehilangan elektron elektron dan meninggalkn banyak lubang sementara semikonduktor type-P akan kelebihan elektron karena lubang lubangnya diisi oleh elektron elektron yang berasal dari bahan semikonduktor type-N tadi.
Perpindahan elektron dari tempatnya semula ini melewati persimpangan (PN junction) dan menghasilkan satu bentuk karakter khas persimpangan PN. Dimana disepanjang persimpangan semikonduktor type-N akan diisi oleh banyak lubang yang bermuatan positif. Sedangkan di sepanjang persimpangan semikonduktor type-P akan dipenuhi oleh elektron bermuatan negatif.
Berlangsungnya proses migrasi elektron elektron ini akan berakhir ketika mencapai keseimbangan ideal jumlah elektron dan lubang. Hasil akhirnya adalah terbentuknya lapisan deplesi di sekitar PN junction. Sementara proses penggabungan semikonduktor type-N dan type-P disebut dengan Difusi.
Untuk menghasilkan kesimbangan, jumlah muatan yang ada di daerah lapisan deplesi harus sama dan berlainan jenis. Hal ini untuk menjaga kondisi agar tetap netral dan stabil.
Jarak PN Junction
Akibat proses perpindah elektron ketika penggabungan dua jenis bahan semikonduktor berbeda, maka semikonduktor type-N akan kehilangan elektron dan menghasilkan banyak lubang yang bermuatan positif. Sebaliknya, semikonduktor type-P akan kehilangan banyak lubang dan memiliki kelebihan elektron yang bermuatan negatif.
Sementara pada lapisan deplesi di persimpangn PN akan menghasilkan medan listrik dengan polaritas positif pada sisi semikonduktor type N dan polaritas negatif pada semikonduktor type-P. Namun kedua beda polaritas ini tidak dapat mengalir karena terdapat penghalang. Dibutuhkan energi eksternal agar dapat menembus penghalang ini.
Sementara pada lapisan deplesi di persimpangn PN akan menghasilkan medan listrik dengan polaritas positif pada sisi semikonduktor type N dan polaritas negatif pada semikonduktor type-P. Namun kedua beda polaritas ini tidak dapat mengalir karena terdapat penghalang. Dibutuhkan energi eksternal agar dapat menembus penghalang ini.
Medan listrik yang terbentuk pada lapisan deplesi akan menciptakan beda potensial (tegangan) di persimpangan PN dengan potensi bias nol (0) :
E0= VTIn( ND.NA / (ni)2 )
Dimana :
E0 adalah persimpangan dengan bias nol
VT adalah tegangan thermal 26mV pada suhu kamar
ND dan NA adalah konsentrasi pengotor
ni adalah konsentrasi intrinsik
Dengan menerapkan tegangan pada kedua ujung PN junction dapat memberikan energi untuk menciptakan aliran elektron pada kedua bahan semikonduktor tersebut. Besarnya tegangan eksternal yang memungkinkan elektron dapat menembus penghalang di daerah lapisan deplesi akan bergantung pada jenis bahan dasar pembuat semikonduktor dan suhu sekitarnya.Dimana :
E0 adalah persimpangan dengan bias nol
VT adalah tegangan thermal 26mV pada suhu kamar
ND dan NA adalah konsentrasi pengotor
ni adalah konsentrasi intrinsik
Pada semikonduktor dengan bahan dasar silikon membutuhkan tegangan ekternal sebesar 0.6 - 0,7 Volt agar elektron bisa melintasi penghalang. Sedangkan pada jenis bahan dasar Germanium, membutuhkan tegangan 0,3 Volt. harus diketahui bahwa potensi penghalang ini akan tetap ada meskipun semikonduktor tidak terhubung ke sumber tegangan.
Secara alami penghalang ini bertindak memberikan perlawanan kepada lubang maupun elektron yang hendak melintasi persimpang PN.
Pada materi belajar elektronika berikutnya kita akan membahas dioda yang merupakan komponen elektronika sederhana yang terbentuk dari satu buah PN junction.
Posting Komentar untuk "PN Junction Pada Komponen Semikonduktor"