Semikonduktor – Apa itu, Jenis, Aplikasi dan Contohnya

Semikonduktor adalah jenis bahan yang memiliki konduktivitas listrik di antara konduktor (seperti logam) dan isolator (seperti plastik). Ini berarti semikonduktor tidak sepenuhnya menghantarkan arus listrik seperti logam, namun juga tidak sepenuhnya menghambatnya seperti isolator. Sifat ini dapat dimanfaatkan dalam aplikasi teknologi modern.

Semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon.

Apa itu semikonduktor?

Semikonduktor adalah bahan yang mampu bertindak sebagai konduktor listrik atau isolator listrik, tergantung pada kondisi fisik di mana bahan tersebut ditemukan. Kondisi ini biasanya melibatkan suhu dan tekanan, kejadian radiasi atau intensitas medan listrik atau medan magnet yang terkena material.

Semikonduktor terdiri dari unsur-unsur kimia yang sangat bervariasi, yang sebenarnya berasal dari berbagai wilayah dalam Tabel Periodik, tetapi memiliki sifat kimia tertentu yang sama (umumnya tetravalen), yang memberikan sifat listrik tertentu. Saat ini semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon (Si), khususnya dalam industri elektronik dan komputasi.

Selain bahan isolasi, semikonduktor ditemukan pada tahun 1727 oleh fisikawan dan naturalis Inggris Stephen Gray (1666-1736), tetapi hukum yang menggambarkan perilaku dan sifat-sifatnya dijelaskan jauh kemudian, pada tahun 1821, oleh fisikawan terkenal Jerman Georg Simon Ohm (1789-1854).

Juga: Sifat-sifat materi

Pengertian Semikonduktor

Semikonduktor adalah bahan yang kemampuan konduktivitas listriknya dapat dikontrol secara luas melalui doping (penambahan impuritas), perubahan suhu, atau paparan cahaya. Pada suhu rendah, semikonduktor berperilaku seperti isolator, sementara pada suhu tinggi atau dengan doping tertentu, mereka dapat menghantarkan listrik seperti konduktor.

Sifat-Sifat Semikonduktor

1. Band Gap:
   • Semikonduktor memiliki band gap energi yang berada di antara konduktor dan isolator. Band gap ini menentukan energi yang diperlukan untuk mempromosikan elektron dari pita valensi ke pita konduksi.
2. Konduktivitas:
   • Konduktivitas semikonduktor dapat diatur melalui doping, suhu, dan paparan cahaya. Ini membuat semikonduktor sangat fleksibel untuk berbagai aplikasi elektronik.
3. Efek Termoelektrik:
   • Semikonduktor menunjukkan efek termoelektrik, di mana perubahan suhu dapat menghasilkan tegangan listrik dan sebaliknya. Ini digunakan dalam perangkat pendingin dan sensor suhu.
4. Efek Fotoelektrik:
   • Semikonduktor dapat menyerap foton dan menghasilkan pasangan elektron-hole. Sifat ini digunakan dalam sel surya dan detektor cahaya.

Aplikasi semikonduktor

Semikonduktor sangat berguna dalam industri elektronik, karena memungkinkan arus listrik dialirkan dan dimodulasi sesuai dengan pola yang diperlukan. Oleh karena itu, biasanya mereka terbiasa:

• Transistor
• Sirkuit terintegrasi
• dioda listrik
• Sensor optik
• Laser keadaan padat
• Modulator penggerak listrik (seperti amplifier gitar listrik)

1. Transistor:
   • Transistor adalah komponen dasar dalam sirkuit elektronik, yang digunakan untuk menguatkan sinyal dan sebagai saklar elektronik. Transistor modern biasanya terbuat dari silikon dan digunakan dalam hampir semua perangkat elektronik.
2. Dioda:
   • Dioda adalah komponen yang memungkinkan arus listrik mengalir hanya dalam satu arah. Dioda semikonduktor digunakan dalam penyearah, pengatur tegangan, dan pemancar cahaya (LED).
3. Sirkuit Terpadu (IC):
   • IC adalah kumpulan komponen elektronik, termasuk transistor, dioda, dan resistor yang dikemas dalam satu chip semikonduktor. IC digunakan dalam komputer, smartphone, dan berbagai perangkat elektronik lainnya.
4. Sel Surya:
   • Sel surya menggunakan semikonduktor seperti silikon untuk mengkonversi energi cahaya menjadi listrik. Ini adalah teknologi utama dalam energi terbarukan.
5. Sensor dan Detektor:
   • Semikonduktor digunakan dalam berbagai sensor dan detektor, termasuk sensor suhu, sensor cahaya, dan sensor tekanan. Mereka juga digunakan dalam detektor radiasi dan kamera digital.
6. LED dan Laser:
   • LED dan laser menggunakan semikonduktor untuk menghasilkan cahaya. LED digunakan dalam display, pencahayaan, dan indikator, sementara laser digunakan dalam komunikasi, pemrosesan material, dan aplikasi medis.

Jenis semikonduktor

Semikonduktor dapat terdiri dari dua jenis, bergantung pada responsnya terhadap lingkungan fisik di mana semikonduktor ditemukan:

Semikonduktor Intrinsik

Mereka terdiri dari satu jenis atom, tersusun dalam molekul tetrahedral (yaitu, empat atom dengan valensi 4) dan atom-atomnya dihubungkan melalui ikatan kovalen.

Konfigurasi kimia ini mencegah pergerakan bebas elektron di sekitar molekul, kecuali ketika suhu meningkat: kemudian elektron mengambil bagian dari energi yang tersedia dan “melompat”, meninggalkan ruang bebas yang diterjemahkan sebagai muatan positif, yang pada gilirannya akan menarik elektron baru. Proses ini disebut rekombinasi, dan jumlah panas yang diperlukan untuk proses ini bergantung pada unsur kimia yang bersangkutan.

Semikonduktor ekstrinsik

Bahan-bahan ini memungkinkan adanya proses doping, yaitu memungkinkan beberapa jenis pengotor dimasukkan ke dalam konfigurasi atomnya. Tergantung pada pengotornya, yang dapat berupa serpentavalen atau trivalen, bahan semikonduktor dibagi menjadi dua:

• Semikonduktor tipe N ekstrinsik (donor). Pada bahan jenis ini, jumlah elektron melebihi jumlah lubang atau pembawa muatan bebas (“ruang” muatan positif). Ketika beda potensial diterapkan pada material, elektron bebas berpindah ke kiri material dan lubang kemudian berpindah ke kanan. Ketika lubang mencapai ujung kanan, elektron dari rangkaian luar memasuki semikonduktor, dan terjadi transmisi arus listrik.
• Semikonduktor ekstrinsik tipe-P (akseptor). Dalam bahan-bahan ini, pengotor yang ditambahkan, bukannya meningkatkan jumlah elektron yang tersedia, malah meningkatkan jumlah lubang. Oleh karena itu, kita berbicara tentang bahan akseptor tambahan, karena terdapat kebutuhan yang lebih besar untuk elektron daripada ketersediaannya dan setiap “ruang” kosong di mana elektron harus pergi juga berfungsi. untuk memudahkan lewatnya arus.

Contoh bahan semikonduktor

Semikonduktor yang paling umum digunakan dalam industri adalah:

• Silikon (Ya)
• Germanium (Ge), seringkali dalam paduan silikon
• Gallium Arsenida (GaAs)
• Sulfur
• Oksigen
• Kadmium
• Selenium
• Indian
• Bahan kimia lainnya dihasilkan dari gabungan unsur-unsur golongan 12 dan 13 tabel periodik, dengan masing-masing unsur golongan 16 dan 15.

Bahan konduktif

Berbeda dengan semikonduktor, yang sifat konduksi listriknya bervariasi, bahan konduktif selalu siap mengalirkan listrik, karena konfigurasi elektronik atomnya. Konduktivitas ini dapat berosilasi dan sampai batas tertentu dipengaruhi oleh keadaan fisik lingkungan karena konduktivitas listrik tidak mutlak.

Contoh bahan konduktif adalah sebagian besar logam (besi, merkuri, tembaga, aluminium, dll.) dan air.

Bahan isolasi

Terakhir, bahan isolasi adalah bahan yang menahan konduksi listrik, yaitu mencegah lewatnya elektron dan oleh karena itu berguna untuk melindungi diri dari listrik, mencegahnya mengikuti arus bebas, atau dapat terjadi korsleting. Isolator juga tidak melakukan isolasi 100% secara efisien. Isolator mempunyai batas (tegangan tembus) yang melampaui batas dimana energinya begitu kuat sehingga tidak dapat mempertahankan kondisinya sebagai isolator dan, oleh karena itu, dapat meneruskan arus listrik, setidaknya pada tingkat tertentu.

Contoh bahan isolasi adalah plastik, keramik, kaca, kayu dan kertas.

Lebih lanjut di: Isolator listrik

Semikonduktor adalah bahan yang sangat penting dalam teknologi modern. Dengan kemampuan untuk mengontrol konduktivitas listrik dan berbagai sifat lainnya, semikonduktor menjadi tulang punggung industri elektronik dan terus mendorong inovasi dalam berbagai bidang teknologi.