Bahan - Pendahuluan
Setiap materialdi alam memiliki sifat tertentu. Properti ini menentukan perilaku material. Ilmu Material adalah cabang elektronika yang mempelajari tentang aliran elektron dalam berbagai material atau ruang, ketika mereka mengalami berbagai kondisi.
Karena percampuran atom dalam padatan, alih-alih tingkat energi tunggal, akan ada pita tingkat energi yang terbentuk. Kumpulan tingkat energi ini, yang sangat padat disebut sebagaiEnergy bands.
Jenis Bahan
Pita energi di mana elektron valensi berada disebut Valence band, sedangkan pita tempat elektron konduksi hadir disebut Conduction band. Kesenjangan energi antara dua pita ini disebut sebagaiForbidden energy gap.
Secara elektronik, material secara luas diklasifikasikan sebagai Insulator, Semikonduktor, dan Konduktor.
Insulators- Insulator adalah bahan yang konduksi tidak dapat terjadi karena jarak terlarang yang besar. Contoh: Kayu, Karet.
Semiconductors- Semikonduktor adalah bahan yang celah energi terlarangnya kecil dan konduksi terjadi jika energi eksternal diterapkan. Contoh: Silicon, Germanium.
Conductors- Konduktor adalah bahan di mana celah energi terlarang menghilang saat pita valensi dan pita konduksi menjadi sangat dekat sehingga tumpang tindih. Contoh: Tembaga, Aluminium.
Dari ketiganya, isolator digunakan dimana resistivitas terhadap listrik diinginkan dan konduktor digunakan dimana konduksi harus tinggi. Semikonduktor adalah salah satu yang menimbulkan minat khusus tentang bagaimana mereka digunakan.
Semikonduktor
SEBUAH Semiconductoradalah zat yang resistivitasnya terletak di antara konduktor dan isolator. Sifat resistivitas bukan satu-satunya yang menentukan suatu material sebagai semikonduktor, tetapi memiliki beberapa sifat sebagai berikut.
Semikonduktor memiliki resistivitas yang lebih kecil dari isolator dan lebih dari konduktor.
Semikonduktor memiliki koefisien suhu negatif. Hambatan dalam semikonduktor, meningkat dengan penurunan suhu dan sebaliknya.
Sifat Konduktor dari Semi-konduktor berubah, ketika pengotor logam yang sesuai ditambahkan padanya, yang merupakan sifat yang sangat penting.
Perangkat semikonduktor banyak digunakan di bidang elektronik. Transistor telah menggantikan tabung vakum yang besar, dari mana ukuran dan biaya perangkat diturunkan dan revolusi ini terus meningkatkan kecepatannya yang mengarah pada penemuan baru seperti elektronik terintegrasi. Semikonduktor dapat diklasifikasikan seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Semikonduktor dalam bentuknya yang sangat murni disebut sebagai intrinsic semiconductor. Tetapi kemampuan konduksi bentuk murni ini terlalu rendah. Untuk meningkatkan kemampuan konduksi semikonduktor intrinsik, lebih baik menambahkan beberapa pengotor. Proses penambahan pengotor ini disebut sebagaiDoping. Sekarang, semikonduktor intrinsik yang didoping ini disebut sebagaiExtrinsic Semiconductor.
Pengotor yang ditambahkan biasanya pentavalent dan trivalentkotoran. Tergantung pada jenis pengotor ini, klasifikasi lain dilakukan. Ketika sebuahpentavalent pengotor ditambahkan ke semikonduktor murni, ini disebut sebagai N-type extrinsic Semiconductor. Juga, bila atrivalent pengotor ditambahkan ke semikonduktor murni, ini disebut sebagai P-type extrinsic Semiconductor.
PN Junction
Ketika sebuah elektron bergerak dari tempatnya, dikatakan sebuah lubang terbentuk di sana. Jadi, lubang adalah tidak adanya elektron. Jika sebuah elektron dikatakan berpindah dari terminal negatif ke positif, itu berarti sebuah lubang sedang dipindahkan dari terminal positif ke terminal negatif.
Materi yang disebutkan di atas adalah dasar-dasar teknologi semikonduktor. ItuN-type bahan yang dibentuk dengan menambahkan pengotor pentavalen electrons as its majority carriersdan lubang sebagai pembawa minoritas. SelagiP-type bahan yang dibentuk dengan menambahkan pengotor trivalen yang dimilikinya holes as its majority carriers dan elektron sebagai pembawa minoritas.
Mari kita coba memahami apa yang terjadi ketika materi P dan N digabungkan.
Jika material tipe-P dan tipe-N didekatkan satu sama lain, keduanya bergabung membentuk persimpangan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Bahan tipe-P memiliki holes sebagai majority carriers dan material tipe-N memiliki electrons sebagai majority carriers. Saat muatan berlawanan menarik, beberapa lubang dalam tipe P cenderung menuju ke sisi n, sedangkan beberapa elektron dalam tipe N cenderung menuju sisi P.
Saat keduanya bergerak menuju persimpangan, lubang dan elektron bergabung kembali satu sama lain untuk menetralkan dan membentuk ion. Sekarang, di persimpangan ini, terdapat daerah di mana ion positif dan negatif terbentuk, disebut sebagaiPN junction atau penghalang persimpangan seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Pembentukan ion negatif di sisi P dan ion positif di sisi N menghasilkan pembentukan wilayah bermuatan sempit di kedua sisi persimpangan PN. Wilayah ini sekarang bebas dari operator biaya bergerak. Ion-ion yang ada di sini telah diam dan mempertahankan wilayah ruang di antara mereka tanpa pembawa muatan.
Karena wilayah ini bertindak sebagai pembatas antara material tipe P dan N, ini juga disebut sebagai Barrier junction. Ini memiliki nama lain yang disebut sebagaiDepletion regionyang berarti menghabiskan kedua wilayah tersebut. Terjadi perbedaan potensial V D karena pembentukan ion, melintasi persimpangan yang disebut sebagaiPotential Barrierkarena mencegah pergerakan lebih lanjut dari lubang dan elektron melalui persimpangan. Formasi ini disebut sebagai aDiode.
Biasing dari Diode
Ketika dioda atau dua komponen terminal dihubungkan dalam sebuah rangkaian, ia memiliki dua kondisi bias dengan suplai yang diberikan. MerekaForward biased kondisi dan Reverse biased kondisi.
Kondisi Maju Bias
Ketika dioda dihubungkan ke sirkuit, dengan itu anode to the positive terminal dan cathode to the negative terminal suplai, maka koneksi seperti itu dikatakan forward biased kondisi.
Koneksi semacam ini membuat sirkuit semakin bias ke depan dan membantu lebih banyak konduksi. Dioda bekerja dengan baik dalam kondisi bias maju.
Kondisi Bias Terbalik
Ketika dioda dihubungkan ke sirkuit, dengan itu anode to the negative terminal dan cathode to the positive terminal suplai, maka koneksi seperti itu dikatakan Reverse biased kondisi.
Koneksi semacam ini membuat sirkuit semakin bias terbalik dan membantu meminimalkan dan mencegah konduksi. Dioda tidak dapat bekerja dalam kondisi bias terbalik.
Dengan informasi di atas, kita sekarang memiliki ide bagus tentang apa itu PN junction. Dengan pengetahuan ini, mari kita lanjutkan dan belajar tentang transistor di bab selanjutnya.