Dioda Semikonduktor

2.1 introduction

Sekarang sekitar 50 tahun sejak transistor pertama diperkenalkan pada 23 Desember,

1947. Bagi kita yang mengalami perubahan dari tabung amplop kaca ke berisi liputan tabung yang berat, dengan edisi-edisi berikutnya yang melibatkan yang penting era solid-state, sepertinya masih beberapa tahun yang lalu. Edisi pertama teks ini perangkat. Tampaknya tidak lagi valid untuk menyebutkan tabung sama sekali atau membandingkan keputusan berapa banyak cakupan yang harus didedikasikan untuk tabung dan berapa banyak untuk semikonduktor keunggulan satu di atas yang lain — kita dengan kuat berada di era solid-state.

Miniaturisasi yang dihasilkan membuat kita bertanya-tanya tentang batasannya. Sistem lengkap sekarang muncul di wafer ribuan kali lebih kecil dari elemen tunggal jaringan sebelumnya. Desain dan sistem baru muncul setiap minggu. Insinyur menjadi semakin terbatas dalam pengetahuannya tentang berbagai kemajuan - cukup sulit untuk tetap mengikuti perubahan dalam satu bidang penelitian atau pengembangan. Kami juga telah mencapai titik di mana tujuan utama wadah adalah hanya untuk menyediakan beberapa cara penanganan perangkat atau

sistem dan untuk menyediakan mekanisme untuk lampiran ke sisa jaringan. Miniaturisasi tampaknya dibatasi oleh tiga faktor (masing-masing akan dibahas dalam teks ini): kualitas bahan semikonduktor itu sendiri, teknik desain jaringan, dan batas-batas peralatan manufaktur dan pengolahan

Dioda

Tahun 1883, secara tidak sengaja Edison telah membuat dioda pertama melalui pengujian bola lampunya. Bila salah satu elektroda diberi tegangan positif terhadap kawat (filamen) maka ada arus mengalir antara dua kawat dan bila diberi tegangan negatif maka tidak ada arus mengalir. Kata “dioda” adalah di = dua dan ode = elektroda

Jadi dioda adalah piranti dua terminal yang terbuat dari bahan semikonduktor dengan arah arus tertentu.

Dioda-dioda semula berupa piranti-piranti tagung hampa dengan filamen panas (disebut katoda) yang memancarkan elektron-elektron bebas dan suatu pelat positif (disebut anoda) yang mengumpulkan elektron-elektron tersebut.

Dioda modern memakai piranti  semikonduktor dengan bahan tipe n yang menyediakan elektron-elektron bebas dan bahan tipe p yang mengumpulkannya.   

Bahan tipe n adalah terbentuknya elektron bebas tidak disertai terbentuknya hole tetapi terbentuk ion positif yang tidak dapat bergerak seperti gambar 15. Dimana, tanda - adalah elektron-elektron bebas sebagai pembawa-pembawa mayoritas (majority carriers), tanda – adalah hole-hole sebagai pembawa-pembawa minoritas (minority carriers) dan tanda plus dilingkari adalah ion-ion donor atau ion-ion positif. Dan sebaliknya bahan tipe p adalah terbentuknya hole disertai terbentuknya ion negatif yang tidak dapat bergerak seperti gambar 16. Dimana, tanda + adalah hole-hole (pembawa-pembawa mayoritas) dan tanda minus dilingkari adalah ion-ion akseptor atau ion-ion negatif.

 Gambar 15  Semikonduktor Tipe n

Gambar 16  Semikonduktor Tipe p

A. Lapisan Pengosongan (depletion layer)

Batas antara bahan tipe p dan bahan tipe n disebut persambungan (junction) seperti gambar 17.

Gambar 17  Gambar Persambungan PN

Secara difusi bila suatu elektron memasuki daerah p maka elektron ini sebagai pembawa minoritas. Dengan dikelilingi oleh lubang-lubang yang berjumlah banyak, pembawa minoritas akan masuk ke salah satu lubang, lubang bersangkutan akan lenyap dan elektron bebas menjadi elektron valensi. Daerah yang mengandung ion-ion positif dan negatif disebut lapisan pengosongan (depletion layer) karena pada daerah ini mengalami pengosongan dari pembawa-pembawa muatan elektron maupun hole. Hubungan pn ini yang disebut dioda dengan kaki yang bertanda positif  (A) disebut anoda dan kaki yang bertanda negatif  (K) disebut katoda. Adapun simbol dioda adalah seperti pada gambar 18.

Gambar 18 Simbol dioda

B. Forward bias

Hubungan forward bias (bias maju) adalah bila kaki Anoda (bahan tipe p) dihubungkan ke sumber tegangan positif dan kaki Katoda (bahan tipe n) dihubungkan ke sumber tegangan negatif. Elektron-elektron bebas di bahan n bergerak menuju ke persambungan yang meninggalkan ion-ion positif di sebelah kanan kristal. Ion-ion positif ini kemudian akan menarik elektron-elektron bebas dari baterai (sumber tegangan) lewat kawat rangkaian. Jadi, arah aliran elektron adalah dari bahan tipe n ( K) ke bahan tipe p (A) dan sebaliknya arah arus dari bahan tipe p (A) ke bahan tipe n (K) seperti gambar 19.

Gambar 19 forward bias diode

C. Reverse Bias

Reverse Bias adalah pemberian sumber tegangan yang terbalik dimana kaki Anoda (bahan tipe p) dihubungkan ke sumber tegangan negatif dan kaki Katoda (bahan tipe n) dihubungkan ke sumber tegangan positf. Pembawa-pembawa mayoritas tidak dapat menyeberangi persambungan dan  elektron-elektron bebas tidak mempunyai energi yang cukup besar untuk menyeberangi persambungan sehingga tidak ada aliran arus dari katoda ke Anoda seperti gambar 20.

Gambar 20  Reverse bias diode

Dioda disebut aktif atau ‘on’ apabila mendapat arus maju I_F (forward bias) dari hubungan baterai seperti gambar 19 dan dioda disebut tidak aktif atau ‘off’ apabila mendapat arus mundur I_R (reverse bias ) dari hubungan baterai seperti gambar 20. Adapun karakteristik Dioda adalah seperti pada gambar 21.

Gambar 21 Karakteristik Dioda

Dioda aktif apabila            , untuk bahan semikonduktor Silikon V_F = 0,7 Volt dan untuk bahan semikonduktor Germanium V_F = 0,3 Volt.   Dioda tidak aktif apabila  V_D < 0 maka untuk semikonduktor Silikon I_D = 0 mA dan untuk semikonduktor Germanium I_D =I_R.       Pada saat arus reverse bias maksimum atau sama dengan V_BD (Breakdown Voltage) maka arus tak terhingga atau dioda dapat menjadi rusak.

Rumus umum untuk arus dioda I_D adalah:

dimana,

I_S = arus reverse saturasi

k = 11.600/ɳ dengan ɳ=1 untuk Ge dan ɳ=2 untuk Si

T_k = T_C + 273⁰