SEMIKONDUKTOR: JENIS, APLIKASI DAN CONTOH - DUDAS - 2026

The semikonduktor adalah unsur-unsur yang melaksanakan fungsi konduktif secara terpilih atau penebat, bergantung kepada keadaan luaran yang mereka tertakluk, seperti suhu, tekanan, radiasi dan medan elektrik atau magnet.

Dalam jadual berkala, terdapat 14 elemen semikonduktor, antaranya ialah silikon, germanium, selenium, kadmium, aluminium, gallium, boron, indium dan karbon. Semikonduktor adalah pepejal kristal dengan kekonduksian elektrik sederhana, sehingga boleh digunakan secara berganda sebagai konduktor dan penebat.

Sekiranya ia digunakan sebagai konduktor, dalam keadaan tertentu mereka membenarkan peredaran arus elektrik, tetapi hanya dalam satu arah. Tambahan pula, mereka tidak mempunyai kekonduksian setinggi logam konduktif.

Semikonduktor digunakan dalam aplikasi elektronik, terutama untuk pembuatan komponen seperti transistor, dioda, dan litar bersepadu. Mereka juga digunakan sebagai aksesori atau pelengkap untuk sensor optik, seperti laser keadaan pepejal, dan beberapa peranti kuasa untuk sistem penghantaran kuasa elektrik.

Pada masa ini, elemen jenis ini digunakan untuk perkembangan teknologi di bidang telekomunikasi, sistem kawalan dan pemprosesan isyarat, baik dalam aplikasi domestik maupun industri.

Jenis-Jenis

Terdapat pelbagai jenis bahan semikonduktor, bergantung kepada kekotoran yang ada dan tindak balas fizikalnya terhadap rangsangan persekitaran yang berbeza.

Semikonduktor intrinsik

Mereka adalah unsur-unsur yang struktur molekulnya terdiri daripada satu jenis atom. Antara jenis semikonduktor intrinsik ini ialah silico dan germanium.

Struktur molekul semikonduktor intrinsik adalah tetrahedral; iaitu, ia mempunyai ikatan kovalen antara empat atom sekitarnya, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah.

Setiap atom semikonduktor intrinsik mempunyai 4 elektron valensi; iaitu, 4 elektron mengorbit di cangkang paling luar setiap atom. Sebaliknya, setiap elektron ini membentuk ikatan dengan elektron bersebelahan.

Dengan cara ini, setiap atom mempunyai 8 elektron di lapisan paling dangkal, sehingga membentuk ikatan padat antara elektron dan atom yang membentuk kisi kristal.

Oleh kerana konfigurasi ini, elektron tidak bergerak dengan mudah di dalam struktur. Oleh itu, dalam keadaan standard, semikonduktor intrinsik berkelakuan seperti penebat.

Walau bagaimanapun, kekonduksian semikonduktor intrinsik meningkat setiap kali suhu meningkat, kerana beberapa elektron valensi menyerap tenaga haba dan terpisah dari ikatan.

Elektron ini menjadi elektron bebas dan, jika diarahkan dengan betul oleh perbezaan potensi elektrik, dapat menyumbang kepada aliran arus di dalam kisi kristal.

Dalam kes ini, elektron bebas melompat ke jalur konduksi dan menuju ke kutub positif sumber berpotensi (contohnya bateri).

Pergerakan elektron valensi menimbulkan kekosongan dalam struktur molekul, yang diterjemahkan menjadi kesan yang serupa dengan yang dihasilkan oleh cas positif dalam sistem, itulah sebabnya mereka dianggap sebagai pembawa muatan positif.

Kemudian, ada kesan terbalik, kerana beberapa elektron dapat jatuh dari jalur konduksi ke cangkang valens yang melepaskan tenaga dalam prosesnya, yang disebut penggabungan.

Semikonduktor ekstrinsik

Mereka mematuhi dengan memasukkan kekotoran dalam konduktor intrinsik; iaitu dengan memasukkan unsur-unsur trivalen atau pentavalen.

Proses ini dikenali sebagai doping dan tujuannya adalah untuk meningkatkan kekonduksian bahan, untuk meningkatkan sifat fizikal dan elektriknya.

Dengan menggantikan atom semikonduktor intrinsik dengan atom komponen lain, dua jenis semikonduktor ekstrinsik dapat diperoleh, yang diperincikan di bawah.

Semikonduktor jenis-P

Dalam kes ini, kekotoran adalah unsur semikonduktor trivalen; iaitu, dengan tiga (3) elektron di shell valensnya.

Elemen mengganggu dalam struktur disebut elemen doping. Contoh unsur-unsur ini untuk semikonduktor jenis-P ialah boron (B), gallium (Ga) atau indium (In).

Kekurangan elektron valensi untuk membentuk empat ikatan kovalen semikonduktor intrinsik, semikonduktor jenis-P mempunyai jurang pada ikatan yang hilang.

Ini menjadikan laluan elektron yang bukan milik kisi kristal melalui lubang ini yang membawa muatan positif.

Oleh kerana caj positif dari jurang bon, jenis konduktor ini ditentukan oleh huruf "P" dan, akibatnya, mereka diakui sebagai akseptor elektron.

Aliran elektron melalui lubang dalam ikatan menghasilkan arus elektrik yang beredar pada arah yang bertentangan dengan arus yang berasal dari elektron bebas.

Semikonduktor jenis N

Elemen mengganggu dalam konfigurasi diberikan oleh unsur pentavalen; iaitu, yang mempunyai lima (5) elektron dalam pita valensi.

Dalam kes ini, kekotoran yang dimasukkan ke dalam semikonduktor intrinsik adalah unsur-unsur seperti fosforus (P), antimoni (Sb) atau arsenik (As).

Dopants mempunyai elektron valensi tambahan yang, tanpa ikatan kovalen untuk diikat, secara automatik bebas bergerak melalui kisi kristal.

Di sini, arus elektrik beredar melalui bahan berkat kelebihan elektron bebas yang disediakan oleh dopan. Oleh itu, semikonduktor jenis-N dianggap sebagai penderma elektron.

ciri-ciri

Semikonduktor dicirikan oleh fungsi ganda, kecekapan tenaga, kepelbagaian aplikasi dan kos rendah. Ciri-ciri utama semikonduktor diperincikan di bawah.

- Tindak balasnya (konduktif atau penebat) mungkin berbeza-beza bergantung pada kepekaan elemen terhadap pencahayaan, medan elektrik dan medan magnet di persekitaran.

- Sekiranya semikonduktor mengalami suhu rendah, elektron akan tetap bersatu dalam jalur valensi dan, oleh itu, tidak ada elektron bebas yang akan timbul untuk peredaran arus elektrik.

Sebaliknya, jika semikonduktor terdedah pada suhu tinggi, getaran terma dapat mempengaruhi kekuatan ikatan kovalen atom unsur, meninggalkan elektron bebas untuk pengaliran elektrik.

- Kekonduksian semikonduktor berbeza bergantung pada bahagian kekotoran atau unsur doping dalam semikonduktor intrinsik.

Sebagai contoh, jika 10 atom boron dimasukkan dalam sejuta atom silikon, nisbah itu meningkatkan kekonduksian sebatian seribu kali, berbanding kekonduksian silikon tulen.

- Kekonduksian semikonduktor berbeza dalam selang antara 1 dan 10 ^-6 S.cm ^-1 , bergantung pada jenis unsur kimia yang digunakan.

- Semikonduktor komposit atau ekstrinsik boleh mempunyai sifat optik dan elektrik jauh lebih tinggi daripada sifat semikonduktor intrinsik. Contohnya ialah gallium arsenide (GaAs), digunakan terutamanya dalam frekuensi radio dan penggunaan aplikasi optoelektronik lain.

Permohonan

Semikonduktor digunakan secara meluas sebagai bahan mentah dalam pemasangan elemen elektronik yang menjadi sebahagian daripada kehidupan seharian kita, seperti litar bersepadu.

Salah satu elemen utama litar bersepadu ialah transistor. Peranti ini memenuhi fungsi memberikan sinyal output (berosilasi, diperkuat atau diperbaiki) sesuai dengan isyarat input tertentu.

Selain itu, semikonduktor juga merupakan bahan utama untuk dioda yang digunakan dalam litar elektronik untuk membolehkan arus elektrik mengalir hanya dalam satu arah.

Untuk reka bentuk dioda, persimpangan semikonduktor ekstrinsik jenis-P dan jenis-N dibentuk. Dengan bergantian elemen penderma elektron dan pembawa, mekanisme pengimbangan diaktifkan di antara kedua-dua zon.

Oleh itu, elektron dan lubang di kedua-dua zon saling bersilang dan saling melengkapi jika perlu. Ini berlaku dalam dua cara:

- Pemindahan elektron dari zon jenis-N ke zon P. berlaku. Zon jenis-N memperoleh zon pengisian yang positif.

- Terdapat lorong lubang galas elektron dari zon jenis-P ke zon jenis-N. Zon jenis-P memperoleh muatan negatif.

Akhirnya, medan elektrik terbentuk yang mendorong peredaran arus hanya dalam satu arah; iaitu dari zon N ke zon P.

Di samping itu, menggunakan kombinasi semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik dapat menghasilkan peranti yang menjalankan fungsi yang serupa dengan tiub vakum yang mengandungi ratusan kali isipadu.

Jenis aplikasi ini berlaku untuk litar bersepadu seperti cip mikropemproses yang merangkumi sejumlah besar tenaga elektrik.

Semikonduktor terdapat dalam alat elektronik yang kita gunakan dalam kehidupan seharian kita, seperti peralatan garis coklat seperti televisyen, pemain video, peralatan bunyi; komputer dan telefon bimbit.

Contoh

Semikonduktor yang paling banyak digunakan dalam industri elektronik adalah silikon (Si). Bahan ini terdapat dalam peranti yang membentuk litar bersepadu yang menjadi sebahagian daripada kehidupan seharian kita.

Aloi silikon germanium (SiGe) digunakan dalam litar bersepadu berkelajuan tinggi untuk radar dan penguat instrumen elektrik, seperti gitar elektrik.

Contoh lain dari semikonduktor adalah gallium arsenide (GaAs), digunakan secara meluas dalam penguat isyarat, khusus untuk isyarat dengan gandaan tinggi dan tahap kebisingan rendah.

Rujukan

1. Brian, M. (nd). Bagaimana Semikonduktor Berfungsi. Dipulihkan dari: electronics.howstuffworks.com
2. Landin, P. (2014). Semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik. Dipulihkan dari: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (nd). Semikonduktor. Dipulihkan dari: whatis.techtarget.com
4. Semikonduktor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, UK. Dipulihkan dari: britannica.com
5. Apa itu semikonduktor? (sf). © Hitachi High-Technologies Corporation. Dipulihkan dari: hitachi-hightech.com
6. Wikipedia, Ensiklopedia Percuma (2018). Semikonduktor. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org