Semikonduktor tipe-n dibuat dari bahan silikon murni dengan menambahkan
sedikit pengotor berupa unsur valensi lima. Empat elektron terluar dari “donor” ini
berikatan kovalen dan menyisakan satu elektron lainnya yang dapat meninggalkan atom
induknya sebagai elektron bebas. Dengan demikian pembawa muatan mayoritas pada
bahan ini adalah elektron.
Hal yang sama, semikonduktor tipe-p dibuat dengan mengotori silikon murni
dengan atom valensi tiga, sehingga meninggalkan kemungkinan untuk menarik
elektron. Pengotor sebagai “aseptor” menghasilkan proses konduksi dengan lubang
(hole) sebagai pembawa muatan mayoritas.
7.2 Diode
Proses difusi ini tidak berlangsung selamanya karena elektron yang sudah
berada di tempatnya akan menolak elektron yang datang kemudian. Proses difusi
berakhir saat tidak ada lagi elektron yang memiliki cukup energi untuk mengalir.
Gambar 7.1 Sambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n
Gambar 7.2 Mekanisme aliran muatan pada daerah sambungan
Kita harus memperhitungkan proses elektron dapat
menyeberang sambungan. Daerah yang sangat tipis dekat sambungan disebut daerah
deplesi (depletion region) atau daerah transisi. Daerah ini dapat membangkitkan
pembawa muatan minoritas saat terdapat cukup energi termal untuk membangkitkan pasangan lubang-elektron. Salah satu dari pembawa muatan minoritas ini, misalnya
elektron pada tipe-p, akan mengalami pengaruh dari proses penolakan elektron difusi
dari tipe-n. Dengan kata lain elektron minoritas ini akan ikut tertarik ke semikonduktor
tipe-n. Gerakan pembawa muatan akibat pembangkitan termal ini lebih dikenal sebagai
“drift”. Situasi akan stabil saat arus difusi sama dengan arus drift.
Pada daerah sambungan/daerah diplesi yang sangat tipis terjadi pengosongan
pembawa muatan mayoritas akibat terjadinya difusi ke sisi yang lain. Hilangnya
pembawa muatan mayoritas di daerah ini meninggalkan lapisan muatan positip di
daerah tipe-n dan lapisan muatan negatif di daerah tipe-p.
Lapisan muatan pada daerah diplesi ini dapat dibandingkan dengan kapasitor
keping sejajar yang termuati. Karena terjadi penumpukan muatan yang berlawanan
pada masing-masing keping, maka terjadi perbedaan potensial yang disebut sebagai
“potensial kontak”atau “potensial penghalang” o V (lihat gambar 7.3). Keadaan ini
disebut diode dalam keadaan rangkaian terbuka.
Gambar 7.3 Diode p-n dalam keadaan hubung-terbuka
7.3 Efek Zener dan Avalanche
Pada tegangan panjar maju, ketinggian potensial penghalang akan
menurun dan daerah deplesi akan menipis. Sebaliknya saat diberi panjar mundur daerah
deplesi akan melebar.
Jika panjar mundur dinaikkan terus, maka pada suatu harga tegangan tertentu
terjadi kenaikan arus mundur secara tiba-tiba (lihat gambar 7.9). Keadaan ini terjadi
akibat adanya efek Zener atau efek avalanche. Pada patahan Zener (Zener breakdown),medan listrik pada sambungan akan menjadi cukup besar untuk menarik elektron dari
ikatan kovalen secara langsung. Dengan demikian akan terjadi peningkatan jumlah
pasangan lubang-elektron secara tiba-tiba dan menghasilkan kenaikan arus mundur
secara tiba-tiba pula. Efek avalanche terjadi pada tegangan di atas tegangan patahan
Zener. Pada tegangan tinggi ini, pembawa muatan memiliki cukup energi untuk
memisahkan elektron dari ikatan kovalen.
Gambar 7.9 Karakteristik I-V diode p-n
7.4 Diode Terowongan (Tunnel Diode)
Jika konsentrasi doping dinaikkan, maka lebar daerah deplesi akan menipis dan
karenanya tinggi potensial penghalang akan menurun. Jika konsentrasi doping
dinaikkan lagi sehingga ketebalan darah deplesi menjadi lebih rendah dari 10 nm, maka
terjadi mekanisme konduksi listrik baru dan menghasilkan karakteristik piranti
elektronika yang unik.
Seperti telah dijelaskan oleh Leo Esaki pada tahun 1958, bahwa untuk potensial
penghalang yang sangat tipis menurut teori kuantum mekanik, elektron dapat
menerobos melewati potensial pengahalang (melalui terowongan) tanpa harus memiliki
Diode Sambungan p-n 77
cukup energi untuk mendaki potensial tersebut. Karakteristik I-V dari ‘Diode Esaki”
diperlihatkan pada gambar 7.14. Terlihat bagaimana arus terowongan memberi
kontribusi terhadap arus yang mengalir terutama pada tegangan maju relatif rendah.
Arus terowongan akan naik dengan adanya kenaikan tegangan sampai efek dari
arus maju mulai memberi kontribusi. Setelah puncak arus p I dicapai, arus terowongan
menurun dengan adanya kenaikan tegangan arus injeksi mulai mendominasi. Arus
puncak p I dan arus lembah V I merupakan titik operasi yang stabil. Karena efek
terowongan merupakan penomena gelombang, transfer elektron terjadi dengan
kecepatan cahaya dan pergantian antara p I dan V I terjadi dengan cepat sehingga cocok
untuk aplikasi komputer. Lebih jauh antara p I dan V I terdapat daerah dimana
hambatan r = dV / dI berharga negatif yang dapat digunakan untuk osilator dengan
frekuensi sangat tinggi.
dan untuk lebih lengkapnya silahkan diunduh disini
Tidak ada komentar:
Posting Komentar