Perangkat dan Sirkuit Semikonduktor, Aplikasi

Perangkat dan Sirkuit Semikonduktor, Aplikasi

Perangkat semikonduktor terdiri dari bahan yang bukan konduktor yang baik atau isolator yang baik, ini disebut semikonduktor. Perangkat semacam itu telah diterapkan secara luas karena keandalan, kekompakan, dan biayanya yang rendah. Ini adalah komponen terpisah yang digunakan di perangkat daya, sensor optik kekompakan, dan pemancar cahaya, termasuk laser solid-state. Mereka memiliki berbagai kemampuan penanganan arus dan tegangan, dengan peringkat arus lebih dari 5.000 ampere dan peringkat tegangan lebih dari 100.000 volt. Lebih penting, perangkat semikonduktor meminjamkan diri untuk berintegrasi ke dalam sirkuit mikroelektronik yang kompleks tetapi siap dibangun. Mereka memiliki kemungkinan masa depan, elemen kunci dari mayoritas sistem elektronik termasuk komunikasi dengan peralatan pemrosesan data, konsumen, dan kontrol industri.



Apa itu Perangkat Semikonduktor?

Perangkat semikonduktor tidak lain adalah komponen elektronik yang memanfaatkan sifat elektronik dari bahan semikonduktor, seperti silikon, germanium, dan gallium arsenide, serta semikonduktor organik. Perangkat semikonduktor telah menggantikan tabung vakum dalam banyak aplikasi. Mereka menggunakan konduksi elektronik dalam keadaan padat sebagai lawan emisi termionik dalam vakum tinggi. Perangkat semikonduktor diproduksi untuk perangkat diskrit dan sirkuit terintegrasi , yang terdiri dari beberapa hingga milyaran perangkat yang diproduksi dan dihubungkan pada satu substrat semikonduktor atau wafer.


Perangkat Semikonduktor

Perangkat Semikonduktor





Bahan semikonduktor berguna karena perilakunya yang dapat dengan mudah dimanipulasi dengan penambahan pengotor yang dikenal sebagai doping. Konduktivitas semikonduktor dapat dikontrol oleh medan listrik atau magnet, dengan paparan cahaya atau panas, atau dengan deformasi mekanis dari kisi-kisi mono kristal yang diolah sehingga, semikonduktor dapat membuat sensor yang sangat baik. Konduksi arus dalam semikonduktor terjadi bebas dari elektron dan lubang, yang secara kolektif dikenal sebagai pembawa muatan. Doping silikon dilakukan dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor dan juga untuk fosfor atau boron, secara signifikan meningkatkan jumlah elektron atau lubang di dalam semikonduktor.

Ketika semikonduktor yang didoping mengandung lubang berlebih, itu disebut semikonduktor 'tipe-p' (positif untuk lubang), dan ketika mengandung beberapa elektron bebas yang berlebih, itu dikenal sebagai semikonduktor 'tipe-n' (negatif untuk elektron), adalah tanda biaya dari mayoritas operator biaya seluler. Persimpangan yang terbentuk di mana semikonduktor tipe-n dan tipe-p bergabung bersama disebut persimpangan p – n.



Diode

Semikonduktor dioda adalah perangkat biasanya terdiri dari satu sambungan p-n. Persimpangan semikonduktor tipe-p dan tipe-n membentuk daerah penipisan di mana konduksi arus dicadangkan oleh kurangnya pembawa muatan bergerak. Ketika perangkat bias maju, daerah penipisan ini berkurang, memungkinkan untuk konduksi yang signifikan, ketika dioda bias terbalik, arus yang lebih sedikit dapat dicapai dan daerah penipisan dapat diperpanjang. Memaparkan semikonduktor ke cahaya dapat menghasilkan pasangan lubang elektron, yang meningkatkan jumlah pembawa bebas dan juga konduktivitasnya. Dioda yang dioptimalkan untuk memanfaatkan fenomena ini dikenal sebagai fotodioda. Dioda semikonduktor majemuk juga digunakan untuk menghasilkan cahaya, dioda pemancar cahaya dan dioda laser.

Diode

Diode

Transistor

Transistor persimpangan bipolar dibentuk oleh dua persimpangan p-n, baik dalam konfigurasi p-n-p atau n-p-n. Bagian tengah atau dasar, wilayah antara persimpangan biasanya sangat sempit. Daerah lain, dan terminal terkaitnya, dikenal sebagai emitor dan kolektor. Arus kecil yang diinjeksikan melalui persimpangan antara basis dan emitor mengubah sifat-sifat persimpangan kolektor basis sehingga dapat menghantarkan arus meskipun bias balik. Ini menciptakan arus yang lebih besar antara kolektor dan emitor, dan dikendalikan oleh arus basis-emitor.


Transistor

Transistor

Jenis transistor lain disebut sebagai transistor efek medan , ia beroperasi dengan prinsip bahwa konduktivitas semikonduktor dapat meningkat atau menurun dengan adanya medan listrik. Medan listrik dapat meningkatkan jumlah elektron dan lubang pada semikonduktor, sehingga mengubah konduktivitasnya. Medan listrik dapat diterapkan oleh persimpangan p-n bias balik, dan itu membentuk transistor efek medan persimpangan (JFET) atau dengan elektroda yang diisolasi dari bahan massal oleh lapisan oksida, dan itu membentuk a transistor efek medan semikonduktor oksida logam (MOSFET).

Sekarang satu hari paling banyak digunakan di MOSFET, perangkat solid-state, dan perangkat semikonduktor. Elektroda gerbang dibebankan untuk menghasilkan medan listrik yang dapat mengontrol konduktivitas 'saluran' antara dua terminal, yang disebut sumber dan saluran. Tergantung pada jenis pembawa di saluran, perangkat dapat berupa saluran-n (untuk elektron) atau saluran-p (untuk lubang) MOSFET.

Bahan Perangkat Semikonduktor

Silikon (Si) adalah bahan yang paling banyak digunakan dalam perangkat semikonduktor. Ini memiliki biaya bahan baku yang lebih rendah dan proses yang relatif sederhana. Kisaran suhu yang berguna menjadikannya saat ini kompromi terbaik di antara berbagai material yang bersaing. Silikon yang digunakan dalam pembuatan perangkat semikonduktor saat ini dibuat menjadi mangkuk yang berdiameter cukup besar untuk memungkinkan pembuatan wafer 300 mm (12 inci).

Germanium (Ge) digunakan secara luas pada bahan semikonduktor awal, tetapi sensitivitas termalnya membuat kurang berguna dibandingkan silikon. Saat ini, germanium sering dicampur dengan silikon (Si) untuk digunakan dalam perangkat SiGe berkecepatan sangat tinggi. IBM adalah produsen utama perangkat tersebut.

Gallium arsenide (GaAs) juga banyak digunakan dengan perangkat berkecepatan tinggi, tetapi sejauh ini, sulit untuk membentuk mangkuk berdiameter besar dari bahan ini, sehingga membatasi ukuran diameter wafer jauh lebih kecil daripada wafer silikon sehingga membuat produksi massal Gallium arsenide (GaAs) perangkat jauh lebih mahal daripada silikon.

Daftar Perangkat Semikonduktor Umum

Daftar perangkat semikonduktor umum terutama mencakup dua terminal, tiga terminal, dan empat perangkat terminal.

Perangkat Semikonduktor Umum

Perangkat Semikonduktor Umum

Perangkat dua terminal tersebut adalah

  • Diode (dioda penyearah)
  • Dioda gunn
  • DAMPAK dioda
  • Dioda laser
  • Dioda zener
  • Dioda Schottky
  • Dioda PIN
  • Dioda terowongan
  • Dioda pemancar cahaya (LED)
  • Foto transistor
  • Photocell
  • Sel surya
  • Dioda penekan tegangan transien
  • VCSEL

Perangkat tiga terminal adalah

Perangkat empat terminal adalah

  • Penggandeng foto (Optocoupler)
  • Sensor efek hall (sensor medan magnet)

Aplikasi Perangkat Semikonduktor

Semua jenis transistor dapat digunakan sebagai blok bangunan gerbang logika , yang berguna untuk mendesain sirkuit digital. Pada rangkaian digital seperti mikroprosesor, transistor yang berfungsi sebagai saklar (on-off) pada MOSFET misalnya, tegangan yang diterapkan pada gate menentukan apakah saklar tersebut hidup atau mati.

Transistor yang digunakan untuk rangkaian analog tidak bertindak sebagai sakelar (on-off) secara relatif, mereka merespon rentang input kontinu dengan rentang output yang kontinu. Sirkuit analog yang umum termasuk osilator dan amplifier. Sirkuit yang menghubungkan atau menerjemahkan antara sirkuit analog dan sirkuit digital dikenal sebagai sirkuit sinyal campuran.

Keuntungan Perangkat Semikonduktor

  • Karena perangkat semikonduktor tidak memiliki filamen, maka tidak diperlukan daya untuk memanaskannya yang menyebabkan emisi elektron.
  • Karena tidak diperlukan pemanasan, perangkat semikonduktor akan segera beroperasi setelah sirkuit dihidupkan.
  • Selama operasi, perangkat semikonduktor tidak menghasilkan suara dengungan.
  • Perangkat semikonduktor membutuhkan operasi tegangan rendah dibandingkan dengan tabung vakum.
  • Karena ukurannya yang kecil, rangkaian yang melibatkan perangkat semikonduktor sangat kompak.
  • Perangkat semikonduktor tahan guncangan.
  • Perangkat semikonduktor lebih murah dibandingkan dengan tabung vakum.
  • Perangkat semikonduktor memiliki masa pakai yang hampir tidak terbatas.
  • Karena tidak ada vakum yang harus dibuat pada perangkat semikonduktor, perangkat semikonduktor tidak memiliki masalah penurunan kualitas vakum.

Kekurangan Perangkat Semikonduktor

  • Tingkat kebisingan lebih tinggi di perangkat semikonduktor dibandingkan dengan di tabung vakum.
  • Perangkat semikonduktor biasa tidak dapat menangani daya sebanyak yang dapat dilakukan oleh tabung vakum biasa.
  • Dalam rentang frekuensi tinggi, mereka memiliki responder yang buruk.

Jadi, ini semua tentang berbagai jenis perangkat semikonduktor termasuk dua terminal, tiga terminal dan empat perangkat terminal. Kami berharap Anda lebih memahami konsep ini. Selanjutnya, jika ada keraguan mengenai konsep atau proyek kelistrikan dan elektronik ini, silakan berikan tanggapan Anda dengan memberi komentar di bagian komentar di bawah ini. Ini pertanyaan untuk Anda, apa saja aplikasi perangkat semikonduktor?

Kredit Foto: