5 Alasan Utama Penggunaan Silikon dalam Elektronika sebagai Bahan Semikonduktor

5 Alasan Utama Penggunaan Silikon dalam Elektronika sebagai Bahan Semikonduktor

Dengan istilah 'elektronik', ada banyak hal yang bisa Anda kaitkan, terutama komponen papan sirkuit elektronik seperti transistor, dioda, IC dan sebagainya. Jika Anda benar-benar mengetahui komponen ini, Anda harus mengetahui penggunaan silikon yang berlaku dalam pembuatan komponen ini juga.



Penggunaan Silicon

Penggunaan Silicon

Apa itu Silicon?

Silikon adalah bahan semikonduktor dengan nomor atom 14, terletak di golongan 4 tabel periodik. Silikon amorf murni pertama kali dibuat oleh Jones Jacob Berzelius pada tahun 1824, sedangkan silikon kristal pertama kali dibuat oleh Henry Etienne pada tahun 1854.






Apa itu semikonduktor?

Semikonduktor tidak lain adalah bahan dengan sifat isolasi dalam bentuk murni dan sifat konduktor saat diolah atau ditambahkan dengan kotoran. Semikonduktor biasanya memiliki celah pita (energi yang dibutuhkan elektron untuk melepaskan diri dari ikatan kovalen) antara isolator (celah pita maksimum) dan konduktor (celah pita minimum). Konduksi atau aliran muatan dalam semikonduktor disebabkan oleh pergerakan elektron bebas atau lubang.

Jika Anda sudah familiar dengan tabel periodik, Anda harus mengetahui grup dalam tabel periodik. Bahan semikonduktor biasanya terdapat pada golongan 4 tabel periodik atau juga terdapat sebagai gabungan golongan 3 dan golongan 6, atau sebagai gabungan golongan 2 dan golongan 4 juga. Semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah Silicon, Germanium, dan Gallium-Arsenide.



Lantas, apa yang menjadikan Silicon sebagai material semikonduktor yang paling disukai dalam elektronika?

Berikut ini adalah alasan paling utama:


1. Kelimpahan Silikon

Alasan utama dan paling menonjol dari popularitas silikon sebagai bahan pilihan adalah kelimpahannya. Berikutnya sejalan dengan oksigen yang sekitar 46% di kerak bumi, Silikon membentuk sekitar 28% kerak bumi. Ini banyak tersedia dalam bentuk pasir (silika), dan kuarsa.

Kelimpahan silikon di alam

Kelimpahan silikon di alam

2. Manufaktur Silikon

Wafer silikon yang digunakan untuk produksi IC dan komponen elektronik diproduksi dengan menggunakan teknik yang efektif dan ekonomis. Silikon murni atau poli silikon diperoleh dengan langkah-langkah berikut:

  • Kuarsa dibuat untuk bereaksi dengan kokas untuk menghasilkan silikon metalurgi dalam tungku listrik.
  • Metalurgi silikon kemudian diubah menjadi triklorosilan (TCS) dalam reaktor unggun terfluidisasi.
  • Selanjutnya, TCS dimurnikan dengan distilasi, dan kemudian didekomposisi menjadi filamen silikon panas dalam reaktor, bersama dengan hidrogen. Akhirnya, yang dihasilkan adalah batang poli-silikon.

Batang poli-silikon tersebut kemudian dikristalkan dengan menggunakan metode Czochralski untuk mendapatkan kristal silikon atau ingot. Ingot ini akhirnya dipotong menjadi wafer menggunakan metode pemotongan ID atau pemotongan kabel.

Manufaktur Silicon

Manufaktur Silicon

Semua proses di atas memfasilitasi pencapaian diameter, orientasi, konduktivitas, konsentrasi doping, dan konsentrasi oksigen yang diperlukan untuk produksi wafer silikon.

3. Sifat Kimiawi

Sifat kimia mengacu pada sifat-sifat di mana reaksi bahan dengan yang lain didefinisikan. Sifat kimianya bergantung langsung pada struktur atom unsur tersebut. Kristal Silikon digunakan sebagian besar dalam elektronik, terdiri dari struktur seperti berlian. Setiap sel satuan terdiri dari 8 atom dalam a kisi bravais pengaturan. Ini membuat silikon murni sangat stabil pada suhu kamar jika dibandingkan dengan bahan lain seperti Germanium.
Jadi, silikon murni paling sedikit dipengaruhi oleh air, asam atau uap. Juga, pada suhu yang lebih tinggi dalam keadaan cair, silikon dengan mudah membentuk oksida dan nitrida, bahkan paduan.

4. Struktur Silikon

Sifat fisik Silicon juga berkontribusi pada popularitas dan penggunaannya sebagai bahan semikonduktor.

Struktur silikon

Struktur silikon

  • Silikon memiliki celah pita energi sedang sebesar 1,12eV pada 0 K. Hal ini membuat silikon menjadi elemen yang stabil jika dibandingkan dengan Germanium dan mengurangi kemungkinan kebocoran arus. Arus balik dalam nano-ampere dan sangat rendah.
  • Struktur kristal silikon terdiri dari struktur kisi kubik sentris muka dengan kepadatan pengepakan 34%. Hal ini memungkinkan substitusi atom pengotor yang mudah di tempat-tempat kosong pada kisi. Dengan kata lain konsentrasi doping cukup tinggi, sekitar 10 ^ 21 atom / cm ^ 3.

Ini juga meningkatkan kemungkinan penambahan pengotor seperti oksigen sebagai atom interstisial di dalam kisi kristal. Ini memberikan kekuatan mekanik yang kuat pada wafer terhadap berbagai jenis tekanan seperti termal, mekanis atau gravitasi.

  • Tegangan maju untuk dioda silikon adalah 0,7 V, yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan dioda Germanium. Ini membuatnya lebih stabil dan meningkatkan penggunaan silikon sebagai penyearah.

5. Silikon Dioksida

Alasan terakhir tetapi bukan yang paling sedikit untuk popularitas besar silikon, adalah kemudahannya membentuk oksida. Silikon dioksida adalah isolator yang paling banyak digunakan dalam teknologi IC karena sifat kimianya yang sangat stabil jika dibandingkan dengan oksida lain seperti Germanium, yang larut dalam air dan terurai pada suhu 800 derajat Celcius.

Silikon dioksida

Silikon dioksida

Silicon Dioxide dapat ditanam secara termal menggunakan oksigen di atas wafer silikon pada suhu yang lebih tinggi atau disimpan menggunakan Silane dan Oxygen.

Silikon dioksida digunakan:

  • Dalam teknik fabrikasi IC seperti etsa, difusi, implantasi ion, dll.
  • Di Dielektrik untuk perangkat elektronik.
  • Sebagai lapisan Ultrathin untuk perangkat MOS dan CMOS. Hal ini justru meningkatkan popularitas perangkat CMOS dengan impedansi input yang tinggi.
  • Di perangkat 3D dalam format Teknologi MEMs .

Jadi, ini adalah alasan utama peningkatan penggunaan silikon dalam elektronik. Kami berharap saat ini Anda telah mendapatkan pemahaman yang jelas dan alasan yang tepat tentang mengapa silikon digunakan sebagai bahan semikonduktor untuk mengembangkan proyek berbasis elektronik. Berikut adalah pertanyaan sederhana namun menarik untuk Anda: Mengapa Silikon tidak digunakan dalam LED dan dioda foto?

Kredit Foto: