Semikonduktor banyak digunakan dalam dunia elektronik untuk membuat komponen seperti dioda, transistor, thrusts, IC (Integrated Circuit), serta laser semikonduktor. Yang mana komponen ini akan dijadikan produk seperti komputer, smartphone, peralatan elektronik, perangkat keras game, peralatan medis, dan lain sebagainya.
Pada artikel ini kita akan belajar lebih jauh tentang apa itu semikonduktor, terbuat dari bahan apa, sifat dan tipe-tipenya, juga perkembangan industri semikonduktor. Selamat membaca!
Pengertian Semikonduktor
Semikonduktor adalah bahan yang sifatnya terletak di antara konduktor dan isolator. Resistansi dalam semikonduktor akan menurun ketika ada peningkatan suhu. Pada saat suhu meningkat, elektron yang ada di pita valensi tereksitasi dan melompat ke pita konduksi, yang meningkatkan konduktansi dan karenanya, resistansinya jadi menurun.
Semikonduktor biasanya merupakan unsur atau senyawa kimia padat yang dapat menghantarkan listrik dalam beberapa kondisi, menjadikannya media yang baik untuk mengontrol arus listrik. Konduktansinya bervariasi tergantung pada arus atau tegangan yang diterapkan pada elektroda kontrol.
Contoh Bahan Semikonduktor dan Mengapa Populer?
Tidak semua bahan bisa dibuat menjadi semikonduktor. Contoh bahan semikonduktor yang umum digunakan diantaranya arsenik, karbon, dan silikon. Semikonduktor sendiri banyak digunakan untuk pembuatan chip dan hampir semua perangkat pada komputer yang kita gunakan.
Perangkat semikonduktor ini dapat melakukan fungsi seperti tabung vakum yang volumenya ratusan kali lipat. Sebuah Integrated Circuit (IC), seperti chip mikroprosesor, dapat melakukan pekerjaan satu set tabung vakum yang akan mengisi gedung besar dan memerlukan pembangkit listrik sendiri. Ini menjadi alasan utama mengapa semikonduktor menjadi populer.
Sifat Listrik Semikonduktor
Semikonduktor memiliki beberapa sifat-sifat listrik diantaranya:
- Hambatan semikonduktor menurun dengan meningkatnya suhu, atau kita dapat mengatakan bahwa semikonduktor memiliki koefisien resistansi suhu negatif.
- Resistivitas semikonduktor terletak di antara konduktor dan isolator.
- Dapat melewatkan arus satu arah lebih mudah daripada material yang lain.
- Bereaksi terhadap cahaya dan panas.
Tingkat konduktivitas dan sifat lainnya ini dapat diubah dengan mencampurkan bahan utama semikonduktor dengan impuritasnya (pengotor) yang mana ini disebut dengan doping. Tujuan doping adalah untuk memenuhi kebutuhan spesifik dari komponen elektronik sesuai keinginan pembuatnya. Fungsi sebenarnya semikonduktor adalah untuk penguatan sinyal, sebagai sakelar, dan konversi energi.
Tipe Semikonduktor Umumnya
Semikonduktor pada dasarnya hanya terdiri dari dua tipe yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik.
1. Semikonduktor Intrinsik
Semikonduktor dalam bentuknya yang murni dikenal sebagai semikonduktor intrinsik. Dalam istilah teknis, kita dapat mengatakan bahwa dalam semikonduktor intrinsik jumlah holes (lubang) sama dengan jumlah elektron.
2. Semikonduktor Ekstrinsik
Ketika impuritas (pengotor) ditambahkan ke dalam semikonduktor murni, maka pembawa muatannya meningkat dan semikonduktor tersebut dikenal sebagai semikonduktor ekstrinsik.
Untuk lebih memahami, mengapa diperlukan penambahan impuritas ke semikonduktor murni, dibawah ini terdapat tabel yang membandingkan kedua tipe semikonduktor ini.
Perbedaan Semikonduktor Intrinsik dan Ekstrinsik
|
Semikonduktor Intrinsik |
Semikonduktor Ekstrinsik |
| Konduktivitas semikonduktor ini rendah | Konduktivitas semikonduktor ini tinggi |
| Pada semikonduktor ini, celah energinya sangat kecil | Pada semikonduktor ini, celah energi lebih dari semikonduktor murni |
| Semikonduktor ini tidak praktis digunakan | Semikonduktor ini praktis digunakan |
| Jumlah elektron bebas sama dengan jumlah lubang | Jumlah elektron bebas tidak sama dengan jumlah lubang |
| Tingkat energi Fermi terletak di antara pita valensi dan pita konduksi | Tingkat energi Fermi bergeser ke arah pita valensi atau ke arah pita konduksi |
| Konduktivitas meningkat dengan meningkatnya suhu | Konduktivitas tergantung pada jumlah impuritas yang ditambahkan |
| Memiliki karakteristik listrik yang buruk | Memiliki karakteristik listrik yang baik |
Semikonduktor Berdasarkan Impuritas
Berdasarkan tipe impuritas yang ditambahkan pada semikonduktor ekstrinsik, maka semikonduktor dapat diklasifikasikan lagi menjadi dua tipe:
a. Semikonduktor Tipe-n
Istilah tipe-n mengacu pada muatan negatif elektron. Dalam semikonduktor tipe-n, elektron adalah pembawa mayoritas, sedangkan holes (lubang) menjadi pembawa minoritas karena konsentrasi elektron lebih banyak dari konsentrasi holes.
b. Semikonduktor Tipe-p
Istilah tipe-p mengacu pada muatan positif holes. Dalam semikonduktor tipe-p, holes adalah pembawa mayoritas dan elektron adalah pembawa minoritas. Dan juga, konsentrasi holes lebih dari konsentrasi elektron.
Baca juga: Perbedaan Transistor NPN Dan PNP: Pengertian, Cara Kerja, Dan Fungsinya
Perbedaan Semikonduktor tipe-n dengan tipe-p
|
Semikonduktor Tipe-n |
Semikonduktor Tipe-p |
| Dalam semikonduktor jenis ini, impuritas pentavalen ditambahkan seperti P, Bi dll | Dalam semikonduktor jenis ini, impuritas trivalen ditambahkan seperti B, Al dll |
| Atom impuritas menyumbangkan satu elektron, oleh karena itu mereka juga dikenal sebagai semikonduktor tipe donor | Atom impuritas dapat menerima satu elektron, oleh karena itu mereka juga dikenal sebagai semikonduktor tipe akseptor |
| Tingkat energi Fermi berada di dekat pita konduksi | Tingkat energi Fermi berada di dekat pita valensi |
| Memiliki konsentrasi elektron yang lebih besar daripada konsentrasi holes | Memiliki konsentrasi holes yang lebih besar daripada konsentrasi elektron |
| Ketika ada kenaikan suhu, semikonduktor tipe-n dengan mudah menyumbangkan elektron dari tingkat energi donor ke pita konduksi | Ketika ada kenaikan suhu, semikonduktor tipe-p dengan mudah menerima elektron dari pita valensi ke tingkat energi donor |
Industri Semikonduktor Saat Ini!
Keberhasilan dalam industri semikonduktor bergantung pada penciptaan produk yang lebih kecil, lebih cepat, dan lebih murah. Manfaat produk yang lebih kecil adalah lebih banyak daya dapat ditempatkan pada chip yang sama. Semakin banyak transistor pada sebuah chip, semakin cepat ia dapat melakukan pekerjaannya.
Ini menciptakan persaingan yang ketat di dunia industri, dan dengan berkembangnya teknologi baru, dapat menurunkan biaya produksi per chip sehingga dalam hitungan bulan, harga chip baru bisa turun 50%.
Ini memunculkan pengamatan yang disebut Hukum Moore, yang menyatakan bahwa jumlah transistor dalam sirkuit terpadu padat dapat berlipat ganda kira-kira setiap dua tahun. Pengamatan ini dinamai Gordon Moore, yang merupakan salah satu pendiri “Fairchild Semiconductor dan Intel”, yang menulis makalah yang menjelaskannya pada tahun 1965. Saat ini, periode penggandaan sering disebut terjadi dalam waktu 18 bulan, angka yang dikutip oleh eksekutif Intel, David House.
Akibatnya, ada tekanan terus-menerus pada pembuat chip untuk menghasilkan sesuatu yang lebih baik dan bahkan lebih murah daripada apa yang didefinisikan sebagai teknologi canggih hanya beberapa bulan sebelumnya. Oleh karena itu, perusahaan semikonduktor perlu mempertahankan anggaran penelitian dan pengembangan yang besar.
Asosiasi riset pasar semikonduktor IC Insights melaporkan bahwa 10 perusahaan semikonduktor terbesar menghabiskan rata-rata 13,0% penjualan untuk R&D (Riset and Development) pada tahun 2017, mulai dari 5,2% hingga 24,0% untuk masing-masing perusahaan.
Pada tahun 1980-an, pembuat chip hidup dengan hasil (jumlah perangkat operasional dibandingkan semua perangkat yang diproduksi) 10-30%. Saat ini, beberapa pembuat chip mengincar hasil jumlah perangkat operasionalnya 80-90%. Ini membutuhkan proses manufaktur yang sangat mahal.
Akibatnya, banyak perusahaan semikonduktor melakukan desain dan pemasaran tetapi memilih untuk melakukan outsourcing beberapa atau semua manufakturnya. Perusahaan-perusahaan ini dikenal sebagai pembuat chip fabless, yang memiliki potensi pertumbuhan yang tinggi karena mereka tidak terbebani oleh biaya yang tinggi terkait dengan manufaktur, atau “fabrikasi.”
