DIODA SEMIKONDUKTOR

DIODA SEMIKONDUKTOR

      Dioda semikonduktor dibentuk dengan cara menyambungkan
semi-konduktor tipe p dan semikonduktor tipe n. Pada saat
terjadinya sambungan (junction) p dan n, hole-hole pada bahan
p dan elektron-elektron pada bahan n disekitar sambungan
cenderung untuk berkombinasi. Hole dan elektron yang berkombinasi ini saling meniadakan, sehingga pada daerah
sekitar sambungan ini kosong dari pembawa muatan dan
terbentuk daerah pengosongan (depletion region). Oleh karena itu pada sisi p tinggal ion-ion akseptor yang
bermuatan negatip dan pada sisi n tinggal ion-ion donor yang
bermuatan positip. Namun proses ini tidak berlangsung terus,
karena potensial dari ion-ion positip dan negatip ini akan
mengahalanginya. Tegangan atau potensial ekivalen pada
daerah pengosongan ini disebut dengan tegangan penghalang
(barrier potential). Besarnya tegangan penghalang ini adalah
0.2 untuk germanium dan 0.6 untuk silikon. Lihat Gambar 17.
Suatu dioda bisa diberi bias mundur (reverse bias) atau diberi
bias maju (forward bias) untuk mendapatkan karakteristik yang
diinginkan. Bias mundur adalah pemberian tegangan negatip
baterai ke terminal anoda (A) dan tegangan positip ke terminal
katoda (K) dari suatu dioda. Dengan kata lain, tegangan anoda
katoda VA-K adalah negatip (VA-K < 0). Apabila tegangan positip
baterai dihubungkan ke terminal Anoda (A) dan negatipnya ke
terminal katoda (K), maka dioda disebut mendapatkan bias
maju (foward bias). Lihat pada gambar 18.
    Dua macam kurva, yakni dioda
germanium (Ge) dan dioda silikon (Si). Pada saat dioda diberi
bias maju, yakni bila VA-K positip, maka arus ID akan naik
dengan cepat setelah VA-K mencapai tegangan cut-in (Vg).
Tegangan cut-in (Vg) ini kira-kira sebesar 0.2 Volt untuk dioda
germanium dan 0.6 Volt untuk dioda silikon. Dengan
pemberian tegangan baterai sebesar ini, maka potensial
penghalang (barrier potential) pada persambungan akan
teratasi, sehingga arus dioda mulai mengalir dengan cepat.
Bagian kiri bawah dari grafik pada Gambar 19 merupakan kurva
karakteristik dioda saat mendapatkan bias mundur. Disini juga
terdapat dua kurva, yaitu untuk dioda germanium dan silikon.
Besarnya arus jenuh mundur (reverse saturation current) Is
untuk dioda germanium adalah dalam orde mikro amper dalam
ID (mA)
Ge Si
Si Ge
Is(Si)=10nA VA-K (Volt)
Is(Ge)=1mA
0.2 0.6
   Contoh ini adalah 1 mA. Sedangkan untuk dioda silikon Is
adalah dalam orde nano amper dalam hal ini adalah 10 nA.
Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negatip tersebut
dinaikkan terus, maka suatu saat akan mencapai tegangan
patah (break-down) dimana arus Is akan naik dengan tiba-tiba.
Pada saat mencapai tegangan break-down ini, pembawa
minoritas dipercepat hingga mencapai kecepatan yang cukup
tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari atom.
Kemudian elektron ini juga dipercepat untuk membebaskan
yang lainnya sehingga arusnya semakin besar. Pada dioda
biasa pencapaian tegangan break-down ini selalu dihindari
karena dioda bisa rusak.
Hubungan arus dioda (ID) dengan tegangan dioda (VD) dapat
dinyatakan dalam persamaan matematis yang dikembangkan
oleh W. Shockley, yaitu:
dimana:
ID = arus dioda (amper)
Is = arus jenuh mundur (amper)
e = bilangan natural, 2.71828...
VD = beda tegangan pada dioda (volt)
n = konstanta, 1 untuk Ge; dan » 2 untuk Si
VT = tegangan ekivalen temperatur (volt)
Harga Is suatu dioda dipengaruhi oleh temperatur, tingkat
doping dan geometri dioda. Dan konstanta n tergantung pada
sifat konstruksi dan parameter fisik dioda. Sedangkan harga VT
ditentukan dengan persamaan:
ID = Is [e(VD/n.VT) - 1]
50
dimana:
k = konstanta Boltzmann, 1.381 x 10-23 J/K
(J/K artinya joule per derajat kelvin)
T = temperatur mutlak (kelvin)
q = muatan sebuah elektron, 1.602 x 10-19 C
Pada temperatur ruang, 25 oC atau 273 + 25 = 298 K, dapat
dihitung besarnya VT yaitu:
(1.381 x 10-23 J/K)(298K)
VT = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
1.602 x 10-19 C
= 0.02569 J/C @ 26 mV
  Harga VT adalah 26 mV ini perlu diingat untuk pembicaraan
selanjutnya Sebagaimana telah disebutkan bahwa arus jenuh mundur, Is,
dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti: doping, persambungan, dan
temperatur. Namun karena dalam pemakaian suatu komponen dioda,
faktor doping dan persambungan adalah tetap, maka yang perlu
mendapat perhatian serius adalah pengaruh temperatur.