1

PENDAHULUAN

• Bahan semikonduktor ( setengah penghantar ) adalah bahan selain penghantar dan penyekat yang pada temperatur mutlak yaitu pada 0 K.

• Dalam keadaan murninya mempunyai sifat sebagai penyekat ; sedangkan pada temperatur kamar ( 27 ˚ C ) dapat berubah sifatnya menjadi bahan penghantar.

• Bahan yang dapat berubah sifat kelistrikannya apabila temperatunya berubah-ubah.

2

Tabel periodik semikonduktor

3

Struktur atom semikonduktor

4

Jenis – jenis semikonduktor

• Berdasarkan tingkat kemurnian ;• Intrinsik : semikonduktor murni yang tidak

diberi doping

• Ekstrensik : semikonduktor murni yang diberi doping

5

Semikonduktor Intrinsik

• Semikonduktor yang belum mengalami penyisipan oleh atom akseptor atau atom donor

• Pada suhu tinggi elektron valensi dapat berpindah menju pita konduksi, dengan menciptakan hole pada pita valensi

• Pengahantar listrik pada semikonduktor adalah elektron dan hole

6

Semikonduktor Intrinsik

7

Semikonduktor ekstrinsikTipe N Pengotoran oleh atom pentavalent yaitu, bahan

kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi.

Contoh ; P , As

Atom pengotor disebut atom donorPembawa muatan disebut elektron

8

Semikonduktor eksterinsik

9

Semikonduktor eksterensikTipe PPengotoran oleh atom trivalent yaitu, bahan kristal

dengan inti atom memiliki 3 elektron valensi.

Contoh ; B, Ga

Atom pengotornya disebut atom akseptorPembawa muatan disebut hole

10

Semikonduktor eksterensik

11

Semikonduktor eksterensikPN JUNCTIONJika semikonductor disambungkan, maka

elektron akan berdifusi menuju daerah tipe-p, dan sebaliknya hole akan berdifuso menuju daerah tipe-n, sehingga terbentuk daerah persambungan.

Pada daerah persambungan ini terbebas dari muatan mayoritas, tetapi terjadi dipole muatan sehingga timbul medan listrik dan terjadi potensial halang.

12

Semikonduktor eksterensik

13

Semikonduktor eksterensik

14

Tidak semua atom dapat digunakan sebagai atom akseptor atau atom donor, ada beberapa persyaratan :

1.Ukuran atom yang hampir sama dengan atom murni

2.Memiliki jumlah elektron valensi berbeda satu dengan atom murni

Sifat Bahan Semikonduktor

15

Komponen menggunakan semikonduktor

• Dioda• Transistor• Sel Surya

16

Sel Surya Polycrystal

Sel Surya Monocrystal

Aplikasi

• Detektor Kualitas DagingPada umumnya daging diawetkan dengan cara

dibekukan. Sebenarnya ada suhu optimum yang dibutuhkan agar daging bisa bertahan lama.

Sensor dari semikonduktor mendeteksi gas ethil-asetat yang muncul ketika daging mulai membusuk.

19

Detektor Kualitas Daging

Sensor dibuat dari bahan semikonduktor padatan SnO2-La2O3 dengan metoda lapisan tebal pada substrat alumina.

Gas Ethil Asetat akan bereaksi dengan La203 yang membentuk lapisan deplesi

Aplikasi

• ICMerupakan aplikasi yang paling banyak

dalam pemanfaatan semikonduktor.Dalam sebuah IC terdapat beberapa jenis

semikonduktor baik berupa transistor maupun dioda.

Daftar Pustaka

22

Albert Paul Malvino, 2003. Prinsip – Prinsip Elektronika, Jakarta. Penerbit Salemba Teknika

http://one.indoskripsi.com/judul-skripsi-makalah-tentang/semikonduktor-1

http://docs.google.com/gview?a=v&q=cache:0DTH3jkC56EJ:202.65.121.165/elcom2/file.php/1/Animasi_Fisika/adaptif_fisika/25_semikonduktor.pdf+pengertian+semi+konduktor&hl=id&gl=id&pid=bl&srcid=ADGEESiI-hLXy4ka-_0wZJa-yoPU8zFqZv4FUi3ejuxfvHKhniTlBVUPI4Wiu2rRwLFzmLg5mx7Za_TsZ0bc6_lLh6FAZvXUUqgIALmRBVg-e5Frb9_dY-_lYz5LZxF-_qQkWz3j1eGF&sig=AFQjCNGk-hwekRwZBAk9tw3tpIBKgVppTw

http://myblogmyown.wordpress.com/2009/04/07/isolator-dan-semi-konduktor/

23

FIELD EFFECT TRANSISTOR

Disadur dari : Ir.Bambang Sutopo,M.Phil, Jurusan Teknik Elektro, FT-UGM

24

DRIVER RELAY(diskusi tugas lalu)

VVCC

RELAYDIODADIODAfreewheelfreewheel

Relay membutuhkan arus sekitar 50 sampai 100 mili Amper

RB

JENUHB

BECCB I

VVR

2

IB-JENUH = arus basis yang membuat transistor dalam kondisi jenuh.

25

TRANSISTOR SBG BUFER OP-AMP

+

_

Input 1

Input 2

relay

R

R harus bisa membatasi arus agar arus yang dikeluarkan op-amp tak terlalu besar.

R harus masih dapat membuat transistor jenuh.

26

Pilihan R tergantung kemampuan IC

mengeluarkan arus (source)

ataudimasuki arus

(sink)

relay

relay

relay

200mA

100mA R

25mAR

27101

102

103

104

105

0

500

1000

1500

2000

2500Tegangan VCE vs Hambatan Basis

RB (Ohm)

Tega

ngan

VC

E (m

V) Eka Ardi

Daerah Tak stabil

28101

102

103

104

105

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90Arus Basis vs Hambatan Basis

RB (Ohm)

Aru

s B

asis

(mA

) Eka Ardi

BC107

29102

103

104

0

20

40

60

80

100

120Arus Basis, Tegangan VCE dan Hambatan Basis

RB (Ohm)

Aru

s B

asis

(mA

)/ Te

gang

an V

CE

(mV

)

30100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

5

10

15

20

25

30

35

40

45Arus Basis, Tegangan VCE dan Hambatan Basis

RB (Ohm)

Aru

s B

asis

(mA

)/ Te

gang

an V

CE

(mV

)

1

2

3

IB

VCE

31

LM 339/239

OPEN COLLECTOR

VCC

Beban

Rpull-up

32

AND+

_

+

_

12V

1K

33

+

_

+

_

12V

1K

4,7K

4,7K

8,2K

12V

1K

Vin

Lampu

34

35

IC 555

36

LM 741

37

LM 358

38

TOTEM POLE OUTPUT

LM 358

39

SOURCE CURRENT

40

SINK CURRENT

41

LM 124/234/324

42

IC 555

43

relay

RDIODA FOTO

KOMPARATOR SCHMITT

PROYEK KITA

44

Field Effect Transistor - FET

Mengapa kita masih perlu transistor jenis lain?

BJT mempunyai sedikit masalah.

BJT selalu memerlukan arus basis IB, walaupun arus ini kecil, tetapi tidak bisa diabaikan, terutama sekali saat BJT digunakan sebagai saklar, pasti dibutuhkan arus yang cukup besar untk membuat transistor jenuh.

45

Field Effect Transistor - FETApakah ada jenis transistor lain yang bisa digerakkan dengan tegangan tanpa membutuhkan arus ?

Jawabannya ada di FET.Dengan perantaraan FET, kita dapat menghubungkan peralatan komputer atau transduser yang tidak bisa menghasilkan arus, dengan alat yang lebih besar.

FET bisa digunakan sbg bufer, sehingga tidak membutuhkan arus dari komputer/trasduser. Teknologi modern pembuatan IC, ternyata dimensi transistor FET bisa dibuat sangat kecil, sehingga pembuatan IC saat ini berdasarkan transistor FET ini.

46

FET vs BJT

BJTBase (B)Collector (C)Emitter (E)

Base currentCollector currentCollector-Emitter Voltage

FETGate (G)Drain(D)Source(S)

Gate VoltageDrain currentDrain-source voltage

47

Jenis-jenis FET• JFET (Junction FET)• MOSFET (Metal Oxide Silikon FET)• PMOS ( MOS saluran P)• NMOS (MOS saluran N)• Masih banyak lagi

48

FETFET VDS

VGS

ID

IS

Parameter FET : ID, VGS, VDS.

Dasar pemikiran FET:

Ada arus ID = IS yang mengalir melalui saluran, yang besarnya saluran dikendalikan oleh tegangan VGS.

Karena arus lewat saluran (yang berupa hambatan) maka ada tegangan VDS.

49

Junction FETs

50

JFET saluran N

51

Daerah deplesi membesar dengan bertambahnya tegangan balik

52

53

Saluran N

54

55

56

57

Arus Drain current vs tegangan drain-ke-source (tegangan gate-source = 0)

58

n-Channel FET for vGS = 0.

59

Typical drain characteristics of an n-channel JFET.

60

If vDG exceeds the breakdown voltage VB, drain current increases rapidly.

61

62

KURVA KARAKTERISTIK Junction FET

Hubungan

VGS dan ID

2PGSD VVkI

k : konstanta

VP : tegangan pinch-off atau threshold.

Arus dibatasi hanya saat tegangan VGS = 0

63

Junction FET – Sumber Arus

Kurva tak dipengaruhi tegangan VDS.

Arus hanya dipengaruhi VGS bukan VDS.

RS membuat VGS selalu negatip.

Misalnya RS = 4K, VGS = -4 V.

Arus di Rload = 1 mA.

RS

VDD

RLoad

64

KURVA VDS-ID Junction FET

22

2DS

DSPGSDVVVVkI

Ada dua daerah operasi :

saturation

linear.

Linear 2PGSD VVkI

SaturationLinear

Saturation

65

For low values of VDS the slopes, change from

a resistance (~5v/2.7mA~1.9k) to

a resistance (5v/10mA~0.5k).

A resistance is controlled by an input voltage.

VGSRG

VDD

RD

VDS, DRAIN-SOURCE VOLTAGE, (Volts)

This makes it possible to have an element in a circuit that can be electronically adjusted.

JFET - variable resistor

66

JFET - variable resistor (2)

Now lets analyze the circuit. In the linear region we had a relationship between ID and VDS.

To find the effective resistance this is the voltage across the channel divided by the current through the channel.

22

2DS

DSTGSDVVVVkI

VGS

RG

VDD

RD

221 DS

TGSDS

D

DS

VVVkVI

R

If it wasn’t for the last term, we would have a value of 1/RDS that was proportional to VGS, the control voltage and didn’t depend on VDS (remember VT is a constant of the FET, the pinch off voltage). This is like a resistor, and it forms a VOLTAGE DIVIDER with RD.

67

n-Channel depletion MOSFET.

68

n-Channel enhancement MOSFET showing channel length L and channel width W.

69

n-Channel depletion MOSFET showing channel length L and channel width W.

70

enhancement-mode n-channel MOSFET

71

vGS < Vto pn junction antara drain dan body reverse biased iD=0.

72

vGS < Vto pn junction antara drain dan body reverse biased iD=0.

Terbentuk saluran N

73

For vGS < Vto the pn junction between drain and body is reverse biased and iD=0.

74

vGS >Vto terbentuk saluran n. vGS bertambah saluran membesar.

vDS kecil ,I D sebanding dengan vDS.

resistor tergantung nilai vGS.

75

vDS bertambah, saluran mengecil di drain dan Laju pertambahan iD : melambat

Saat vDS> vGS -Vto, iD tetap

76

Threshold VoltageVto (VP)

77

Kurva karakteristik transistor NMOS

78Drain characteristics

79

Rangkaian penguat sederhana menggunakan NMOS .

80Drain characteristics and load line

81

vDS versus time.

82

83Graphical solution

84

85

The more nearly horizontal bias line results in less change in the Q-point.

86

Sinyal campuran

87

Rangkaian Ekivalen FET

88

Rangkaian ekivalen FET ( iD terpengaruh vDS)

89Penentuan gm dan rd

90

Common-source amplifier.

91

Rangkaian Ekivalen Common-Source amplifier.

92Common-source amplifier dengan nilai R

93 vo(t) dan vin(t) versus time

94

Gain magnitude versus frequency

95Source follower.

96

Rangkaian Ekivalen Source Follower.

97

Common-gate amplifier.

98

n-Channel depletion MOSFET.

99

Drain current versus vGS in the saturation region for n-channel devices.

100

p-Channel FET circuit symbols. Sama = n-channel devices,

kecuali arah panah

101

MOSFET-switch

Power MOSFET dapat dialiri arus besar sampai 75 A, dan daya 150 W.

Saat ON punya hambatan sekitar 10 Ohm.

Contoh : IRF510

Mempunyai arus maksimum 5,6 A dab hambatan saat ON 0,4 Ohm.

IRF510

VGS

RG

VDD

RLOAD

102

MOSFET-switch (2)

Kurva ID vs. VGS.

Ideal saklar:

saat OFF Arus =0.

Dari kuva terlihat :

Tegangan VGS

< 3 volt, ID = 0

> 5 V arus besar. OFF

ON

Note the log scale!

103

PMOS

It is made in n-type silicon.

In this device the gate controls hole flow from source to drain.

source

drain

n-type Si p

gate+ -

p

What if we apply a big negative voltage on the gate?

If |VGS |>|Vt | (both negative)

then we induce a + charge on the surface (holes)

source drain

n-type Si

P-MOSgate

p p

|VGS |>|Vt |

104

NMOS and PMOS Compared NMOS“Body” – p-typeSource – n-typeDrain – n-type VGS – positive VT – positive VDS – positive ID – positive (into drain)

PMOS“Body” – n-typeSource – p-typeDrain – p-type VGS – negative VT – negative VDS – negative ID – negative (into drain)

G

n nID

DS

pB

G

pID

DS

nB

ID

4321VDS

VGS=3V1 mA

VGS=0

(for IDS = 1mA)

4321VDS

VGS= 3V1 mA

VGS=0

ID

(for IDS = -1mA)

105

NMOS circuit symbol

CIRCUIT SYMBOLS

G

S

D

A small circle is drawn at the gate to remind us that the polarities are reversed for PMOS.

PMOS circuit symbol

G

S

D

106

PMOS Transistor Switch ModelOperation compared to NMOS: It is complementary.

For PMOS for the normal circuit connection is to connect S to VDD (The function of the device is a “pull up”)

VG = VDD

Switch is open : Drain (D) is disconnected from Source (S) when VG = VDD

VG =0

Switch is closed: Drain (D) is connected to Source (S) when VG =0

G

S

D

VDD

VDD

Switch OPEN

VDD

G

S

D

V=0

Switch CLOSED

S

D

G