Karateristik Dioda Semikonduktor- Laboratorium Zat padat II -FISIKA

 

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Dioda merupakan komponen semikonduktor yang paling sederhana.Kata dioda berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua) mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda.Dioda adalah piranti elektronik yang hanya dapat melewatkan arus/tegangan dalam satu arah saja, dimana dioda merupakan jenis vacuum tube yang memiliki dua buah elektroda (terminal).Karena itu, dioda dapat dimanfaatkan sebagai penyearah arus listrik, yaitu piranti elektronik yang mengubah arus atau tegangan bolak-balik (AC) menjadi arus atau tegangan searah (DC).

Dioda jenis vacuum tube pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming (1849-1945) pada tahun 1904. Dioda terbentuk dari bahan semikonduktor tipe P dan N yang digabungkan.Dengan demikian dioda sering disebut PN junction.Dioda adalah gabungan bahan semikonduktor tipe N yang merupakan bahan dengan kelebihan elektron dan tipe P adalah kekurangan satu elektron sehingga membentuk Hole.Hole dalam hal ini berfungsi sebagai pembawa muatan. Apabila kutub P pada dioda (anoda) dihubungkan dengan kutub positif sumber maka akan terjadi pengaliran arus listrik dimana elektron bebas pada sisi N (katoda) akan berpindah mengisi hole sehingga terjadi pengaliran arus. Sebaliknya apabila sisi P dihubungkan dengan negatif baterai/sumber, maka elektron akan berpindah ke arah terminal positif sumber.

Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada saat dioda memperoleh catu arah/bias maju (forward bias).Karena di dalam dioda terdapat junction (pertemuan) dimana daerah semikonduktor type-p dan semikonduktor type-n bertemu.Pada kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau menghantar dan mempunyai tahanan dalam dioda relative kecil.Sedangkan bila dioda diberi catu arah/bias mundur (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada kondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir.

1.2  Tujuan Percobaan

1.      Untuk mengetahui pengaruh kuat arus pada dioda semikonduktor germanium dan silikon.

2        Untuk mengetahui karakteristik dioda semikonduktor.

3        Untuk mengetahui aplikasi dioda semikonduktor.

BAB II

DASAR TEORI

Dalam unit sebelumnya, semikonduktor dijelaskan dalam dua cara yang berbeda menunjukkan semikonduktor yang terletak di antara konduktor (a > 10⁵ ohm^-1 m^-1 ) dan isolator (σ <10^-10 ohm^-1.m^-1 , atau p > 10¹⁰ ohm.m). Di semikonduktor dijelaskan sebagai bahan-bahan tersebut dengan pita valensi terisi, tetapi dengan kesenjangan energi kecil antara pita terisi atas dan pita energi kosong di atasnya. Konsep yang terakhir ini lebih penting bagi para insinyur daripada yang pertama, karena itu memberikan dasar untuk perangkat elektronik yang tidak berdiri.

Dengan demikian, akan diinginkan untuk melihat lebih dekat pada pembawa muatan dalam semikonduktor dan pada celah energi yang terlibat dalam semikonduksi. Pembawa muatan pembawa muatan negatif termasuk elektron dan anion.  yang memiliki satu atau lebih elektron berlebih. Muatan pada elektron adalah 0,16 x 10^-18 A.s,  dan muatan pada ion negatif adalah kelipatan bilangan bulat dari nilai di atas. Pembawa muatan positif adalah kation dan lubang elektron. Yang pertama adalah  mudah dibayangkan. Mereka berada di atom yang kurang oleh satu atau lebih elektron.

Muatan pada ion positif juga merupakan kelipatan bilangan bulat 0,16 x 10^-18 A.s, tergantung pada jumlah elektron yang kekurangan.  Kation bermigrasi dengan medan listrik ke elektroda negatif;  anion bergerak ke arah berlawanan ke elektroda positif.  Sama seperti kation adalah atom yang pendek satu atau lebih dari elektron valensi, lubang elektron adalah bahan yang tidak memiliki satu atau lebih elektron dalam pita valensinya.Ini mungkin konsep baru bagi sebagian besar pembaca.Seperti yang dinyatakan sebelumnya, semikonduktor.Ini karena tidak ada energi panas, yaitu nol Kelvin. 

Ketika suhu dinaikkan, sebagian kecil elektron di pita valensi akan mengambil energi termal yang cukup untuk melompati celah.  Ini meninggalkan lubang elektron pada pita valensi . Sama seperti atom yang kekurangan elektron atau kation membawa muatan positif, tidak adanya elektron dalam pita valensi membawa muatan positif. Lubang elektron ini akan bergerak menuju elektroda negatif dan elektron di pita atas, atau konduksi dipercepat menuju elektroda positif.Kedua elektron dan biaya transpor lubang elektron. Oleh karena itu, total konduktivitas dalam semikonduktor adalah jumlah dari konduktivitas oleh negatif, σ_n, dan konduktivitas oleh pembawa positif, σ_p. Mengubah Misalnya :

    …………………………………………..…….(2.1) Dua jenis pembawa adalah (a) elektron dalam pita konduksi, dan (b) lubang elektron pada pita valensi. Unsur-unsur kelompok keempat dari tabel periodik meliputi carban (berlian), silikon, germanium, dan timah (abu-abu). Masing-masing elemen ini memiliki empat elektron valensi dan secara kimiawi serupa. Hasilnya, mereka memiliki struktur kristal yang sama. Demikian juga, mereka memiliki struktur pita yang sebanding. Masing-masing telah mengisi pita valensi, dan celah energi, di atasnya ada pita energi lain yang kosong atau nol kelvin. Ukuran kesenjangan energi keempat anggota Grup IV ini tidak sama-menurun dari 6 eV atau 10^-18 J untuk berlian, menjadi 1,1 eV untuk silikon, 0,7 eV untuk germanium, dan hanya 0,1 eV atau 0,016 x 10^-18 J untuk timah abu-abu. Dengan ukuran celah yang berkurang, kami menemukan bahwa fraksi elektron valensi yang meningkat memiliki energi termal yang diperlukan untuk melompati celah tersebut pada suhu kamar.                                                                                                (Choi, 2005)

Semua macam bahan mempunyai tingkatan vakum yang sama. Celah energi antara tingkatan fermi dari sebuah bahan dan tingkatan vakum disebut fungsi kerja. Dimensinya seperti energi, biasanya digunakan satuan eV. Bila pada logam diberikan energi dari luar yang lebih besar daripada , elektron-elektron dekat E_F akan dinaikkan ke tingkatan vakum dan menjadi elektron bebas. Celah energi dari semikonduktor antara tingkatan vakum dan E_C, yaitu tingkatan dasar dari jalur konduksi, disebut afinitas elektron yang dinyatakan oleh x_s.

Marilah kita selidiki apa yang akan terjadi bila logam dan semikonduktor dihubungkan membuat kontak yang erat. Karena E_FS> E_FM, elektron berpindah dari semikonduktor ke logam, sampai perbedaan tingkatan fermi mereka menjadi nol. Perpindahan elektron akan berhenti bila  hasilnya jumlah elektron dalam semikonduktor menurun, dan semikonduktornya menjadi bermuatan positif. Muatan-muatan positif mengionisasikan donor yang menempati suatu lebar tertentu dari semikonduktor terhadap bidang pertemuan loggam semikonduktor.

Elektron lebih memasuki logam tetapi jumlahnya dapat di abaikan dibandingkan dengan elektron-elektron dari logam itu sendiri. Bila tingkatan Ferminya telah rata, maka terjadilah dua daerah di dalam semikonduktor itu yaitu : daerah muatan-ruang yang berada dekat permukaan semikonduktor di mana hanya terdapat donor yang diionisasikan dan daerah netral di mana terdapat jumlah muatan positif dan negatif sama.

Terjadi medan listrik yang arahnya dari semikonduktor menuju logam dalam daerah muatan-ruang yang disebabkan oleh muatan positif, menghalangi arus elektron yang berasal dari daerah netral ke logam. Terdapat elektron-elektron yang dapat berpindah bebas antara logam dan semikonduktor. Elektron-elektron yang berada dengan tingkatan energi di atas E_F +  berada di dalam logam dan elektron dengan tingkatan energi di atas E_C + qV_D berada dalam semikonduktor, yang dapat bergerak bebas, sebab tidak ada barrier yang menghalangi mereka. Dan pula kedua tingkatan energi E_F +  dan E_C + qV_D berada di atas E_F dengan jarak yang sama yaitu   = E_C + qV_D - E_F. Maka konsentrasi elektron pada logam dan pada semikonduktor sama. Hubungan p-n merupakan dasar dari elektronik semikonduktor. Sifat hubungan p-n harus dimengerti benar, ini penting karena merupakan kunci agar dapat memahami elektronik semikonduktor. Hubungan p-n tidak bisa di bentuk hanya dengan menghubungkan semikonduktor tipe p dan tipe n begitu saja. Akan di dapat hubungan p-n bila kita rubah sebagian dari substrat kristal menjadi tipe-n dengan menambah donor dan bagian yang lain menjadi tipe-p dengan menambah aseptor. Ada beberapa cara untuk menghasilkan hubungan p-n yang mempunyai konsentrasi ketidakmurnian ini akan dibicarakan kemudian.

Pembawa-pembawa ini berdifusi ke daerah yang mempunyai konsentrasi rendah dan berekombinasi satu sama lain. Misalnya karena lubang dalam tipe-p ke tipe-n. proses yang sama terjadi pada elektron. Tetapi proses ini tidak terjadi terus menerus. Ambilah misalnya pada lubang. Bila ia meninggalkan daerah tipe-p dan hilang ke dalam daerah tipe-n karena berekombinasi, sebuah aseptor akan diionisasikan menjadi negatif dalam daerah tipe-p itu yang membentuk muatan ruang negatif. Hal yang sama terjadi pula pada elektron yang meninggalkan muatan ruang positif pada daerah tipe-n, ini membangkitkan medan listrik yang mulai dari ruang bermuatan positif, berakhir pada ruang bermuatan negatif.

Medan listrik ini menghambat lubang untuk berdifusi dari daerah tipe-p ke tipe-n, juga demikian pada elektron terhambat berdifusi dari tipe-n ke tipe-p. Akhirnya aliran pembawa berhenti setelah terdapat keseimbangan antara difusi dan hanyutan dari pembawa-pembawa yangdisebabkan oleh medan listrik yang berlawanan arahnya. Keadaan itu disebut keadaan seimbang. Dalam keadaan seimbang di dalam hubungan p-n terbentuk daerah :

1.      Daerah tipe-p netral : daerah di mana jumlah lubang sama dengan jumlah aseptor

2.      Daerah muatan ruang tipe-p : daerah di mana aseptor diionisasikan negatif

3.      Daerah muatan ruang tipe-n : daerah di mana donor diionisasikan positif

4.      Daerah tipe-n netral : daerah di mana jumlah donor sama dengan jumlah elektron.

Daerah-daerah 2 dan 3 bersama-sama disebut daerah muatan ruang atau lapisan deplesi atau dipole listrik. Dalam daerah ini terdapat medan listrik walaupun pada hubungan p-n tidak diberi tegangan. Medan ini disebut medan dalam. Dalam kedua daerah netral tidak terdapat medan. Secara ringkas, bila daerah tipe-p dan daerah tipe-n dibentuk dalam substrat kristal tunggal. Banyak macam cara untuk fabrikasi hubungan p-n. tidak ada fabrikasi yang standard, tetapi ada metoda spesial yang tergantung dari tiap bahan yang dipakai, secara umum dapat dikatakan bahwa : metoda paduan digunakan pada fabrikasi Ge, sedangkan untuk Si dengan metoda difusi panas. Distribusi ketidakmurnian pada hubungan p-n secara kasar terbagi dua tipe.Perbedaan ini memberikan pengaruh besar pada karakteristik listrik dan hubungan p-n, dengan adanya perbedaan distribusi muatan ruang ini maka terbentuklah lapisan depleksi.

Bila aseptor dimasukkan ke dalam keping atau wafer Si bagian dalam, dan wafer ini telah didop dengan konsentrasi donor N_D yang uniform dengan perantaraan difusi panas, maka konsentrasi ketidakmurnian menurun terhadap jarak dari permukaan, di mana dikenakan konsentrasi sumber difusi untuk aseptor adalah N_A, yang lebih besar dari N_D, ini adalah sifat difusi. Pada x = x_o, N_A = N_D untuk harga x > x_o maka N_A terus menurun. Daerah di mana x < x_o menjadi tipe-p karena N_A> N_D yaitu dengan konsentrasi efektif aseptor N_A – N_D.(Sutikno,  2010)

Disamping unsur-unsur semikonduktor, masih ada unsur-unsur semikonduktor senyawa yang berhasil di gunakan untuk pembuatan peralatan elektronika. Senyawa semi konduktor yang penting adalah senyawa sulfide kadnium (CdS), sulfur timah (PbS), telurida timah (PbTe), antimonide indium (InSb), arsenide gallium (GaAs), fosfida indium (InP) dan sebagainya. Di antara senyawa-senyawa ini, CDs telah digunakan sebagai senyawa pengukur cahaya; PbS dan PbTe telah digunakan sebagai detector inframerah. GaAs telah digunakan dalam pembuatan transistor, laser benda padat dan berbagai peralatan frekuensi tinggi khusus.

            Beberapa senyawa semi konduktor membentuk campuran (alloy) yang mempunyai sifat-sifat semi konduktor yang penting. Mereka dikenal sebagai semi konduktor alloy. di antara semi konduktor alloy. Diantara semi konduktor alloy, arsenide indium gallium (Ga, In, As) di gunakan pada alat-alat frekuensi tinggi dan alat-alat optika, tellurida kadnium merkuri (Hg, Cd, Te) digunakan untuk pembuatan detector inframerah yang efisien dan fosfida arsenide gallium (Ga, As, Pi) digunakan untuk diode pemancar cahaya (LED).

            Kalau penghantaran semikonduktor terutama hanya ditentukan oleh pembawa yang di bangkitkan panas maka semikonduktor ini disebut semi konduktor murni atau intrinsik.kalau semi konduktor murni tetap dijaga dalam suhu 0^oK, pita valensinya terisi penuh dan pita hantaran sama sekali kosong, karena energi panas dari elektron sama dengan nol, karena itu pada 0^oK semi konduktor murni bersifat osilator.Beberapa senyawa semi konduktor membentuk campuran (alloy) yang mempunyai sifat-sifat semi konduktor yang penting.

Mereka dikenal sebagai semi konduktor alloy.di antara semi konduktor alloy. Diantara semi konduktor alloy, arsenide indium gallium (Ga, In, As) di gunakan pada alat-alat frekuensi tinggi dan alat-alat optika, tellurida kadnium merkuri (Hg, Cd, Te) digunakan untuk pembuatan detector inframerah yang efisien dan fosfida arsenide gallium (Ga, As, Pi) digunakan untuk diode pemancar cahaya (LED). Sebaliknya kalua semi konduktor murni dijaga pada temperature kamar, beberapa elektron pita valensi memproleh cukup energi, melompat kedalam pita hantaran, dan menjadi bebas.                                                                                                                 (Morris, 1990)

Dioda semikonduktor daya memainkan peran penting dalam rangkaian elektronika daya. Sebuah dioda berperan sebagai saklar untuk menjalankan bermacam-macam fungsi, seperti sebagai saklar dalam penyearah, freewheeling dalam regulator saklar, pengisian balik kapasitor dan transfer energi antar komponen, isolasi tegangan dan balikan energi dari beban kesumber daya. Dioda daya dapat diasumsikan sebagai saklar ideal untuk kebanyakan aplikasi tetapi dioda dalam prakteknya berbeda dengan karakteristik ideal dan memiliki batasan yang cukup berarti. Dioda daya mirip dengan dioda sinyal pn-junction. Dioda daya memiliki daya yang sangat besar , kemampuan menangani tegangan dan arus yang lebih besar dibanding dioda sinyal. Respon frekuensi atau kecepatan pensaklaran lebih rendah dibanding dioda sinyal.Sebuah dioda daya adalah komponen sambungan-pn dua terminal dan sebuah-pn dibentuk dari penumbuhan pencampuran, difusi, dan aplikasi. Teknik kendali modern dalam proses difusi dan epiktasial mengizinkan karakteristik komponen yang diinginkan. Ketika potensial anoda positif terhadap katoda, dioda bertindak bias maju dan dioda terkonduksi.

Sebuah dioda terkonduksi memiliki drop tegangan maju yang relatif kecil dan besarnya tergantung pada proses manufakturnya dan temperatur sambungan. Ketika potensial katoda positif terhadap anoda, dioda dikatakan sebagai bias mundur. Di bawah kondisi tersebut, sebuah arus mundur yang kecil atau disebut juga rus bocor dalam rentang mikro atau miliamper mengalir dan arus bocor ini akan bertambah secara perlahan sesuai dengan peningkatan tegangan sampai tegangan zener atau avalanche tercapai. Karakteristik dapat dinyatakan dengan sebuah persamaan yang dikenal dengan persamaan diode Schockley, diberikan oleh :

               ………………………..………………………………….                 (2.2)

Koefisien emisi n tergantung pada material dan susunan fisik dioda.Untuk dioda germanium, n bernilai 1.Untuk dioda silikon, nilai prediksi n adalah 2, tapi untuk kebanyakan dioda silikon dalam prakteknya, nilai n berada dalam rentang 1.1 sampai 1.8. V_T dalam persamaan (2.2) disebut konstanta termal dan diberikan oleh persamaan :

              ………………………….……………..………………………………….                 (2.3)

Pada temperatur khusus, arus bocor I_s konstan untuk suatu dioda tertentu. Pada wilayah bias maju, V_D> 0. Arus dioda I_D sangat kecil jika tegangan dioda V_Dkurang dari nilai spesifik V_TD yang umumnya 0.7 V. Dioda terkonduksi penuh bila V_D lebih besar daripada nilai tersebut V_TD, yang direferensikan pada tegangan batas atau threshold voltage atau tegangan cut-in.

Sehingga, untuk V_D> 0.1 yang merupakan kasus umumnya, I_D>> I_S, dan persamaan (2.2) dapat didekati dalam kesalahan 2.1% dengan :

            I_D = I_s    ………………………………………….    (2.4) 

Sehingga tegangan batas adalah tegangan ketika dioda konduksi penuh.Dalam wilayah bias mundur, V_D< 0. Jika V_D negatif dan | V_D | >> V_T dengan muncul untuk V_D< -0.1, bagian eksponensial pada persamaan (2.1) menjadi kecil dan bisa diabaikan dan arus dioda menjadi :

            I_D = I_s   ………………………………………………….…   (2.5)

Yang menunjukkan bahwa arus dioda I_D pada arah mundur bernilai konstan dan sama dengan I_S. dalam wilayah breakdown, tegangan mundurnya tinggi, biasanya lebih besar dari 1000V. besar tegangan mundur pada suatu nilai tertentu dikenal sebagai tegangan breakdown V_BR.

Arus mundur meningkat cepat dengan sebuah perubahan kecil pada tegangan mundur V_BR. Operasi pada wilayah breakdown tidak akan merusak selama daya disipasi pada tingkat aman yang ditentukan oleh lembaran data pembuatnya. Meskipun begitu, perlu untuk membatasi arus mundur di wilayah breakdown agar membatasi disipasi daya dalam nilai yang diizinkan. Arus pada dioda sambungan bias maju tergantung pada efek bersih pembawa mayoritas dan minoritas.

Sekali dioda pada mode konduksi maju dan kemudian arus majunya di turunkan menjadi nol atau karena perilaku natural rangkaian dioda atau dengan menerapkan tegangan mundur, dioda meneruskan konduksi karena pembawa minoritas yang tersisa tersimpan dalam sambungan pn dan material semikonduktornya.Pembawa minoritas memerlukan waktu yang cukup untuk menyusun ulang dengan pengisian lawannya dan untuk dinetralkan. Waktu ini disebut reverse recovery time atau waktu pemulihan balik dioda.

Tipe pemulihan lunak atau soft recoveryi yang paling umum.Waktu pemulihan balik dinotasikan dengan t_rr dan diukur dari perpotongan initial zero crossing arus dioda sampai 25% arus balik puncak I_RR, t_rr berisi dua komponen t_a dan t_b, t_a karena pengisian komponen penyimpan di wilayah deplesi dari sambungan dan mereprsentasikan waktu antara zero crossing dengan arus mundur puncak, I_RR t_b karena pengisian komponen penyimpan dalam bagian terbesar material semikonduktor. Rasio t_a/t_b dikenal dengan faktor kelunakan atau softnes factor. Agar praktis, konsentrasikan pada waktu pemulihan total t_rr dan nilai puncak arus mundur puncak I_RR.

t_rr= t_a + t_b   …………………………………………………………………………...   (2.6)

            I_RR = t_a     ………..…………………………………………………………………   (2.7)

Jika sebuah dioda dalam kondisi bias mundur, arus bocor mengalir karena pembawa minoritas. Kemudian aplikasi dari tegangan maju akan memaksa dioda membawa arus ke arah maju. Namun begitu, hal itu memerlukan waktu tertentu yang dikenal dengan waktu pemulihan maju sebelum semua pembawa mayoritas melalui semua sambungan dapat mengkontribusikan pada aliran arus.

            Jika kenaikan tingkat arus maju tinggi dan arus maju dikonsentrasikan pada bagiam sambungan yang kecil saja, dioda mungkin gagal.Sehingga waktu pemulihan maju membatasi tingkat kenaikan arus maju dan kecepatan pensaklaran.Secara ideal, sebuah dioda harus tidak memiliki waktu pemulihan mundur. Namun, biaya pembuatan dioda seperti itu akan tinggi.

Dalam banyak penggunaan, efek dari waktu pemulihan mundur tidak terlalu penting, sehingga dioda murah dapat digunakan.Tergantung pada karakteristik pemulihan dan teknik pembuatan, dioda daya dapat diklasifikasikan dalam tiga kategori.Karakteristik dan batasan praktis tiap tipelah yang membatasi kegunaanya.

1.      Dioda standar atau dioda serbaguna

2.      Dioda pemulihan cepat

3.      Dioda Schottky

Dioda penyearah serbaguna memiliki waktu pemulihan mundur yang relatif tinggi biasanya 25μs, dan digunakan untuk aplikasi kecapatan rendah, yang waktu pemulihannya tidak kritis.Dioda ini mencakup tingkat arus dari kurang dari 1 A sampai beberapa ribu ampere dengan tingkat tegangan 50 V sampai sekitar 5 kV.Dioda ini secara umum dibuat dengan difusi. Namun, tipe campuran atau alloy dari penyearah yang digunakan untuk suplai daya pengelasan paling efektif pembiayaannya dan kasar, dan memiliki tingkat kemampuan sampai 300 A dan 1000 V.

            Memiliki waktu pemulihan rendah, normalnya kurang dari 5μs.Digunakan untuk rangkaian konverter dengan kecepatan pemulihannya yang sangat penting.Dioda ini mencakup tingkat arus mulai kurang dari 1 A sampai ratusan ampere, dengan tingkat tegangan mulai 50 V sampai 3 kV.Untuk tingkat tegangan di atas 400 V, dioda ini dibuat melalui difusi dan waktu pemuliahn diatur oleh difusi platina atau emas.Untuk tingkat tegangan di bawah 400 V, dioda epitaksi lebih cepat dibanding dioda difusi.Dioda pemulihan cepat mempunyai lebar basis yang tipis, yang menghasilkan waktu pemulihan ulang kurang dari 50 ns.

            Masalah pengisian penyimpan sambungan pn dapat dihilangkan atau diminimalkan dalam dioda. Dengan mengatur potensial barrier dengan sebuah kontak antara metal dan semikonduktor. Sebuah lapisan metal didepositkan pada lapisan epitaksi tipis silikon tipe-n. Potensial barrier mensimulasikan perilaku sambungan pn.Aksi penyearahan tergantung pada pembawa mayoritas dan sebagai hasilnya tidak ada kelebihan pembawa minoritas untuk merekombinasi.Efek pemulihan semata-mata karena kapasitansi diri sambungan semikonduktor.

Pengisian pemulihan dioda Schottky jauh lebih kecil daripada sebuah dioda sambungan pn yang ekuivalen.Jika hanya karena kapasitansi sambungan, pengisian pemulihan memiliki ketidaktergantungan yang besar dari di/dt mundur.Sebuah dioda Schottky memiliki tegangan jatuh maju yang relatif kecil.Arus bocor dioda Schottky lebih tinggi dari dioda sambungan pn.Sebuah dioda Schottky dengan tegangan konduksi relatif kecil memiliki arus bocor relatif besar dan sebaliknya.Sebagai hasil, tegangan maksimum yang diizinkan biasanya dibatasi pada 100 V.Dioda Shottky ideal untuk arus tinggi tegangan rendah catu daya dc.

Meskipun begitu, dioda tersebut juga digunakan pada catu daya arus kecil untuk meningkatkan efisiensi. Dalam banyak aplikasi tegangan tinggi misalnya jalur transmisi HVDC, satu dioda yang ada secara komersial tidak dapat memnuhi tingkat tegangan dan dioda dihubungkan secara seri untuk meningkatkan kemampuan penahan mundur atau reverse blocking.

Dalam kondisi bias maju, kedua dioda konduksi dengan nilai arus yang sama dan drop tegangan maju tiap dioda akan kira-kira sama. Meskipun begitu, dalam kondisi penahan mundur tiap dioda memiliki arus bocor sama dan sebagai hasil tegangan penhan akan berbeda cukup berarti. Sebuah solusi sederhana untuk masalah ini adalah untuk memaksa tegangan bagi yang sama dengan menghubungkan sebuah resistor melalui tiap dioda. Dalam aplikasi daya tinggi, dioda dihubungkan secara paralel untuk meningkatkan kemampuan membawa arus untuk memenuhi kebutuhan arus yang diinginkan.Pembagian arus dioda dalam keserasian dengan tegangan jatuh maju.    (Mendicino, 2000)

BAB III 

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1    Peralatan dan Fungsi

1.         Analog Design Unit

a.    Resistor 2 buah (100 Ω, 1 kΩ)

Fungsi : Sebagai hambatan pada rangkaian.

b.    Dioda Silikon IN4003

Fungsi : Sebagai komponen yang diukur tegangannya.

c.    Dioda Germanium IN60

Fungsi : Sebagai komponen yang diukur tegangannya.

d.   Digital Meter

Fungsi : sebagai alat untuk mengukur tegangan pada dioda silikon dan germanium.

2.         Multimeter Digital

Fungsi : sebagai alat untuk mengukur arus.

3.         Cok Sambung

Fungsi : untuk menghubungkan Analog Design Unit dengan arus listrik.

4.         Jumper

Fungsi : Untuk menghubungkan komponen dengan peralatan dan penghubung antar

komponen.

5.         Kabel Analog

Fungsi : Untuk menghubungkan Analog Design Unit dengan PLN

6.      Penjepit Buaya

Fungsi : Untuk menghubungkan antara rangkaian dengan multimeter digital

3.2  Prosedur Percobaan

3.2.1   Untuk Dioda Germanium

1.    Disediakan peralatan yang akan digunakan dalam percobaan.

2.    Disusun rangkaian sesuai dengan gambar berikut

3.    Diatur tegangan awal sebesar 12 V yang akan ditunjukkan oleh voltmeter.

4.    Diatur arus masukan dengan menggunakan multimeter sebesar 0,1 A.

5.    Diukur tegangan yang dihasilkan dengan menggunakan multimeter digital.

6.    Dicatat hasil yang tertera pada multimeter digital.

7.    Dilakukan cara yang sama untuk variasi arus 0,1 A; 0,2 A; 0,3 A; 0,4 A; 0,5A; 0,6 A; 0,7 A; 0,8 A; 0,9 A; 1,0 A; 2,0 A; 3,0 A.

8.    Dicatat hasil yang tertera pada multimeter digital.

 

3.2.2        Untuk Dioda Silikon

1.    Disediakan peralatan yang akan digunakan dalam percobaan.

2.    Disusun rangkaian sesuai dengan gambar berikut

3.    Diatur tegangan awal sebesar 12 V yang akan ditunjukkan oleh voltmeter.

4.    Diatur arus masukan dengan menggunakan multimeter sebesar 0,1 A.

5.    Diukur tegangan yang dihasilkan dengan menggunakan multimeter digital.

6.    Dicatat hasil yang tertera pada multimeter digital.

7.    Dilakukan cara yang sama untuk variasi arus 0,1 A; 0,2 A; 0,3 A; 0,4 A; 0,5A; 0,6 A; 0,7 A; 0,8 A; 0,9 A; 1,0 A; 2,0 A; 3,0 A.

8.    Dicatat hasil yang tertera di multimeter digital.

9.    Dilepaskan semua rangkaian dan peralatan.

10.     Dikembalikan peralatan ke tempat semula.

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

4.1. Data Percobaan                                                    

If (mA)	0,1	0,2	0,3	1,0	2,0	3,0
Vf  Ge (V)	1,5	3,1	4,6	13,7	26,4	39,9
Vf Si (V)	1,4	2,9	4,1	12,7	25,3	37,6

4.2. Analisa Data

4.2.1 Menghitung Nilai R

R= V/I

 

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1         Kesimpulan

1.        Dari percobaan yang telah dilakukan diketahui bahwa pengaruh kuat arus pada dioda semikonduktor germanium dan silikon yaitu berbanding lurus tetapi tidak menghasilkan kurva yang linier. Apabila kuat arus yang diberikan semakin tinggi maka tegangan yang dihasilkan juga akan semakin tinggi. Hubungan antara besarnya arus yang mengalir melalui dioda dengan tegangan VA-K dapat dilihat pada kurva karakteristik dioda. Ada dua macam kurva, yakni dioda germanium (Ge) dan dioda silikon (Si). Pada saat dioda diberi bias maju, yakni bila VA-K positif, maka arus I_Dakan naik dengan cepat setelah VA-K mencapai tegangan cut-in (V_ϴ). Tegangan cut-in (V_ϴ) ini kira-kira sebesar 1,8 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.

 

2.        Dari hasil percobaan yang telah dilakukan bahwa dapat diketahuikarakteristik dioda semikonduktor germanium dan silikon melalui kurva karakteristik dioda yang ditunjukan pada gambar dibawah ini.

Bagian kiri bawah dari grafik pada gambar tersebut 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 ampere dalam contoh ini adalah 1 uA. Sedangkan untuk dioda silikon Is adalah dalam orde nano ampere dalam hal ini adalah 10 nA. Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negatif 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.

 

3.        Aplikasi dari dioda semikonduktor adalah :

·      Transistor

·      Solar Cell

·      Lighting-Emitting Diode (LED)

·      Quantum dot

·      Digital integrated circuit

·      Analog integrated circuit

DAFTAR PUSTAKA 

Choi, Hong. 2005. LONG WAVELENGTH INFRARED SEMICONDUCTOR LASERS. Califordia:       Willey Interscience.

          Pages : 3 – 5, 10 – 11

Mendicino, Laura. 2000. ENVIRONMENTAL ISSUES IN THE ELECTRONICS AND SEMICONDUCTOR INDUSTRIES. USA: The Electrochemical Society.

          Pages : 150 - 154

Morris, P,R. 1990. SEMICONDUCTOR INDUSTRY.London: Peter Peregrinus Ltd.

Pages : 64 -70

Sutikno. 2010. PENGANTAR FISIKA DAN TEKNOLOGI SEMIKONDUKTOR. Edisi Pertama. Yogyakarta: Deepublish.

            Halaman :  1 – 6

Dioda Germanium

Dioda Silikon