DIODA SAMBUNGAN P-N

 

7.1 Semikonduktor

Semikonduktor tipe-n dibuat dari bahan silikon murni dengan menambahkan sedikit pengotor berupa unsur valensi lima. Empat elektron terluar dari “donor” ini berikatan kovalen dan menyisakan satu elektron lainnya yang dapat meninggalkan atom induknya sebagai elektron bebas. Dengan demikian pembawa muatan mayoritas pada bahan ini adalah elektron. Hal yang sama, semikonduktor tipe-p dibuat dengan mengotori silikon murni dengan atom valensi tiga, sehingga meninggalkan kemungkinan untuk menarik elektron. Pengotor sebagai “aseptor” menghasilkan proses konduksi dengan lubang (hole) sebagai pembawa muatan mayoritas.

7.2 Diode

Proses difusi ini tidak berlangsung selamanya karena elektron yang sudah berada di tempatnya akan menolak elektron yang datang kemudian. Proses difusiberakhir saat tidak ada lagi elektron yang memiliki cukup energi untuk mengalir.





Kita harus memperhitungkan proses elektron dapat menyeberang sambungan. Daerah yang sangat tipis dekat sambungan disebut daerah deplesi (depletion region) atau daerah transisi. Daerah ini dapat membangkitkan pembawa muatan minoritas saat terdapat cukup energi termal untuk membangkitkan pasangan lubang-elektron. Salah satu dari pembawa muatan minoritas ini, misalnya elektron pada tipe-p, akan mengalami pengaruh dari proses penolakan elektron difusi
dari tipe-n. Dengan kata lain elektron minoritas ini akan ikut tertarik ke semikonduktor tipe-n. Gerakan pembawa muatan akibat pembangkitan termal ini lebih dikenal sebagai “drift”. Situasi akan stabil saat arus difusi sama dengan arus drift. Pada daerah sambungan/daerah diplesi yang sangat tipis terjadi pengosongan
pembawa muatan mayoritas akibat terjadinya difusi ke sisi yang lain. Hilangnya pembawa muatan mayoritas di daerah ini meninggalkan lapisan muatan positip di daerah tipe-n dan lapisan muatan negatif di daerah tipe-p. Lapisan muatan pada daerah diplesi ini dapat dibandingkan dengan kapasitor keping sejajar yang termuati. Karena terjadi penumpukan muatan yang berlawanan pada masing-masing keping, maka terjadi perbedaan potensial yang disebut sebagai “potensial kontak”atau “potensial penghalang” o V. Keadaan ini disebut diode dalam keadaan rangkaian terbuka.

7.3 Efek Zener dan Avalanche

Pada tegangan panjar maju, ketinggian potensial penghalang akan menurun dan daerah deplesi akan menipis. Sebaliknya saat diberi panjar mundur daerah deplesi akan melebar. Jika panjar mundur dinaikkan terus, maka pada suatu harga tegangan tertentu terjadi kenaikan arus mundur secara tiba-tiba (lihat gambar 7.9). Keadaan ini terjadi akibat adanya efek Zener atau efek avalanche. Pada patahan Zener (Zener breakdown),medan listrik pada sambungan akan menjadi cukup besar untuk menarik elektron dari ikatan kovalen secara langsung. Dengan demikian akan terjadi peningkatan jumlah pasangan lubang-elektron secara tiba-tiba dan menghasilkan kenaikan arus mundur secara tiba-tiba pula. Efek avalanche terjadi pada tegangan di atas tegangan patahan Zener. Pada tegangan tinggi ini, pembawa muatan memiliki cukup energi untuk memisahkan elektron dari ikatan kovalen.



 

7.4 Diode Terowongan (Tunnel Diode)
Jika konsentrasi doping dinaikkan, maka lebar daerah deplesi akan menipis dan karenanya tinggi potensial penghalang akan menurun. Jika konsentrasi doping
dinaikkan lagi sehingga ketebalan darah deplesi menjadi lebih rendah dari 10 nm, maka terjadi mekanisme konduksi listrik baru dan menghasilkan karakteristik piranti elektronika yang unik. Seperti telah dijelaskan oleh Leo Esaki pada tahun 1958, bahwa untuk potensial penghalang yang sangat tipis menurut teori kuantum mekanik, elektron dapatmenerobos melewati potensial pengahalang (melalui terowongan) tanpa harus memiliki Diode Sambungan p-n 77 cukup energi untuk mendaki potensial tersebut. Karakteristik I-V dari ‘Diode Esaki” diperlihatkan pada gambar 7.14. Terlihat bagaimana arus terowongan memberi kontribusi terhadap arus yang mengalir terutama pada tegangan maju relatif rendah. Arus terowongan akan naik dengan adanya kenaikan tegangan sampai efek dari arus maju mulai memberi kontribusi. Setelah puncak arus p I dicapai, arus terowongan menurun dengan adanya kenaikan tegangan arus injeksi mulai mendominasi. Arus puncak p I dan arus lembah V I merupakan titik operasi yang stabil. Karena efek terowongan merupakan penomena gelombang, transfer elektron terjadi dengan kecepatan cahaya dan pergantian antara p I dan V I terjadi dengan cepat sehingga cocok untuk aplikasi komputer. Lebih jauh antara p I dan V I terdapat daerah dimana hambatan r = dV / dI berharga negatif yang dapat digunakan untuk osilator dengan frekuensi sangat tinggi. dan untuk lebih lengkapnya silahkan diunduh disini