Bagaimana Semikonduktor Bekerja?

Semikonduktor adalah bahan yang unik: padatan yang konduktivitas listriknya dapat diubah dengan sengaja, biasanya secara dinamis (dapat dibalik). Mereka digunakan untuk membuat perangkat semikonduktor, yang mengarah ke Era Informasi pada akhir abad ke-20. Hari ini, bahan-bahan ini ada di mana-mana dan terus menembus lebih jauh ke dalam kehidupan sehari-hari kebanyakan orang.

Pasir terdiri dari silikon dioksida, yang diekstraksi untuk menghasilkan bahan sintetis yang biasa digunakan untuk membuat perangkat semikonduktor.

Perangkat yang dibuat dengan semikonduktor termasuk aktuator dan sistem kontrol di mobil, pemutar MP3 , ponsel, dan semua jenis komputer. Bahan-bahan ini bisa dibilang salah satu teknologi terpenting abad ke-20, dan terus menjadi aspek sentral dari ekonomi maju. Yang paling umum terbuat dari silikon , karena relatif murah untuk diekstraksi dari pasir. Industri semikonduktor menjual beberapa ratus miliar dolar AS produk per tahun.

Transistor semikonduktor ditemukan di Bell Labs pada tahun 1947 dan variasinya digunakan saat ini dalam elektronik yang kompleks, seperti komputer.

Semikonduktor pertama adalah detektor kecil di radio yang populer sekitar awal abad ke-20. Mereka disebut “kumis kucing” dan unsur semikonduktornya adalah timbal sulfida. Tidak seorang pun pada saat itu benar-benar mengerti bagaimana mereka bekerja; mereka baru saja melakukannya. Baru pada tahun 1939 Richard Ohl, seorang penemu di Bell Labs yang juga pertama kali mematenkan sel surya , menemukan bahwa kristal tertentu dengan pengotor kecil memiliki konduktivitas yang bervariasi berdasarkan paparan cahaya. Karyanya tumbuh dari upaya untuk menemukan amplifier frekuensi tinggi yang praktis untuk aplikasi di radio.

Pemutar mp3 yang mencakup semikonduktor.

Delapan tahun kemudian, pada tahun 1947, ilmuwan lain di Bell Labs menggunakan bahan semikonduktor untuk membuat perangkat titik-kontak yang mereka sebut transistor . Bahan yang digunakan adalah germanium . Seluruh perangkat tingginya sekitar setengah kaki, dan membutuhkan unsur yang sangat murni.

Baca Juga  Apa itu Peralatan Komputer?

Struktur yang mendasari setiap transistor adalah pn junction. Ini memiliki dua wilayah: wilayah ap dan wilayah n. Daerah p “didoping” dengan sejumlah kecil boron, menyebabkan bahan menjadi diisi dengan banyak “lubang” elektron , yang merupakan ketiadaan elektron di mana elektron seharusnya berada. Ini terjadi karena boron memiliki valensi tiga, yang menyebabkannya menyerap elektron terluar yang terikat lemah dari atom semikonduktor valensi empat, meninggalkan rongga pada tempatnya. Wilayah n didoping dengan bahan yang memiliki valensi lima, menyebabkan efek sebaliknya, di mana pengotor menyumbangkan elektron ekstra mereka ke bahan, menyebabkan kelimpahan elektron.

Kelimpahan relatif dan tidak adanya elektron ini dimanfaatkan dalam transistor. Serangkaian dua persimpangan pn membentuk jantung perangkat. Dengan memanipulasi sambungan, aliran muatan dapat diatur dengan tepat, memungkinkan elektronik yang kompleks. Variasi pada transistor dapat digunakan untuk membuat LED dan sensor yang sangat halus, sementara kebanyakan komputer memiliki miliaran transistor dari beberapa jenis yang berbeda. Meskipun silikon adalah transistor yang paling umum saat ini, berlian, yang dapat dikonfigurasi dalam matriks 3D lebih mudah daripada transistor silikon, dapat digunakan di masa depan.

Wafer semikonduktor silikon memungkinkan ponsel dan perangkat elektronik lainnya untuk melakukan sejumlah besar operasi meskipun ukurannya kecil.