bahan elektronika

Nama : ikhwani
Nim : 0708002010058
Prodi : Inskom
Tugas ilmu bahan elektronika

BAB I
PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang
Dalam ilmu bahan elektronika sudah tidak asing lagi dengan pencampuran senyawa-senyawa. Agar semakin baik, bahan-bahan elektronika tersebut juga harus semakin memiliki kesempurnaan dalam mengolah atau mencampurkannya. Namun ada beberapa bahan elektronika yang jika dicampur tidak terbaur dengan sempurna, karena disebabkan kedua bahan tersebut mempunyai perbedaan senyawa atau materi.
Para ilmuwan mengetahui bahwa jika bahan-bahan tersebut dapat tercampur atau dikombinasikan dengan lebih baik maka akan menghasilkan bahan-bahan elektronika baru yang lebih akurat, lebih baik serta lebih kecil ukurannya sehingga memenuhi karateristik komponen elektronika untuk masa depan yang lebih canggih. Misalnya dengan campuran yang sedikit saja sesama bahan-bahan dasar tersebut, sudah dapat bekerja dan memiliki kemampuan yang lebih baik daripada komponen-komponen sebelumnya. Sehingga bahan-bahan dasar tersebut dapat digabungkan terus-menerus antara bahan yang satu dengan bahan lainnya namun tetap mengacu kepada ukuran yang lebih kecil seperti yang diinginkan para ilmuwan elektronika pada abad ini.

1.2. Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini agar dapat memahami campuran- campuran bahan elektronika.

1.3.Permasalahan
Jika bahan-bahan tersebut dapat tercampur atau dikombinasikan dengan lebih baik maka akan menghasilkan bahan-bahan elektronika baru yang lebih akurat, lebih baik serta lebih kecil ukurannya sehingga memenuhi karateristik komponen elektronika untuk masa depan yang lebih canggih.


BAB II
DASAR TEORI

Atom terdiri atas inti atom dan elektron yng mengitari atom. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan negatif. Besar muatan elektron dan neutron sama yaitu e= 1,6x10-19 coulomb. Kulit terdalam adalah kulit K, diikuti dengan kulit l dan seterusnya. Kulit terluar atom disebut kulit valensi. Elektron valensi pada kulit terluar adalah kritis karena menentukan konduktivitas atom.
Kulit valensi atom dapat berisi hingga 8 elektron. Konduktivitas atom tergantung pada jumlah elektron pada kulit valensi. Bila atom memiliki satu elektron valensi maka akan mendekati sempurna. Bila atom memiliki 8 elektron valensi, kulit valensi disebut lengkap dan atom adalah isolator. Maka konduktivitas turun dengan bertambahnya elektron valensi.



BAB III
PEMBAHASAN

3.1 Bahan Semikonduktor
Semi konduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara isolator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur bersifat sebagai konduktor. Bahan semi konduksi yang sering digunakan adalah silikon(si), germanium(ge), carbon(C),dan galium arsenide.
Bahan semikonduktor, terutama silikon. Selain dipakai untuk fungsi-fungsi elektronik, bahan semikonduktor, terutama jenis senyawa golongan III dan V (compound semiconductor), juga dapat dipakai untuk membuat piranti solid-state yang mengeluarkan cahaya seperti laser dan LED (Light Emitting Diode). Bersama dengan silikon, semikonduktor yang terbuat dari unsur-unsur golongan III-V juga merupakan salah satu teknologi kunci di bidang teknologi informasi belakangan ini.
Keunikan semikonduktor dibanding bahan lainnya ialah semikonduktor bisa diubah konduktivitasnya (konduktivitas adalah kemampuan bahan untuk membawa arus listrik) dengan cara sengaja memasukkan elemen lain ke dalam kristal semikonduktor. Teknik ini disebut doping.
Kristal silikon yang 100% murni mempunyai muatan yang netral karena semua elektron valensi dari silikon (keseluruhannya ada 4 buah) berpasangan dengan elektron valensi atom silikon lainnya. Oleh karena kristal silikon murni mempunyai muatan netral, maka supaya dapat memiliki muatan atau menghantarkan arus listrik, kristal silikon harus dibuat tidak murni dengan cara memasukkan atom-atom dari elemen lainnya. Bila di-doping dengan atom golongan III seperti boron, kristal silikon mempunyai total muatan yang positif dan jika di-doping oleh atom golongan V seperti fosfor, maka total muatannya negatif. Kristal silikon yang total muatannya positif disebut tipe p, dan yang negatif disebut tipe n
.Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping tadi, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.
Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon.
Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole). Dapat disimak bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.
Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut.
Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat dirubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak

3.2 Jernis-Jenis semikonduktor
a. Semikonduktor intrinsik.
Semikonduktor instrinsik adalah semikonduktor yang belum disisipkan atom-atom lain (atom pengotor).atom-atom semikonduktor yang memiliki 4 elektron valensi tersusun sebagai kristal tetrahedral oleh adanya ikatan kovalen dengan atom yang terdekat. Semikonduktor jenis ini memiliki jumlah elektron dan hole(pembawa muatan positif) yang sama.

b. Semikonduktor ekstrinsik
Semikonduktor adalah semikonduktor yang sudah dimasukkan sedikit ketidakmurnian (doping). Akibat doping ini maka hambatan jenis semikonduktor mengalami penurunan. Untuk menyusun devais elektronis dipelukan bahan yang kaya akan satu jenis pembawa muatan saja yaitu lubang atau elektron saja.
Untuk itu dilakuka doping yakni memasukkan atom asing bervalensi 5 atau 3 dengan prosentase kecil, sehingga dihasilkan semikonduktor ekstrinsik.
 Semikonduktor jenis n
Semikonduktor jenis ini diperoleh dengan doping atom asing bervalensi, seperti Fosfor(P), Arsen(As), dan Antimon(Sb) kedalam semikonduktor intrinsik. Aras tenaga elektron valensi atom pengotor bervalensi 5 ini adalah ED sangat dekat dengan Ec (aras tenaga terendah pada bidang konduksi). Dengan menambahkan tenaga yang kecil saja pada elektron valensi ini maka elektron ini masuk ke bidang konduksi.
 semikonduktor jenis p
Semikonduktor jenis p diperoleh dengan doping atom asing bervalensi 3, seperti Boron(B), Aluminium(Al), dan Galium(Ga) kedalam semikonduktor intrinsik.
Atom bervalensi 3 ini disebut atom akseptor, karena untuk membentuk ikatan kovalen memperoleh sebuah elektron. Aras tenaga elektron valensi atom akseptor(Ea) ini sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan aras tenaga elektron valensi atom kristal asli(Ev). Dengan menambahkan sedikit tenaga (EA-Ev) kepada elektron valensi atom asli, maka elektron ini dapat meloncat dari ikatan kovalennya disertai pembentukan lubang pada ikatan kovalen yang ditinggalkannya.

3.3. Teknologi Semikonduktor
a. Teknologi Silikon
Silikon (Si) dengan persediaan yang berlimpah di bumi dan dengan teknologi pembuatan kristalnya yang sudah mapan, telah menjadi pilihan dalam teknologi semikonduktor. Kebutuhan akan kecepatan yang lebih tinggi dan unjuk kerja yang lebih baik dari komputer telah mendorong teknologi silikon VLSI ke silikon ultra high scale integration (ULSI).
Bahan permulaan untuk produksi silikon umumnya ada 2 macam bahan yang berasal dari bumi, yaitu pasir (silikon dioksida) dan zat karbon yang telah dibersikan (dari arang, batu bara, serpih-serpihan kayu, dan lain-lain). Jika dkedua bahan tersebut bereaksi bersama pada temperatur tinggi dalam tungku elektronik maka silikon dioksida akan terpisah dari oksidanya menjadi silikon saja. Dalam reaksi ini elemen silikon merupakan asap yang terjadi dalam reaksi pada temperatur tersebut. Kemudian dikondensasi sehingga kira-kira memberikan hasil 98% bahan silikon bersih yang dikenal dengan istilah Silikon Tingkat Metalurgi (metalurgical grade silicon).
SiO2 + 2-------> Si + 2CO
Dengan hanya berupa sebagian kecil fraksi dari metallurgical grade silicon yang telah dibersihkan maka bahan ini dapat digunakan dalam berbagai macam terapan dalam perakitan piranti-piranti untuk industri semikonduktor.
Proses pembersihan Metallurgical grade silicon diselesaikan dengan pengubahan material ini ke dalam Trichlorosilane (SiHCl3), yaitu dengan cara fraksinasi sederhana (atau bisa juga dengan distilasi) sehingga bahan silikon menjadi bahan semikonduktor yang standar. Trichlorosilane kemudian dikurangi dengan H2 supaya sekali lagi memberikan hasil suatu polycrystalline silicon. Reaksi untuk membentuk SiHCl3 adalah sebagai berikut:
Si+3HCI-------->SiH3+H2
1250oC
[hasil reaksi lain +SiCiH4]
Fraksinasi terpisah SiHCl3 merupakan hasil utama dari reaksi SiCl3 (silicon tetracloride), doping pengotor klorida (seperti fosfor, boron dan galium) dan klorida logam (seperti besi dan tembaga).
Silikon tingkat semikonduktor (yaitu silikon yang kurang lebih terdiri dari 1 bagian per satu milyar impurotas/pengotor) sekarang bisa diproduksi dengan pengurangan temperatur tinggi dari SiHCl3 yang telah bersih. Reaksi kimia ini terjadi dalam suatu kamar yang disebut "decomposer". Reaksi pengurangan yang merupakan reaksi balik dari reaksi di atas adlah sebagai berikut :
SiHCl3+H2-------->Si+3HCl
100oC

b. Teknologi GaAs
Salah satu hambatan dari teknologi silikon adalah sifat listrik yang berhubungan dengan rendahnya mobilitas pembawa muatan dari material silikon ini. Galium arsenide (GaAs) dan material-material panduannya telah dipertimbangkan sebagai material pengganti silikon. GaAs adalah material semikonduktor dari golongan III-V yang memiliki mobilitas elektron sekitar enam kali lebih tinggi dari silikon pada suhu ruang.

3.4. Sel Surya
Sel surya adalah pengubahan energi sinar matahari menjadi energi listrik secara langsung dan mudah serta sangat menjanjikan. Yang sama pentingnya ialah, munculnya topik penelitian di bidang ini telah berhasil menyadarkan masyarakat pada masa itu bahwa energi matahari memiliki potensi yang selama ini belum teroptimalkan dalam memenuhi kebutuhan energi dunia.
Sel surya dengan berbahan baku silikon hingga saat ini masih merupakan jenis sel surya yang paling banyak diteliti, dikembangkan serta dipasarkan. Selain dilatarbelakangi oleh penemuan pertama sel surya, mapannya pengetahuan akan silikon, terbuktinya kehandalan silikon dalam aplikasi sel surya, dan jumlah cadangan silikon di perut bumi berupa pasir silica yang berlimpah menjadi beberapa bahan pertimbangan utama. Belum ditambah oleh dukungan infrastruktur industri semikonduktor yang memang mengambil material silikon sebagai bahan dasar utama produk elektronika yakni microchip atau microprocessor.
Mantapnya silikon sebagai sel surya yang paling banyak diproduksi patut berterima kasih pada dukungan industri semikonduktor tersebut. Pada masa-masa awal industrialisasi sel surya, silikon sebagai bahan dasar sel surya merupakan bahan buangan dari industri semikonduktor. Silikon yang tidak terpakai pada industri semikonduktor dikarenakan, misal, kadar kemurnian silikon yang rendah, dipakai pada industri sel surya yang memang tidak terlalu membutuhkan material silikon dengan kemurnian yang sangat tinggi. Baru pada beberapa tahun belakangan inilah beberapa pabrik pemurnian silikon mulai memproduksi bahan material silikon khusus untuk aplikasi sel surya dengan berkaca pada pesatnya produksi sel surya silikon di dunia saat itu, maupun proyeksi pemasaran sel surya di masa depan. Saat ini, sel surya jenis silikon menempati pangsa pasar sekitar 82-85% pasar sel surya dunia.
Sel surya pertama memanfaatkan p-n junction silikon, yang menjadi cara kerja fundamental sel surya jenis apapun. Silikon jenis p (p-type) disambung dengan silikon jenis n (n-type) menghasilkan sambunagn p-n. p-type ini maksudnya silikon dengan kelebian muatan positif (surplus hole) dan n-type merupakan material silikon berkelebihan muatan negatif (surplus elektron). Adanya sambungan p-n ini memungkinkan kedua muatan positif (hole) maupun negatif (elektron) dapat berpindah dan mengalir ke arah yang berlawanan. Jika kedua ujung sambungan p-n ini dihubungkan dengan sebuah rangkaian listrik, maka elektron dan hole dapat mengalir ke rangkaian. Sinar mataharilah (photon) yang menggerakkan elektron dan hole tersebut menuju rangkaian tadi. (Mekanisme sel surya ini disederhanakan demikian saja, mungkin mekanisme sel surya yang lebih detail akan ditulis pada kesempatan tersendiri.
Proses pembuatan sel surya silikon ini terbilang paling sederhana diantara semua jenis sel surya. Meski merupakan sebuah proses dalam dunia semikonduktor yang identik dengan proses high-tech, namun jika mencermati proses pembuatan sel surya secara lebih detil, kesan tersebut berangsur-angsur hilang.

Tahapan umum pembuatan sel surya silikon :
1.Pemesanan dan spesifikasi silikon wafer yang dibutuhkan.
Pembuatan sel surya silikon ini bermula dari pemesanan silikon khusus untuk aplikasi sel surya yang dikenal sebagai “Cz-Si wafers (Czochralski Silicon wafers) di mana Cz merupakan proses utama pembuatan silikon wafer dari bijih silikon. Yang disebut dengan khusus ialah silikon wafer ini telah dimodifikasi menjadi silikon p-type dari pabrikan. Silikon wafer untuk sel surya ini berbentuk bujur sangkar dengan sudut yang diratakan, sebagaimana ditunjukkan pada di bawah. Dimensi silikon wafer ini ialah 10-15 cm dengan ketebalan antara 200-350 micron (0.2-0.35 mm).

2. Pembersihan permukaan silikon wafer.
Silikon wafer yang dipesan ini memiliki tipikal permukaan yang sangat kasar akibat pemotongan atau pengerjaan selama di pabrik pembuatan wafer. Untuk itu, permukaan silikon di etch (dikikis) dengan menggunakan larutan asam atau basa. Cukup dengan merendam silikon wafer ke dalam larutan tersebut, maka permukaan silikon wafer kira-kira sedalam 10 mikron akan terkikis secara merata.

3. Teksturisasi permukaan silikon wafer.
Agar silikon wafer yang dipergunakan dapat secara optimal menyerap sinar matahari, pada umumnya permukaan silikon diberi perlakuan khusus berupa teksturisasi dengan menggunakan larutan basa NaOH atau KOH dengan konsentrasi, temperatur maupun lama perlakuan tertentu. Dengan mencelupkan wafer ke dalam laruan tersebut, permukaan silikon menjadi kasar dengan tekstur menyerupai piramida. Tekstur wafer seperti piramida ini dapat mengurangi pemantulan sinar matahri yang dating serta meningkatkan penyerapan sinar matahari oleh permukaan wafer.
4. Difusi fosfor dan pembuatan lapisan n-type silikon.
Fosfor dikenal luas sebagai elemen tambahan (dopant) untuk membuat semikonduktor silikon berjenis n atau silikon n-type. Setelah proses teksturisasi, silikon wafer ini dimasukkan ke dalam dapur pemanas bertemperatur tinggi yang dilengkapi dengan larutan POCl3 sebagai sumber fosfor. Dengan meniupkan gas inert nitrogen ke dalam larutan, maka uap fosfor akan keluar dan dapat dialirkan ke dalam dapur. Suhu di dalam furnace dijaga sekitar 900-9500C sehingga uap fosfor tersebut dapat berdifusi masuk ke dalam silikon melalui sisi sisi permukaannya. Proses difusi biasanya dihentikan setelah 10-15 menit hinga terbentuknya lapisan silikon n-type di permukaan silikon dengan ketebalan lapisan sekitar 10-20 micron. Lapisan n-type ini berfungsi sebagai pelengkap sambungan p-n pada struktur sel surya dan lapisan konduktif yang mengalirkan elektron ke rangkaian listrik.

5. Penghilangan lapisan silikon n-type pada bagian sisi wafer.
Sebagaimana ditunjukkan pada gambar 4, lapisan silikon n-type terdapat pula di bagian sisi wafer yang bila ini terjadi maka ia dapat menghubungkan dua permukaan wafer. Untuk itu lapisan silikon n-type di sisi wafer perlu dihilangkan dengan memotong lapisan tersebut atau yang lebih presisi ialah dengan menggunakan plasma yang mengikis habis lapisan silikon n-type ini.

6. Pembuatan lapisan anti-refleksi.
Selain teksturisasi untuk memaksimumkan penyerapan sinar matahari, maka penggunaan lapisan anti-refleksi (anti-reflection coating/ARC) di atas lapisan silikon n-type. Lapisan ARC ini merupakan lapisan transparan/tembus cahaya yang dapat meneruskan sinar matahari yang jatuh di permukaan wafer namun tidak memantulkannya. Indeks refraksi lapisan ARC yang besar ini-lah yang menyebabkan ia tidak memantulkan sinar matahari. Material untuk ARC ini biasanya ialah TiO2 /titanium dioksida. Teknik pembuatannya dapat memanfaatkan teknik penguapan kimia (chemical vapor deposition/CVD) yang mereaksikan uap senyawaan titanium organik yang dicampur dengan uap air pada suhu yang relatif rendah yakni 2000C.


7. Metalisasi.
Agar dapat dihubungkan dengan kabel, silikon diberi lapisan metal yang konduktif sehingga dapat mengalirkan elektron/hole dari sel surya. Logam yang cocok untuk bertuas sebagai konduktor ini ialah Ag (perak). Ia memiliki sifat konduktifitas yang tinggi, memiliki daya rekat ke silikon wafer yang sangat baik serta berdaya tahan tinggi. Perak yang dipasang di silikon wafer sangat tipis dan pemasangannya menggunakan metode screen printing. Pasta larutan perak dioleskan di atas sebuah pola dengan bagian bagin tertentu yang memungkinkan pasta larutan perak mengisi permukaan wafer. Setelah selesai dioleskan di atas wafer, dengan pemanasan dan pengeringan 100-2000C, pasta akan mengering. Proses metalisasi ini dikerjakan pula di bagian belakang silikon wafer.

8. Pemanasan (co-firing).
Pemanasan pada suhu yang tinggi diperlukan untuk memantapkan lapisan metal konduktif karena masih terdapatnya residu/bahan bahan sisa organik selama pengeringan pada suhu rendah. Pada pemasan yang lebih tinggi, perak sebagai komponen konduktif menjadi semakin padat dan mampu mempenetrasi lapisan ARC dan akhirnya menyentuh lapisan silikon n-type tanpa merusak lapisan ARC sendiri. HIngga tahap ini, komponen sel surya sudah secara utuh terbuat.

9. Pengujian dan pemilihan sel.
Ini ialah tahap akhir dari pembuatan sel surya yakni menguji sel dan memeriksa efisiensi sel maupun akititas quality control lainnya.

10. Enkapsulasi dan pembuatan modul sel.
Sebagaimana disebutkan di awal, sel surya hanya berukuran 10×10 atau 15×15 cm. Agar sel dapat dipergunakan, dan menghasilkan daya yang bias dipasarkan, sel dirangkai menjadi sebuah modul yang lebih besar dan tersusun atas 20-30 sel.










BAB IV
PENUTUP

3.1. Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari makalah ini adalahsebagai berikut :
• Semi konduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara isolator dan konduktor.
• Bahan semi konduksi yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan galium arsenide.
• Ada dua jenis semikonduktor yaitu semikonduktor ekstrinsik dan semikonduktor ekstrinsik
• Teknologi semikonduktor terdiri dari teknologi silikon dan teknologi Ga As.
• Sel surya adalah pengubahan energi sinar matahari menjadi energi listrik secara langsung dan mudah serta sangat menjanjikan.

3.2. Saran.
Dalam pencampuran agar semakin baik, bahan-bahan elektronika tersebut juga harus semakin memiliki kesempurnaan dalam mengolah atau mencampurkannya. Namun untuk mencampurkan bahan-bahan dasar elektronika tadi secara lebih baik agar dapat menghasilkan komponen yang lebih canggih kemampuannya sangatlah sulit, ada beberapa bahan elektronika yang jika dicampur tidak terbaur dengan sempurna, karena disebabkan kedua bahan tersebut mempunyai perbedaan senyawa atau materi.