Divais Gelombang Mikro ( Diode Tunnel )
Divais Gelombang Mikro ( Diode Tunnel )
Frekuensi gelombang mikro berada pada batas kira-kira 1 GHz (109 Hz) hingga 100 GHz dengan jarak yang sesuai dari 30 hingga 0,03 cm. Frekuensi dari 30 hingga 300 HZ disebut riak gelombang milimeter, karena jaraknya antara 10 dan 1 mm. Frekuensi tertinggi disebut riak gelombang sub milimeter. Banyak divais semikonduktor yang dapat dioperasikan dalam wilayah gelombang mikro. Akan tetapi, untuk dapat menerima kemampuan gelombang mikro, dimensi-dimensi divais harus dikurangi dan kapasitansi parasitik dan resistansi harus diperkecil sebagai contoh pada luasan wilayah MOSFET harus dikurangi untuk
menambah frekuensi potong dan menghubungkan resistansi ke sumber dan saluran harus diperendah hingga respon frekuensi tidak dibatasi oleh produk RC. Dalam makalah ini kita membahas salah satu divais gelombang mikro yaitu Diode Tunnel. Kita akan menginvestigasi prinsip operasional dari divais ini dan bagaimana mereka digunakan dalam aplikasi gelombang mikro.
1. Diode Sambungan p-n
Sebelum kita membahas lebih jauh tentang diode tunnel, terlebih dahulu kita membahas diode sambungan p-n karena sebuah diode tunnel terdiri dari sambungan (junction) p-n. Pada penyambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n, diperoleh suatu sambungan p-n dari bahan semikondukor tersebut, yang populer dikenal dengan sebutan diode junction p-n.
Dioda sambungan p-n adalah devais semikonduktor yang telah lama dikenal, bahkan telah digunakan sejak perang dunia kedua yaitu tahun 1940. Teori dioda sambungan p-n telah dikembangkan oleh Shockley di tahun 1949, yang akhirnya dengan teori ini dibuat transistor bipolar.
Sambungan p-n tidak dapat dibentuk hanya dengan menghubungkan semikondukor tipe-p dengan tipe-n begitu saja. Suatu bagian substrat kristal dapat dibuat menjadi tipe-p dengan menambahkan akseptor, sedangkan bagian lain dapat dibuat tipe-n dengan menambahkan donor.
Jika tak murni yang diberikan pada masing-masing tipe semikondukor sama beratnya dan homogen, maka akan ada perbedaan letak tingkat energi fermi (EF) pada masing-masing tipe. Untuk mencapai keadaan setimbang dari perubahan akibat pemberian takmurnian ini, maka pembawa muatan negatif (elektron) bergerak dan tipe-n menjadi tipe-p pada pita konduksi. Sedangkan pembawa muatan positif (hole) bergerak dari tipe-p ke tipe-n pada pita valensi. Peristiwa ini dikenal dengan istilah difusi. Akibat gerakan elektron dan hole ini, maka di sekitar daerah batas akan terjadi rekombinasi (elektron dan hole saling meniadakan). Dengan demikian maka tepat pada sambungan p-n akan terjadi daerah tanpa muatan bebas, yang disebut sebagai “Daerah deflesi” atau “daerah pengosongan”.
Dalam keadaan setimbang letak EF pada kedua tipe adalah sama artinya elektron dan hole akan berhenti sesudah EF di tipe-p dan tipe-n sama tinggi.
Oleh karena itu muatan positif terpisah dari muatan negatif, maka dalam daerah deflesi tetjadi medan listrik dalam yang melawan proses difusi selanjutnya. Medan listrik ini akan bertambah kuat bila pembawa muatan yang terdifusi dan berkombinasi bertambah banyaknya. Dengan adanya medan listrik ini maka antara tipe-p dan tipe-n dalam daerah deplesi akan terjadi perbedaan potensial listrik yang dikenal sebagai potensial barier (VB). Agar suatu elektron atau hole dapat menyebrangi persambungan, maka elektron atau hole tersebut harus memiliki energi lebih besar dan potensial barier yaitu q VB.
Frekuensi gelombang mikro berada pada batas kira-kira 1 GHz (109 Hz) hingga 100 GHz dengan jarak yang sesuai dari 30 hingga 0,03 cm. Frekuensi dari 30 hingga 300 HZ disebut riak gelombang milimeter, karena jaraknya antara 10 dan 1 mm. Frekuensi tertinggi disebut riak gelombang sub milimeter. Banyak divais semikonduktor yang dapat dioperasikan dalam wilayah gelombang mikro. Akan tetapi, untuk dapat menerima kemampuan gelombang mikro, dimensi-dimensi divais harus dikurangi dan kapasitansi parasitik dan resistansi harus diperkecil sebagai contoh pada luasan wilayah MOSFET harus dikurangi untuk
menambah frekuensi potong dan menghubungkan resistansi ke sumber dan saluran harus diperendah hingga respon frekuensi tidak dibatasi oleh produk RC. Dalam makalah ini kita membahas salah satu divais gelombang mikro yaitu Diode Tunnel. Kita akan menginvestigasi prinsip operasional dari divais ini dan bagaimana mereka digunakan dalam aplikasi gelombang mikro.
1. Diode Sambungan p-n
Sebelum kita membahas lebih jauh tentang diode tunnel, terlebih dahulu kita membahas diode sambungan p-n karena sebuah diode tunnel terdiri dari sambungan (junction) p-n. Pada penyambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n, diperoleh suatu sambungan p-n dari bahan semikondukor tersebut, yang populer dikenal dengan sebutan diode junction p-n.
Dioda sambungan p-n adalah devais semikonduktor yang telah lama dikenal, bahkan telah digunakan sejak perang dunia kedua yaitu tahun 1940. Teori dioda sambungan p-n telah dikembangkan oleh Shockley di tahun 1949, yang akhirnya dengan teori ini dibuat transistor bipolar.
Sambungan p-n tidak dapat dibentuk hanya dengan menghubungkan semikondukor tipe-p dengan tipe-n begitu saja. Suatu bagian substrat kristal dapat dibuat menjadi tipe-p dengan menambahkan akseptor, sedangkan bagian lain dapat dibuat tipe-n dengan menambahkan donor.
Jika tak murni yang diberikan pada masing-masing tipe semikondukor sama beratnya dan homogen, maka akan ada perbedaan letak tingkat energi fermi (EF) pada masing-masing tipe. Untuk mencapai keadaan setimbang dari perubahan akibat pemberian takmurnian ini, maka pembawa muatan negatif (elektron) bergerak dan tipe-n menjadi tipe-p pada pita konduksi. Sedangkan pembawa muatan positif (hole) bergerak dari tipe-p ke tipe-n pada pita valensi. Peristiwa ini dikenal dengan istilah difusi. Akibat gerakan elektron dan hole ini, maka di sekitar daerah batas akan terjadi rekombinasi (elektron dan hole saling meniadakan). Dengan demikian maka tepat pada sambungan p-n akan terjadi daerah tanpa muatan bebas, yang disebut sebagai “Daerah deflesi” atau “daerah pengosongan”.
Dalam keadaan setimbang letak EF pada kedua tipe adalah sama artinya elektron dan hole akan berhenti sesudah EF di tipe-p dan tipe-n sama tinggi.
Oleh karena itu muatan positif terpisah dari muatan negatif, maka dalam daerah deflesi tetjadi medan listrik dalam yang melawan proses difusi selanjutnya. Medan listrik ini akan bertambah kuat bila pembawa muatan yang terdifusi dan berkombinasi bertambah banyaknya. Dengan adanya medan listrik ini maka antara tipe-p dan tipe-n dalam daerah deplesi akan terjadi perbedaan potensial listrik yang dikenal sebagai potensial barier (VB). Agar suatu elektron atau hole dapat menyebrangi persambungan, maka elektron atau hole tersebut harus memiliki energi lebih besar dan potensial barier yaitu q VB.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar