Semikonduktor Pada Telepon

2.1. Pengertian Telepon

Telepon adalah suatu alat komunikasi jarak jauh dengan sistem penghubung kabel dan satelit yang dapat menawarkan fasilitas suara sehingga interaksi komunikasi dua arah dapat terjadi. Secara umum, suatu alat (device) pada sistem komunikasi terdiri dari pengirim (transmitter) dan penerima (receiver).
Alat semikonduktor atau semiconductor devices, adalah sejumlah komponen elektronik yang menggunakan sifat-sifat materi semikonduktor, yaitu Silikon, Germanium, dan Gallium Arsenide. Alat-alat semikonduktor jaman sekarang telah menggantikan alat thermionik (seperti tabung hampa). Alat-alat semikonduktor ini menggunakan konduksi elektronik dalam bentuk padat (solid state), bukannya bentuk hampa (vacuum state) atau bentuk gas (gaseous state). Alat-alat semikonduktor dapat ditemukan dalam bentuk-bentuk dicrete (potongan) seperti transistor, diode, dll, atau dapat juga ditemukan sebagai bentuk terintegrasi dalam jumlah yang sangat besar (jutaan) dalam satu keping Silikon yang dinamakan Sirkuit terpadu (IC).
Bila sebuah semikonduktor murni dan tidak ter"eksitasi" oleh sebuah input seperti medan listrik dia mengijinkan hanya jumlah sangat kecil arus listrik untuk berada dalam dirinya, dan ia merupakan sebuah insulator. Alasan utama mengapa semikonduktor begitu berguna adalah konduktivitas semikonduktor yang dapat dimanipulasi dengan menambahkan ketidakmurnian (doping, dengan pemberian sebuah medan listrik, dikenai cahaya, atau dengan cara lain. CCD, sebagai contoh, unit utama dalam kamera digital, bergantung pada kenyataan bahwa konduktivitas semikonduktor meningkat dengan terkenanya sinar. Operasi transistor tergantung konduktivitas semikonduktor yang dapat ditingkatkan dengan hadirnya sebuah medan listrik.
Konduksi arus dalam sebuah semikonduktor terjadi melalui elektron yang dapat bergerak atau bebas dan lubang. Lubang bukan partikel asli; dalam keadaan yang membutuhkan pengetahuan fisika semikonduktor untuk dapat mengerti: sebuah lubang adalah ketiadaan sebuah elektron. Ketiadaan ini, atau lubang ini, dapat diperlakukan sebagai muatan-positif yang merupakan lawan dari elektron yang bermuatan-negatif. Untuk mudahnya penjelasan "elektron bebas" disebut "elektron", tetapi harus dimengerti bahwa mayoritas elektron dalam benda padat, tidak bebas, tidak menyumbang kepada konduktivitas.
Bila sebuah kristal semikonduktor murni sempurna, tanpa ketidakmurnian, dan ditaruh di suhu yang mendekati nol mutlak dengan tanpa "eksitasi" (yaitu, medan listrik atau cahaya), dia tidak akan berisi elektron bebas dan tidak ada lubang, dan oleh karena itu akan menjadi sebuah insulator sempurna. Pada suhu ruangan, eksitasi panas memproduksi beberapa elektron bebas dan lubang dalam pasangan-pasangan, tetapi kebanyakan semikonduktor pada suhu ruangan adalah insulator untuk kegunaan praktikal.

2.2. Semikonduktor Pada Telepon
Adapun alat-alat semikonduktor yang menyusun komponen pada telepon adalah :

2.2.1 Chip
Rangkaian elektronik yang merupakan gabungan dari jutaan transistor, resistor dan komponen elektronika lain. Jika anda pernah membongkar komputer, hand phone atau peralatan elektronik lain, komponen terbesarnya adalah chip dengan puluhan atau ratusan kaki. Chip ini merupakan otak kerja dari suatu devais elektronika dan berfungsi sangat kompleks. Semakin kompleks fungsi dari suatu chip, semakin banyak jumlah komponen yang terintegrasi di dalamnya.
Industri semikonduktor menghasilkan berbagai jenis chip untuk produk-produk, elektronik masa kini. Di bawah ini beberapa contohnya :
1) Dynamic Random Access Memory (DRAMs) merupakan memori utama komputer — komputer saat ini dapat memiliki hingga 8 DRAM chip pada satu papan elektronik (circuit board) untuk memenuhi kebutuhan pengguna. DRAMs dapat menyimpan memori selama ia menerima energi listrik, sehingga apabila komputer dimatikan, memorinya akan terhapus. Pada saat kita memasukkan informasi ke dalam komputer, DRAM akan menyimpan data tersebut hingga data itu disimpan ke dalam disk.
2) Mikroprosesor (MPUs) merupakan otak dari suatu komputer. Mikroprosesor terdiri dari unit pemroses pusat (central processing unit) dan memori yang dapat diprogram. Mikroposesor inilah yang menginstruksikan apa yang harus dilakukan pada saat komputer berfungsi. Mikroprosesor juga digunakan pada produk elektronik lainnya.
3) Application Specific Integrated Circuits (ASICs) merupakan semikonduktor yang didesain untuk fungsi yang sangat spesifik dan digunakan pada produk elektronik seperti kamera, sistem airbag mobil, printer, dan lain-lain.
4) Digital Signal Processors (DSPs) memproses sinyal, seperti gambar dan suara atau pulsa radar. DSP mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital, kemudian memperbaiki, mengolah dan/atau memanipulasi sinyal tersebut dengan cepat. DSP digunakan pada telepon genggam, modem kecepatan tinggi, dan produk lainnya.
5) Programmable memory chips (EPROMs, EEPROMs, and Flash) digunakan untuk melakukan fungsi-fungsi yang diprogramkan ke dalam chip. Progam ini disimpan di dalam chip meskipun tidak diberi catu daya. Chip ini digunakan pada telepon genggam, video game, perangkat wireless dan lain-lain.

2.2.2 Wafer
Lempengan silikon berbentuk lingkaran di mana chip dibuat. Diameternya wafer yang tersedia dari 150mm, 200mm, dan 300mm (yang terbesar saat ini). Satu wafer memuat ratusan hingga ribuan chip untuk diproses secara bersamaan.

2.2.3 Dioda Tabung
Dioda tabung pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming (1849-1945) pada tahun 1904. Pada dioda, plate diletakkan dalam posisi mengelilingi katoda sedangkan heater disisipkan di dalam katoda. Elektron pada katoda yang dipanaskan oleh heater akan bergerak dari katoda menuju plate. Untuk dapat memahami bagaimana cara kerja dioda dapat meninjau 3 situasi sebagai berikut ini yaitu:
- Dioda diberi tegangan nol
- Dioda diberi tegangan negative
- Dioda diberi tegangan positive.


2.2.4 Dioda LED
Light emitting diode merupakan dioda semikonduktor khusus yang berfungsi memancarkan cahaya apabil ada arus yang melaluinya. Dioda tersebut banyak menghasilkan gelombang. Sedangkan LD adalah LED yang dibuat khusus untuk dapat beroperasi sebagai laser (light amplifications by stimulated emission of radiation). Dioda tersebut hanya menghasilkan satu panjang gelombang dan banyak digunakan untuk mentransmisikan data.
2.2.5 Dioda Zener
Dioda Zener Sebuah dioda biasanya dianggap sebagai alat yang menyalurkan listrik ke satu arah, namun Dioda Zener dibuat sedemikian rupa sehingga arus dapat mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas “tegangan rusak” (breakdown voltage) atau “tegangan Zener”.
Dioda yang biasa tidak akan mengijinkan arus listrik untuk mengalir secara berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan rusaknya. Jika melampaui batas tegangan rusaknya, dioda biasa akan menjadi rusak karena kelebihan arus listrik yang menyebabkan panas. Namun proses ini adalah reversibel jika dilakukan dalam batas kemampuan. Dalam kasus pencatuan-maju (sesuai dengan arah gambar panah), dioda ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage) sekitar 0.6 Volt yang biasa untuk dioda silikon. Tegangan jatuh ini tergantung dari jenis dioda yang dipakai.
Sebuah dioda Zener memiliki sifat yang hampir sama dengan dioda biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat dengan tengangan rusak yang jauh dikurangi, disebut tegangan Zener. Sebuah dioda Zener memiliki p-n junction yang memiliki doping berat, yang memungkinkan elektron untuk tembus (tunnel) dari pita valensi material tipe-p ke dalam pita konduksi material tipe-n. Sebuah dioda zener yang dicatu-balik akan menunjukan perilaku rusak yang terkontrol dan akan melewatkan arus listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada tegangan zener. Sebagai contoh, sebuah diode zener 3.2 Volt akan menunjukan tegangan jatuh pada 3.2 Volt jika diberi catu-balik. Namun, karena arusnya tidak terbatasi, sehingga dioda zener biasanya digunakan untuk membangkitkan tegangan referensi, atau untuk menstabilisasi tegangan untuk aplikasi-aplikasi arus kecil.
Tegangan rusaknya dapat dikontrol secara tepat dalam proses doping. Toleransi dalam 0.05% bisa dicapai walaupun toleransi yang paling biasa adalah 5% dan 10%.
Efek ini ditemukan oleh seorang fisikawan Amerika, Clarence Melvin Zener.
Mekanisme lainnya yang menghasilkan efek yang sama adalah efek avalanche, seperti di dalam dioda avalanche. Kedua tipe dioda ini sebenarnya dibentuk melalui proses yang sama dan kedua efek sebenarnya terjadi di kedua tipe dioda ini. Dalam dioda silikon, sampai dengan 5.6 Volt, efek zener adalah efek utama dan efek ini menunjukan koefisiensi temperatur yang negatif. Di atas 5.6 Volt, efek avalanche menjadi efek utama dan juga menunjukan sifat koefisien temperatur positif.
Dalam dioda zener 5.6 Volt, kedua efek tersebut muncul bersamaan dan kedua koefisien temperatur membatalkan satu sama lainnya. Sehingga, dioda 5.6 Volt menjadi pilihan utama di aplikasi temperatur yang sensitif.
Teknik-teknik manufaktur yang modern telah memungkinkan untuk membuat dioda-dioda yang memiliki tegangan jauh lebih rendah dari 5.6 Volt dengan koefisien temperatur yang sangat kecil. Namun dengan munculnya pemakai tegangan tinggi, koefisien temperatur muncul dengan singkat pula. Sebuah dioda untuk 75 Volt memiliki koefisien panas yang 10 kali lipatnya koefisien sebuah dioda 12 Volt.
2.2.6. Resistor
Tahanan listrik dalam bidang elektronika disebut juga resistor atau resistance. Dalam bahasa belanda dikenal dengan nama Werstand. Tahanan listrik adalah komponen yang paling banyak dipergunakan dalam rangkaian elektronika ,hal ini di sebabkan karena sifat dan fungsi dari tahanan itu sendiri. Besar kecilnya nilai tahanan dapat dinyatakan dengan satuan Ohm atau ditulis dengan huruf latin Ω (omega) dan notasinya ditulis dengan huruf R. misalnya R100K = 100.000Ω = 100Kilo Ohm.

Potensial Periodik Dan Struktur Pita

1.1. Pengertian Potensial Periodik & Struktur Pita

Dalam fisika zat padat, struktur pita elektronik (atau secara sederhana struktur pita) suatu padatan menggambarkan rentang energi yang dibolehkan atau terlarang bagi sebutir elektron. Pita ini terbentuk akibat difraksi gelombang kuantum elektron. Struktur pita elektronik ini menentukan beberapa ciri bahan, terutama sifat elektronik dan optiknya.
Elektron-elektron pada atom bebas mengisi orbital-orbital atom, membentuk sekumpulan tingkat-tingkat energi yang diskrit. Bila beberapa atom didekatkan bersama-sama dalam sebuah molekul, orbital atomik mereka terbelah. Ini menghasilkan sejumlah orbital molekuler yang sebanding dengan jumlah atom. Bila sejumlah besar atom (dalam orde 1020) digabungkankan bersama-sama membentuk padatan, banyaknya orbital ini menjadi sangat besar, dan perbedaan energi di antara mereka menjadi sangat kecil, sehingga tingkat-tingkat energi ini dapat dianggap membentuk pita energi kontinu, bukannya tingkat energi diskrit seperti yang dijumpai atom bebas. Namun beberapa selang energi tidak memiliki orbital, berapa pun banyaknya atom yang bergabung. Ini membentuk celah pita
Dalam pita energi, tingkat energi begitu banyaknya sehingga membentuk kesinambungan. Pertama, selisih antara tingkat energi dalam padatan dapat dibandingkan dengan energi yang terus-menerus dipertukarkan dengan fonon (vibrasi atom). Kedua, selisih tersebut sebanding dengan ketidakpastian energi akibat prinsip ketidakpastian Heisenberg, untuk jangka waktu yang cukup panjang. Akibatnya, selisih antara tingkat-tingkat energi ini dapat diabaikan.
Pada mekanika kuantum, akan menyelidiki mengenai kondensasi struktur pita pada potensial periodik satu dimensi, yaitu dengan menghitung solusi persamaan Gross-Pitaevskii yang memiliki gelombang Bloch. Dalam hal ini akan ditunjukkan pengulangan dalam struktur pita yang kedua-duany terjadi pada batas dan pusat zona Brillouin, yang merupakan gambaran secara umum. Suatu defenisi fisik akan memberikan penjelasan mengenai swallow tails dalam kaitan periodik solitons. Stabilitas linier dari solusi diselidiki sebagai fungsi kekuatan dari interaksi mean-field, yang sangat berperan pada kondensasi potensial periodik.

Daerah berenergi dan kestabilitan dinamik dikenal dengan mempertimbangkan perilaku dari energi Gross-Pitaevskii yang fungsional untuk penyimpangan yang kecil menyangkut kondensasi fungsi gelombang dari suatu keadaan tetap. Ini juga menunjukkan bagaimana untuk gangguan long-wavelength yang merupakan ukuran stabilitas yang diperoleh di dalam suatu pendekatan hidrodinamik.
Pita tenaga elektron di dalam suatu potensial periodik satu dimensi terdiri dari dua lembah dan penghalang segi-empat yang memiliki periode berbeda. Variasi dari energi struktur pita sebagai fungsi periode pada setiap lembah. Hasil ini dapat digunakan untuk memperoleh suatu energi dengan model struktur lapisan ini. Metoda ini dapat digunakan untuk struktur pita dari suatu elektron di dalam suatu potensial periodik yang terdiri dari berbagai periode penghalang.

1.2. Partikel Dalam Kisi Satu-Dimensi (Potensial Periodik)
Dalam fisika kuantum mekanik, suatu partikel dalam kisi satu dimensi akan membahas mengenai kisi kristal periodik. Masalah ini merupakan hasil penyedernaan dari potensial barier tiga dimensi tanpa batas menjadi kasus satu dimensi. Potensial periodik ini disebabkan oleh ion dalam struktur periodik sebuah kristal yang dapat menghasilkan medan magnet sehingga menjadikan elektron-elektron di dalam kisi sebagai subjek sebuah potensial yang biasa. Hal ini merupakan sisipan dari model elektron bebas yang diartikan sebagai potensial awal dalam kisi kristal.
Ketika membahas mengenai material berbwujud padat, penjelasan intinya adalah berkisar mengenai kisi periodik kristal. Di sini kita akan berdiskusi mengenai ion positif dalam sebuah kisi satu dimensi.
Solusi persamaan gelombang Schrödinger yang menggunakan dua energi potensial berbeda dapat didefenisikan dengan :
1) Square-Well potensi ( Kronig-Penney Model)
2) Perluasan Deret Fourier
3) Model Potensial Kronig-Penny