Finoo.id – Pengertian Dioda Tunnel, Cara Kerja Dan Karakteristiknya. Dioda Tunnel, yang juga dikenal sebagai Dioda Esaki, adalah komponen semikonduktor yang memiliki kemampuan operasi yang sangat cepat. Dr. Leo Esaki menemukan Dioda Tunnel pada bulan Agustus 1957, sehingga sering disebut sebagai Dioda Esaki.
Pada dasarnya, Dioda Tunnel dibuat menggunakan bahan Germanium. Namun, mereka juga dapat dibuat menggunakan Gallium Arsenide dan Silikon.
Dioda Tunnel digunakan secara luas sebagai detektor frekuensi dan konverter. Dalam rentang operasinya, Dioda Tunnel menunjukkan resistansi negatif.
Oleh karena itu, Dioda Tunnel dapat digunakan sebagai penguat (amplifier), osilator, dan dalam berbagai rangkaian switching. Informasi lebih lanjut dapat ditemukan di bawah ini.
Pengertian Dioda Tunnel
Dioda Terowongan, juga dikenal sebagai Dioda Tunnel, adalah salah satu jenis dioda yang memiliki kemampuan untuk beroperasi dalam kecepatan tinggi dan bekerja dengan baik pada gelombang mikro (microwave), sehingga cocok digunakan dalam efek mekanika kuantum yang disebut tunneling (terowongan).
Dioda ini dibuat dengan menggunakan konsentrasi ketidakmurnian yang tinggi, yang menghasilkan efek terowongan.
Terminal persimpangan P-N pada dioda ini di-doping secara berat, dengan konsentrasi sekitar 1000 kali lebih tinggi dibandingkan dengan dioda biasa.
Doping berat ini menyebabkan lebar lapisan deplesi menjadi sangat tipis, bahkan mencapai 1/10.000 m.
Hal ini secara tidak langsung mengakibatkan tegangan jatuh mundur (reverse breakdown voltage) dioda menjadi sangat kecil, mendekati nol, sehingga menyebabkan resistansi negatif ketika Dioda Terowongan menerima tegangan bias maju.
Fenomena ini merupakan fenomena kuantum yang aneh, yang disebut resonant tunneling.
Dioda Terowongan umumnya terbuat dari germanium, gallium arsenide, atau gallium antimonide. Silikon tidak digunakan sebagai bahan untuk membuat Dioda Terowongan.
Hal ini disebabkan oleh waktu transisi arus puncak (Ip) dan arus lembah (Iv) yang sangat cepat dalam proses pembuatannya.
Selain itu, rasio Ip/Iv pada bahan silikon tidak sebaik pada bahan gallium arsenide atau bahan lain yang digunakan untuk membuat Dioda Terowongan.
Cara Kerja Dioda Tunnel
Menurut teori mekanika, sebuah partikel harus memiliki energi yang setara dengan tinggi penghalang energi potensial untuk dapat bergerak dari satu sisi penghalang ke sisi lain.
Jika tidak, energi harus disuplai dari sumber eksternal. Dalam kasus ini, elektron pada persimpangan sisi-N dapat melompati penghalang persimpangan untuk mencapai persimpangan sisi-P.
Proses ini terjadi tanpa kehilangan energi oleh elektron. Perilaku mekanika kuantum ini dikenal sebagai proses tunneling.
Perangkat yang menggunakan persimpangan P-N dengan pengotor tinggi disebut sebagai Dioda Tunnel. Fenomena tunneling ini memberikan efek pada pembawa mayoritas.
Hubungan antara pembawa mayoritas (P) dengan fungsi eksponensial terkait dengan energi penghalang (E_b) dan lebar penghalang (W) dinyatakan oleh persamaan:
P ∝ exp(-A * E_b * W)
Dalam konteks tersebut:
‘E’ merupakan energi penghalang.
‘P’ merupakan probabilitas partikel melintasi penghalang.
‘W’ merupakan lebar penghalang.
Secara sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan melalui tiga kondisi, yaitu kondisi Tegangan Positif (forward biased), Tegangan Negatif (reverse biased), dan Tanpa Tegangan (unbiased).
1. Kondisi Tegangan Positif (Forward-Bias)
Pada bagian ini, terminal anoda dihubungkan dengan sumber listrik positif, sedangkan terminal katoda dihubungkan dengan sumber listrik negatif.
Ketika tegangan eksternal diberikan, ion-ion yang berperan sebagai penghalang dalam aliran listrik akan tertarik ke kutub masing-masing. Ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif, sementara ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif.
Dengan demikian, penghalang-penghalang tersebut teratasi, memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda. Sebagai akibatnya, arus listrik dapat mengalir seperti dalam suatu rangkaian yang tertutup.
2. Kondisi Tegangan Negatif (Reverse-Bias)
Pada bagian ini, terminal anoda dihubungkan dengan sumber listrik negatif dan terminal katoda dihubungkan dengan sumber listrik positif.
Dengan adanya tegangan eksternal, ion-ion yang bertindak sebagai penghalang aliran listrik akan tertarik ke kutub masing-masing.
Dengan memberikan tegangan negatif, ion-ion negatif akan tertarik ke sisi katoda (tipe-n), sementara dengan memberikan tegangan positif, ion-ion positif akan tertarik ke sisi anoda (tipe-p).
Pergerakan ion-ion ini searah dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron. Sebagai akibatnya, penghalang ini semakin tebal karena ion-ion, sehingga mengakibatkan listrik tidak dapat mengalir melalui dioda dan rangkaian menjadi terbuka.
3. Kondisi Tanpa Tegangan
Pada kondisi tanpa diberikan tegangan, terbentuklah perbatasan medan listrik di daerah P-N junction.
Proses yang terjadi adalah difusi, di mana muatan listrik bergerak dari sisi n ke sisi p. Elektron-elektron ini akan menduduki tempat-tempat di sisi p yang disebut “holes”.
Pergerakan elektron ini akan meninggalkan ion-ion positif di sisi n, sementara holes yang terisi oleh elektron akan menimbulkan ion-ion negatif di sisi p.
Ion-ion yang tidak bergerak ini akan membentuk medan listrik statis yang menjadi penghalang bagi pergerakan elektron di dioda.
Konstruksi Dioda Tunnel
Dioda memiliki tubuh keramik dan tutup yang rapat di bagian atasnya. Sebuah titik timah kecil dicampur atau disolder ke pellet Ge tipe-n yang sangat diolah.
Pellet ini kemudian disolder ke kontak anoda yang berfungsi untuk membuang panas. Titik timah terhubung ke kontak katoda melalui layar jala yang digunakan untuk mengurangi induktansi.
Karakteristik Dioda Tunnel
Dari karakteristik yang ditunjukkan dalam gambar di atas, dapat diketahui bahwa ketika tegangan bias maju (forward bias) kecil diberikan pada Dioda Tunnel, arus juga meningkat.
Seiring dengan peningkatan tegangan bias maju, arus mencapai puncaknya (Ip). Namun, ketika tegangan sedikit meningkat pada nilai tertentu, arus berubah menjadi menurun hingga mencapai titik terendahnya, yang disebut arus lembah (Iv).
Jika tegangan yang diberikan terus meningkat, arus pada Dioda Tunnel akan mulai meningkat lagi.
Tegangan bias maju yang diperlukan untuk mencapai puncak arus dan kemudian menurun menuju ke lembah arus disebut sebagai Puncak Tegangan (Vp), sedangkan tegangan pada lembah itu sendiri disebut Tegangan Lembah (Vv).
Wilayah di mana arus mulai menurun dari Ip ke Iv saat diberikan tegangan maju disebut sebagai wilayah Resistansi Negatif (wilayah antara Vp dan Vv dalam grafik).
Komponen Dioda Tunnel
Struktur utama dioda terdiri dari dua elektroda konduktor yang terhubung dengan semikonduktor silikon jenis p dan silikon jenis n.
Anoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis p, di mana terdapat elektron yang kurang.
Katoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis n, di mana terdapat elektron yang lebih banyak.
Ketika silikon jenis n dan silikon jenis p bertemu, terbentuklah perbatasan yang disebut P-N Junction. Material semikonduktor yang umum digunakan adalah silikon atau germanium.
Semikonduktor jenis p dibuat dengan menambahkan material yang memiliki elektron valensi kurang dari 4, seperti boron. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan material yang memiliki elektron valensi lebih dari 4, seperti fosfor.
Baca Juga :
- Pengertian Dioda Laser, Fungsi, Prinsip Kerja & Jenisnya
- Pengertian Dioda Schottky, Simbol dan Prinsip Kerjanya Lengkap
- Pengertian Dioda Varactor, Fungsi, Simbol & Prinsip Kerjanya
- Pengertian Dioda Bridge Beserta Fungsi dan Prinsip Kerjanya
Penutup
Dalam ulasan ini, kita telah mempelajari tentang pengertian dioda tunnel, komponen penting dalam dunia elektronika. Dioda tunnel adalah sebuah alat semikonduktor yang memanfaatkan efek quantum tunneling dalam operasionalnya. Keunikan ini menjadikannya sangat berharga dalam berbagai aplikasi teknologi canggih, termasuk dalam sistem komunikasi dan komputer.
Namun, penting untuk diingat bahwa pemahaman dan penerapan dioda tunnel bukanlah tugas yang mudah. Ini membutuhkan pemahaman yang kuat tentang prinsip fisika dan elektronika, serta pengetahuan tentang bagaimana menyesuaikan kondisi operasionalnya agar sesuai dengan kebutuhan spesifik suatu sistem.
Meskipun begitu, dengan semakin banyak penelitian dan perkembangan teknologi, kita dapat berharap bahwa penerapan dan efisiensi dioda tunnel akan terus meningkat. Dengan pemahaman yang lebih baik tentang prinsip-prinsip yang mendasarinya dan bagaimana mengoptimalkan penggunaannya, dioda tunnel mungkin bisa menjadi kunci untuk membuka pintu ke teknologi masa depan yang lebih maju dan efisien.
Dalam rangka memajukan pengetahuan dan teknologi, mari kita terus belajar dan eksplor tentang dioda tunnel dan aplikasinya dalam dunia elektronika.
Demikianlah artikel finoo.id yang membahas tentang Pengertian Dioda Tunnel, Cara Kerja Dan Karakteristiknya. Semoga artikel kami dapat bermanfaat dan terimakasih telah membaca artikel kami.
