Diode

Misalkan kita memiliki sepotong silikon tipe-p dan sepotong silikon tipe-n dan secara
sempurna terhubung membentuk sambungan p-n seperti diperlihatkan pada gambar 7.1.
Sesaat setelah terjadi penyambungan, pada daerah sambungan semikonduktor
terjadi perubahan. Pada daerah tipe-n (gambar 7.1, sebelah kanan) memiliki sejumlah
elektron yang akan dengan mudah terlepas dari atom induknya. Pada bagian kiri (tipep),
atom aseptor menarik elektron (atau menghasilkan lubang). Kedua pembawa
muatan mayoritas tersebut memiliki cukup energi untuk mencapai material pada sisi
lain sambungan. Pada hal ini terjadi difusi elektron dari tipe-n ke tipe-p dan difusilubang dari tipe-p ke tipe-n.
Proses difusi ini tidak berlangsung selamanya karena elektron yang sudah
berada di tempatnya akan menolak elektron yang datang kemudian. Proses difusi
berakhir saat tidak ada lagi elektron yang memiliki cukup energi untuk mengalir.

Gambar 7.1 Sambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n

Gambar 7.2 Mekanisme aliran muatan pada daerah sambungan
Kita harus memperhitungkan proses selanjutnya dimana elektron dapat
menyeberang sambungan. Daerah yang sangat tipis dekat sambungan disebut daerah
deplesi (depletion region) atau daerah transisi. Daerah ini dapat membangkitkan
pembawa muatan minoritas saat terdapat cukup energi termal untuk membangkitkan
pasangan lubang-elektron. Salah satu dari pembawa muatan minoritas ini, misalnyaelektron pada tipe-p, akan mengalami pengaruh dari proses penolakan elektron difusi
dari tipe-n. Dengan kata lain elektron minoritas ini akan ikut tertarik ke semikonduktor
tipe-n. Gerakan pembawa muatan akibat pembangkitan termal ini lebih dikenal sebagai
“drift”. Situasi akan stabil saat arus difusi sama dengan arus drift.
Pada daerah sambungan/daerah diplesi yang sangat tipis terjadi pengosongan
pembawa muatan mayoritas akibat terjadinya difusi ke sisi yang lain. Hilangnya
pembawa muatan mayoritas di daerah ini meninggalkan lapisan muatan positip di
daerah tipe-n dan lapisan muatan negatif di daerah tipe-p.
Lapisan muatan pada daerah diplesi ini dapat dibandingkan dengan kapasitor
keping sejajar yang termuati. Karena terjadi penumpukan muatan yang berlawanan
pada masing-masing keping, maka terjadi perbedaan potensial yang disebut sebagai
“potensial kontak”atau “potensial penghalang” o V (lihat gambar 7.3). Keadaan ini
disebut diode dalam keadaan rangkaian terbuka.

Gambar 7.3 Diode p-n dalam keadaan hubung-terbuka

Dalam keadaan rangkaian terbuka seperti diperlihaatkan pada gambar 7.3, hanya
pada daerah deplesi yang terjadi penumpukan muatan pada masing-masing sisi; daerah
lainnya dalam keadaan netral. Penumpukan muatan pada daerah deplesi mengakibatkan
terjadinya medan listrik e dalam arah – x . Kita dapat menggunakan dx untuk mendapatkan distribusi potensial pada daerah deplesi dengan mengambil integral medan
listrik. Potensial kontak/potensial penghalang o V yang terjadi akan menahan terjadinya
difusi pembawa muataan mayoritas dan memberi kesempataan terjadinya arus drift
melalui sambungan seperti telah dijelaskan di atas.

Gambar 7.4 Diode p-n berpanjar maju (forward bias): a) Rangkaian dasar dan
b) Potensial penghalang mengalami penurunan.