Semikonduktor, Integrated Circuit, Chip

Semikonduktor, Integrated circuit dan Chip

1.     Semikonduktor

Prinsip Dasar dan Pengertian Semikonduktor – Kata “Semikonduktor” sangat identik dengan peralatan Elektronika yang kita pakai saat ini. Hampir setiap peralatan Eletronika canggih seperti Handphone, Komputer, Televisi, Kamera bahkan Lampu penerang LED juga merupakan hasil dari Teknologi Semikonduktor. Komponen-komponen penting yang membentuk sebuah Peralatan Elektronika seperti Transistor, Dioda dan Integrated Circuit (IC) adalah komponen elektronika aktif yang terbuat bahan semikonduktor. Oleh karena itu, bahan Semikonduktor memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap perkembangan Teknologi Elektronika.

Bahan Semikonduktor (Semiconductor) adalah bahan penghantar listrik yang tidak sebaik Konduktor (conductor) akan tetapi tidak pula seburuk Insulator (Isolator) yang sama sekali tidak menghantarkan arus listrik. Pada dasarnya, kemampuan menghantar listrik Semikonduktor berada diantara Konduktor dan Insulator. Akan tetapi, Semikonduktor berbeda dengan Resistor, karena Semikonduktor dapat dapat menghantarkan listrik atau berfungsi sebagai Konduktor jika diberikan arus listrik tertentu, suhu tertentu dan juga tata cara atau persyaratan tertentu.

Proses Doping pada Semikonduktor

Sebenarnya banyak bahan-bahan dasar yang dapat digolongkan sebagai bahan Semikonduktor, tetapi yang paling sering digunakan untuk bahan dasar komponen elektronika hanya beberapa jenis saja, bahan-bahan Semikonduktor tersebut diantaranya adalah Silicon, Selenium, Germanium dan Metal Oxides. Untuk memproses bahan-bahan Semikonduktor tersebut menjadi komponen elektronika, perlu dilakukan proses “Doping” yaitu proses untuk menambahkan ketidakmurnian (Impurity) pada Semikonduktor yang murni (semikonduktor Intrinsik) sehingga dapat merubah sifat atau karakteristik kelistrikannya. Beberapa bahan yang digunakan untuk menambahkan ketidakmurnian semikonduktor antara lain adalah Arsenic, Indium dan Antimony. Bahan-bahan tersebut sering disebut dengan “Dopant”, sedangkan Semikonduktor yang telah melalui proses “Doping” disebut dengan Semikonduktor Ekstrinsik.

Tipe atau Jenis Semikonduktor

Semikonduktor yang telah dilalui proses Doping yaitu Semikonduktor yang Impurity (ketidakmurnian) atau Semikonduktor Ekstrinsik yang siap menjadi Komponen Elektronika dapat dibedakan menjadi 2 Jenis yaitu :

1. N-type Semikonduktor

Dikatakan N-type karena Semikonduktor jenis ini pembawa muatannya (Charge Carrier) adalah terdiri dari Elektron. Elektron adalah bermuatan Negatif sehingga disebut dengan Tipe Negatif atau N-type.
Pada Semikonduktor yang berbahan Silicon (Si), Proses Doping dengan menambahkan Arsenic atau Antimony akan menjadikan Semikonduktor tersebut sebagai N-type Semikonduktor.
Terdapat 2 (dua) pembawa muatan atau charge Carrier dalam N-type Semikonduktor yakni Elektron sebagai Majority Carrier dan Hole sebagai Minority Carrier.

2. P-Type Semikonduktor

Dikatakan P-type karena Semikonduktor jenis ini kekurangan Elektron atau disebut dengan “Hole”. Ketika pembawa muatannya adalah Hole maka Semikonduktor tersebut merupakan Semikonduktor bermuatan Positif.
Pada Semikonduktor yang berbahan Silicon (Si), Proses Doping dengan menambahkan Indium akan menjadikan Semikondukter tersebut sebagai P-type Semikonduktor.
2 (dua) pembawa muatan yang terdapat dalam P-type Semikonduktor adalah Hole sebagai Majority Carrier dan Elektron sebagai Minority Carrier).

Komponen-komponen Elektronika Aktif yang bahan dasarnya terbuat dari Semikonduktor diantaranya adalah :

• Integrated Circuit
• Transistor
• Dioda

Komponen-komponen Elektronika yang terbuat dari Semikonduktor merupakan komponen Elektronika yang sangat sensitif dengan ESD (Electro Static Discharge). Oleh karena itu, perlu penanganan khusus dalam produksi terhadap Komponen-komponen tersebut.

2.     Integrated Circuit

IC (Integrated Circuit) adalah nama lain chip. IC adalah piranti elektronis yang dibuat dari material semikonduktor. IC atau chip merupakan cikal bakal dari sebuah komputer dan segala jenis device yang memakai teknologi micro-controller lainnya. IC ditemulan pada tahun 1958 oleh seorang insinyur bernama Jack Kilby yang bekerja pada Texas Intruments mencoba memecahkan masalah dengan memikirkan sebuah konsep menggabungkan seluruh komponen elektronika dalam satu blok yang dibuat dari bahan semikonduktor. Penemuan itu kemudian dinamakan IC (Integrated Circuit) atau yang kemudian lazim disebut chip. Beberapa saat setelah itu, Robert Noyce, yang bekerja pada Fairchild Semiconductor Corporation, menemukan hal serupa, meskipun mereka bekerja pada dua tempat yang berbeda.

              Semenjak itu banyak riset yang dilakukan untuk mengembangkan IC (integrated circuit) atau Chip hingga saat ini. Seorang pendiri Intel, Gorden Moore, pada tahun 1965 memperkirakan bahwa jumlah transistor yang terdapat dalam sebuah IC akan bertambah 2 kali setiap 18 bulan sekali. Kecenderungan peningkatan jumlah transistor ini telah terbukti setelah sekian lama dan diperkirakan akan terus berlanjut. Hal ini dapat dilihat pada perkembangan IC, sebuah 64-Mbit DRAM yang pertama kali di pasaran pada tahun 1994, terdiri dari 3 juta transistor. Dan microprocessor Intel Pentium 4 terdiri lebih dari 42 juta transistor dan kira-kira terdapat 281 IC didalamnya. Bahkan berdasar pada International Technology Roadmap for Semiconductor (ITRS), diharapkan akan tersedia sebuah chip yang terdiri dari 3 milyar transistor pada tahun 2008. IC sendiri dipergunakan untuk bermacam-macam piranti, termasuk televisi, telepon seluler, komputer, mesin-mesin industri, serta berbagai perlengkapan audio dan video.

IC sering dikelompokkan berdasar jumlah transistor yang dikandungnya:

• MSI (medium-scale integration):chip dengan 100 sampai 3.000 komponen elektronik.
• LSI (large-scale integration) : chip dengan 3.000 sampai 100.000 komponen elektronik.
• VLSI (very large-scale integration) : chip dengan 100.000 sampai 1.000.000 komponen elektronik.
• ULSI (ultra large-scale integration) : chip dengan lebih dari 1 juta komponen elektronik.
• SSI (small-scale integration) : chip dengan maksimum 100 komponen elektronik.

Pengertian IC

             Integrated Circuit (IC) adalah suatu komponen elektronik yang dibuat dari bahan semi conductor, dimana IC merupakan gabungan dari beberapa komponen seperti Resistor, Kapasitor, Dioda dan Transistor yang telah terintegrasi menjadi sebuah rangkaian berbentuk chip kecil, IC digunakan untuk beberapa keperluan pembuatan peralatan elektronik agar mudah dirangkai menjadi peralatan yang berukuran relatif kecil. Sebelum adanya IC, hampir seluruh peralatan elektronik dibuat dari satuan-satuan komponen(individual) yang dihubungkan satu sama lainnya menggunakan kawat atau kabel, sehingga tampak mempunyai ukuran besar serta tidak praktis.

             Perkembangan teknologi elektronika terus semakin meningkat dengan semakin lengkapnya jenis-jenis IC yang disediakan untuk rangkaian Linear dan Digital, sehingga produk peralatan elektronik makin tahun makin tampak kecil dan canggih. IC telah digunakan secara luas diberbagai bidang, salah satunya dibidang industri Dirgantara, dimana rangkaian kontrol elektroniknya akan semakin ringkas dan kecil sehingga dapat mengurangi berat Satelit, Misil dan jenis-jenis pesawat ruang angkasa lainnya. Desain komputer yang sangat kompleks dapat dipermudah, sehingga banyaknya komponen dapat dikurangi dan ukuran motherboardnya dapat diperkecil. Contoh lain misalnya IC digunakan di dalam mesin penghitung elektronik(kalkulator), juga telepon seluler(ponsel) yang bentuknya relatif kecil.

Di era teknologi canggih saat ini, peralatan elektronik dituntut agar mempunyai ukuran dan beratnya seringan dan sekecil mungkin, dan hal itu dapat dimungkinkan dengan penggunaannya IC.

            Selain ukuran dan berat IC yang kecil dan ringan, IC juga memberikan keuntungan lain yaitu bila dibandingkan dengan sirkit-sirkit keonvensional yang banyak menggunakan komponen, IC dengan sirkit yang relatif kecil hanya mengkonsumsi sedikit sumber tenaga dan tidak menimbulkan panas berlebih sehingga tidak membutuhkan pendinginan (cooling system).

Komponen/Bentuk utama dalam sebuah IC yaitu:

IC TTL adalah IC yang banyak digunakan dalam rangkaian-rangkaian digital karena menggunakan sumber tegangan yang relatif rendah, yaitu antara 4,75 Volt sampai 5,25 Volt. Komponen utama IC TTL adalah beberapa transistor yang digabungkan sehingga membentuk dua keadaan (ON/FF). Dengan mengendalikan kondisi ON/OFF transistor pada IC digital, dapat dibuat berbagai fungsi logika. ada tiga fungsi logika dasar yaitu AND, OR dan NOT.

Sebenarnya antara IC TTL dan IC CMOS memiliki pengertian sama, hanya terdapat beberapa perbedaan yaitu dalam penggunaan IC CMOS konsumsi daya yang diperlukan sangat rendah dan memungkinkan pemilihan tegangan sumbernya yang jauh lebih lebar yaitu antara 3 V sampai 15 V. level pengsaklaran CMOS merupakan fungsi dari tegangan sumber. Makin tinggi sumber tegangan akan sebesar tegangan yang memisahkan antara keadaan “1” dan “0”. Kelemahan IC CMOS diantaranya seperti  kemungkinan rusaknya komponen akibat elektrostatis dan harganya lebih mahal. Perlu diingat bahwa semua masukan (input) CMOS harus di groundkan atau dihubungkan dengan sumber tegangan.

Jenis-Jenis IC

1. IC TTL (Transistor transistor Logic)

              

               IC yang paling banyak digunakan secara luas saat ini adalah IC digital yang dipergunakan untuk peralatan komputer, kalkulator dan system kontrol elektronik. IC digital bekerja dengan dasar pengoperasian bilangan Biner Logic(bilangan dasar 2) yaitu hanya mengenal dua kondisi saja 1(on) dan 0(off). Jenis IC digital terdapat 2(dua) jenis yaitu TTL dan CMOS. Jenis IC-TTL dibangun dengan menggunakan transistor sebagai komponen utamanya dan fungsinya dipergunakan untuk berbagai variasi Logic, sehingga dinamakan Transistor Transistor Logic (TTL).

               Pada suatu lingkungan IC TTL logika ‘0’ direpresentasikan dengan tegangan 0 sampai 0,7 Volt arus searah (DC, Direct Current), sedangkan logika ‘1’ diwakili oleh tegangan DC setinggi 3,5 sampai 5 Volt. Transistor-transistor Logic (TTL) merupakan kelas digital sirkuit dibangun dari Transistor, dan resistor. Disebut transistor-transistor logika karena fungsi logika (misalnya, AND, NAND,NOR) dilakukan oleh Transistor. Ada banyak sirkuit terpadu dengan teknologi TTL. Mereka digunakan dalam berbagai aplikasi seperti komputer, kontrol industri, peralatan dan instrumentasi tes dan masih  banyak lagi kegunaan nya di bidang instrumentasi. Gerbang logika adalah rangkaian yang dirancang untuk menghasilkan fungsi – fungsi logika dasar, AND, OR, dsb. Rangkaian ini dirancang untuk disambungkan ke dalam susunan rangkaian logika yang lebih besar dan kompleks untuk penggunaan aplikasi tingkat lanjut.

Gerbang logika adalah rangkaian yang dirancang untuk menghasilkan fungsi – fungsi logika dasar, AND, OR, dsb. Rangkaian ini dirancang untuk disambungkan ke dalam susunan rangkaian logika yang lebih besar dan kompleks untuk penggunaan aplikasi tingkat lanjut.

• Gerbang AND

Gambar 1.1 Gerbang AND

Gerbang AND seperti pada gambar 1.1 hanya bisa menghasilkan logika atau input 1 jika semua inputnya bernilai 1. dapat dilihat pada tabel 1.1 yaitu tabel kebenaran dari hasil praktikum yang dilakukan menggunakan IC TTL 7408.

• Gerbang OR

Gambar 1.2. Gerbang OR

Gerbang OR seperti pada gambar 1.2 hanya bisa menghasilkan logika 1 apabila satu, atau lebih, inputnya berada pada logika 1. dengan kata lain, sebuah gerbang OR hanya akan menghasilkan logika 0 bila semua inputnya secara bersamaan berada pada logika 0. dapat dilihat pada tabel 1.2 yaitu tabel kebenaran dari hasil praktikum yang dilakukan menggunakan IC TTL 7432.

• Gerbang NOT (Inverter)

Gambar 1.3 Gerbang Not (Pembalik)

Gerbang NOT ( inverter ) atau pembalik seperti pada gambar 1.3 digunakan untuk membalikkan suatu kondisi logika artinya bila ada input logika 1 maka akan menghasilkan output dengan logika 0 dan berlaku juga untuk kondisi sebaliknya). Pada tabel 1.3 dapat dilihat tabel kebenaran dari hasil praktikum yang dilakukan menggunakan IC TTL 7404.

• Gerbang NAND ( NOT – AND )

Gambar 1.4 Gerbang NAND

Gerbang NAND ( NOT – AND ) seperti pada gambar 1.4 hanya akan menghasilkan output dengan logika 0 bila semua inputnya secara bersamaan berada pada logika 1. gerbang NAND tidak lain adalah sebuah gerbang AND dengan output yang dibalik. Pada tabel 1.4 dapat dilihat tabel kebenaran dari hasil praktikum yang dilakukan dengan menggunakan IC TTL 7400.

• Gerbang NOR (NOT-OR)

Gambar 1.5 Gerbang NOR

Gerbang NOR ( NOT – OR ) seperti pada gambar 1.5 hanya akan menghasilkan output dengan logika 1 bila semua inputnya secara bersamaan berada pada logika 0. kombinasi input lainnya apapun akan menghasilkan output logika 0. gerbang NOR tidak lain adalah sebuah gerbang OR dengan output yang dibalik. Pada tabel 1.5 dapat dilihat tabel kebenaran dari hasil praktikum yang dilakukan dengan menggunakan IC TTL 7402.

• Gerbang XOR

Gambar 1.6 Gerbang XOR

Gerbang XOR seperti pada gambar 1.6 hanya akan menghasilkan output dengan logika 0 jika semua input secara bersamaaan bernilai rendah atau semua input bernilai tinggi atau dapat disimpulkan gerbang XOR akan menghasilkan output dengan logika 0 jika inputnya bernilai sama semua. Gerbang Logika XOR pada Datasheet nama lainnya IC TTL 7486. tabel kebenarannya dapat dilihat pada tabel 1.6.

• Gerbang X-NOR

Gambar 1.7 Gerbang X – NOR

Gerbang X – NOR seperti pada gambar 1.7 hanya akan menghasilkan output dengan logika 1 jika semua input secara bersamaan nernilai sama. Gerbang X – NOR tidak lain adalah Gerbang XOR dengan output yang dibalik. Gerbang Logika X-NOR pada Datasheet nama lainnya IC TTL 74266. tabel kebenarannya dapat dilihat pada tabel 1.7.

IC CMOS

            Complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) atau semikonduktor–oksida–logam komplementer, adalah sebuah jenis utama dari rangkaian terintegrasi. Teknologi CMOS digunakan di mikroprosesor, pengontrol mikro, RAM statis, dan sirkuit logika digital lainnya. Teknologi CMOS juga digunakan dalam banyak sirkuit analog, seperti sensor gambar, pengubah data, dan trimancar terintegrasi untuk berbagai jenis komunikasi. Frank wanlass berhasil mematenkan CMOS pada tahun 1967 (US Patent 3,356,858). CMOS juga sering disebut complementary-symmetry metal–oxide–semiconductor or COSMOS (semikonduktor–logam–oksida komplementer-simetris). Kata komplementer-simetris merujuk pada kenyataan bahwa biasanya desain digital berbasis CMOS menggunakan pasangan komplementer dan simetris dari MOSFET semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n.

           Dua karakter penting dari CMOS adalah kekebalan desahnya yang tinggi dan penggunaan daya statis yang rendah. Daya hanya diambil saat transistor dalam CMOS berpindah diantara kondisi hidup dan mati. Akibatnya, peranti CMOS tidak menimbulkan bahang sebanyak sirkuit logika lainnya, seperti logika transistor-transistor (TTL) atau logika NMOS. Pada prinsipnya IC TTL dan IC CMOS mempunyai dasar pengertian yang sama. Apabila pengetahuan mengenai IC TTL sudah dikuasai maka untuk memahami IC CMOS tidak akan menemui kesulitan. Walaupun demikian ada beberapa perbedaan, juga keuntungan dan kerugiannya. Keuntungan yang paling menonjol dalam penggunaan IC CMOS adalah konsumsi dayanya yang rendah dan memungkinkan pemilihan tegangan sumbernya yang jauh lebih lebar. Proyek-proyek yang menggunakan IC CMOS akan mengkonsumsi baterai dalam waktu yang jauh lebih lama dilebarbidangingkan dengan rangkaian yang sama dengan menggunakan IC TTL.

Karakteristik CMOS

            Kekebalan desahnya yang tinggi dan penggunaan daya statis yang rendah. Daya hanya diambil saat transistor dalam CMOS berpindah di antara kondisi hidup dan mati. Akibatnya, peranti CMOS tidak menimbulkan bahang sebanyak sirkuit logika lainnya, seperti logika transistor-transistor (TTL) atau logika NMOS, yang hanya menggunakan peranti tipe-n tanpa tipe-p. CMOS juga memungkinkan chip logika dengan kepadatan tinggi dibuat.

3.     Chip

 

CHIP adalah nama majalah komputer yang diterbitkan di beberapa negara di kawasan benua Eropa dan Asia. Di Indonesia, majalah ini diterbitkan pertama kali pada bulan Juli 1997 oleh PT Elex Media Komputindo (Kelompok Kompas Gramedia) dengan memegang lisensi dari Vogel Burda Group, München, Jerman. CHIP terbit di 16 negara, antara lain Jerman, Yunani, Hongaria, Italia, Polandia, Rumania, Turki, Ukraina, Belanda, Singapura, Malaysia, dan India.

Karakteristik

Di Indonesia, CHIP adalah majalah komputer yang berisi informasi terbaru dari industri komputer, hasil tes perangkat keras dan perangkat lunak, serta tip dan trik. CHIP juga mempresentasikan gambaran aktual dari layanan online yang ada dan memberikan bantuan serta panduan bagi pengguna dalam memasuki dunia maya.

Setiap edisi CHIP didukung dan dilengkapi dengan DVD-ROM (CD-ROM untuk edisi mini) yang berisi perangkat lunak pilihan, bisa berupa versi percobaan, tanpa bayar, maupun konten interaktif.

CHIP-CD/DVD

Sejak pertama kali terbit di Indonesia, CHIP selalu menyertakan CD dalam setiap edisinya. Pada akhir tahun 2004, CHIP untuk pertama kali menyertakan DVD sebagai pengganti CD. CHIP-CD/DVD berisi perangkat lunak, penyelaras, dan utilitas pilihan. CHIP 08/2013 menjadi edisi terakhir yang menyertakan DVD.

CHIP Online

CHIP Online adalah situs web yang menawarkan berita-berita aktual dunia teknologi informasi yang diperbarui setiap hari. Selain itu, CHIP Online juga memuat artikel mengenai panduan, pemecahan masalah, serta tips dan trik untuk berbagai keperluan dan aplikasi.