Di ponsel ini, ada hampir 100 juta transistor, di komputer ini ada lebih dari satu miliar. Transistor ada di hampir setiap perangkat elektronik yang kita gunakan: TV, radio, Tamagotchi. Tapi bagaimana cara kerjanya?
Prinsip dasarnya sebenarnya sangat sederhana. Cara kerjanya seperti sakelar ini, sehingga mengontrol aliran arus listrik. Itu bisa mati, jadi Anda bisa menyebutnya keadaan nol atau bisa hidup, keadaan satu. Dan begitulah semua informasi kita sekarang disimpan dan diproses, dalam nol dan satu, arus listrik kecil. Tapi tidak seperti saklar ini, transistor tidak memiliki bagian yang bergerak. Dan itu juga tidak memerlukan pengontrol manusia. Selain itu, ini dapat dinyalakan dan dimatikan jauh lebih cepat daripada yang dapat saya jentikkan tombol ini. Dan akhirnya, dan yang paling penting itu sangat kecil.
Yah ini semua berkat keajaiban semikonduktor atau lebih tepatnya saya harus mengatakan ilmu semikonduktor. Silikon murni adalah semikonduktor, yang artinya menghantarkan arus listrik lebih baik daripada isolator tetapi tidak sebaik logam. Ini karena atom silikon memiliki empat elektron di kulit terluar atau valensinya. Ini memungkinkannya untuk membentuk ikatan dengan empat tetangga terdekatnya. Jadi itu membentuk kristal tetrahedral.
Tapi karena semua elektron ini terjebak dalam ikatan, hanya sedikit yang mendapatkan energi yang cukup untuk melepaskan diri dari ikatannya dan berjalan melalui kisi. Jadi memiliki sejumlah kecil muatan seluler inilah yang membuat silikon menjadi semi-konduktor. Ini tidak akan berguna tanpa senjata rahasia semikonduktor -- doping. Anda mungkin pernah mendengar tentang doping, yaitu saat Anda menyuntikkan zat asing untuk meningkatkan performa.
Ya sebenarnya seperti itu, kecuali pada tingkat atom. Ada dua jenis doping yang disebut tipe-n dan tipe-p. Untuk membuat semikonduktor tipe-n, Anda mengambil silikon murni dan menyuntikkan sejumlah kecil elemen dengan 5 elektron valensi, seperti Fosfor. Ini berguna karena Fosfor cukup mirip dengan silikon sehingga dapat masuk ke dalam kisi, tetapi membawa elektron ekstra. Jadi ini berarti sekarang semikonduktor memiliki lebih banyak muatan seluler sehingga mengalirkan arus lebih baik.
Dalam doping tipe-p, elemen dengan hanya tiga elektron valensi ditambahkan ke kisi. Seperti Boron. Sekarang ini menciptakan 'lubang' - tempat di mana seharusnya ada elektron, tetapi tidak ada. Tapi ini masih meningkatkan konduktivitas silikon karena elektron dapat berpindah ke dalamnya. Sekarang meskipun elektron yang bergerak, kami ingin berbicara tentang lubang yang bergerak - karena jumlahnya jauh lebih sedikit. Sekarang karena lubang kekurangan elektron, itu sebenarnya bertindak sebagai muatan positif. Dan inilah mengapa semikonduktor tipe-p sebenarnya disebut tipe-p. P adalah singkatan dari positif - ini adalah muatan positif, lubang-lubang ini, yang bergerak dan mengalirkan arus.
Sekarang adalah kesalahpahaman umum bahwa semikonduktor tipe-n bermuatan negatif dan semikonduktor tipe-p bermuatan positif. Itu tidak benar, keduanya netral karena memiliki jumlah elektron dan proton yang sama di dalamnya. N dan p sebenarnya hanya merujuk pada tanda muatan yang dapat bergerak di dalamnya. Jadi pada tipe-n, elektron negatif yang dapat bergerak, dan pada tipe-p, lubang positif yang bergerak. Tapi keduanya netral!
Transistor dibuat dengan semikonduktor tipe-n dan tipe-p. Konfigurasi umum memiliki n di ujungnya dengan p di tengah. Sama seperti sakelar, transistor memiliki kontak listrik di setiap ujungnya dan ini disebut sumber dan saluran pembuangan. Tetapi alih-alih sakelar mekanis, ada kontak listrik ketiga yang disebut gerbang, yang diisolasi dari semikonduktor oleh lapisan oksida.
Ketika sebuah transistor dibuat, tipe-n dan tipe-p tidak menyimpannya sendiri -- elektron sebenarnya berdifusi dari tipe-n, di mana ada lebih banyak elektron ke tipe-p untuk mengisi lubang. Ini menciptakan sesuatu yang disebut lapisan penipisan. Apa yang telah habis?
Muatan yang bisa bergerak. Tidak ada lagi elektron bebas pada tipe-n -- mengapa? Karena mereka telah mengisi lubang pada tipe-p. Sekarang ini membuat tipe-p negatif berkat elektron yang ditambahkan. Dan ini penting karena tipe-p sekarang akan menolak semua elektron yang mencoba datang dari tipe-n. Jadi lapisan penipisan sebenarnya bertindak sebagai penghalang, mencegah aliran arus listrik melalui transistor.
Jadi saat ini transistor mati, seperti saklar terbuka, dalam keadaan nol. Untuk menyalakannya, Anda harus memberikan voltase positif kecil ke gerbang. Ini menarik elektron ke atas dan mengatasi tolakan dari penipisan. Ini sebenarnya mengecilkan lapisan penipisan sehingga elektron dapat bergerak melalui dan membentuk saluran penghantar. Jadi transistornya sekarang on, dalam keadaan satu.
Ini luar biasa karena hanya dengan mengeksploitasi sifat kristal kami dapat membuat sakelar yang tidak memiliki bagian yang bergerak, yang dapat dihidupkan dan dimatikan dengan sangat cepat hanya dengan voltase, dan yang terpenting dapat dibuat mungil. Transistor saat ini hanya memiliki lebar sekitar 22nm, yang berarti mereka hanya memiliki sekitar 50 atom. Tapi untuk mengikuti hukum Moore, mereka harus terus mengecil.
Hukum Moore menyatakan bahwa setiap dua tahun jumlah transistor pada sebuah chip harus berlipat ganda. Dan ada batasnya, saat terminal-terminal itu semakin dekat dan berdekatan, efek kuantum menjadi lebih signifikan dan elektron benar-benar dapat membuat terowongan dari satu sisi ke sisi lainnya. Jadi Anda mungkin tidak dapat membuat penghalang yang cukup tinggi untuk menghentikan alirannya. Sekarang ini akan menjadi masalah nyata untuk masa depan transistor, tetapi kita mungkin hanya akan menghadapinya sepuluh tahun lagi. Jadi sampai saat itu transistor, seperti yang kita kenal, akan terus menjadi lebih baik.
Pemateri: Derek Muller
Judul Asli: How Does a Transistor Work
Sumber: https://www.youtube.com/@veritasium
Komentar
Posting Komentar