Inpherence #1: Sejarah Elektronika, Semikonduktor, dan Transistor
Oleh: Andre Christoga Pramaditya, Fisika UI 2020
Pada 1980-an, sebenarnya, dunia berada di era kaset. Seperti halnya kaset kecil yang dapat melepas dan memundurkan kasetnya untuk memutar musik dengan baterai fidelity-on, sehingga orang dapat berjalan-jalan atau melakukan pekerjaan rumah, dengan earphone yang dihubungkan ke kepala mereka, mendengarkan suara yang tidak dapat didengar orang lain — jadi terdapat kaset video yang dapat menghasilkan film jenis apa pun melalui televisi atau program rekaman ketika ditayangkan untuk diputar ulang sesudahnya.
Tabung vakum, the heart of all the electronic devices, akhirnya menjadi suatu faktor yang membatasi. Biasanya komponen perangkat terus ditingkatkan dalam efisiensi seiring berjalannya waktu: yaitu, mereka ditingkatkan dalam kekuatan dan fleksibilitas dan dikurangi dalam ukuran dan massa (suatu proses yang disebut miniaturization).
Akan tetapi, tabung vakum menjadi penghambat dalam proses miniaturization dikarenakan ia harus tetap cukup besar untuk menampung volume vakum yang cukup besar, jika tidak, berbagai komponen di dalamnya akan membocorkan listrik pada celah yang terlalu kecil.
Tabung vakum juga memiliki kekurangan lain. Ia bisa pecah atau bocor dan akan menjadi tidak bisa digunakan.
Tabung selalu diganti pada radio dan televisi awal; dan, terutama dalam kasus terakhir, tukang reparasi yang tinggal tampaknya semua tapi perlu. Kemudian, tabung tidak akan berfungsi sampai filamen cukup dipanaskan; oleh karena itu, diperlukan arus yang cukup, dan harus ada waktu yang diperlukan untuk “pemanasan.”
Akan tetapi, secara tidak sengaja, solusi yang tidak terduga muncul.
Pada tahun 1940-an, beberapa ilmuwan di Bell Telephone Laboratories mulai tertarik pada zat-zat yang dikenal sebagai semikonduktor. Zat-zat ini, seperti silikon dan germanium, menghantarkan listrik dengan cukup baik, dan mereka mencoba mencari tahu mengapa. Para peneliti di Bell Lab menemukan bahwa konduktivitas seperti yang dimiliki zat-zat ini ditingkatkan oleh jejak kotoran yang bercampur dengan unsur tersebut.
How a transistor is made
Transistor terbuat dari silikon, suatu unsur kimia yang dapat ditemukan di pasir. Silikon biasanya tidak menghantarkan listrik (elektron tidak dapat mengalir melewatinya dengan mudah).
Silikon adalah semikonduktor. Ini berarti silikon bukanlah konduktor (sesuatu seperti metal yang memungkinkan aliran listrik) ataupun sebuah isolator (sesuatu seperti plastik yang dapat menghentikan aliran listrik). Jika kita memperlakukan silikon dengan impurities (proses yang disebut doping), kita dapat membuatnya berlaku berbeda.
Jika kita dope silikon dengan unsur kimia arsenic, phosphorus, atau antimony, silikon memperoleh beberapa elektron “bebas” ekstra — yang dapat membawa arus listrik — sehingga elektron akan mengalir keluar darinya secara lebih alami.
Karena elektron bermuatan negatif, silikon yang diperlakukan seperti ini disebut silicon n-type (tipe negatif). Kita juga dapat men- dope silikon dengan zat-zat impure lain seperti boron, gallium, dan aluminium.
Silikon yang diperlakukan dengan cara ini memiliki lebih sedikit elektron “bebas”, sehingga elektron-elektron pada material terdekat akan cenderung mengalir ke dalamnya. Kita menyebutnya jenis ini sebagai silicon p-type (tipe positif).
Perlu dicatat bahwa baik silikon tipe-n atau tipe-p sebenarnya tidak memiliki muatan sendiri: keduanya netral secara elektrik.
Memang benar silikon tipe-n memiliki elektron “bebas” ekstra yang meningkatkan konduktivitasnya, dan silikon tipe-p memiliki lebih sedikit elektron bebas, yang membantu meningkatkan konduktivitasnya dengan cara yang berlawanan.
Dalam setiap kasus, konduktivitas ekstra berasal dari penambahan neutral (uncharged) atoms of impurities ke silikon yang memang pada awalnya netral.
Untuk artikel ini, kita anggap saja bahwa “elektron ekstra” berarti elektron bebas ekstra — elektron yang dapat dengan bebas bergerak dan membantu membawa arus listrik.
Penutup
Di satu sisi, elektronik telah melingkar penuh. Tabung telah menggantikan kristal, dan sekarang kristal telah menggantikan tabung, akan tetapi, kristal disini adalah jenis kristal yang baru, jauh lebih halus dan dapat diandalkan.
Kristal baru ini memiliki keunggulan yang mengesankan dibandingkan tabung. Tidak ada perlu untuk suatu vakum, sehingga bisa berukuran kecil. Ia tidak akan pecah ataupun bocor.
Dikarenakan ia bekerja pada suhu kamar, ia hanya membutuhkan arus yang sangat sedikit dan tidak ada perlu untuk waktu pemanasan.
Perangkat baru itu dinamai transistor (saran John Robinson Pierce dari Bell Lab), dikarenakan ia mentransfer sinyal melalui resistor.
Referensi
• Asimov, I. (1984) Asimov’s new guide to science. La Vergne, TN: Basic Books.
• Veritasium. (2013, July 10). How Does a Transistor Work? [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=IcrBqCFLHIY
• Woodford, C. (2007) How do transistors work?, Explainthatstuff.com. Available at: https://www.explainthatstuff.com/howtransistorswork.html (Accessed: April 28, 2021).
