MEMAMFAATKAN KEHADIRAN TEKNOLOGI MIKROELEKTRONIKA UNTUK PENGA JARAN FISIKA
-
D I T C : ~ TGL. !~~ . SUMEfR / HRRGA :
13 k,
: N2.INVENTARIS : : KLPSIFIKA5I KOLEKSI
)f
K( 1231 ,,r,;"
IK. IqC
.. -I
CILEH DRA.
FESTIYED.
MS d a n DR5.
ADIAR
U I A J U E A N PADA S E M I N A R I L M I A H DOSEN-DOSEN
JURUSAN P E N D I D I E A N F I S I E R
T'ANGGAL 26 NOPEMEER 1993 D I RUANG L A F O R A T n R I U M EELEETRONIKA
JlJRUSAN PENID I J3 IK A N FTIS I k:R
F P M :[ F'A I P:: I F' PADANG
KATA PENGANTAR
Ilengan
rasa
syubrur
k e h h a d i . r a d A l l a h h S?W:;T,
dan
Oahaqia
uenu1is
b:.arena denaan F'iahmacl dan t::arr.rn:ianva
:i cra pent-rl is d a p a t menvel.esailian C:.arya il i n . i a h
"Memanfaatkan
narljatI*;an
kehadiran
Teknologi
yang
berj~rd~r!
Mikroelektronika
untuk
Pengajaran Fisika'. t"'enu1i s a n i n i b e r t ~jruars i.\ntub:. fnemberi k a n c~ambaran pada pendengar- s e i n i n a r menaenai
tnanf aa.t
fniliroeIek1-.1-~~17:i.E:.ad a l a m
p e n a a j a r a n F i s i k a khususnva ap:l.i.liasi ma.kab:.r-tli.ah dasar
I dan : [ I . t::arva i n i p e n ~ r l i ssusr-rn b e r - d a s a r k a n
dan dic;ki.rsi
psnnli s
nrengr.rcanb:.an
liepada semua aihab:. yang te1,ah
.i.ni..
s,tudi.
kepr.rs.takaan
denwan t i m p e r l i u l i a h a n ~ . l e k t ~ ~ o n i b : . a .
S s ~an l ju'tnya
karva
@leb::l::r.o17ika
Dan
b e l u m l a h sempnrna,
peni.\iis un t u k
jcrga itu
banvab:.
m~mban1:u
dalatn
menvadat-i. p e n ~ ii ls
ter-ifnab:.asi.h penyel~saian
bawa
b:.nr-ya
mengliarapkan
p a r a p e n d e n g a r serni.nar untub:. metnberikan krit.i.l.:.an d o m i penyempurnaan p e n u l i s a n b p r i k u t n v a . F:'adang, 20 Nopember 1993
dan
ini.
kepada saran
DAFTAR IS1
iii
MEMAMFAATKAN KEHADIRAN TEKNOLOGI MIKROELEKTRONIKA UNTUK F E N G A J A R A M F I S I K A *
o1eh:Dra. F e s t i y e d , M S d a n Drs. Adiar
I . PENDAHULUAN
Perkembangan yang amat p e s a t d i b i d a n g y a n g k e t n u d i a n d i s e b u t s e b a g a . i a.wa.1 k e d u a membawa
dampak
sebelumnya
tidak
benda-benda
yang
banyak
kedalarn
mengunakan
berbagai
Berbagai sehari-hari produk
d a l a m b e n t u k s e d e r h a n a , maupun y a n g d i b i d a n g A u d i o , tnuncul disc d a n y a n g d a l a m mutu
suara
tak
Revolusi
sendi-sendi
terjamah. digunakan
dari
Mikroelektronika industri
kehidupan perlatan telah
serta
sedemikian
Mikruelektonika, cukup
digital
rumit. Audio
tertandingi
pita
maupun p i r i n g a n h i t a m , b e 1 y a n g k a - l a u d i p e n c e t
yang
baik
Misalnya
Tape
cDaT>
kaset
biasa
mengeluarkan
s u a r a , m i s a l n y a : A s s a l a m u a l a i k u m w w ; T e l p o n s i s t e ~ nd i g i t a l : T e l e v i s i warna. s i s t e m d i g i t a l
multi
sistem;
atau
j a u h l a g i s i s t e m k o m u n i k a s i y a n g d i p a k a i Nasa d a l a m M a r i n e r , V i k i n g d a n P i o n e e r semuanya d i g i t a l ,
lebih program
Satelit
buni
s e p e r t i L a n d s a t d a n I n t e l s a t p u n m e n g i r i m d a t a keburni s e c a r a d i g i t a l dan s e t e r u s n y a
*D i s a r n p a i k a n
Mungkin
ada
yang
belum
menyadari
dalari seminar ilmiah staf pengajar F i s i k a FPMIPA I K I P P a d a n g 26 Nopember 1 9 9 3
bahwa t e k n o l o g i M i k r o e l e k t r o n i k a i t u j u g a b i s a
dimanfaatkan
u n t u k nernbentu p e n g a j a r a n f i s i k a .
1 1 . PEMANFAATAN MIKROELEKTROMIK UMTUK PENGAJARAN F I S I K A
ilnu
F i s i k a ada1a.h
p e n g e t . a h ~ ! a n ~ n a n r ~ s i at e r i t a n g
rfan.
p e r a . n : s a i s e . j u a l a ! ~g e j a l n - g e . i a l a
c!eskripsi
kuantitatif
~nerupakan upaya
a l a ~ na t a u d e n g a n k a t a
alam
tentang
untuk
menu l a r k a n
tentang perangai-perangai
yang
Pengajaran. ilmu
sudah
kepada mereka yang i n g i n rnengenalnya,
dan
biasanya atau
Fisika
pengetahuan
diketahui
rnaka,siswa y a n g s e d a n g b e l a j a r d i s e k o l a h
lain
tersebut, siswa
d i
atau
perguruan
tinggi.
Agar
illnu
dan
pengetahuan
dapat
dikuasai,
pengajaran
F i s i k a dibagi dalam s i k l u s - s i k l u s sebagai berikut:
- Siklus -
pertama
Siklus
(Fisika
dasar)
kedua
(Mekanika,
n a g n e t ,Termodinarnika,
Gelombang
Listrik dan
Fisika
Modren)
-
S i k l u s k e t i g a ( F i s i k a Kuantum, F i s i k a S t a t i s t i k , Pendahuluan F i s i k a
zat
padat
dan
Pendahuluan
Fisika Inti). S i k l u s pertama sarnpai ke k e r j a (Maternatik,
t iga
dilennkapi
dengan
perkakas
S t a t i s t k a , Konlputasi d a n dan E l e k t r o n i k a ) ,
d a n merancang /melakukan
percobaan
.
J a d i d i s i n i yang menjadi t i t i k persoalan adalah perkakas k e r j a yang s a l a h s a t u bahasannya Elektronika.
bagian Fada
bidang ilmu
Elektronika
ini
diharapkan
dapat
memberikan
pengetahuzn untuk mengussi b e r b a g a i p e r a l a t a r ! dan F i s i k a . Dari t u j u a n jurusan
Fisika
yang
bersama
diharapkan mahasiswa
ini yang
Tim
percobaan Elektronika
berminat
telah
berhasil merakit peralatan
untuk
dan
pratikum
lain-lain
adalah:
- P e n c a c a h desima.1 3 d i g i t d i p a d u dengan C o u n t e r - Intercom - Termometer d i g i t a l - Lampu
hias
kedip-kedip
untuk
anilnasi
gerak
elektron
- Dan l a i n - l a i n < l n a s i h d a l a m e n g u j i a n > Senlua
peralatan
teknologi
yang
disebutkan
Mikroelektonika.
diatas
Untulc
lne~namfa a t k a n
j elasnya
akan
d i d e m o n t r a s i k a n cara pemakaiannya.
111. FENGERTIAtl MIKROELEKT'RONIRA
S e l a n j u t n y a mungkin lebih
lanjut
secara
ada
manfaatnya
sederha.na
M i k r o e l e k t r o n i k a i n i . Diawali F i s i k a w a n d a r i B e l l System Brattain,
dan
Jonh
tahun
dijelaskan
mengenai
pengert ian
1940-an,
sekelompok
Laboratorium:
Bardeen,
kalau
Shockley,
Walter
membuat
diode adalah
berhasil
s e m i k o n d u k t o r menggunakan k r i s t a l
germanium.
Diode
s u a t u komponen
menghantar
arus
dalam
satu
elektronika
arah
saja.
yang Diode
menyerahkan tegangan bolak-balik,
dapat dan juga
listrik
digunakan untuk
untuk
mengambii
isyarat
suara
Sebetninya
yang
.sudah
ditumpangi lama
orang
pada
gelombang
dapat
membuat
radio.
diode
dari
s e l e n i u m , namun m u t u n y a k u r a n g b a i k . ini
adalah
digunakan
k r i s t a l semikonduktor murni yang d i b u b u h i
dengan
atom-atom
Keistimewaaan
tertentu, ,Senis-n
membentuk
semikonduktor
kristal
. Dioda yang
dioda i n i kecil:
g e r m a n iuni
diode
terbentuk
disebut
hanya memerlukan
s a ~ n b u n g a np n p a t a u n p n , d a p a t
dibuat
yang b e r h a s i l d i b u a t o l e h t i g a orang Untuk
penemu3.n
itu
dan likuran
sehingga
dengan
komponen
membuat
yang
transistor tersebut
mereka
,
pn.
sedikit,
adalah,
~neperkuati s y a r a t . I n i l a h yang disebut
t a h u n 1947.
dioda
bahan
murah h a r g a n y a . L e b i h p e n t i n g lagi
jenis-p
dapat
bipolar,
diatas
mendapat
pada hadiah
Nobel. Dengan
adanya
transistor.
e l e k t r o n i k a de.lam u k u r a n
kecil
lahis clan
r a d i o t r a n s i s t o r , penguat t r a n s i s t o r .
pula
alat-alat
l-~arga nurah, disamping
seperti
itu
dapat
berupa saklar elektronik berupa: -
u n t u k s a k l a r daya. y a i t u u n t u k t e g a n g a n d a n
arus
yang besar
- untuk saklar
dalam bentuk s a k l a r
yang
komplek
digunakan untuk isarat yang k e c i l kedua b e n t u k d i atas berkembang j a d i e l e k t r o n i k a d i g i n t a l . Kemudian, d i t e m u k a n s i l i c o n s e b a g a i p e n g a n t i dengan kelebihan-kelebihan,
antara lain, dapat
pada temperatur s e r t a frekkwensi, l e b i h t i n g i . Demikian p u l a
susunan
daya
dan
dalad
germanium
dipergunakan tegangan
yang
transistor
juga
mengalami pengembang y a i t u dengan d i b u a t n y a {Junction Field Transitor). I n i
transitor
dikembangkan
lebih
l a g i m e n j a d i y a n g d i s e b u t MOSFET (Metal O x y d e awal
F i e l d Effect T r a n s i t o r ) . Pada
tahun
JFET lanjut
Se~niconductor
1960,
teknologi
e l k t r o n i k a z a t p a d a t maju s e l a n g k a h l a g i d e n g a n d i t e n ~ u k a n n y a IC ( I n t e g r a t e d
Circuit)
atau
ra.ngkaia.n
terpadu.
Dengan
ada.nya I C , komponen e l e k t r o n i k a m e n j a d i
makin
kecil
D e n g a n m e g u n a k a n t r a n s i t o r MOSFET.
dalam
bentuk
dikenal
sebagai.
arus
listrik.
Metal
CMOS(Comp1ementory
S e m i c o n d ~ c t o r ) ,d a p a t d i b u a t IC Ini
yang
memungkinkan
e l e k r t o n i l c s e p e r t i .jam d i g i n t a l ,
lagi.
Oxyde
irit
amat
negunakan
alat-alat
dibuatnya.
kalkulator,
dan
komputer
y a n g ama.t k e c i l , namun m e n l i l i k i ke1narnpua.n y a n g l e b i h
Dalam I C i n i k o m p o n e n - k o m p o n e n
ya.ng
tadinya
yang
tingi.
terpisah-pisah
d i r a n g k a . i k a n m e n j a d i s a t u dalanl s e b u a h c h i p s b e r u k u r a n dalam demensi
serpih)
adalah
kepingan
lcecil y a n g b e r b e n t u k e m p a t p e r s g i
pa-jang
tempat
nlm.
Jad i chips(=
diimplementasikan
silicon semua
IC
.
Dalam a r t i ya.ng l e b i h l u a s , c h i p s s e r i n g p u l a d i g u n a k a n u n t u k menujukan kemasan y a n g b e r i s i c h i p - c h i p . t e r u s berkernbang p e s a t , d a n s e k a r a n g y a i t u Teknologi Mikro-Eletkronika. ukura.n s u a t u I C s a n g a t k e c i l y a i t u
mernperoleh
lagi
IC
d i
nama
IC baru
Mama i n i d i b e r i k a n k a r e n a dalam
p n ~ ) ,t a p i mepunyai kepadatan yang s a n g a t k i n i , orang mebagi
Teknologi
gital
orde tingi.
rnikro(= Pada
berdasarkan
10
rnasa jumlah
t r a n s i s t o r a t a u rangkaian logika yang terkandung didalamnya, m e n j a d i I C SSI (SmaLL S c a l e I n t e g r a t i o n ) ,
dengan
k2padatan
100
sampai
1000
komponen;
dan
VLSI
(Very
Large
Scale
koponen .
I n g r a t i o n ) , d e n g a n kepa.data.t-1 1 0 . 0 0 0 s a m p a i 1 0 0 . 0 0 0
jam
I C u n t u k rnemori s e m i k o n d u k t o r , m i k r o p r o s e s o r p e r i f e r a l , g i t a l , dan l a i n - l a i n , Dengan
penelitian
kebanyakan d i b u a t dalam
berkesenarnbungan,
p e n e l i t i rnikrochip t e l a h
menemukan
bentuk
kini
VLSI
.
(1993)
para
untuk
lebih
teknologi
l n e m p e r m i n i u k u r a n c h i p y a n g s e b e l u t t l n y a d i d u g a . suda.h sampai s e p e r t i g a n y a , dengan kepadatan 1.000.000
minimu~tl
atau
lebih
ini
tidal,
komponen y a n g d i k e n a l d e n g a n I C s u p e r - m i k r o c k i p . Perkembangan t e n o l o g i e l e k t r o n i k a z a t p a d a t
hanya. b e r t u m p u p a d a p e n i n g k a t a n k e p a d a t a n k u a t u c h i p s , .jugs d a l a m h a 1 p r o s e s p e m b u a t a n komponen
tapi
itu sendiri,
yaitu
p e n c a r i a n m a t e r i a l semikonduktor d a . r i gabungan m e t a l v a l e n s i
I11 d a n v a l e n s i I V , s e p e r t i lain-lain
dengan
kemanlpuan
GaAs,
InSb,
bekerja
CaSb,
pada
f r e k w n s i yang l e b i h t i n g i . Bentuk d a s a r I C
FbTi,
dan
temperratur
dan
dikenal
sebagai
w a f e r , dengan s e t r u k t u r n y a t e r d i r i d a r i t i g a l a p i s a n matrial yang berbeda. Lapisan d a s a r yang r e l a t t i f s i l i c o n type-p,
d i atas l a p i s a n
ini
lebih tebal adalah
dibuat
lapisan
y a i t u lapisan e p i t a x i a l berupa s i l i c o n type-n. i n i kemudian d i l a p i s i
lagi
lapisan
dengan
kedua
Struktur ketiga,
p-n yaitu
l a p i s a n t i p i s SIOZ ( S i l i c o n D i o k s i d a ) Lapisan khusus :
silikon
melindungi
kontamidasi (pengendapan)
oleh
dioksida permukaan
impurity
secara
dasar s u a t u I C ( s e p e r t i
dari
selektif
ini
mempunyai
sernikonduktor luar berbagai
transistor,
serta
dua
fungsi terhadap
mendepositan
komponen-komponen
dioda,
resistor,
dan
k a p a s i t o r ) . Semua komponen semikonduktor
dan
itu terbuat dari
merupakan
daerah-daerah type-p
dan
material
hubungan-hubungan
type-n
dibentuk
d a e r a h yang didoping(diinjeksikan
dengan
antara
melalui
d i f u s i . Suatu t r a n s i s t o r d a s a r , lnisalnya t e r d i r i
dari
proses
dari
ketidak
tiga
murnian)
s e c a r a b e r b e d a a n t a r a s a t u sama l a i n . u n t u k m e m b e n t u k
suatu
struktur
diode
n-p-n
dari
suatu
mernbutuhkan d u a d a e r a h
yang
transistor. membentuk
pn
Suatu dan
k a p a s i t o r hampir m i r i p dengan d i o d e ,
tapi
daerah
menyusun
yang
lebih
besar
untuk
dia
np.
Suatu
membutuhkan nilai-nilai
k a p a s i t a n s i n y a . Sedangkan s u a t u r e s i s t o r d a p a t d i b e n t u k d a r i m a t e r i a l type-p hubungan
atau
p-n.
material
Semua
proses
type-n, pembuatan
tanpa
membutuhkan
komponen
tersebut
d i l a k u k a n dalam p r o s e s yang d i s e b u t F a b r i k a s i . Selama d a l a n p r o s e s p a b r i k a s i , s i l i c o n yang
merupakan
bagian
terbesar
dari
wafer
suatu
tersebut
I n e l e w a t i p r o s e s k i m i a f i s i k a ( l e b i h d a r i 100 k a l i ) . proses
kimia
perakitan. mengandung
fisika
Dalam
dilewati,
proses
beratus-ratus
dipotong-potong.
framenya
sebuah IC
Kemudian
d i l e k a t k a n pada frame. kekaki-kaki
ini,
proses
dengan
Setelah
selanjutnya wafer
adala
yang
telah
dipisah-pisahkan
dan
tersebut
potongan-potongan
Tiap-tiap
tela
chips
terminal
IC
benang-benang
dihubungkan
enas.
Proses
p a l i n g a k h i r a d a l a h h pembungkusan c h i p s d e n g a n k e d a p , menghindar i
pengaruh-pengaru
goncangan-goncangan disebut
sebagai
yang
proses
keras.
dari Proses
encapsilation.
luar
untuk seperti
pembungkusan Ssetela
ini
melewati
serangkaian penguj i a n kua.lita.s,
r-b-
chips
dipasarkan.
I V . DAFTAR BACAAN
----------------
.
M a j a l a h Aku T a h u ,
hdlsi
No. 5 6 T h . 1 9 8 7
No. 6 5 T h 1 9 8 8 , No. 1 1 9 T h 1 9 9 3 C . B a r t e e , Thomas, Digital Computer F u n d a m e n t a l ,
McGraw-Hill,
Inc,
1985
S u t r i s n o , Buku Materi P o k o k E l e k t r o n i k a I1 M o d u l 6 - 9 Karunika J a k a r t a . Universitas t e r b u k a , 1986
