MIKRO ELEKTRONIKA

MIKRO ELEKTRONIKA

LABORATORIUM ELEKTRONIKA

Praktikum Dasar Komputer dan Pemrograman

- iii -

DAFTAR ISI

PENGANTAR i

PERATURAN DAN TATA TERTIB PRAKTIKUM ii

DAFTAR ISI iii

KARTU PESERTA PRAKTIKUM (KPP) iv

PERCOBAAN I : TEKNOLOGI FILM TEBAL 1

1.1. Tujuan 1

1.2. Dasar Teori 1

1.2.1. Pengenalan Teknologi Film Tebal 1

1.2.2. Bahan Teknologi Film Tebal 2

1.2.3. Proses pada Teknologi Film Tebal 4

1.2.4. Resistor Hibrida Film Tebal 5

1.2.4.1. Karasteristik Resistor 5

1.2.4.2. Perancangan Resistansi 6

1.2.4.3. Aspect Ratio 8

1.3. Alat dan Bahan yang Digunakan 9

1.4. Prosedur Percobaan 9

1.5. Kesimpulan 14

Praktikum Dasar Komputer dan Pemrograman

- iv -

PERCOBAAN II : NMOS DAN PMOS 15

2.1. Tujuan 15

2.2. Dasar Teori 15

2.2.1. Rangkaian Diskrit dan Rangkaian Terpadu/Terintregasi 15

2.2.2. Rangkaian MOS dan Rangkaian Bipolar 15

2.2.3. Struktur Transistor MOS 16

2.3. Alat dan Bahan yang Digunakan 20

2.4. Prosedur Percobaan 20

2.5. Lembar Analisis 21

2.5.1. Analisis Grafik untuk NMOS 21

2.5.2. Analisis Grafik untuk PMOS 24

2.6. Kesimpulan 26

UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

KARTU PESERTA PRAKTIKUM

(K P P)

NAMA : ……………………………………………………………….

NIM : ………………………………………………………………

KELOMPOK : ………………………………………………………………

PRAKTIKUM : MIKROELEKTRONIKA

NO PERCOBAAN TANGGAL/TANDA TANGAN

KETERANGAN PRAKTIKUM KONSEP TINTA

1 Teknologi Film Tebal

2 VLSI (NMOS)

3 VLSI (PMOS)

DISETUJUI KOORD. ASISTEN

:

Malang, …………………………… Mengetahui, Koordinator Asisten,

Dr.Ir. Ponco Siwindarto, M.Eng.Sc. Nama : …………..………………………………… NIP 19590304 198903 1 001 NIM : ..………………………………..…………

FOTO 3 X 4

PRAKTIKUM MIKROELEKTRONIKA

PERCOBAAN 1

TEKNOLOGI FILM TEBAL

ASISTEN PERCOBAAN :

NAMA :

…………………………………………………………………………..

NIM :

……………………………………………………………………………

Pembuatan Resistor Teknologi Film Tebal

Praktikum Mikroelektronika

- 1 -

BAB 1

TEKNOLOGI FILM TEBAL

PEMBUATAN RESISTOR

1.1 Tujuan

Mengetahui ilmu mikroelektronika di bidang teknologi hibrida

Mengetahui alat dan jenis bahan beserta fungsinya yang digunakan

dalam pembuatan resistor dengan teknologi film tebal

Mengetahui proses pembuatan resistor dengan teknologi film tebal

1.2 Dasar Teori

1.2.1 Pengenalan Teknologi Film Tebal

Mikroelektronika terdiri atas beberapa teknologi penting yang dapat

dibagi menjadi tiga, yaitu teknologi peralatan diskrit yang berhubungan dengan

teknologi Printed Circuit Board (PCB), teknologi film yang terbagi menjadi

teknologi film tebal (thick film) dan teknologi film tipis (thin film), teknologi

rangkaian terpadu atau Integrated Circuit (IC) monolitik, yang terbagi menjadi

bipolar dan Metal Oxide Semiconductor (MOS). Gabungan teknologi film

dengan teknologi IC monolitik menghasilkan teknologi hibrida.

Salah satu teknologi mikroelektronika adalah teknologi hibrida. Teknologi

hibrida ada dua macam, yaitu teknologi hibrida film tipis dan teknologi hibrida

film tebal. Dalam proses pembuatannya yang paling murah dan mudah adalah

teknologi hibrida film tebal.

Teknologi film tebal adalah suatu teknologi penyambungan komponen

elektronika menggunakan bahan pasta konduktif, resistif atau induktif yang

dikerjakan pada substrat keramik. Pengerjaan dilakukan melalui suatu proses

berulang-ulang mulai dari cetak sablon, pengeringan, dan pembakaran pada

suhu tinggi. Proses pembakaran dengan suhu tinggi menghasilkan struktur

yang stabil dan kuat dengan daya kerja elektris dan termis yang sempurna.



- 2 -

Rangkaian elektronika yang menggunakan teknologi hibrida film tebal

banyak digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi dan rangkaian khusus yang

dibuat dalam jumlah sedikit. Keunggulan utama teknologi ini adalah

kemungkinan dapat dibuat resistor dengan nilai resistansi dalam jangkauan

yang sangat lebar, mulai kurang dari satu ohm sampai beberapa megaohm

dalam substrat yang sama. Penggabungan proses film tebal dengan

pembuatan resistor dan kapasitor dengan transistor atau IC sebagai komponen

aktif pada satu substrat akan menghasilkan sistem elektronika dengan

kehandalan yang tinggi dan harga yang relatif rendah.

Teknologi film tebal merupakan pembuatan rangkaian terintegrasi

dengan menggunakan metode screen dan printing yang terdiri atas sejumlah

langkah yang dapat diulang beberapa kali, yaitu pembuatan screen,

pencetakan, dan pemanggangan. Proses ini hampir sama dengan proses

sablon untuk kain. Rangkaian film tebal memerlukan substrat sebagai tempat

untuk rangkaian film tebal, proses pelapisan untuk melapiskan bahan konduktor

dan komponen pasif (khususnya resistor dan kapasitor), serta memerlukan

proses fotolitografi untuk menghasilkan bentuk pola dari rangkaian yang

diinginkan.

1.2.2 Bahan Teknologi Film Tebal

Bahan-bahan yang diperlukan dalam teknologi hibrida film tebal adalah

screen, substrat, pasta, dan rakel.

1. Screen

Screen merupakan tenunan berlubang-lubang yang terbuat dari serat

yang fungsinya adalah untuk menentukan pola yang akan dicetak dan

menentukan ketebalan pasta yang akan ditempelkan pada substrat. Serat

yang digunakan untuk membentuk kasa suatu screen terbuat dari berbagai

macam bahan. Tiga jenis bahan yang umum digunakan adalah polyester,

nylon, dan stainless steel. Ketiga bahan tersebut mempunyai karakteristik

yang berbeda. Umumnya bahan screen yang digunakan dalam proses

teknologi ini adalah stainless steel.



- 3 -

2. Substrat

Subtrat merupakan tempat jalur interkoneksi rangkaian serta tempat

interkoneksi antara devais aktif maupun pasif. Fungsi substrat dalam

rangkaian film tebal, yaitu :

a. Sebagai penunjang interkoneksi dan perakitan devais,

b. Sebagai isolator dan tempat pelapisan serta pembentukan pola jalur

konduktor dan komponen pasif,

c. Media penyalur panas dari rangkaian,

d. Sebagai lapisan dielektrik untuk rangkaian-rangkaian frekuensi tinggi.

Secara umum substrat harus mempunyai sifat :

a. Kestabilan dimensi (tidak mudah berubah)

b. Tahan terhadap gesekan

c. Konstanta dielektrik yang rendah

d. Permukaan rata dan halus

e. Stabilitas kimia yang baik dan kecocokan dengan pasta

f. Penghantar panas yang baik

g. Daya serapnya rendah

h. Jenis isolator yang baik

Bahan substrat yang banyak digunakan untuk rangkaian film tebal adalah

alumina, berylia, gelas, quarz, dan sapphire, atau kombinasi dari bahan-

bahan tersebut.

3. Pasta

Tata-letak suatu rangkaian hibrida film tebal terdiri atas beberapa

lapis yang bergantung pada fungsinya, sehingga dalam suatu rangkaian

elektronika diperlukan beberapa jenis screen dengan pola yang berbeda

dan pasta yang berbeda pula. Macam pasta yang diperlukan dalam

pembuatan rangkaian elektronika teknologi hibrida film tebal adalah :



- 4 -

a. Pasta konduktor, mempunyai sifat yang berguna untuk solder

(bonding),

b. Pasta resistor dengan berbagai nilai resistansi,

c. Pasta dielektrik yang mempunyai berbagai konstanta dielektrik dan

karakteristik frekuensi,

d. Pasta pelindung (coating), digunakan untuk melindungi rangkaian

akhir,

e. Pasta solder.

4. Rakel

Rakel (squeege) berfungsi untuk mengalihkan pasta ke substrat dengan

cara menekan pasta ke dalam screen. Tegangan permukaan akan menahan

pasta pada substrat saat posisi screen kembali ke keadaan semula. Bahan

yang digunakan sebagai rakel adalah neoprine, polyrethana, dan viton

dengan kekerasan bahan antara 50 - 60 durometer. Posisi rakel harus

menjadikan sisi tajam membentuk sudut 45 sampai 60 derajat terhadap

permukaan screen. Tekanan rakel terhadap screen akan berpengaruh

terhadap hasil cetakan. Bila tekanan teralu ringan maka pasta yang akan

dilewatkan screen sangat sedikit.

1.2.3 Proses pada Teknologi Film Tebal

Dalam pemrosesan, pasta konduktor film tebal terlebih dulu dilapiskan di

atas substrat dengan proses screen printing kemudian dikeringkan. Selanjutnya

bahan resistor dilapiskan dengan proses screen printing yang kemudian

dikeringkan. Kemudian substrat yang telah dilapisi pasta konduktor dan resistor

yang sudah dikeringkan selanjutnya dibakar. Dalam proses pembuatan ini,

sebagai bahan resistor digunakan pasta resistor berbahan dasar palladium dan

pasta paladium-perak (Pd-Ag) sebagai lapisan konduktor.

1. Proses Screen Printing

Screen printing bahan konduktor dan bahan resistor dilakukan

dengan menggunakan sistem snap-off.



- 5 -

2. Proses Print Drying

Pengeringan cetakan dilakukan setelah proses printing. Terdiri atas

dua tahap, yaitu :

Tahap pertama dibiarkan pada suhu ruangan 25,6ºC selama 10

menit

Tahap kedua pada suhu 150ºC selama 10 menit

3. Proses Pembakaran (Firing)

Pembakaran dilakukan dengan menggunakan peralatan pembakaran

VULCAN A-550. Waktu yang digunakan dalam proses pembakaran

konduktor dan resistor adalah 10 menit pada suhu sebesar 700ºC.

1.2.4 Resistor Hibrida Film Tebal

1.2.4.1 Karakteristik Resistor

Resistor merupakan komponen yang sangat berperan dalam

rangkaian hibrida film tebal. Resistor hibrida film tebal mempunyai

karakteristik yang terdiri atas TCR (Temperature Coeficient of Resistance)

dan VCR (Voltage Coeficient of Resistance), disipasi daya, tegangan

maksimum, tanggapan frekuensi, dan noise. Bahan resistor film tebal dapat

dibagi menjadi dua, yaitu resin dan cermet. Cermet terbagi menjadi

beberapa campuran, yaitu berbahan dasar palladium, berbahan dasar

ruthenium, berbahan dasar platina, emas, dan iridium, serta macam-macam

campuran.

Resistansi berkaitan dengan jatuh tegangan (voltage drop) dalam

volt (V) antara dua terminal resistor dan arus yang melewati resistor dalam

satuan ampere (A) yang berkaitan dengan Hukum Ohm yang dijelaskan

dalam persamaan :

I

VR

Di mana :

V = tegangan resistor (V)

I = arus resistor (A)

R = resistansi (Ω)



- 6 -

1. Koefisien Suhu Resistansi (TCR)

Koefisien suhu resistansi (Temperature Coefficient of Resistance)

adalah koefisien perubahan nilai resistansi sebuah resistor setiap

adanya perubahan suhu. Nilai TCR didapat dari pengukuran resistansi

dalam dua kondisi suhu. Persamaan untuk TCR dapat dinyatakan

dengan rumus :

Di mana :

TCR = koefisien suhu resitansi (ppm/ºC)

T1 = suhu referensi (ºC)

T2 = suhu saat pengukuran R2 (ºC)

R1 = resistansi dengan suhu referensi T1 (Ω)

2. Koefisien Tegangan Resistansi (VCR)

Resistansi untuk resistor film tebal tidak selalu tetap nilainya

pada saat diberi tegangan. Koefisien tegangan resistansi (Voltage

Coefficient of Resistance) adalah perubahan resistansi sebuah resistor

setiap adanya perubahan tegangan. Nilai VCR didapat dari pengukuran

resistansi dalam dua tegangan yang berbeda. Persamaan untuk VCR

dapat dinyatakan dengan rumus :

Di mana :

VCR = koefisien tegangan resistansi (%/V)

V1 = tegangan referensi (V)

V2 = tegangan pengukuran R2 (V)

R1 = resistansi dengan tegangan referensi V1 (Ω)

R2 = resistansi dengan tegangan V2 (Ω)

1.2.4.2 Perancangan Resistansi



- 7 -

Komponen-komponen yang dapat diproduksi dengan sangat baik

oleh thick film hybrid adalah resistor. Hal ini disebabkan karena pasta

resistor memiliki sheet resistance yang bervariasi sehingga dapat dipilih

potensiometer yang sesuai untuk mencetak resistor dengan ukuran

minimum. Resistansi sebuah resistor berbanding lurus terhadap resistivitas

bahan dan panjang resistor, dan berbanding terbalik dengan daerah luasan

yang tegak lurus arah aliran arus. Resistansi sebuah resistor digambarkan

dalam Gambar 1.

Gambar 1. Resistansi resistor bentuk empat persegi panjang dengan luasan A dan panjang

L

Resistansi R sebuah resistor diberikan dengan rumus :

Di mana :

p = resistivitas (Ω.cm)

l = panjang resistor (cm)

A = luasan yang tegak lurus arah aliran arus (cm2)

R = resistansi (Ω)

Daerah luasan yang tegak lurus arah aliran arus A resistor merupakan

perkalian ketebalan film t dengan lebar w.

Di mana :

A = luasan yang tegak lurus arah aliran arus (cm2)

t = tebal resistor (cm)



- 8 -

w = lebar resistor (cm)

Dari kedua persamaan di atas didapat :

Di mana :





R = resistansi (Ω)

Ketebalan lapisan film tebal hasil proses di atas substrat dianggap konstan,

sehingga untuk mendapatkan nilai resistor :

Di mana :



RS = resistivitas lembaran (W/a)

1.2.4.3 Aspect Ratio

Bentuk resistor teknologi hibrida film tebal dapat berbentuk empat

persegi panjang atau bentuk topi (hat-shaped). Bentuk lengkung, zigzag,

atau bentuk lain yang tidak umum tidak digunakan karena sukar dalam

pembuatan screen dan pengaturan. Panjang l dibagi lebar w menghasilkan

jumlah luasan resistor. Perbandingan panjang dan lebar resistor

didefinisikan sebagai aspect ratio. Nilai aspect ratio sama dengan jumlah



- 9 -

luasan resistor. Perkalian jumlah luasan dengan resistivitas lembaran

adalah besarnya resistansi yang dapat ditulis dalam persamaan berikut :

w

l

R

R

S

Di mana :

RS = resistivitas lembaran (W/a)



R = resistansi (Ω)

1.3 Alat dan Bahan yang Digunakan

Substrat keramik / substrat alumina

Screen (untuk membentuk pola)

Screen-holder

Rakel

Series-strip (untuk membersihkan solvent dari screen)

Solvent

Sensitizer

Pasta konduktif

Pasta resistif

M3 (untuk membersihkan pasta)

Air (untuk membersihkan screen)

Lampu mercury 120W (untuk proses fotolitografi)

Oven kecil (suhu 150ºC)

Oven besar (suhu 700ºC)

Hair-dryer

1.4 Prosedur Percobaan

1. Menyiapkan alat dan bahan.



- 10 -

Gambar 2. Substrat keramik / substrat alumina

1 1 6

72

534

Gambar 3. Alat dan bahan yang digunakan pada proses penyablonan substrat

Keterangan :

1. Screen

2. Rakel

3. Series-strip

4. Solvent

5. Sensitizer

6. M3 (untuk membersihkan pasta)

7. Hair-dryer

2. Menyalakan oven besar pada suhu awal ....... ºC untuk mempercepat

kenaikan suhu.



- 11 -

Gambar 4. Tungku yang digunakan pada proses firing

3. Membuat campuran solvent dan sensitizer dengan perbandingan ..... :

..... .

4. Membentuk pola dengan menggunakan campuran solvent-sensitizer

yang dioleskan pada screen dan kemudian diratakan dengan rakel.

5. Mengeringkan screen dengan menggunakan hair-dryer.

6. Meletakkan screen pada screen-holder yang di bawahnya telah

diletakkan substrat keramik.

Gambar 5. Film untuk jalur konduktif

7. Meletakkan film untuk jalur konduktif di atas screen, lalu menutupnya

dengan kaca, kemudian memanaskannya di bawah lampu ultraviolet

untuk proses fotolitografi.



- 12 -

Gambar 6. Lampu ultraviolet sebagai pengganti sinar matahari

8. Membersihkan screen dengan air dan kemudian mengeringkan dengan

hair-dryer.

Gambar 7. Pasta konduktif

Resistivity : ........ Ω/

Gambar 8. Pasta resistif

9. Mengoleskan pasta konduktif di atas pola, kemudian meratakannya

dengan rakel.

10. Panaskan dalam oven kecil selama ..... menit untuk proses drying pada

suhu ..... ºC.



- 13 -

Gambar 9. Tungku yang digunakan pada proses drying

11. Panaskan dalam oven besar selama ..... menit untuk proses firing pada

suhu ..... ºC.

12. Melakukan langkah 1 - 8 sekali lagi, tetapi kali ini film untuk jalur resistif

yang dipakai.

Gambar 10. Film untuk jalur resistif

Ukuran resistor teori : - Panjang (L) : ..... mm

- Lebar (W) : ..... mm

13. Meletakkan keramik yang terpola jalur konduktif ke screen yang

diletakkan pada screen-holder, lalu meletakkan pasta resistif di atas

pola, dan meratakannya dengan rakel.

14. Mengeringkan lapisan tersebut dengan menggunakan oven kecil selama

..... menit pada suhu ..... ºC.

15. Membakar pola konduktif dan resistif dengan menggunakan oven besar

selama ..... menit pada suhu ..... ºC.



- 14 -

1.5 Kesimpulan

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

........................................................................................................................

PRAKTIKUM MIKROELEKTRONIKA

PERCOBAAN 2

VLSI (NMOS DAN PMOS)

ASISTEN PERCOBAAN :

NAMA :

…………………………………………………………………………..

NIM :

……………………………………………………………………………

VLSI – NMOS DAN PMOS


- 15 -

BAB 2

N-MOS DAN P-MOS

2.1. Tujuan percobaan

Mengetahui perbedaan komponen diskrit dan komponen terpadu.

Mengetahui karakteristik NMOS dan PMOS sebagai komponen.

Mengetahui pengaruh W/L pada karakteristik komponen.

2.2. Dasar Teori

2.2.1. Rangkaian Diskrit dan Rangkaian Terpadu/Terintregasi

Berdasarkan cara analisisnya rangkaian elektronika dapat dibagi menjadi

dua jenis yaitu: rangkaian elektronika sebagai peranti diskrit dan rangkaian

elektronika sebagai rangkaian terpadu/terintregrasi.

Analisis rangkaian ketika rangkaian elektronika dilihat sebagai peranti

diskrit ialah menentukan fungsi rangkaian berdasarkan cara perilaku

rangkaian keseluruhan (karakteristik tampak). Akan tetapi ketika rangkaian

elektronika dilihat sebagai rangkaian terpadu/terintregasi analisis dilakukan

mulai dari karakteristik tingkat komponen, akibatnya, karakteristik rangkaian

akan berubah saat karakteristik komponen berubah.

Pada praktikum ini dibicarakan mengetahui perubahan karakteristik

rangkaian yang dipengaruhi oleh perubahan karakteristik komponen,

rangkaian tidak hanya dipandang berdasarkan fungsinya saja.

2.2.2. Rangkaian MOS dan Rangkaian Bipolar

Dalam proses pabrikasi rangkaian terpadu digital skala-kecil yang

menggunakan substrat aktif terdapat dua jenis teknologi fabrikasi yang

digunakan yaitu Bipolar dan MOS. Salah satu contoh rangkaian terpadu jenis

Bipolar adalah TTL, ECL, I2L dan lain-lain. Sedangkan yang termasuk

rangkaian terpadu jenis MOS adalah NMOS, PMOS, dan CMOS. Selain itu

terdapat juga rangakian terpadu hybrid yang memadukan Bipolar dan MOS

yaitu Bi-MOS.

Masing-masing teknologi fabrikasi memiliki kelebihan dan kekurangannya

masing-masing. Kelebihan rangkaian terpadu jenis Bipolar diantaranya dapat

beroperasi pada frekuensi yang tinggi dan memiliki transkonduktansi yang

besar. Namun, rangkaian terpadu jenis ini memiliki disipasi daya yang cukup



- 16 -

besar sehingga penelitian pada rangkaian jenis bipolar ini tidak sepopuler

jenis MOS.

Untuk rangkaian terpadu skala-besar rangkaian MOS dianggap lebih

menguntungkan daripada rangkaian bipolar. Hal itu dikarenakan lebih

banyak transistor dan lebih banyak fungsi rangkaian yang dapat sukses

difabrikasi pada sekeping wafer menggunakan teknologi MOS.

Alasan tersebut disebabkan oleh tiga hal. Pertama, setiap keping

transistor MOS memiliki luasan yang kecil. Kedua, proses fabrikasi MOS

membutuhkan lebih sedikit langkah sehingga dicapai lebih sedikit cacat kritis

per keping wafer dibanding fabrikasi rangkaian bipolar. Hal ini

memungkinkan tingkat kesuksesan yang lebih tinggi dalam teknologi MOS.

Ketiga, teknik rangkaian dinamik yang memerlukan lebih sedikit transistor

untuk realisasi fungsi rangkaian yang diberikan, praktis dalam teknologi MOS

tetapi tidak dalam teknologi bipolar. Akibat perbedaan ini, jauh lebih murah

untuk memproduksi rangkaian MOS skala-besar dibanding rangkaian bipolar

untuk fungsi yang ekuivalen.

Perbedaan lain dari kedua jenis transistor tersebut adalah bahwa dalam

transistor bipolar arus output (IC) dikendalikan oleh arus input (IB).

Sedangkan dalam MOS arus output (ID) dikendalikan oleh tegangan input

(VGS), karena arus input adalah nol. Sehingga resistansi input MOS sangat

besar.

2.2.3. Struktur Transistor MOS

Transistor dapat diilustrasikan sebagai sebuah saklar yang dikontrol

dengan menggunakan listrik (arus dan tegangan). Transistor memiliki tiga

buah terminal. Keadaan tersambung atau terputus pada dua terminal

ditentukan oleh keadaan dari kontrol terminalnya.

Terdapat dua jenis utama transistor MOSFET, yaitu MOSFET tipe

peningkatan (E-MOSFET / Enhancement MOSFET) dan MOSFET tipe

pengosongan (D-MOSFET / Depletion MOSFET). Pada E-MOSFET, kanal

akan terbentuk ketika VGS diberikan tegangan positif. Pada D-MOSFET,

kanal akan menipis ketika VGS diberikan tegangan positif.

Terdapat dua tipe transistor MOS yaitu n-type MOS (NMOS) dan p-type

MOS (PMOS). Rangkaian MOS yang menggunakan kedua tipe transistor

tersebut disebut complementary MOS (CMOS). MOS memiliki tiga terminal:

gate, source, dan drain. Ketika teminal gate dari transistor NMOS dalam

kondisi high, maka bisa dikatakan bahwa transistor dalam keadaan aktif

sehingga terdapat jalur penghantar dari source ke drain. Ketika terminal gate

dalam kondisi low, maka transistor mati dan tidak terdapat jalur penghantar



- 17 -

dari source ke drain. Sebaliknya, PMOS aktif ketika terminal gate dalam

kondisi low dan mati ketika terminal gate dalam kondisi high.

Struktur dari transistor MOS dapat diketahui dari potongan melintang dari

transistor MOS tersebut. Dua bagian yang didoping lebih berat dengan

silicon type-n (n+) (atau type-p (p+) untuk PMOS) akan membentuk source

dan drain. Source dan drain dipisahkan oleh sebuah substrat type-p (atau

type-n untuk PMOS). Hantaran dari terminal gate menuju substrat (body)

dipisahkan oleh sebuah lapisan isolasi tipis (lebih sering dikenal sebagai

lapisan kaca). Nama transistor MOS diperoleh dari tumpukan struktur gate-

isolator-substrat dari transistor itu sendiri, yaitu Metal-Oxide-Semiconductor.

Mula-mula gate dibuat dari bahan metal, akan tetapi sejak tahun 70an gate

dibuat dari polysilicon.

Gambar 1 Penampang samping NMOS dan PMOS

Perilaku transistor PMOS berkebalikan dari transistor NMOS. Terminal

source dan substrat normalnya dalam kondisi high. Ketika gate juga berada

pada kondisi high, maka pada gate kapasitor tidak terdapat tegangan yang

melintasinya dan transistor dalam kondisi mati. Ketika gate berada pada

kondisi low, pembawa positif akan tertarik dari subtrat menuju tepat dibawah

lapisan oxide dan transistor akan aktif.

MOSFET adalah divais yang simetris, artinya source dan drain dapat

ditukar-tukar. Source dan drain hanya dapat diketahui setelah polaritas

tegangan diberikan. Penampang tiga dimensi dari sebuah transistor MOS

ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 2 Transistor NMOS



- 18 -

Kemampuan transistor untuk menghantarkan arus, sangat ditentukan oleh

besarnya luas kanal yang didapat dari pertemuan Drain dan Source dengan

polysilicon. Besarnya luas kanal ini ditentukan oleh besarnya length(L) dan

width(W). Length adalah jarak antara source dan drain. Sedangkan width

adalah lebar dari gate.

Gambar 3 Perbandingan W dan L pada MOS

Kanal (length) yang lebih pendek jaraknya akan memberikan kinerja yang

lebih cepat pada transistor, karena arus akan mengalir dalam jarak yang

lebih pendek. Transistor yang lebih lebar menyediakan arus yang lebih

besar, tapi juga memiliki nilai kapasitansi yang lebih besar, oleh karena itu

pilihan terbaik dari width/length ini tergantung aplikasinya.

Nilai transkonduktansi dari kanal ini ditentukan oleh perbandingan W/L

yang didapat dari persamaan:

Dimana A adalah luas penampang penghantar, dalam hal ini kanal, yang

berupa hasil perkalian dari width ( ) dan tebalnya kanal ( ). Kita dapat

mengabaikan nilai ( ) karena nilai ini ditentukan oleh kemampuan fabrikasi

dari pabrik. Sementara nilai ditentukan oleh jenis bahan yang digunakan.

Gambar 4 Ilustrasi kanal

Arus akan mengalir dari drain ke source melalui kanal. Pada umumnya

kanal ini mempunyai panjang (L), antara , dan lebar (W), antara

. Divais dengan , biasanya dipakai pada rangkaian

terintegrasi digital yang mempunyai kecepatan sangat tinggi.



- 19 -

Kemampuan hantar arus berkaitan erat dengan besarnya lebar kanal.

Namun sebenarnya dalam rangkaian terpadu MOS, ada faktor-faktor lain

yang mempengaruhi kemampuan hantar arus. Faktor tersebut antara lain

mobilitas rata-rata elektron (µ), kapasitansi oksida gerbang (Cox), ketebalan

dielektrik gerbang (tox) dan sebagainya. Besarnya arus yang mengalir dalam

sebuah MOS dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut:

Akan tetapi dalam proses fabrikasi, parameter-parameter tersebut sudah

ditentukan sehingga persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi:

jika

Pada frekuensi tinggi, karakteristik komponen akan berubah karena faktor

kapasitif dan induktif ikut diperhitungkan.



- 20 -

2.3. Peralatan yang digunakan 1. Seperangkat PC.

2. Program Microwind2.

2.4. Prosedur percobaan

1. Jalankan program microwind2.

2. Atur zoom level hingga menunjukkan skala 5 lamda.

3. Susunlah layout NMOS sesuai dengan gambar (a) dengan

ketentuan perbandingan W dan L seperti pada tabel 1.1.

4. Dapatkan karateristik MOS dengan menekan tombol Simulate MOS

Characteristics, dapatkan grafik vs dengan membiarkan

parameter yang lain tetap.

5. Amati perubahan grafik yang dihasilkan pada setiap percobaan lalu

simpan setiap grafik dan tempel pada lembar analisis.

6. Ulangi langkah 3-5 di atas dengan menggunakan layout PMOS

sesuai dengan gambar (b)

No 1

10

5

2 10

3 20

4 5

10 5 10

6 20

Tabel 1.1 Perbandingan W/L

Gambar a NMOS Gambar b PMOS



- 21 -

2.5. Lembar Analisis

2.5.1 Analisis Grafik untuk NMOS

Grafik 1 ..........

V

Grafik 2 ..........

V



- 22 -

Grafik 3 ..........

V

Grafik 4 ..........

V



- 23 -

Grafik 5 ..........

V

Grafik 6 ..........

V



- 24 -

2.5.2. Analisis Grafik untuk PMOS

Grafik 1 ..........

V

Grafik 2 ..........

V

Grafik 3 ..........

V



- 25 -

Grafik 4 ..........

V

Grafik 5 ..........

V

Grafik 6 ..........

V



- 26 -

2.6 Kesimpulan

1) Buatlah analisis tentang transkonduktansi pada NMOS dan PMOS saat:

a) Nilai W berubah-ubah dengan L tetap

b) Nilai L berubah-ubah dengan W tetap

2) Buatlah analisis tentang kemampuan hantar arus pada NMOS dan PMOS

saat:

a) Nilai W berubah-ubah dengan L tetap

b) Nilai L berubah-ubah dengan W tetap

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

...............................................................................................................................

MIKRO ELEKTRONIKA

Documents

Transcript of MIKRO ELEKTRONIKA