Semikonduktor

Semikonduktoradalah sebuah bahan dengankonduktivitas listrikyang berada di antaraisolator listrikdankonduktor listrik.  Bahan semikonduktor terdiri dari 4elektron valensi.Jenis bahan semikondutor yang umum digunakan ialah karbon, germanium, dan silikon.Berdasarkan jenis dopingnya, bahan semikonduktor terbagi menjadi dua tipe yaitu tipe P dan tipe N.Suatu semikonduktor bersifat sebagai isolator listrik jika tidak diberi arus listrik dengan cara dan nilai besaran arus listrik tertentu. Namun pada temperatur, arus listrik, tata cara dan persyaratan kerja tertentu, semikonduktor berfungsi sebagaikonduktor, misal sebagai penguat arus, penguat tegangan dan penguat daya. Untuk menggunakan suatu semikonduktor supaya bisa berfungsi harus tahu spesifikasi dan karakter semikonduktor itu, jika tidak memenuhi syarat operasinya maka akan tidak berfungsi dan rusak. Semikonduktor sangat berguna dalambidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut pendonor elektron). Semikonduktor digunakan pada berbagaialat semikonduktor.
Sifat kelistrikan suatu material, termasuk semikonduktor, dapat dijelaskan dengan menggunakan diagram pita energi. Diagram pita energi menjelaskan bahwa dari sekumpulan atom-atom yang terkumpul rapi membentuk struktur kristal tertentu, hanya ada sejumlah tingkat energi yang dapat ditempati oleh elektron. Elektron akan menempati tingkat energi yang rendah terlebih dahulu. Pita terakhir yang diisi oleh elektron disebut pita valensi. Sejumlah tingkat energi setelah pita valensi disebut pita konduksi. Jarak antara tingkat energi terendah di pita konduksi dan tingkat energi tertinggi di pita valensi disebut celah pita. Pada silikon, celah pita ini bernilai 1.1 eV.
Material semikonduktor yang terdiri dari unsur-unsur yang sama disebut semikonduktor intrinsik. Semikonduktor intrinsik ini memiliki sifat-sifat listrik tertentu pada suhu tertentu, misalnya jumlah muatan pembawa. Pada aplikasinya, kita ingin merekayasa jumlah muatan pembawa ini dengan cara selain mengubah suhu, misalnya dengan melakukan doping pada semikonduktor intrinsik. Semikonduktor intrinsik yang telah terdoping ini disebut semikonduktor ekstrinsik.
Bahan berdasarkan konduktivitas listriknya dibedakan menjadi isolator, konduktor, dan semikonduktor. Konduktivitas adalah sifat yang memungkinkan suatu bahan untuk menghantarkan listrik.
Dilansir dari Encyclopaedia Britannica, isolator adalah bahan yang menghalangi arus listrik sehingga tidak bisa menghantarkan listrik. Terlihat pada gambar bahwa bahan isolator memiliki bandgap atau jurang pembatas dimana elektron tidak cukup kuat untuk melompatinya sehingga aliran listrik terhenti. Yang termasuk bahan isolator adalah bahan dengan konduktivitas sangat rendah seperti kertas, plasti, batu-bata, karet, mika, dan udara. Pernahkah kamu tersengat listrik karena kabel yang terkelupas? Bagian yang terkelupas tersebut adalah isolator yang terbuat dari karet. Isolator menjaga agar listrik tidak bocor keluar sehingga tidak membahayakan makhluk hidup. Selain itu isolator juga berfungsi mengisolasi komponen elektronik sehingga tidak ada arus yang bercampur dan alat elektronik dapat bekerja dengan baik.
Konduktor adalah bahan yang dapat menghantarkan arus listrik kaena memiliki konduktivitas tinggi. Konduktor memiliki konduktivitas tinggi karena memiliki pita energi yang tidak terputus atau kontinu. Terlihat pada gambar, pita energi konduktor tidak terpisah sehingga elektron akan terus lewat tanpa hambatan dan arus listrik terus mengalir. Dilansir dari ThoughtCo, bahan yang termasuk konduktor lemah dalah perak, emas, tembaga, alumunium, air raksa, baja, besi, larutan elektrolit seperti air laut, dan air raksa. Adapun yang termasuk konduktor kuat adalah platinum, kuningan, perunggu, grafik, dan larutan elektrolit kuat seperti air lemon. Arus listrik dari pembangkit listrik mengalir melalui kabel dengan konduktor didalamnya sehingga bisa sampai ke rumahmu.
Semikonduktor adalah bahan yang dapat menghantarkan listrik dalam kondisi tertentu. Dilansir dari Lumen Learning, semikonduktor terdiri dari dua jenis yaitu intrinsik dan ekstrinsik. Semikonduktor intrinsik hanya terdiri dari satu bahan seperti silikon, selenium, atau germanium. Pada semikonduktor intrinsik dapat menghantarkan listrik saat diberikan panas. Panas memberikan tambahan energi pada elektron untuk meloncati jurang bandgap semikonduktor yang tidak terlalu jauh. Sedangkan semikonduktor ektrinsik terdiri dari dua bahan, yaitu tipe p atau positif dan tipe n atau negatif yang tergabung. Semikonduktor tipe n memiliki kelebihan satu elektron valensi sehingga mampu melepaskan elektron. Adapun semikonduktor tipe p adalah pembawa muatan bebas atau dapat dibilang memiliki lubang. Saat diberikan arus listrik, elektron dari tipe n akan mengisi lubang-lubang pada tipe p membuat arus dapat mengalir melewati band gap atau jurang kecil semikonduktor.
p–n junction adalah kombinasi dua jenis bahan semikonduktor, tipe-p dan tipe-n, dalam satu kristal,. Sisi "n" (negatif) berisi elektron yang bergerak bebas, sedangkan sisi "p" (positif) berisi lubang elektron yang bergerak bebas,. Penggabungan kedua material menyebabkan terciptanya daerah penipisan di dekat batas, karena elektron bebas mengisi lubang yang tersedia, yang pada gilirannya memungkinkan arus listrik melewati persimpangan hanya dalam satu arah.
sambungan p–n mewakili kasus paling sederhana dari perangkat elektronik semikonduktor ; sambungan pn dengan sendirinya, bila dihubungkan pada kedua sisi ke suatu rangkaian, adalah dioda,. Komponen rangkaian yang lebih kompleks dapat dibuat dengan kombinasi lebih lanjut dari semikonduktor tipe-p dan tipe-n; misalnya transistor sambungan bipolar (BJT) adalah semikonduktor dalam bentuk n–p–n atau p–n–p. Kombinasi perangkat semikonduktor tersebut pada satu chip memungkinkan terciptanya sirkuit terpadu,.
Sel surya dan dioda pemancar cahaya (LED) pada dasarnya adalah sambungan pn tempat bahan semikonduktor dipilih, dan geometri komponen dirancang, untuk memaksimalkan efek yang diinginkan (penyerapan atau emisi cahaya). Persimpangan Schottky mirip dengan persimpangan ap – n, di mana alih-alih semikonduktor tipe-n, logam secara langsung berperan sebagai penyedia muatan "negatif".
Penemuan persimpangan p–n biasanya dikaitkan dengan fisikawan Amerika Russell Ohl dari Bell Laboratories pada tahun 1939. Dua tahun kemudian (1941), Vadim Lashkaryov melaporkan penemuan persimpangan p–n pada fotosel Cu 2 O dan perak sulfida dan penyearah selenium. Teori modern sambungan pn dijelaskan oleh William Shockley dalam karya klasiknya Electrons and Holes in Semiconductors (1950).
Semikonduktor didefinisikan oleh perilaku konduktif listriknya yang unik, di antara  konduktor dan isolator. Perbedaan antara bahan-bahan ini dapat dipahami dalam hal keadaan kuantum untuk elektron, yang masing-masing dapat berisi nol atau satu elektron (dengan prinsip pengecualian Pauli). Keadaan ini dikaitkan dengan struktur pita elektronik bahan. Konduktivitas listrik muncul karena adanya elektron dalam keadaan yang terdelokalisasi (memanjang melalui bahan), namun untuk mengangkut elektron, suatu keadaan harus terisi sebagian, yang hanya berisi elektron sebagian dari waktu. Jika keadaan selalu ditempati oleh elektron, maka keadaan itu inert, menghalangi lewatnya elektron lain melalui keadaan itu. Energi dari keadaan kuantum ini sangat penting karena suatu keadaan terisi sebagian hanya jika energinya mendekati tingkat Fermi (lihat statistik Fermi–Dirac).
Konduktivitas tinggi pada material berasal dari material yang memiliki banyak keadaan terisi sebagian dan banyak delokalisasi keadaan. Logam merupakan konduktor listrik yang baik dan memiliki banyak keadaan terisi sebagian dengan energi yang mendekati level Fermi. Sebaliknya, isolator memiliki sedikit keadaan terisi sebagian, level Fermi berada dalam celah pita dengan sedikit keadaan energi yang harus ditempati. Yang penting, isolator dapat dibuat menghantarkan listrik dengan meningkatkan suhunya: pemanasan menyediakan energi untuk mendorong beberapa elektron melintasi celah pita, yang menginduksi keadaan terisi sebagian baik di pita keadaan di bawah celah pita (pita valensi) maupun pita keadaan di atas celah pita (pita konduksi). Semikonduktor (intrinsik) memiliki celah pita yang lebih kecil daripada isolator dan pada suhu ruangan, sejumlah besar elektron dapat tereksitasi untuk melintasi celah pita.
Namun, semikonduktor murni tidak terlalu berguna, karena bukan isolator atau konduktor yang sangat baik. Namun, satu fitur penting dari semikonduktor (dan beberapa isolator, yang dikenal sebagai semi-isolator) adalah konduktivitasnya dapat ditingkatkan dan dikontrol dengan mendoping pengotor dan menggerakkannya dengan medan listrik. Doping dan menggerakkannya menggerakkan pita konduksi atau pita valensi lebih dekat ke level Fermi dan sangat meningkatkan jumlah keadaan yang terisi sebagian.
Beberapa bahan semikonduktor dengan celah pita yang lebih lebar terkadang disebut sebagai semi-isolator. Ketika tidak didoping, bahan ini memiliki konduktivitas listrik yang lebih dekat dengan isolator listrik, namun bahan ini dapat didoping (sehingga sama bermanfaatnya dengan semikonduktor). Semi-isolator memiliki aplikasi khusus dalam mikroelektronika, seperti substrat untuk HEMT. Contoh semi-isolator yang umum adalah galium arsenida. Beberapa bahan, seperti titanium dioksida, bahkan dapat digunakan sebagai bahan isolasi untuk beberapa aplikasi, sementara diperlakukan sebagai semikonduktor celah lebar untuk aplikasi lain.
Semikonduktor intrinsik yang telah terdoping disebut semikonduktor ekstrinsik. Semikonduktor ekstrinsik dapat dibedakan berdasarkan golongan atom doping.
Semikonduktor tipe P merupakan semikonduktor dengan jumlah elektron yang sangat sedikit. Bahan pembuatan semikonduktor tipe P adalah campuran atom germanium dan atomindiumatau atom-atom lain yang memiliki 3 elektron valensi, e.g., boron, aluminium, galium. Semikonduktor tipe P bermuatan positif karena indium memiliki lebih sedikit elektron dibandingkan dengan germanium.
Semikonduktor tipe N merupakan semikonduktor dengan jumlah elektron yang sangat banyak. Bahan pembuatan semikonduktor tipe N adalah campuran atom germanium dan atomarsenatau atom-atom lain yang memiliki 5 elektron valensi, e.g. fosfor, arsen, antimoni. Semikonduktor tipe N bermuatan negatif karena arsenikum memiliki lebih banyak elektron dibandingkan dengan germanium.
Tabel di bawah ini memberikan informasi tentang sejumlah besar elemen semikonduktor dan hubungannya, dibagi menjadi beberapa jenis:
Semua jenis semikonduktor mempunyai ketergantungan yang menarik antara band gap terhadap periode, yaitu dengan bertambahnya periode maka band gap semakin berkurang.
Kuatarus listrikpada bahan semikonduktor tidak dapat diketahui secara tepat melaluihukum Ohm. Penerapan hukum Ohm hanya berlaku bagirangkaian listrikyang memiliki arus listrik yang selalu berbanding lurus dengan nilai tegangan listrik yang bekerja. Sebaliknya, bahan semikonduktor tidak selalu memiliki kuat arus listrik yang berada dalamfungsi linearterhadap tegangan listrik yang berlaku. Arus listrik yang mengalir melalui bahan semikonduktor dapat menngalami fungsi linear,fungsi kuadratataufungsi kubikterhadap nilai tegangan listrik yang bekerja.Pada bahan semikonduktor berlakuefek Hallyang menentukan kerapatan arus listrik yang dinyatakan dalam muatan per satuan volume. Nilai tegangan listrik pada bahan semikonduktor ditentukan oleh pemusatan dari muatan-muatan listrikyang terbawa ke dalam bahan listrik.
Hukum Childberlaku pada semikonduktor yang hanya memiliki pembawa muatan dalam jumlah yang sangat sedikit. Selain itu, hukum Child hanya berlaku untuk arus listrik yang terbentuk akibat adanya muatan ruang di dalam semikonduktor. Pada semikonduktor, hukum Child hanya diterpakan pada arus listrik yang dihasilkan oleh pembawa muatan hasil injeksi darielektrode.
Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalamelektronikadalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini disebutdopan.
Dopingsejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkankonduktivitasnyadengan faktor lebih besar dari satumilyar.Dalamsirkuit terpadumodern, misalnya,polycrystalline silicondidop-berat sering kali digunakan sebagai penggantilogam.
Dalam produksi semikonduktor, doping adalah memasukkan pengotor yang disengaja ke dalam semikonduktor intrinsik (tidak didoping) untuk tujuan memodulasi sifat listrik, optik, dan strukturalnya. Bahan yang diolah disebut sebagai semikonduktor ekstrinsik.
Sejumlah kecil atom dopan dapat mengubah kemampuan semikonduktor dalam menghantarkan listrik. Bila urutan satu atom dopan ditambahkan per 100 juta atom, dopingnya dikatakan rendah atau ringan. Ketika lebih banyak atom dopan ditambahkan, dengan urutan satu per sepuluh ribu atom, doping tersebut disebut sebagai doping tinggi atau berat. Hal ini sering ditampilkan sebagai n+ untuk doping tipe-n atau p+ untuk doping tipe-p. (Lihat artikel tentang semikonduktor untuk penjelasan lebih rinci mengenai mekanisme doping). Semikonduktor yang didoping sedemikian rupa sehingga bertindak lebih seperti konduktor daripada semikonduktor disebut sebagai semikonduktor degenerasi. Suatu semikonduktor dapat dianggap sebagai semikonduktor tipe-i jika telah didoping dengan jumlah p dan n yang sama.
Dalam konteks fosfor dan sintilator, doping lebih dikenal dengan istilah aktivasi ; ini berbeda dengan aktivasi dopan di semikonduktor. Doping juga digunakan untuk mengontrol warna pada beberapa pigmen dan dianggap penting dalam spektroskopi, di mana jumlah pembawa muatan intrinsik dapat dikontrol seperti yang diberikan oleh persamaan (nh×ne) =(ni)^2. [{nh-jumlah lubang}; {satu-jumlah elektron}; {ni-jumlah pembawa muatan intrinsik } (Sumber : NCERT FISIKA KELAS 12)
Beberapa dopan ditambahkan saat boule (biasanya silikon) ditumbuhkan dengan metode Czochralski, memberikan setiap wafer doping awal yang hampir seragam.
Sebagai alternatif, sintesis perangkat semikonduktor mungkin melibatkan penggunaan epitaksi fase uap. Dalam epitaksi fase uap, gas yang mengandung prekursor dopan dapat dimasukkan ke dalam reaktor. Misalnya, dalam kasus doping gas tipe-n dari galium arsenida, hidrogen sulfida ditambahkan, dan belerang dimasukkan ke dalam struktur. Proses ini ditandai dengan konsentrasi belerang yang konstan di permukaan. Dalam kasus semikonduktor pada umumnya, hanya lapisan wafer yang sangat tipis yang perlu didoping untuk mendapatkan sifat elektronik yang diinginkan.
Untuk menentukan elemen rangkaian, area yang dipilih - biasanya dikontrol oleh fotolitografi- selanjutnya diolah dengan proses seperti difusi dan implantasi ion, metode terakhir ini lebih populer dalam proses produksi besar karena peningkatan pengendalian.
Spin-on glass atau doping dopan spin-on adalah proses dua langkah yaitu pengaplikasian campuran SiO 2 dan dopan (dalam pelarut) ke permukaan wafer dengan cara spin-coating kemudian dilucuti dan dipanggang pada suhu tertentu di tungku pada aliran nitrogen+oksigen konstan.
(Catatan: Saat membahas golongan tabel periodik, fisikawan semikonduktor selalu menggunakan notasi lama, bukan notasi golongan IUPAC saat ini. Misalnya, gugus karbon disebut "Grup IV", bukan "Grup 14").
Untuk semikonduktor Golongan IV seperti intan, silikon, germanium, silikon karbida, dan silikon-germanium, dopan yang paling umum adalah akseptor dari Golongan III atau donor dari unsur-unsur Golongan V. Boron, arsenik, fosfor, dan kadang-kadang galium digunakan untuk membuat silikon. Boron adalah dopan tipe-p pilihan untuk produksi sirkuit terpadu silikon karena ia berdifusi dengan kecepatan yang membuat kedalaman sambungan mudah dikontrol. Fosfor biasanya digunakan untuk doping massal wafer silikon, sedangkan arsenik digunakan untuk menyebarkan sambungan, karena ia berdifusi lebih lambat daripada fosfor sehingga lebih terkendali.
Dengan mendoping silikon murni dengan unsur-unsur Golongan V seperti fosfor, elektron valensi ekstra ditambahkan sehingga menjadi tidak terikat pada atom-atom individual dan memungkinkan senyawa tersebut menjadi semikonduktor tipe-n yang konduktif secara elektrik. Doping dengan unsur Golongan III, yang kehilangan elektron valensi keempat, menciptakan "ikatan putus" (lubang) pada kisi silikon yang bebas bergerak. Hasilnya adalah semikonduktor tipe-p yang konduktif secara elektrik. Dalam konteks ini, unsur Golongan V dikatakan berperilaku sebagai donor elektron, dan unsur Golongan III sebagai akseptor. Ini adalah konsep kunci dalam fisika dioda.
Semikonduktor yang didoping sangat berat berperilaku lebih seperti konduktor yang baik (logam) dan dengan demikian menunjukkan koefisien termal positif yang lebih linier. Efek tersebut digunakan misalnya pada sensor. Doping dosis rendah digunakan pada termistor jenis lain (NTC atau PTC).
Dalam daftar berikut, "(pengganti X)" mengacu pada semua materi sebelum tanda kurung tersebut.
Semikonduktor dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan handal diperlukan untukproduksi massa. Tingkat kemurnian kimia yang diperlukan sangat tinggi karena adanya ketidaksempurnaan, bahkan dalam proporsi sangat kecil dapat memiliki efek besar pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan yang tinggi juga diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (sepertidislokasi,kembaran, danretak tumpukan) mengganggu properti semikonduktivitas dari material. Retakan kristal merupakan penyebab utama rusaknya perangkat semikonduktor. Semakin besar kristal, semakin sulit mencapai kesempurnaan yang diperlukan. Proses produksi massa saat ini menggunakaningot(bahan dasar) kristal dengan diameter antara empat hingga dua belas inci (300 mm) yang ditumbuhkan sebagai silinder kemudian diiris menjadiwafer.
Karena diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat semikonduktor, metode khusus telah dikembangkan untuk memproduksi bahan semikonduktor awal. Sebuah teknik untuk mencapai kemurnian tinggi termasuk pertumbuhan kristal menggunakanproses Czochralski. Langkah tambahan yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal sebagaiperbaikan zona. Dalamperbaikan zona, sebagian dari kristal padat dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan, sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga menghasilkan bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan.
Dalam pembuatan perangkat semikonduktor yang melibatkanheterojunctionantara bahan-bahan semikonduktor yang berbeda,konstanta kisi, yaitu panjang dari struktur kristal yang berulang, penting untuk menentukan kompatibilitas antar bahan.
Implantasi ionadalah proses suhu rendah yang dengannya ion-ion dari satu unsur dipercepat ke dalam target padat, sehingga mengubah sifat fisik, kimia, atau listrik dari target. Implantasi ion digunakan dalam fabrikasi perangkat semikonduktor dan dalam penyelesaian logam, serta dalam penelitian ilmu material. Ion-ion dapat mengubah komposisi unsur target (jika ion-ion tersebut berbeda komposisinya dari target) jika mereka berhenti dan tetap berada di dalam target. Implantasi ion juga menyebabkan perubahan kimia dan fisik ketika ion-ion tersebut mengenai target pada energi tinggi. Struktur kristal target dapat rusak atau bahkan hancur oleh kaskade tumbukan energik, dan ion-ion dengan energi yang cukup tinggi (puluhan MeV) dapat menyebabkan transmutasi nuklir.
Peralatan implantasi ion biasanya terdiri dari sumber ion, tempat ion dari unsur yang diinginkan diproduksi, akselerator, tempat ion dipercepat secara elektrostatik hingga berenergi tinggi atau menggunakan frekuensi radio, dan ruang target, tempat ion mengenai target, yang merupakan material yang akan ditanamkan. Dengan demikian, implantasi ion merupakan kasus khusus radiasi partikel. Setiap ion biasanya berupa atom atau molekul tunggal, dan dengan demikian jumlah material aktual yang ditanamkan dalam target merupakan integral dari arus ion terhadap waktu. Jumlah ini disebut dosis. Arus yang disuplai oleh implan biasanya kecil (mikro-ampere), dan dengan demikian dosis yang dapat ditanamkan dalam jumlah waktu yang wajar juga kecil. Oleh karena itu, implantasi ion dapat diterapkan dalam kasus-kasus di mana jumlah perubahan kimia yang diperlukan kecil.
Cara utama doping silikon untuk pembuatan perangkat semikonduktor adalah implantasi ion, doping sumber gas, dan doping sumber padat. Implantasi ion sejauh ini merupakan cara paling penting untuk memasukkan atom dopan ke dalam substrat silikon dan ini akan menjadi satu-satunya metode yang dibahas di sini. Pembaca yang tertarik dengan metode lama seperti doping gas dan sumber padat dirujuk ke teks standar untuk informasi lebih lanjut. Kami hanya akan memberikan pembahasan singkat mengenai aspek dasar implantasi ion di sini. Mereka yang tertarik untuk mengembangkan pemahaman mendalam tentang isu-isu yang terkait dengan implantasi ion diarahkan ke teks tentang Teknologi VLSI dan Ultra Large Scale Integration (ULSI) dan monografi yang tersedia tentang implantasi ion.
Metode utama doping silikon untuk pembuatan perangkat semikonduktor adalah implantasi ion, doping sumber gas, dan doping sumber padat. Implantasi ion sejauh ini merupakan cara terpenting untuk memasukkan atom dopan ke dalam substrat silikon, yang mengatasi meningkatnya kompleksitas chip semikonduktor dan proses pembuatannya. Implantasi ion biasanya digunakan untuk pembentukan sumur n dan p pada substrat silikon dan pembentukan sumber/saluran.
Keberhasilan proses implantasi ion sangat bergantung pada kualitas vakum di dalam implanter ion. Sebagian besar solusi untuk aplikasi vakum tinggi dalam pembangkitan, kontrol, dan pemantauan vakum sangat penting bagi keberhasilan proses implan ion.
Semikonduktor dalam bentukkristaldigunakan untuk pembuatandetektor kristal. Pembuatan detektor kristal mulai dilakukan sejak awal abad ke-20Masehisebagai penghubung kawat penghantar yang menerimasinyalradio. Bentuk kawat menyerupaikumis. Bahan semikonduktor yang digunakan yaitu kristalgermanium. Keberadaan sinyal radio diketahui melalui efek simpang dari kontak antara kristal dan kawat. Penguatan dan pelemahan dari kuat arus listrik dibatasi oleh elemen padat dansenyawayang telah mengalami rekayasa secara khusus. Arus listrik yang mengalir terbagi menjadi dua jenis, yaitu elektron bermuatan negatif dan elektron yang kekurangan muatan positif. Elektron yang bermuatan negatif disebut sebagai arus muatan sedangkan yang kekurangan muatan positif disebut sebagai arus lubang. Teorifisika kuantumdigunakan untuk memahami prinsip arus muatan dan arus lubang ini.
Sel suryamemanfaatkan semikonduktor yang terdiri dari komponendiodadengan sambungan P-N. Kegunaan utama dari sel surya adalah menghasilkanefek fotovoltaikyang mengubah sinar matahari menjadienergi listrik. Sel surya digunakan padapembangkit listrik tenaga suryadalam skala kecil pada daerah terpencil yang tidak memilikiakses listrik. Selain itu, satelit juga menggunakan sel surya sebagai penghasil energi listrik.
Elemen fotolistrik pada bahan semikonduktor digunakan untuk menggantikan peransel foto. Sel foto digunakan untuk mengukurintensitas cahaya. Peran sel foto yang digantikan oleh semikonduktor ialah ionisasi melalui tumbukan elektron-elektron pada cermin logam.
Sensor suhu padapenyejuk udaraumumnya bekerja menggunakantermistoryang memiliki nilai koefisien suhu negatif. Prinsip kerja dari sensor suhu pendingin berbeda dengan sensor suhupemanas. Pada sensor suhu penyejuk udara, peningkatan suhu ruangan akan membuat nilai hambatan listrik berkurang.
Beberapa mesinmobiltelah menggunakan prinsip kerja dan bahan semikonduktor untuk melakukan kerja secaramekanika. Pada mobil, bahan semikonduktor dimanfaatkan padasistem kendali,sistem suspensi,kantung udara, dan rangkaian listrik pengaman. Sistem kerja mobil yang sepenuhnya memanfaatkan bahan konduktor ialah sistem manajemen mesin,sistem rem antiterkunci,sistem transmisi, sisteminstrumentasikelistrikan, modul kendali kelistrikan pada bodi mobil dan kantung udara dengan sistem pengaman tambahan.
Pada elektronika daya, peralatan semikonduktor utamanya berfungsi sebagai saklar elektronik. Proses pensaklaran menjadi salah satu proses yang utama pada rangkaian elektronika daya. Rangkaian elektronika daya mengadakan pensaklaran dengankecepatantinggi. Pengaturan kecepatan didasarkan kepada melalui rangkaian pembangkit pulsa sesuai dengan kebutuhan.Pada rangkaian elektronika daya, peralatan semikonduktor juga berfungsi untuk mengubah jenis sumberenergi. Jenis pengubahan yang paling umum dilakukan adalah pengubahan bentuk dari gelombang listrik. Tujuan pengubahannya adalah untuk penyesuaian antara kebutuhan sumber energi bagi peralatan listrik dengan sumber listrik yang tersedia. Jenis perubahan ini meliputi perubahan dariarus bolak-balikmenjadi arus bolak-balik atau menjadiarus searah, maupun arus searah menjadi arus searah atau menjadi arus bolak-balik. Besaran listrik yang diubah bentukgelombangnya dapat dpilih antaraarus listrikataupun padategangan listrik.Fungsi lain dari peralatan semikonduktor pada elektronika daya adalah pengendalian terhadap aplikasi elektronika industri sesuai dengan keinginan. Pengaturan dilakukan terhadap besaran listrik seperti arus listrik, tegangan listrik dandaya listrik. Tujuan pengaturan ini ialah memberikan pengaruh terhadap sistem kerja yang ada padaindustri. Pemakaian yang umum di industri antara lain untuk pengaturan kecepatan putaran, pengaturantekanan, pengaturansuhu, dan pengaturan kecepatan gerakan.