Your SlideShare is downloading. ×
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Pendahuluan Fisika Zat Padat
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Pendahuluan Fisika Zat Padat

530

Published on

Published in: Technology, Business
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
530
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
89
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. 1Nama : Nispi HariyaniNIM : A1C410024Kelas : 2010-ADosen Pembimbing : Drs. H. M. Arifuddin Jamal, M. PdTugas : Fisika Modern (AKKC453)RISUMANFISIKA ZAT PADATA. PENDAHULUANZat padat terdiri dari sejumlah besar atom-atom, ion-ion atau molekul-molekul yang letaknya berdekatan dan tersusun secara teratur. Atom-atom ataumolekul-molekul yang membentuk zat padat ini terikat dalam beberapa macamikatan antara lain: ikatan ionik, ikatan kovalen, ikatan Van der Waals, ikatanHidrogen, dan ikatan logam.Ikatan pada zat padat berbeda dengan ikatan molekul. Ikatan molekul akanmembentuk molekul. Ikatan zat padat akanmembentuk zat padat. Gb. 1a melukiskan ikatan ionikNa+dan Cl-yang membentuk NaCl. Gb. 1bmelukiskan ikatan ionik pada garam dapur (kumpulanjutaan molekul NaCl). Ikatan ini terjadi akibattarikan dan tolakan antara semua ion dalam zat padatini.B. KRISTAL DAN AMORFMolekul-molekul ada yang tersusun secara berulang dan teraturmembentuk suatu rantai panjang dalam 3 dimensi. Susunan molekul yang sepertiini disebut dengan kristal.Na+Cl-Gambar 1. Ikatan NaCl(a) (b)
  • 2. 2Na+Cl-Molekul-molekul lain ada yang tersusun dengan keteraturan yang pendek.Susunan seperti ini dinamakan amorf (amorphous= tak berbentuk).Contoh amorf adalah: gelas, ter dan plastik. Sedangkan contoh kristalbanyak sekali, hampir setiap benda yang Anda temukan tiap hari dapatdigolongkan sebagai kristal. Kristal dapat diumpamakan sebagai susunan batu-bata, sedangkan amorf seperti tumpukan batu-bata.C. CACAT KRISTALKristal ideal adalah kristal yang atom-atomnya memiliki tempatkesetimbangan tertentu pada kisi yang teratur, namun kristal yang sebenarnyamenyimpang jauh dari spesifikasi seperti itu. Cacat dalam kristal dapat disebabkanoleh kehilangan atom, atom yang tidak pada tempatnya, kehadiran atom asing,dan sebagainya. Hal-hal tersebut akan sangat berpengaruh pada sifat fisis kristaltersebut. Jadi kelakuan zat padat yang mengalami tekanan sebagian besarditentukan oleh sifat dan konsentrasi cacat dalam strukturnya, seperti juga sifatdalam semi konduktor.Kategori tersederhana dari cacat kristal ialah cacat titik. Gambar 2menunjukkan empat jenis dasar cacat titik: (a) kekosongan (vakansi), (b)interstial, (c) ketakmurnian substitusional, dan (d) ketakmurnian interstisial.Gambar 2. Cacat titik dalam sebuah kristalD. KRISTAL IONIKKristal ionik terjadi akibat ikatan ionikantara ion-ion dalam zat padat itu. Ikatan ionikterjadi karena gaya tarik antara ion positif danion negatif. Pada Kristal ionik tiap iondikelilingi ion-ion lain, misalnya pada KristalNaCl, ion-ion Na+dikelilingi oleh 6 ion Cl-,tetangga berikutnya adalah 12 ion Na+sepertitampak pada gambar 3.Gambar 3.LLLLL L LL LL L LLLLLLLLL L LL LL L LLLLLLLLLLL L LL LL L LLLLLLLLLL L LL LL L LLLLLL(a) (b) (c) (d)
  • 3. 3Susunan kristal seperti pada gambar 3 sering digambarkan dalam bentukseperti pada gambar 1b. Susunan kristal seperti ini dinamakan kristal fcc (face-centered cubic) yang artinya di pusat tiap bidang permukaan kubus terdapatterdapat ion atau atom.Contoh lain kristal ionik adalah kristal CsCl. Pada kristal ini ion Cs+dikelilingi oleh 8 ion. Susunan kristalnya digambarkan pada gambar 4b, tetapisering pula digambarkan seperti gambar 4a. Susunan kristal seperti ini dinamakankristal bcc (body-centered cubik) yang artinya di pusat kubus terdapat ion atauatom.Gambar 4. Kristal bccKristal fcc mempunyai kerapatan (banyaknya atom persatuan volume)lebih besar dibandingkan kristal bcc. Itulah sebabnya struktur fcc lebih stabil.Pada beberapa zat padat, susunan fcc dapat berubah menjadi bcc melaluiperubahan suhu.Energi KohesifPada kristal ionik, ion-ion terikat satu sama lain oleh gaya kohesi, energiyang disebabkannya disebut energi kohesif. Energi kohesif didefinisikan sebagaienergi rata-rata untuk mengikat atom-atom dalam suatu kristal (zat padat).Kontribusi terbesar energi kohesif ini berasal dari energi potensial listrik antaraion-ion pembentuk kristal ini (Ep atau Vcoulomb). Energi kohesif dinyatakan dalamelektron volt per atom (eV/atom).Contoh, hitung berapa energi kohesif NaCl?. Pertama adalah mencaribesar energi potensial listrik yang dimiliki oleh suatu ion Na+. ion ini dikelilingioleh 6 ion Cl-. Anggap jarak ion Na+dan Cl-adalah r. Energi potensial Na+akibat6 ion Cl-tetangga terdekatnya adalah:…*Selanjutnya perhatikan tetangga ion terdekatnya yaitu 12 ion Na+(gambar 1b).jarak ion Na+pusat dengan ion Na+tetangganya ini adalah √ (diagonal bujur(a)(b)
  • 4. 4sangkar bersisi r adalah √ ). Energi potensial akibat ke 12 ion Na+adalah(perhatikan tandanya)√…**+ kontribusi ion-ion lain akan menghasilkan:(√) …***Pers *** inilah energi potensial listrik yang dimilki oleh satu ion Na+, hasil inisering ditulis dalam bentuk umum:… 1dinamakan konstanta Madelung (untuk menghormati E.oMadelung). Nilaikonstanta ini tergantung pada bentuk kristal. Pada kristal fcc seperti NaCl=1,748. Pada kristal bcc seperti CsCl, =1,763.Kontribusi lain pada energi kohesif adalah gaya tolak akibat prinsipeksklusi. Prinsip ini hanya membolehkan 2 elektron pada 1 sub kulit. Dalamkristal banyak atom yang berdekatan. Sub kulit dari atom akan saling bertindihan.Akibatnya elektron dalam sub kulit ini akan saling tolak dan pindah (tereksitasi)pada tingkat energi yang lebih tinggi. Besarnya gaya tolak ini dapat dinyatakandengan rumus pendekatan berikut:… 2Dengan B dan n merupakan suatu konstanta yang dapat diperoleh darieksperimen. Perhatikan tandanya yang positif yang menunjukkan keadaan salingtolak. Jadi energi total pada satu ion akibat interaksi muatan di dalamnya adalah:… 3Ketika r = ro, energi totalnya minimum. Pada keadaan ini ion berada padakeadaan seimbang. Menurut teori differensial suatu fungsi akan minimum jikaturunan pertamanya nol.( )
  • 5. 5Substitusi B ke persamaan 3, diperoleh:( ) … 4n diperoleh dari eksperimen.untuk NaCl n mempunyai rentang antara 8-10.Rentang ini tidak akan banyak mempengaruhi nilai energi kohesif.Jika kita ambil n≈ 8 dan ro≈ 0,281 nm, kita akan peroleh energi potensiallistrik kristal NaCl seimbang adalah:( )( )( )( )( )Jika ada N ion Na+di dalam NaCl maka besarnya energi total untuk menguraikanNaCl menjadi ion-ionnya adalah Vo = -NV/2. Jadi energi rata-rata untukmemisahkan satu ion Na+dari kristal NaCl adalah Vo/N = -V/2. Adapun energirata-rata untuk mengikat ion Na+adalah +V/2 yang besarnya adalah -3,92 eV.Energi kohesif lainnya dikontribusikan oleh energi transfer pembentukanion Na+dan Cl-dari atom netral Na dan Cl. Energi transfer ini adalah energiionisasi Na (+5,14eV) + afinitas elektron Cl (-3,61eV) = +1,53eV. Karena ada duaatom maka setiap atomnya berkontribusi pada energi kohesif sebesar +0,77eV.Kesimpulannya, energi kohesif kristal NaCl adalah Ekohesif = -3,92 + 0,77 = -3,15eV.Sifat Kristal IonikKristal ionik mempunyai sifat-sifat berikut: Kristalnya keras dan stabil. Merupakan konduktor yang buruk karena tidak ada elektron yang bebas. Suhu penguapannya tinggi. Tidak tembus cahaya, karena kristal ini akan menyerap cahaya tersebut. Mudah larut dalam cairan polar seperti air, karena air memiliki momen dipollistrik permanen yang dapat menarik ion-ion bermuatan. Gaya tarik ini dapatmemecah ikatan ionik dan melarutkan zat ini. Menyerap radiasi infra merah. Jika ikatan ion-ion dalam molekul dianggapsebagai pegas, maka besar konstanta pegas untuk molekul NaCl ditemukansebesar 127 N/m. Frekuensi getar ion Na+adalah (ambil massa Na = 23u):
  • 6. 6( ) √ ( ) √ , frekuensi ini beradapada daerah infra merah. Jadi jika sinar infra merah melewati kristal makasinar ini akan diserap oleh ion, mengakibatkan ion bergetar.E. KRISTAL KOVALENKristal kovalen terjadi karena ikatan kovalen antar atom-atom. Ikatan initerjadi kerena adanya pemakaian bersama elektron-elektron dari atom-atom yangbersangkutan.Contoh ikatan kovalen pada kristal adalah intan. Pada intan satu atomkarbon akan berikatan kovalen dengan 4 atom karbon lainnya dalam bentuktetrahedral seperti ditunjukkan gambar 5.Gambar 5. Ikatan kovalen pada intanKarbon mempunyai konfigurasi elektronik 1s22s22p2. Atom ini membutuhkan 4elektron agar kulitnya penuh (2p6). Keempat elektron ini diperoleh dari pemberian(pemakaian bersama) 4 atom karbon lainnya. Itulah sebabnya ikatan antara karbondengan karbon lain dalam kristal intan adalah ikatan kovalen.Kristal lain yang mempunyai struktur sama dengan sruktur intan adalahgermanium, silikon, dan silikon karbid (SiC)Sifat-sifat Kristal Kovalen Tidak larut dalam zat cair biasa. Penghantar yang buruk. Tembus cahaya. Beberapa kristal kovalen sangat keras (intan), SiC karena kerasnya banyakdigunakan untuk ampelas. Kerasnya kristal kovalen disebabkan karena besarnyaenergi kohesifnya. Untuk sebagian kristal, titik lelehnya sangat tinggi (misalnya intan mencapai4000K). tetapi ada juga yang titik lelehnya lebih kecil dari titik leleh kristal ionik.Titik leleh yang tinggi terjadi karena ikatan yang sangat kuat.F. IKATAN HIDROGENIkatan Hidrogen (H) mempunyai hanya 1 elektron sehingga diharapkan iaakan berikatan kovalen dengan semua atom.
  • 7. 7Dalam molekul H2O, ikatan kovalen antara 2 atom H dan 1 atom oksigenbukan ikatan kovalen murni, elektron bersamanya lebih ditarik ke arah atom O,sehingga terjadilah suatu dipol listrik (atom H lebih positif dan atom O lebihnegatif seperti pada gambar 6)Gambar 6. Ikatan hidrogenAtom H yang lebih bermuatan positif dapat mengikat atom O dari molekulH2O yang lain, sehingga terbentuk suatu rantai. Jadi di sini atom H seolah menjadiperekat antara satu moleku H2O dengan molekul H2O yang lain. Ikatan di mana Hbertindak sebagai “perekat” ini dinamakan ikatan Hidrogen.Ikatan Hidrogen lebih lemah dibandingkan dengan ikatan ionik ataupunikatan kovalen. Kuat ikatannya berkisar 0,1eV sampai 0,5eV per ikatan.Dalam suhu kamar atom-atom H dan O dalam air bergetar cukup cepat.Gerakan atom-atom ini mampu memecahkan ikatan hidrogen yang lemah ini.Namun biasanya ikatan ini dapat mudah tersambung lagi dengan molekul H2Oyang lain yang letaknya relatif lebih dekat dari lokasi semula.Molekul C2H6O dapat membentukdua bentuk diametil eter (CH3)2O danetil alkohol CH3CH2OH. Atom H yang berikatan (ikatan hidrogen) dengan O padaetil alkohol yang satu dapat berikatan dengan O pada etil alkohol yang lain. Itusebabnya etil alkohol memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dengandiametil eter.Walaupun ikatan hidrogen ini sangat lemah namun ia bisa membentukrantai molekul yang panjang sekali seperti pada HCN, NH4F, maupun pada rantaimolekul-molekul biologi.G. IKATAN VAN DER WAALSAtom Helium mempunyai 2 elektron pada kulit 1s. awan-awan elektron iniberbentuk simetris, sehingga atom ini tampak seperti sebuah inti bermuatan +2edikelilingi oleh awan elektron -2e (gambar 7) dengan jari –jari 0,1nm. Karenamolekul ini tidak membentuk suatu dipol permanen, maka momen dipol ini adalahnol.Pada gambar 8 tampak bahwa elektron dan inti atom Helium terpisah. Disini seolah-olah terbentuk suatu dipol (hanya sesaat). Pada keadaan ini inti atomO+H+H_+r-qefektif +qefektif
  • 8. 8helium dapat mempengaruhi tetangganya.Bagian positif atom (dipol sesaat) ini dapatmempengaruhi elektron dari atomtetangganya sehingga atom tetangganyaterpolarisasi (menjadi dipol sesaat juga).Akibatnya dua atom ini akan saling tarikmenarik melalui gaya antar dipol (gambar9)Pada saat lain posisi elektron sudahberubah lagi, namun atom-atom ini selalumembentuk dipol sesaat sehingga merekaselalu dapat berikatan dengan atom-atomtetangganya. Ikatan yang terjadi antaraantara dipol sesaat ini dinamakan ikatanVan der Waals. Sedang gaya tarik antaradipol sesaat ini dinamakan gaya Van derWaals.Gaya Van der Waals banyak terjadipada zat padat yang berasal dari gas mulia(Argon padat), gas halogen sepertiHidrogen padat (H2 padat), Oksigen padan(O2), Nitrogen padat (N2) atau bentukpadat dari gas CH4 dan GeCl4.Gaya Vann der Waals sangat lemahdibandingkan gaya pada ikatan kovalenmaupun ionik. Energi kohesifnyasekitar 0,08eV/atom dalam Argon padat,0,01eV/molekul dalam H2 dan 0,1eV/molekul dalam metana padat CH4.Lemahnya ikatan Van der Waals menyebabkan gas-gas mulia menguappada suhu yang sangat rendah. Titik leleh Helium, Neon, dan Argon padat adalah-272,2oC, -248,7oC, dan 189,2oC.H. IKATAN LOGAMSetiap logam mempunyaielektron valensi (elektron terluar)yang sangat mudah bergerak. Elektronvalensi ini mudah berpindah dari satuatom ke atom lain. Setiap elektronvalensi merupakan milik bersama→ awan elektron2eGambar 7.+2eGambar 8.-e-e+2eGambar 9.-e-e+2e-e-e +2e-e-eGambar 10.
  • 9. 9seluruh atom dalam logam ini. Gambar 10 melukiskan ion positif logam (bulatanhitam) dan elektron berwarna (warna putih). Elektron-elektron valensi dilukiskansebagai gas elekron yang membungkus ion-ion positif untuk menunjukkan bahwaelektron-elektron ini dipakai bersama-sama oleh semua atom.Gas elektron ini bertindak sebagai “perekat” yang mengikat ion-ion positifyang membentuk suati kristal logam. Ikatan oleh gas elektron ini dinamakanikatan logam.Gas elektron ini umumnya berbentuk fcc atau bcc. Tetapi ada juga yangberbentuk hcp (hexagonal close packed) yang maksudnya berbentuk heksagonalterpadatkan rapat.Cahaya yang datang pada logam akan diserap oleh elektron-elektronlogam sehingga cahaya tidak bisa menembus logam. Cahaya yang diserap inikemudian dipancarkan kembali sehingga logam tampak bercahaya (mengkilap).Logam yang memiliki sifat hantaran (konduktivitas) yang baik, hal inidisebabkan karena adanya gas elektron yang mudah bergerak dari satu atom keatom lainnya.Ketika logam cair A dicampur logam cair B, elektron kedua logam akanbercampur. Elektron dari kedua logam bertindak sebegai perekat kedua logam itu.Setelah logam didinginkan diperoleh senyawa baru yang terdiri dari campuranlogam A dan B. komposisi logam A dan logam B akan mempengaruhi sifatsenyawa campuran ini. Adapun energi kohesif logam adaah sekitar 1-3eV.I. TEORI PITA ZAT PADATAtom Natrium mempunyai nomor atom 11. Atom ini mempunyai 1elektron valensi yang menempati kulit 3s. Energinya sama dengan energi kulit 3syaitu E3s. Ketika 2 atom Natrium A dan B didekatkan, elektron valensi keduanyaakan saling berinteraksi. Elektron valensi A ini juga dapat berinteraksi dengan ionpositif atom B. Akibatnya energi elektron valensi tidak lagi sama E3s.Menurut persamaan yang diturunkan oleh Schrodinger, elektron inimempunyai 2 nilai energi yang mungkin, seperti dilukiskan dalam gambar 11.Pada gambar ini tampak ketika jarak antara kedua atom r1 energi elektronvalensinya E3s. tetapi ketika jarak keduanya r2 ada dua kemungkinan energielektron: E1 dan E2.Jika 5 atom Natrium didekatkan, maka energi elektron valensi tiap atompecah menjadi 5. Artinya elektron memiliki 5 nilai energi yang mungkin. Maka
  • 10. 10jarak antara satu tingkat energi dengan tingkat energi yang lain akan semakindekat dibanding yang cuma 2 atom.Jika ada 1022atom (misalnya pada sekeping logam), jumlah tingkat energimenjadi sangat banyak. Jarak antara satu tingkat energi dengan tingkat energi lainsangat dekat (hampir berimpit) membentuk semacam pita energi seperti tampakpada gambar 12.Gambar 11. Pemisahan dua tingkat 3s Gambar 12. Pembentukan pita 3sjika dua buah atom didekatkan oleh gabungan atom yang banyak sekalijumlahnyaPita energi pada gambar 12 dinamakan pita 3s karena pita ini berasal daritingkat 3s atom natrium. Di samping pita 3s. logam Natrium mempunyai pita 1s,2s, dan 2p yang masing-masing berisi penuh elektron.Tiap tingkat energi suatu atom dapat ditempati 2(2l+1) elektron. Misalnyakulit 1s dapat ditempati 2(2 0+1) elektron = 2 elektron. Jika ada N atom yangberdekatan, maka tingkat energi akan terpecah (membentuk suatu pita energi jikaN sangat besar). Tiap pita energi menampung N dikalikan daya tampung tiap kulityaitu 2(2l+1) N elektron.Karena kulit 1s, kulit 2s, dan kulit 2p tiap atom Na terisi penuh olehelektron, maka pita 1s, pita 2s, dan pita 2p disebut dengan pita penuh. Pita 3shanya terisi N elektron dari maksimum 2N. Pita ini dinamakan pita setengahpenuh. Pita 3p kosong (walaupun mempunyai kemampuan menampung 6Nelektron. Jarak antara 1 pita dengan pita lain dinamakan jurang energi.J. KONDUKTIVITAS ZAT PADATLogam dikenal sebagai suatu zat yang mempunyai konduktivitas sangatbaik (dapat menghantar listrik dengan baik). Sifat konduktivitas ini dapatdijelaskan dengan teori pita zat padat.
  • 11. 11Ketika sebatang logam dihubungkan dengan suatu rangkaian listrik.Lampu pada rangkaian menyala. Mengalirnya arus disebabkan adanya liranelektron yang bergerak melalui rangkaian dan melewati logam. Tinjau elektron ditingkat s1. Di atom A. ketika logam diberi potensial, elektron ini akan menyerapenergi dan bergerak dipercepatke kutub positif melewati atom-atom lain. Saatmelewati itu, elektron akan menempati tingkat energi yang lebih tinggi, yaitu s2,s3, s4, s5, dst.Pada bahan non-logam elektron tidak dengan mudah bergerak. Sehinggamenyebabkannya tidak dapat menghantar listrik dengan baik. Bahan seperti inidisebut isolator. Jika bahan isolator dihubungkan dengan tegangan listrik yangtidak terlalu besar. Elektron-elektron pada pita valensi mencoba naik ke pitakonduksi (pita konduksi: pita kosong di atas pita valensi di mana elektron dapatbergerak dipercepat ketika diberi potensial listrik). Namun karena energi yangditerimanya tidak cukup besar untuk melewati jurang energi (≈10eV) makaelektron ini tidak bisa menyerap energi ini. Akibatnya elektron-elektron ini tetappada tempat semula (arus tidak mengalir).Untuk bahan yang jurang energinya tidak terlalu besar (1-3eV)konduktivitasnya antara isolator dan konduktor. Bahan seperti ini dinamakansemikonduktor. Karena jurang energi antara pita valensi dengan pita konduksitidak terlalu lebar, sejumlah elektron ini dapat tereksitasi dari pita valensi ke pitakonduksi jika suhunya dinaikkan cukup tinggi (sekitar 300K atau lebih). Setelahtiba di pita konduksi, elektron akan berkelakuan seperti elektron pada konduktor.Elektron meninggalkan “pos”nya menuju kutub positif, tempatnyasekarang kosong. Tempat kosong ini dinamakan lubang atau hole. Lubang akandiisi oleh elektron tetangganya. Tempat yang ditinggalkan oleh elektron tetanggaitu juga kan ditempati oleh elektron lain. Terlihat bahwa elektron bergerak ke satuarah dan lubang bergerak ke arah lain.Pada semikonduktor ini jumlah lubang yang terbentuk setiap saat samadengan jumlah elekron yang mengalir. Semikonduktor seperti ini (Nelektron=Nhole)dinamakan semikonduktor intrisik. Ketika semikonduktor intrisik dikotori atom-atom yang tidak sejenis dengan atom-atomnya, struktur pita dan konduktivitasnyaakan berubah, yaitu harus ditambah satu tingkat energi yang ditempati olehelektron ekstra. Tingkat energi ini digambarkan dekat sekali dengan pitakonduksi.Semikonduktor yang telah dikototori (tidak murni) dinamakansemikonduktor ekstrinsik. Di mana memiliki jumlah elekron yang tidak samadengan jumlah lubang. Contoh, pada Si yang dikotori As, jumlah elektron lebih
  • 12. 12besar dibandingkan jumlah lubang (Nelektron>Nhole). Semikonduktor jenis inidinamakan semikonduktor tipe-n. adapun jenis yang sebaliknya dinamakansemikonduktor tipe-p, yaitu jumlah elektron lebih kecil dibandingkan jumlahlubang (Nelektron<Nhole).K. PIRANTI SEMIKONDUKTOR1. Sambungan p-nJika semikonduktortipe-p disambungkan dengan tipe-n, elektron dari tipe-n menembusdaerah perbatasan (berdifusiakibat perbedaan konsentrasi).Elektron ini akan mengisi holepada tipe-p. Akibatnya di sekitar daerah perbatasan timbul medan listrik.Arah medan listrik ditunjukkan oleh gambar 14. Medan listrik makin lamamakin besar. Suatu ketika medan ini cukup besar untuk menghambat gerakanelektron yang berdifusi. Keadaan pada waktu ini dinamakan keadaanseimbang. Pada keadaan seimbang terlihat suatu daerah di mana muatannegatif dan muatan positif terpisah. Daerah ini dinamakan lapisan deplesi.Tebal lapisan ini beberapa mikron (mikrometer). Medan listrik yang timbul didaerah deplesi sekitar 104-106V/cm.Jika sambungan p-n dihubungkan pada tegangan (kutub positif padatipe-p, dan kutub negatif pada tipe-n). maka tegangan mnyebabkan elektronpada tipe-n akan ditarik ke tipe-p sehingga mengalirlah arus listrik dalamrangkaian. Semakin besar tegangan menyebabkan semakin besar arus.Tegangan yang menyebabkan arus naik terus dinamakan tegangan maju ataubias maju (forward bias).Jika sambungan ke tegangan di balik, maka tegangan memaksaelektron pada tipe-n meninggalkan tanpa melewati tipe-p. akibatnya daerahdeplesinya (medan listrik deplesinya) makin besar. Medan listrikmenghambat mengalirnya arus yang pada rangkaian. Walaupun tegangannyadiperbesar, namun arus yang mengalir pada rangkaian tetap sangat kecil.Tegangan yang diberikan itu dinamakan tegangan mundur (bias mundur).Jika tegangan mundur diperbesar terus menerus. Suatu saat arus mundurnyabertambah secara tajam. Dalam keadaan ini kita katakan sambungan p-nbocor. Potensial pada keadaan ini dinamakan potensial rusak (breakdownpotensial).Karena sifatnya ini, sambungan p-n dimanfaatkan sebagai dioda (alatuntuk membuat arus mengalir pada satu arah saja)Gambar 13.
  • 13. 13Cara Membuat Sambungan p-nAda beberapa cara untuk menyambung tipe-pdan tipe-n, yaitu:a. Cara melebur, yaitu dengan meletakkan lempengkecil Indium di atas semikonduktor tipe-n(misalnya campuran Ge dan As). Sistem laludipanaskan hingga 150oC dimana Indium akanmelebur. Indium akan melarutkan Ge yang ada dibawahnya. Sistem lalu didinginkan sehinggaterbentuk tipe-p (In+Ge) yang terbungkussemikonduktor tipe-n.b. Cara penumbuhan kristal. Pertama semikonduktor tipe-n dileburkan danketika akan mengkristal, sejumlah tipe-p dimasukkan dalam leburan,setelah pengkristalan terjadi maka telah didapatkan sambungan p-n.2. TransistorTransistor ditemukan oleh Jhon Baarden, Walter Brattain dan WiliamShockley (1948). Sebuah transistor terdiri atas suatu tipe semikonduktoryangdisisipkan di antara dua tipe lain semikonduktor. Misalnya transistor npnterdiri dari sebuah tipe-p tipis yang disisipkan di antara dua tipe-n. Contohlain adalah transistor tipe pnp dimana sebuah tipe-n disisipkan diantara duatipe-p.Pada transistor terdapat tiga terminal yang diberi nama basis (B),kolektor (C), dan emiter (E) seperti ditunjukkan oleh gambar 16. Transistornpn dan pnp dibedakan oleh tanda panah yang berhubungan dengan emiter(ke arah luar untuk npn, dan arah ke masuk untuk pnp).Emitter terbuat dari semikonduktor yang atom pengotornya sangatbanyak sehingga mampu menginjeksikan sejumlah besar elektron atau lubangke basis/ kolektorGambar 14.Simbol diodapada rangkaianlistrikGambar 15. Transistor tipe pnp dan npn
  • 14. 14Basis sangat tipis dan atom pengotornya sangat sedikit.Kolektor mempunyai atom pengotor cukup banyak tetapi tidaksebanyak yang ada di emitter. Kolektor bertugas untuk mengumpulkanelektron atau hole yang dilepas oleh emitter.Sambungan emiter-basis selalu dihubungkan dengan bias maju,sedangkan sambungan basis-kolektor dengan bias mundur.Cara kerja transistor tipe npn dan pnp boleh dibayangkan sebagaidioda berlawanan, ketika diberi tegangan bias maju VBE elektron mengalirdari emiter ke basis. Begitu elektron melewati basis ia akan menghadapipotensial positif dari kolektor. Karena basis sangat tipis, maka sebagian besarelektron bergerak ke arah kolektor. Membentuk arus kolektor Ic, hanyasejumlah kecil elektron dikumpulkan basis membentuk arus Ib.Ib + Ic = IeKarena Ib sangat kecil menyebabkan sering diabaikan saja. Namunmeskipun arus yang melalui B sangat kecil, arus ini dapat merubah aruskolektor secara signifikan. Transistor bermanfaat sebagai penguat (amplifier)dan juga sebagai saklar dengan memanfaatkan sifat sambungan p-n pada B,C, dan E.Rangkaian TransistorDalam berbagai rangkaian yang memiliki transistor, transistor dapatdihubungkan dengan tiga cara:a. Common Emitter (CE): yang berarti terminal emitter digunakanbersama-sama sebagai input dan output. Dengan basis sebagai input dankolektor sebagai output.b. Common Base (CB): konfigurasi transistor yang menggunakan kaki basissebagai input dan output.c. Common Collector (CC): konfigurasi transistor yang menggunakan kakikolektor sebagai input dan output.
  • 15. 153. Integrated Circuit (IC)Integrated Circuit (IC) atau rangkaian terpadu ditemukan oleh JackKilby dari Texas Instrumens pada 1958, dan oleh Robert Noyce dari FairchildCamera and Instrument pada permulaan 1959. Rangkaian terpadu inimerupakan rangkaian yang terdiri dari banyak sekali transistor, diode,hambatan, kapasitor, dan komponen lainnya pada sekeping silicon. Hebatnya,ribuan komponen ini dapat ditempatkan dalam daerah seluas 1cm2.Tanpa IC sulit dibayangkan bagaimana riwetnya mengatur ribuankabel-kabel listrik untuk menghubungkan komponen yang banyak ini. IC jugamenolong mempercepat respon alat-alat. Dengan hubungan yang lebihsingkat, hubungan antara satu komponen dengan komponen lain tentunya pastiakan lebih cepat.Sekarang ini IC sudah dipakai dimana-mana, seperti computer, jam,kamera, mobil, pesawat udara, robot,kendaraan luar angkasa, dll.Gambar 17. Kemasan rangkaian terpadu (IC)Gambar 16. Rangkaian transistor (a)CE, (b) CB, dan (c) CC(a) (b)(c)
  • 16. 16DAFTAR PUSTAKAAhmad, Jayadin. 2007. Ilmu Elektronika. Electronic book.Beiser, Arthur. 1995. Konsep Fisika Modern (Terjemahan). Jakarta: Erlangga.Krane, Kenneth. 2011. Fisika Modern (Terjemahan). Jakarta: Penerbit UniversitasIndonesia.Kusminarto. 1994. Pokok-pokok Fisika Modern. Yogyakarta: FMIPA UGM.Savin, William. 2008. Fisika Modern Schaum’s Outline. Jakarta: Erlangga.Surya, Yohanes. 2001. Fisika Itu Mudah SMU 3C. Tangerang. PT Bina SumberDaya MIPA.Zemansky, Mark W., dan Francis Weston Sears. 1994. Fisika untuk Universitas 3(Terjemahan). Jakarta. Bina Cipta.

×