1. Sifat Elektrikal
PROGAM TEKNIK INDUSTRI ( A )
UNIVERSITAS ISLAM SULTAN AGUNG
S E M A R A N G

2. 1. Penjelasan kemungkinan empat struktur pita elektron untuk bahan padat.
2. Penjelasan secara singkat peristiwa eksitasi elektron yang menghasilkan elektron bebas
/ lubang di :
(a) logam, (b) semikonduktor (intrinsik dan ekstrinsik) c) isolator.
3. Menghitung konduktivitas listrik logam, semikonduktor (intrinsik dan ekstrinsik), dan
isolator yang memberikan kepadatan pembawa muatan tersebut(s) dan mobilitas (s).
4. Distinguish (perbedaan / keistimeaan), antara intrinsik dan ekstrinsik bahan
semikonduktor .
5. (a) Pada plot logaritma dari pembawa (lubang elektron,) konsentrasi terhadap suhu
mutlak, menggambar kurva skema , baik intrinsik dan ekstrinsik untuk bahan
semikonduktor.
(b) Pada kurva catatan freeze-out ekstrinsik,ekstrinsik, intrinsik dan wilayah .
6. Untuk p-n junction, menjelaskan penataan proses dalam hal elektron dan lubang gerakan
7. Menghitung kapasitansi dari kapasitor pelat paralel .
8. Tentukan konstanta dielektrik dalam hal permitivitas
9. Secara singkat menjelaskan bagaimana muatan kapasitas penyimpanan sebuah kapasitor
dapat ditingkatkan dengan penyisipan dan polarisasi bahan dielektrik di antara pelat nya.
10. Nama dan menggambarkan tiga jenis polarisasi.
11. Penjelasan secara singkat fenomena ferroelectricity dan piezoelektrik.
Dalam BAB ini terdapat beberapa pembhasan yaitu

3. Penjelasan kemungkinan emp at struktur pita elektron untuk bahan padat.
STRUKTUR ENERGI PITA DI PADATAN
Dalam semua konduktor, semikonduktor, dan banyak bahan isolator, hanya ada
elektronikkonduksi , dan besarnya konduktivitas listrik sangat tergantung pada jumlah elektron
yang tersedia untuk berpartisipasi dalam proses konduksi.
Namun, tidak semua elektron dalam setiap atom akan mempercepat proses
kehadiran bidang listrik . Jumlah elektron yang tersedia untuk konduksi listrik dalam bahan
tertentuberkaitan dengan pengaturan bagian elektron atau tingkat sehubungan dengan energi,
dan kemudian cara di mana bagian – bagian ini ditempati oleh elektron. A menyeluruh
eksplorasi topik i, rumit dan melibatkan prinsip-prinsip mekanika kuantum yang berada di luar
cakupan buku ini; perkembangan berikutnya , menghilangkan beberapa konsep dan
menyederhanakan lainnya .
Konsep berkaitan dengan elektron wilayah energi , hunian . Dengan cara review,
untuk setiap atom individu terdapat tingkat energi diskrit yang dapat ditempati oleh elektron,
diatur ke dalam cangkang dan subshells. Kerang yang ditunjuk oleh bilangan bulat (1, 2,3, dll),
dan subshells dengan huruf (s, p, d, dan f). Untuk masing-masing s, p, d, dan f subshells, ada,
masing-masing, satu, tiga, lima, dan tujuh bagian. Elektron dalam atom yang paling mengisi
hanya menyatakan yang memiliki energi terendah, dua elektron berputar berlawanan per
kondisi,sesuai dengan prinsip eksklusi Pauli. Konfigurasi elektron dari suatu atom terisolasi
merupakan susunan elektron dalam bagian diperbolehkan.

4. Sebuah padat dapat dianggap sebagai terdiri dari sejumlah besar, katakanlah, N, atom
awalnya dipisahkan satu sama lain, yang kemudian dibawa bersama-sama dan terikat
membentuk susunan atom memerintahkan ditemukan dalam bahan kristal. pada relatif jarak
pemisahan besar, setiap atom independen dari yang lain dan akan memiliki tingkat energi atom
dan konfigurasi elektron seolah-olah terisolasi. Namun, seperti atom datang dalam jarak dekat
satu sama lain, elektron ditindaklanjuti, atau terganggu, oleh elektron dan inti atom yang
berdekatan. Pengaruh ini adalah sedemikian rupa sehingga masing-masing berbeda kondisi
atom dapat dipecah menjadi serangkaian keadaan elektron berjarak dekat dalam solid, untuk
membentuk apa yang disebut pita energi elektron.
Penjelasan kemungkinan empat struktur pita elektron untuk bahan padat.
STRUKTUR ENERGI PITA DI PADATAN

5. Tingkat pemisahan tergantung pada pemisahan interatomik (Gambar 12.2) dan dimulai deng
kulit elektron terluar, karena mereka adalah yang pertama yang akan bersinggungan sebagai at
menyatu. Dalam setiap pita, keadaan energi adalah diskrit, namun perbedaan antara bagi
bagian yang berdekatan sangat kecil.
Penjelasan kemungkinan empat struktur pita elektron untuk bahan padat.
STRUKTUR ENERGI PITA DI PADATAN
Gambar 12.2
Plot Skema
energi elektron
dibandingkan interatomik
pemisahan untuk
agregat dari 12
atom (N = 12).
setelah erat
pendekatan, masing-masing
1s dan 2s atom
bagian-bagian membagi untuk membentuk
energi elektron
pita yang terdiri dari 12
bagian-bagian
2s Electron
pita energi
(12 wilayah)
1s Electron
pita energi
(12 wilayah
pemisahan interatomik

6. pemisahan
interatomikkesetimbangan yg ada dlm
jarak atom
pita energi
Celah pita energi
pita energi
Gambar 12.3 (a) representasi konvensional dari struktur pita energi elektron untuk
bahan padat pada ekuilibrium pemisahan interatomik. (b) Elektron energi dibandingkan
pemisahan interatomik untuk agregat atom, yang menggambarkan bagaimana strukturpita
energi
pada pemisahan kesetimbangan dalam (a) yang dihasilkan. (Dari Z. D. Jastrzebski, The
Nature dan
Sifat Teknik Material, 3rd edition. Copyright? C 1987 oleh JohnWiley & Sons,
Inc Dicetak ulang atas izin John Wiley & Sons, Inc)

7. Pada jarak kesetimbangan, pembentukan pita tidak mungkin terjadi untuk elektron subshells
terdekat inti, seperti digambarkan pada Gambar 12.3b. Selain itu, kesenjangan dapat terjadi
antara pita yang berdekatan, seperti juga ditunjukkan dalam gambar; biasanya, energi
berbaring dalam celah pita ini tidak tersedia untuk ditempati elektron. konvensional cara
untuk mewakili struktur pita elektron dalam padatan ditunjukkan pada Gambar 12.3A.
pita kosong
celah pita
bagian kosong
Bagian
dipenuhi
pita kosong
Bagian
dipenuhi
Pita konduksi
kosong
celah pita
Dipenuhi
pita valensi
Pita konduksi
kosong
celah pita
Dipenuhi
pita valensi
Gambar 12.4 Berbagai kemungkinan struktur pita elektron dalam padatan pada 0 K. (a) Elektron struktur pita
ditemukan pada logam seperti tembaga, di mana ada negara elektron tersedia di atas dan berdekatan dengan
bagian-bagian diisi, dalam band yang sama. (b) Struktur pita elektron logam seperti magnesium, dimana ada
tumpang tindih pita luar terisi dan kosong. (c) Struktur pita elektron karakteristik isolator; pita valensi terisi
dipisahkan dari pita konduksi kosong celah pita yang relatif besar (> 2 eV). (d) struktur pita elektron yang
ditemukan dalam semikonduktor, yang sama seperti untuk isolator kecuali bahwa celah pita yang relatif sempit
(<2 eV).
Penjelasan kemungkinan emp at struktur pita elektron untuk bahan padat.
STRUKTUR ENERGI PITA DI PADATAN

8. peristiwa eksitasi elektron yang menghasilkan elektron bebas terdapat terjadi pada
Logam
Untuk elektron untuk menjadi bebas, harus membangkitkan menjadi salah satu kosong
dan keadaan energi yang tersedia di atas Ef. Untuk logam yang memiliki salah satu dari struktur
pita ditunjukkan pada Gambar 12.4a dan 12.4b, ada keadaan energi kosong yang berdekatan
dengan diisi kondisi di Ef. Dengan demikian, sangat sedikit energi yang diperlukan untuk
mempromosikan elektron ke kondisi kosong yang letaknya rendah, seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 12.5. Secara umum, energi yang disediakan oleh medan listrik cukup untuk
membangkitkan sejumlah besar elektron ke dalam menjalankan bagian-bagian ini .
Insulator dan Semikonduktor
Untuk isolator dan semikonduktor, bagian-bagian kosong yang berdekatan dengan bagian atas
valensi terisi pita tidak tersedia. Untuk menjadi bebas, oleh karena itu, elektron harus dinaikkan
melintasi celah pita energi dan menjadi bagian yang kosong di bagian bawah konduksi pita.
Hal ini dimungkinkan hanya dengan memasok ke elektron perbedaan energi antara kedua
bagian, yang kira-kira sama dengan energi celah pita Eg. ini

9. Insulator dan Semikonduktor
Untuk isolator dan semikonduktor, bagian-bagian kosong yang berdekatan dengan bagian
atas valensi terisi
pita tidak tersedia. Untuk menjadi bebas, oleh karena itu, elektron harus dinaikkan
melintasi celah pita energi dan menjadi bagian yang kosong di bagian bawah konduksi
pita. Hal ini dimungkinkan hanya dengan memasok ke elektron perbedaan energi antara
kedua bagian, yang kira-kira sama dengan energi celah pita Eg. ini
elektron eksitasibagian-bagian dipenuhi
bagian-bagian kosong
Gambar 12.5 Untuk
logam, tempat
bagian elektron (a)
sebelum dan
(b) setelah elektron
eksitasi.

10. Salah satu karakteristik listrik yang paling penting dari bahan padat adalah ewith yang
mengirimkan arus listrik. Hukum Ohm berkaitan arus I -atau tingkat biaya bagian-dengan
tegangan V diterapkan sebagai berikut
di mana R adalah resistansi dari bahan melalui mana arus yang lewat. Itu unit untuk V, I, dan
R masing-masing adalah volt (J / C), ampere (C / s), dan ohm (V / A). Nilai R dipengaruhi oleh
konfigurasi spesimen, dan untuk bahan adalah independen saat ini. Resistivitas ρ tidak
tergantung benda uji geometri namun terkait dengan R melalui ekspresi
UKUM OHM
Gambar 12.1 Skema
representasi dari
alat yang digunakan untuk mengukur
tahanan listrik

11. Terkadang, konduktivitas listrik σ digunakan untuk menentukan karakter listrik
dari suatu material. Ini hanyalah kebalikan dari resistivitas, atau
dan merupakan indikasi dari kemudahan yang material mampu melaksanakan listrik arus. Unit
σ adalah untuk timbal balik ohm-meter [(Ohm-M) -1, atau mho / m]. Berikut ini diskusi tentang
sifat listrik menggunakan kedua resistivitas dan konduktivitas, hukum Ohm dapat dinyatakan
sebagai
dimana J adalah kerapatan arus, arus per unit areal benda uji I / A, dan e adalah
intensitas medan listrik, atau perbedaan tegangan antara dua titik dibagi dengan
jarak yang memisahkan mereka; yaitu,
Demonstrasi kesetaraan dua ekspresi hukum Ohm (Persamaan 12,1 dan 12,5) yang tersisa
sebagai latihan pekerjaan rumah. Bahan padat menunjukkan kisaran yang menakjubkan
konduktivitas listrik, memperluas lebih dari 27 kali lipat; mungkin ada pengalaman properti
fisik lainnya ini yangluasnya bervariasi. Bahkan, salah satu cara untuk mengelompokkan
bahan padat yang sesuai dengan
di mana l adalah jarak antara dua titik di mana tegangan diukur, dan A adalah luas penampang
tegak lurus terhadap arah arus. unit untuk ρ adalah ohm-meter (?-m). Dari ekspresi hukum
Ohm dan Persamaan 12.2

12. MOBILITAS ELECTRON
Ketika medan listrik diterapkan, gaya yang dibawa untuk menanggung pada elektron bebas;
sebagai akibatnya, mereka semua mengalami percepatan dalam arah berlawanan dengan yang
lapangan, berdasarkan muatan negatif mereka. Menurut mekanika kuantum, tidak ada interaksi
antara elektron percepatan dan atom dalam kristal yang sempurna kisi. Dalam keadaan seperti
semua elektron bebas harus mempercepat selama sebagai medan listrik diterapkan, yang akan
menimbulkan arus listrik yang 1 Besarnya celah pita energi dan energi antara tingkat yang
berdekatan di kedua valensi dan pita konduksi Gambar 12.6 tidak untuk scale.Whereas celah
pita energi ada di urutan sebuah volt elektron, tingkat ini dipisahkan oleh energi pada order of
10−10 eV. Gambar 12.7 Skema diagram yang
menunjukkan jalur elektron yang dibelokkan
oleh hamburan peristiwa.

13. terus meningkat dengan waktu. Namun, kita tahu bahwa saat ini mencapai konstan menilai
saat itu bidang diterapkan, menunjukkan bahwa terdapat apa yang mungkin terjadi disebut
"gaya gesek" yang melawan percepatan ini dari bidang eksternal. Ini gaya gesek hasil dari
hamburan elektron oleh ketidaksempurnaan dalam kisi kristal, termasuk atom pengotor,
lowongan, atom interstitial, dislokasi, dan bahkan getaran termal dari atom itu sendiri. Setiap
hamburan penyebab event elektron kehilangan energi kinetik dan untuk mengubah arah
gerak, yang diwakili skematik pada Gambar 12.7. ini termasuk kecepatan gerak dan mobilitas
dari elektron. Kecepatan gerak vd merupakan kecepatan rata-rata elektron dalam arah gaya
yang dikenakan oleh bidang terapan. Hal ini berbanding lurus dengan medan listrik sebagai
berikut:
Konstanta proporsionalitas μe disebut mobilitas elektron, dan merupakan indikasi dari
frekuensi yang kejadiannya tidak menentu ; satuannya adalah meter persegi per volt-detik
(m2/V-s). Konduktivitas σ dari bahan yang paling dapat dinyatakan sebagai:
di mana n adalah jumlah elektron bebas atau melakukan per satuan volume (misalnya, per
meter kubik), dan | e | adalah besarnya absolut dari muatan listrik pada elektron
(1,6 × 10-19 C). Dengan demikian, konduktivitas listrik sebanding dengan baik nomor
elektron bebas dan mobilitas elektron
MOBILITAS ELECTRON

14. Unsur Intrinsik dan Ekstrinsik Bahan Semikonduktor
Senyawa
Senyawa
Celah Pitav Konduktivitas listrik Mobilitas elektron Mobilitas lubang
Konduktivitas listrik dari bahan semikonduktor tidak setinggi itu dari logam;
Namun demikian, mereka memiliki beberapa karakteristik listrik yang unik yang membuat
mereka sangat berguna. Sifat listrik dari bahan tersebut sangat sensitif terhadap kehadiran
bahkan konsentrasi menit dari limbah yang dihasilkan. Konduktor semikonduktor intrinsik
adalah di mana perilaku listrik didasarkan pada struktur elektronik yang melekat dalam
bahan murni. Ketika karakteristik listrik ditentukan oleh atom pengotor, semikonduktor
dikatakan ekstrinsik
TABEL 12.3

15. semiconduction INTRINSIK
Semikonduktor intrinsik ditandai dengan struktur pita elektron yang ditunjukkan pada
Gambar 12.4d: pada 0 K, sebuah pita valensi terisi penuh, terpisah dari kosong konduksi
band oleh celah pita terlarang relatif sempit, umumnya kurang dari 2 eV. Kedua unsur
semikonduktor adalah silikon (Si) dan germanium (Ge), memiliki band gap energi sekitar 1,1
dan 0,7 eV, masing-masing. Keduanya ditemukan di IVA Kelompok tabel periodik dan
kovalen bonded.4 Selain itu, sejumlah bahan semikonduktor senyawa juga menampilkan
perilaku intrinsik. Satu kelompok tersebut terbentuk antara unsur-unsur dari Grup IIIA dan
VA, misalnya, gallium arsenide (GaAs) dan indium antimonide (InSb); ini sering disebut
senyawa III-V. Senyawa-senyawa yang terdiri dari unsur-unsur Kelompok IIB dan VIA juga
menampilkan perilaku semikonduktor; ini termasuk kadmium sulfida (CdS) dan seng
telluride (ZnTe). Sebagai dua unsur pembentuk senyawa ini menjadi lebih secara luas
dipisahkan sehubungan dengan posisi relatif mereka dalam tabel periodik (yaitu, para
elektronegativitas menjadi lebih berbeda, Gambar 2.7), ikatan atom menjadi lebih ionik dan
besarnya celah pita energi meningkat-bahan cenderung menjadi lebih insulative. Tabel 12.3
memberikan celah pita untuk beberapa senyawa semikonduktor.

16. Concept of a Hole
Dalam semikonduktor intrinsik, untuk setiap elektron aktif ke pita konduksi ada
yang tertinggal elektron yang hilang di salah satu ikatan kovalen, atau dalam skema pita,
keadaan elektron kosong di pita valensi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.6b.5
bawah pengaruh dari medan listrik, posisi elektron ini hilang dalam kristal kisi dapat dianggap
sebagai bergerak dengan gerak elektron valensi lain yang berulang kali mengisi obligasi
lengkap (Gambar 12.11). Proses ini dipercepat oleh mengobati elektron yang hilang dari pita
valensi sebagai partikel bermuatan positif disebut lubang. Sebuah lubang dianggap memiliki
muatan yang besarnya sama seperti itu untuk sebuah elektron, tetapi tanda berlawanan
(1,6 × 10-19 C). Dengan demikian, di hadapan dari medan listrik, elektron bersemangat dan
lubang bergerak dalam arah yang berlawanan. Selain itu, dalam semikonduktor kedua
elektron dan lubang, tersebar oleh ketidaksempurnaan kisi.
Karena ada dua jenis pembawa muatan (elektron bebas dan lubang) dalam
intrinsik semikonduktor, ekspresi untuk konduksi listrik, Persamaan 12.8, harus diubah untuk
memasukkan istilah untuk menjelaskan kontribusi arus hole. Oleh karena itu, kita menulis

17. dimana p adalah jumlah lubang per meter kubik dan mH adalah mobilitas lubang. Besarnya
dari mH selalu kurang dari μe untuk semikonduktor. Untuk semikonduktor intrinsik, setiap
elektron dipromosikan di celah pita meninggalkan sebuah lubang di valensi pita; dengan
demikian,
mana ni dikenal sebagai konsentrasi pembawa intrinsik. Selain itu,
Ruang-suhu konduktivitas intrinsik dan mobilitas elektron dan hole untuk beberapa
bahan semikonduktor juga disajikan dalam Tabel 12.3.
Gambar 12.11 Elektron Model ikatan konduksi
listrik dalam silikon intrinsik: (a) sebelum
eksitasi, (b) dan (c) setelah eksitasi (bebas-
elektron dan selanjutnya lubang gerakan
sebagai respons terhadap medan listrik
eksternal).

18. Gambar 12.11 Elektron Model ikatan konduksi
listrik dalam silikon intrinsik: (a) sebelum
eksitasi, (b) dan (c) setelah eksitasi (bebas-
elektron dan selanjutnya lubang gerakan
sebagai respons terhadap medan listrik
eksternal).

19. semiconduction EKSTRINSIK
Hampir semua semikonduktor komersial ekstrinsik; yaitu, perilaku listrik ditentukan oleh
kotoran, yang, ketika hadir dalam konsentrasi bahkan menit, memperkenalkan kelebihan
elektron atau lubang. Sebagai contoh, konsentrasi pengotor dari satu atom di 1012 adalah
cukup untuk membuat silikon ekstrinsik pada suhu kamar. n-Type ekstrinsik semiconduction .
Untuk menggambarkan bagaimana semiconduction ekstrinsik dicapai, pertimbangkan lagi
elemental silikon semikonduktor. Sebuah atom Si memiliki empat elektron, yang masing-
masing kovalen terikat dengan salah satu dari empat atom Si yang berdekatan. Sekarang,
anggaplah bahwa atom pengotor dengan valensi dari 5 ditambahkan sebagai pengotor
substitusi; kemungkinan akan mencakup atom dari Kelompok VA kolom tabel periodik
(misalnya, P, As, dan Sb). hanya empat dari lima elektron valensi atom pengotor ini dapat
berpartisipasi dalam ikatan karena hanya ada empat kemungkinan ikatan dengan atom
tetangga. non ikatan ekstra , elektron longgar terikat ke daerah sekitar atom pengotor dengan
lemah tarik elektrostatik, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 12.12a. Energi ikat ini
elektron relatif kecil (di urutan 0,01 eV); dengan demikian, itu mudah dihapus dari atom
pengotor, dalam hal ini menjadi elektron bebas atau melakukan (Angka 12.12b dan 12.12c).
Keadaan energi elektron tersebut dapat dilihat dari perspektif Skema Model pita elektron.
Untuk masing-masing elektron longgar terikat, terdapat tingkat energi tunggal, atau keadaan
energi, yang terletak di dalam celah pita terlarang tepat di bawah bagian bawah pita konduksi
(Gambar 12.13a). Elektron mengikat energi sesuai dengan energi yang dibutuhkan untuk
merangsang elektron dari salah satu pengotor menyatakan untuk negara dalam pita konduksi.

20. Gambar 12.12 ekstrinsik tipe-n
semiconduction Model (ikatan elektron). (a)
Sebuah pengotor atom seperti fosfor, memiliki
lima valensi elektron, dapat menggantikan
atom silikon. Hal ini menyebabkan ikatan
elektron ambahan, yang terikat pada atom
pengotor dan mengorbit itu. (b) Eksitasi untuk
membentuk sebuah elektron bebas.
(c) gerak elektron bebas ini dalam menanggapi
medan listrik

21. Gambar 12.16 pembawa intrinsik
konsentrasi (skala logaritmik) sebagai
fungsi temperatur untuk germanium
dan silikon. (Dari C. D. Thurmond,
"The Standard Fungsi termodinamika
untuk Pembentukan Elektron dan
Holes di Ge, Si, GaAs, GaP dan,
"Journal of The Elektrokimia Society,
122, [8], 1139 (1975). Dicetak ulang
dengan izin dari The Elektrokimia
Society, Inc)
KETERGANTUNGAN SUHU TERHADAP KONSENTRASI

22. Gambar 12.17 Elektron
konsentrasi terhadap suhu untuk silikon
(n-type) yang telah diolah dengan 1021 m-
3 dari donor kenajisan, dan intrinsik
silikon (garis putus-putus). Freeze-out,
ekstrinsik, dan rezim suhu intrinsik
dicatat pada plot ini. (Dari S. M. Sze,
Semiconductor Devices, Fisika dan
Teknologi. Copyright? C 1985 oleh Bell
Telephone Laboratories, Inc Dicetak ulang
dengan izin dari JohnWiley & Sons, Inc)

23. Gambar 12.21
Untuk p-n Perbaikan sambungan, representasi
elektron dan lubang distribusi untuk (a) tanpa
potensial listrik, (b) bias maju, dan (c)
membalikkan bias. sirkuit, bertanggung jawab
untuk munculnya dan pertumbuhan yang
sangat cepat dari serangkaian pembaruan
industri dalam beberapa tahun terakhir.
Gambar 12.22 Arus tegangan karakteristik
sambungan p-n untuk maju dan reverse bias.
Fenomena breakdown juga ditampilkan.

24. Sebuah penyerah, atau diode , adalah perangkat elektronik yang memungkinkan
arus mengalir dalam satu arah saja ; misalnya , penyearah mengubah arus bolak-balik
menjadi direct saat ini . Sebelum munculnya p - n junction semikonduktor penyearah , operasi
ini dilakukan dengan menggunakan dioda tabung vakum . The p - n junction adalah
meluruskan dibangun dari satu bagian dari semikonduktor yang diolah sehingga dapat n -
ketik di satu sisi dan tipe-p di sisi lain ( Gambar 12.21a ) . Jika potongan - n dan tipe-p bahan
bergabung bersama-sama , hasil penyearah miskin , karena adanya permukaan antara dua
bagian membuat perangkat sangat tidak efisien . Juga , kristal tunggal material semikonduktor
harus digunakan dalam semua perangkat elektronik karena fenomena yang merusak operasi
terjadi pada batas butir . Sebelum penerapan potensial di seluruh spesimen p - n , lubang
akan menjadi operator dominan pada p - side , dan elektron akan mendominasi di n - wilayah
, seperti digambarkan pada Gambar 12.21a . Potensial listrik eksternal dapat didirikan di
seluruh ap - n junction dengan dua polaritas yang berbeda . Ketika baterai digunakan,
The p–n Rectifying Junction
terminal positif dapat dihubungkan ke p-sisi dan terminal negatif ke n-side; ini disebut
sebagai bias maju.
Polaritas yang berlawanan (minus untuk p dan ditambah ke n) disebut reverse
bias. Tanggapan dari pembawa muatan untuk penerapan potensi-bias maju ditunjukkan
pada Gambar 12.21b. Lubang-lubang pada p-sisi dan elektron
pada n-side tertarik pada persimpangan. Seperti elektron dan lubang pertemuan
satu sama lain di dekat persimpangan, mereka terus bergabung kembali dan memusnahkan
satu

25. Gambar 12.28 kapasitor
pelat sejajar (a) ketika
terdapat hampa dan (b)
ketika bahan dielektrik hadir.
(Dari K. M. Ralls, T. H.
Courtney, dan J.Wulff,
Pengantar Ilmu Bahan dan
Teknik. Copyright@ C tahun
1976 oleh JohnWiley & Sons,
Inc Dicetak ulang izin John
Wiley & Sons, Inc)
kapasitor pelat sejajar

26. positif ke negatif. Kapasitansi C berkaitan dengan kuantitas muatan yang tersimpan di kedua
piring Q by10
di mana V adalah tegangan diterapkan di seluruh kapasitor. Satuan kapasitansi coulomb per
volt, atau farads (F).
Sekarang, pertimbangkan kapasitor pelat sejajar dengan kekosongan di wilayah ini antara
piring (Gambar 12.28a). Kapasitansi dapat dihitung dari hubungan
dimana A merupakan luas pelat dan l adalah jarak antara mereka. Itu parameter 0, disebut
permitivitas ruang hampa, adalah konstanta universal yang memiliki nilai permitivitas 8,85 × 10-
12 F / m.
Dengan konvensi, huruf "C" digunakan untuk mewakili kedua kapasitansi dan unit biaya,
coulomb. Untuk meminimalkan kebingungan dalam diskusi ini, penunjukan kapasitansi akan
akan dicetak miring, sebagai C.

27. Konstanta dielektrik dan Kekuatan untuk Beberapa Bahan Dielektrik
Satu mil = 0,001 masuk ini nilai kekuatan dielektrik yang rata-rata, besarnya
tergantung pada ketebalan spesimen dan geometri, serta tingkat aplikasi dan
durasi medan listrik diterapkan.
Jika bahan dielektrik dimasukkan ke wilayah tersebut dalam lempeng
(Gambar 12.28b), kemudian

28. di mana € adalah permitivitas medium dielektrik ini, yang akan lebih besar dalam besarnya
dari €0. The permitivitas relatif €r, sering disebut konstanta dielektrik, sama dengan rasio
yang lebih besar dari kesatuan dan merupakan kenaikan kapasitas muatan-penyimpanan
dengan penyisipan dari medium dielektrik antara pelat. Konstanta dielektrik merupakan
salah satu properti materi yang pertimbangan utama untuk desain kapasitor. Nilai €r
dari sejumlah bahan dielektrik yang terkandung dalam Tabel 12.5.

29. Gambar 12.31 Skema representasi dari
(a) muatan disimpan pada kapasitor
piring untuk ruang hampa, (b)
pengaturan dipol dalam dielektrik
terpolarisasi, dan (c) muatan
meningkat menyimpan Kapasitas yang
dihasilkan dari polarisasi dielektrik
material. (Diadaptasi dari A. G. Guy,
Essentials of Material Sains, McGraw-
Hill Book Perusahaan, New York, 1976.)
Kapasitas Penyimpanan

30. JENIS POLARISASI
Polarisasi adalah penyelarasan permanen atau diinduksi atom atau molekul momen dipol
dengan medan listrik eksternal diterapkan. Ada tiga jenis atau sumber polarisasi: elektronik,
ion, dan orientasi. bahan dielektrik biasanya menunjukkan setidaknya satu jenis polarisasi
ini tergantung pada bahan dan juga cara aplikasi bidang eksternal.
POLARISASI terbagi menjadi 3 yaitu :
Polarisasi elektronik
Polarisasi elektronik mungkin dapat diinduksikan untuk satu derajat atau lain dalam semua
atom. Itresults dari perpindahan pusat awan elektron bermuatan negatif relatif terhadap inti
positif dari atom oleh medan listrik (Gambar 12.32a). Ini Jenis polarisasi ditemukan di semua
bahan dielektrik dan, tentu saja, hanya ada saat medan listrik hadir.
Polarisasi ion
Polarisasi ion hanya terjadi pada bahan yang ion. Sebuah medan listrik bertindak untuk
menggantikan kation dalam satu arah dan anion dalam arah yang berlawanan, yang
memberikan naik ke momen dipol bersih. Fenomena ini diilustrasikan pada Gambar 12.32b.
itu besarnya momen dipol untuk setiap pasangan ion pi sama dengan produk dari
perpindahan di relatif dan muatan pada masing-masing ion

31. Orientasi Polarisasi
Tipe ketiga, orientasi polarisasi, hanya ditemukan dalam zat yang memiliki momen dipol
permanen. Hasil Polarisasi dari rotasi permanen saat ke arah medan listrik, seperti yang
digambarkan dalam Gambar 12.32c. ini keselarasan kecenderungan menetral oleh
getaran termal dari atom, sehingga polarisasi menurun dengan meningkatnya suhu.
Total polarisasi P suatu zat adalah sama dengan jumlah dari elektronik, ionik, dan
polarisasi orientasi (Pe, Pi, dan Po, masing-masing),
Gambar 12.32 (a) Elektronik
polarisasi yang dihasilkan dari
distorsi dari atom
awan elektron oleh listrik
lapangan

32. . (b) polarisasi ionik
yang dihasilkan dari relatif
perpindahan elektrik
ion bermuatan dalam menanggapi
medan listrik
. (c) Response dipol listrik permanen
(panah) ke terapan medan listrik,
menghasilkan orientasi polarisasi.
(Dari O. H.Wyatt dan D. Dew-Hughes, Logam,
Keramik dan Polimer, Cambridge University
Press, 1974.)

33. fenomena ferroelectricity dan piezoelektrik.
FERROELECTRICITY
Fenomena ini dikenal sebagai kelelahan (fatigue) dan diduga penyebabnya adalah efek dari
muatan permukaan (space charges) atau melekatnya dinding domain di sekitar kristal yang
cacat (defects). Belakangan ini beberapa teknik telah dikembangkan untuk mencoba
mempelajari profil polarisasi pada film yang tipis. Dalam penelitian kali ini, profil polarisasi
pada film polimer ferroelektrik diukur dengan menggunakan laser intensity modulation
method (LIMM). Polimer yang dipelajari adalah polyvinylidene fluoride (PVDF) dan
kopolimernya trifluoroethylene (TrFE). Polimer tersebut dilelahkan dengan mempolarisasi
materi itu berulang kali dengan menggunakan medan listrik dc di atas coercive field (medan
listrik pembalik). Untuk beberapa polimer, perlakuan ini mengakibatkan pengurangan
magnitudo polarisasi, sementara bahan lain magnitudo tidak berubah. Diamati bahwa
polimer yang diteliti menunjukkan kelelahan dalam polarisasinya dan memiliki distribusi
polarisasi yang lebih simetris setelah kelelahan.

34. Properti yang tidak biasa dipamerkan oleh beberapa bahan keramik adalah piezoelektrik,
atau, secara harfiah, Tekanan listrik: polarisasi diinduksi dan medan listrik didirikan seluruh
spesimen dengan penerapan kekuatan eksternal. Membalikkan tanda eksternal kekuatan
(yaitu, dari ketegangan kompresi) membalikkan arah lapangan. itu efek piezoelektrik
ditunjukkan pada Gambar 12.36. Fenomena ini dan contoh penerapannya dibahas dalam
Bahan potongan Pentingnya yang mengikuti Bagian 13.10. bahan piezoelektrik piezoelectric
digunakan dalam transduser, yang adalah perangkat yang mengkonversi energi listrik
menjadi strain mekanik, atau sebaliknya.
PIEZOELEKTRK
.
Properti yang tidak biasa ditunjukkan oleh beberapa bahan keramik adalah piezoelektrik,
atau, secara harfiah, Tekanan listrik: polarisasi diinduksi dan medan listrik didirikan seluruh
spesimen dengan penerapan kekuatan eksternal. Membalikkan tanda eksternal kekuatan
(yaitu, dari ketegangan kompresi) membalikkan arah lapangan. Itu efek piezoelektrik
ditunjukkan pada Gambar 12.36. Fenomena ini dan contoh penerapannya dibahas dalam
Bahan potongan Pentingnya bahan piezoelektrik piezoelectric digunakan dalam transduser,
yang adalah perangkat yang mengkonversi energi listrik menjadi strain mekanik, atau
sebaliknya

35. Gambar 12.36 (a) dipol dalam
bahan piezoelektrik. (b)
tegangan A adalah dihasilkan
ketika bahan yang dikenakan
tegangan tekan. (Dari Van
Vlack, L., UNSUR BAHAN
SCIENCE DAN ENGINEERING, 6
/ E,? C 1989, p. 482. Diadaptasi
dengan izin dari Pearson
Education, Inc, Upper Saddle
River, New Jersey.)