Nama : NIM : Kelas :
Muslih Anggit C.H. 135060300111002 135060300111002 A
BAHAN SEMI KONDUKTOR
Sifat atau karakteristik bahan semi koduktor. Table dari sifat bahan semikonduktor :
[http://insyaansori.blogspot.com/2013/02/prinsip-dasar-semikonduktor.html] Sifat Kimia Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transisitor, dan sebuah IC ( Integrated Circuit ). ). Disebut semikonduktor karena bahan ini bukan konduktor konduktor murni bahan-bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut semikonduktor yang lebih baik sebab logam memliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehinga elektronnya dapat bergerak bebas. Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam bentuk inti yang disebut nukleus. Diperlukan energi yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu elektron ke-29 berada pada orbit paling luar. Orbit terluar ini disebut elektron valensi dan elektron yang berada pada pita ini dinamakan elekron valensi. Karena hanya hanya ada satu elektron dan jaraknya jauh dari nukleus, ikatannya tidak terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron ini dapat lepas dari ikatannya. Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah pindah dari satu nukleus ke nukleus nukleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik, elektronelektron tersebut dengan mudah berpindah ke arah potensial yang sama. Isolataor adalah atom yang memeliki valensi sebanyak 8 buah dan dibutuhkan energi yang besar untuk dapat melepaskan elektron-elektron ini. Sehingga yang termasuk semikonduktor adalah yang mempunyai mempunyai elektron valensi antara 1 sampai dengan 8. Sifat Listrik -Konduktivitas Pita-pita energi bahan-bahan semikonduktor seperti silikon dan germanium mirip seperti isolator yaitu pita konduksinya kosong. Perbedaanya adalah pita terlarang semikonduktor lebih sempit sehingga se hingga untuk memindahkan elektron-elektron dari pita valensi ke pita konduksi melelui pita terlarang hanya diperlukan energi 1,1
eV untuk silicon dan 0,7 eV untuk Germanium. Karena pita terlarang tidak begitu lebar maka sejumlah elektron dari pita valensi dapat melompat ke pita konduksi walaupun pada suhu ruang. Oleh karena itu pada suhu ruang, semikonduktor masih dapat menghantarkan arus listrik walaupun tidak semudah konduktor. Dalam kristal semiokonduktor murni, keempat elektron valensi dari sebuah atom berikatan kovalen dengan empat buah elektron valensi terikat kuat pada atom dan diperlukan energi cukup besar agar sebuah elektron dapat memutuskan ikatan kovalennya menjadi ‘elektron bebas’ dan berpindah berpi ndah dari pita valensi ke pita konduksi. Oleh Karena itu pada suhu rendah, semikonduktor semikonduktor bersifat sebagai isolator. Berdasarkan cara pembuatannya, semikonduktor terbagi atas dua yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik. Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor murni yang belum dicampur atau dikotori dengan atom lain. Semikonduktor intrinsik bersifat sebagai isolator Karena memiliki pita konduksi yang kosong. Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor murni yang diberi tambahan ekstra elektron bebas atau lubang-lubang yang berasal dari atom asing. Dengan pengertian lain semikonduktor ekstrinsik diperoleh dengan proses pengotoran (doping) terhadap semikonduktor ekstrinsik. Tujuan pengotoran adalah untuk meningkatkan konduktivitas semikonduktor. Sebagi contoh pengotoran kristal. Silicon murni denagn rasio 1:10 juta j uta mengurangi hambat jenis hambat jenis dari 60 kΩ cm menjadi 2 Ω mm. -Tahanan Tahanan tembaga (Cu) adalah 1,7 μΩ Tahanan Germanium (Ge) adalah 6,5 μΩ -Mekanik Volume resistivity semikonduktor semikonduktor 10 3 sampai dengan 10 8 Ω-cm Ω -cm [http://id.scribd.com/document_downloads/direct/33210969?extension=pdf&ft=1380 107899<=1380111509&user_id=31055 107899<=1380111509&user_id=31055866&uahk=G/Vd+rpQah6xrW1AjD+ 866&uahk=G/Vd+rpQah6xrW1AjD+wF4fT wF4fT GNA]
Ada beberapa cara untuk memperoleh semikonduktor yang memiliki tingkat kemurniaan tinggi yaitu : 1. Pemurnian secara proses kimia Proses pemurnian secara kimia dilakukan untuk memisahkan bahan-bahan kompon seperti kristal Ge dari kompon 4AgS.GeS2-argyrodite atau kristal Si dari kompon SiCl4 ,SiH4 dan SiHCl3 . Kemurnian maksimum yang diperoleh dengan proses kimia tersebut hanya 99,999 %. 2. Pemurnian secara proses fisika Proses pemurnian secara fisika dikenal dikenal dengan gejala s egregasi. Pada proses pemurnian ini sebagian besar ketidakmurnian atau pengotor pengotor dari bagian yang padat terserap kebagian yang sedang meleleh. Tingkat kemurnian yang diperoleh bisa mencapai 99,99999999 %.
Ada beberapa metoda untuk memperoleh kristal tunggal semikonduktor : 1. Metoda pelelehan daerah (Zone Melting) Metoda ini digunakan untuk memperoleh kristal tunggal yang sengaja diberi pengotor untuk bahan bahan baku pembuatan devais semikonduktor
2. Metoda Penarikan (Czockralski) Metoda ini dilakukan dengan menarik benih kristal dari tempat peleburan
3. Metoda Epitaksi Dalam bahasa yunani epi berarti di atas dan taksial berarti menyusun dengan kata lain epitaksi didefinisikan sebagai proses penyusunan atom-atom bahan kristal di atas substrat kristal tunggal dengan susunan lapisan yang dihasilkan merupakan sambungan dari garis struktr kristal tunggal.
-
Bahan baku semikonduktor yang digunakan adalah berupa serbuk dengan tingkat kemurniaan yang tinggi . Kristal yang diperoleh berbentuk polikristal
Proses pembuatan pellet semikonduktor dilakukan dengan reaksi padatan :
[http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/196810151994031DADI_RUSDIANA/Bulk_semikonduktorx.pdf] 4. Teknologi komponen diskrit Yaitu setiap rangkaian transistor, hambatan dan lain sebagainya adalah komponen individu. Kontruksi rangkaian dicapai dengan saling menghubungkan berbagai komponen tersebut yang biasanya menggunakan kawat individu yang dibungkus untuk membentuk hubungan- hubungan tersebut. Pembuatan komponen diskrit adalah cara mula-mula dan tradisional yang digunakan dalam kontruksi kontruksi rangkaian. 5. Teknologi monolitik Yaitu dua golongan kontruksi rangkaian yang diintegrasi. 6. Teknologi Hibrida adalah sebuah gabungan dari teknologi komponen monolitik dan teknologi diskrit Teknologi rangkaian yang diintegrasi melibatkan penggunaan alat zat padat, hambatan dan kapasitor saja, dan teknologi monolitik dicirikan oleh penggunaan semikonduktor yang sama atau kepingan dan transistor. Khasnya maka rangkaian yang diintegrasi monolitik baik digunakan pada alat bipolar maupun alat MOS karena pembuatan pada keping yang sama sering kali tidak mungkin dilakukan.
[http://id.scribd.com/document_downloads/direct/33210969?extension=pdf&ft=1 380107899<=1380111509&user_id=31 380107899<=1380111509&user_id=31055866&uahk=G/Vd+rpQah6 055866&uahk=G/Vd+rpQah6xrW1AjD xrW1AjD +wF4fTGNA]
Contoh Aplikasi. Aplikasi bahan semikonduktor pada umumnya digunakan sebagai dioda dan transistor.Transistor adalah alat semikonduktor semi konduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Dioda atau diode adalah sambungan bahan p-n yang berfungsi berfungsi terutama sebagai penyearah.
Dalam bidang industri penemuan komponen semikonduktor mengakibatkan banyak perubahan dalam kehidupan kehidupan manusia; terutama dilihat mamfaatnya dalam membantu kelancaran proses industri, diantaranya: 1. Dipergunakannya komponen pasif seperti hambatan,kapasitor,inductor,dan transformator sebagai kelengkapan dalam menyusun suatu rangkaian elektronik. 2. Dibuatnya alat elektronik radio AM, radio FM, penguat suara hi-fi, TV warna, warna, pemancar FM. 3. Penggunaan alat elektronik untuk mengatur dan menjalankan mesin-mesin industry,dengan ditemukannya; diode tegangan tinggi, diode daya tinggi. [http://insyaansori.blogspot.com/2013/02/prinsip-dasar-semikonduktor.html]
BAHAN SUPER KONDUKTOR
Sifat Bahan Seperkonduktor Sifat Quantum Superkonduktor Superkonduktor Teori dasar Quantum untuk superkonduktor dirumuskan melaluitulisan Bardeen, Cooper dan Schriefer pada tahun 1957. Teori dinamakan teori BCS. Fungsi gelombang BCS menyusun pasangan partikel dan. Ini adalah bentuk lain dari pasangan partikel yang mungkin dengan Teori BCS. Teori BCS menjelaskan bahwa : a. Interaksi tarik menarik antara elektron dapat menyebabkan keadaan dasar terpisah dengan keadaan tereksitasi oleh energi gap. b. Interaksi antara elektron, elektron dan kisi menyebabkan adanya adanya energi gap yang diamati. Mekanisme interaksi yang tidak langsung ini terjadi ketika s atu elektron berinteraksi dengan kisi dan merusaknya. Elektron kedua memanfaatkan keuntungan dari deformasi kisi. Kedua elektron ini beronteraksi melalui deformasi kisi. c. London c. London Penetration Depth Depth merupakan konsekuensi dari Teori BCS. d. Teori BCS memprediksi suhu kritis Sifat Kemagnetan Superkonduktor Superkonduktor Sifat lain dari superkonduktor yaitu bersifat diamagnetisme sempurna. Jika sebuah superkonduktor ditempatkan pada medan magnet, maka tidak akan ada medan magnet dalam superkonduktor. Hal ini terjadi karena superkonduktor menghasilkan medan magnet dalam bahan yang berlawanan arah dengan medan magnet luar yang diberikan. Efek yang sama dapat diamati ji ka medan magnet diberikan pada bahan dalam suhu normal kemudian didinginkan sampai menjadi
superkonduktor. Pada suhu kritis, medan magnet akan ditolak. Efek ini dinamakan Efek Meissner. Sifat Kelistrikan Superkonduktor Superkonduktor Sebelum menjelaskan prinsip superkonduktor, akan lebih baik jika terlebih dahulu menjelaskan bagaimana kerja logam lo gam konduktor pada umumnya. Bahan logam tersusun dari kisi-kisi dan basis serta elektron bebas. Ketika medan listrik diberikan pada bahan, elektron akan mendapat percepatan. Medan listrik akan menghamburkan elektron ke segala arah dan menumbuk atom-atom pada kisi. Hal ini menyebabkan adanya hambatan listrik lis trik pada logam konduktor.
Pada bahan superkonduktor terjadi juga interaksi antara elektron dengan inti atom. Namun elektron dapat melewati inti tanpa mengalami hambatan dari atom kisi. Efek ini dapat dijelaskan oleh Teori BCS. Keti ka elektron melewati kisi, inti yang bermuatan positif menarik elektron yang bermuatan negatif dan mengakibatkan elektron bergetar. Jika ada dua buah elektron yang melewati kisi, elektron kedua akan mendekati elektron pertama karena gaya tarik dari inti atom-atom kisi lebih besar. Gaya ini melebihi gaya tolak-menolak antar elektron sehingga kedua elektron bergerak berpasangan. Pasangan ini disebut Cooper Pairs. Pairs. Efek ini dapat dijelaskan dengan istilah Phonons. istilah Phonons. Ketika elektron pertama pada Cooper Pairs melewati inti atom kisi. Elektron yang mendekati inti atom kisi akan bergetar dan memancarkan Phonon memancarkan Phonon.. Sedangkan elektron lainnya menyerap Phonon. menyerap Phonon. Pertukaran Phonon Pertukaran Phonon ini mengakibatkan gaya tarik menarik antar elektron. Pasangan elektron ini akan melalu kisi tanpa gangguan dengan kata lain tanpa hambatan. [http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/195708071982112]
Proses Bahan Superkonduktor Superkonduktor Metode paling sederhana untuk untuk membuat superkonduktor superkonduktor Tc tinggi adalah reaksi termokimia solid – solid – state state meliputi: pencampuran, kalsinasi (pemanasan pada suhu tinggi dibawah titik lebur untuk menghasilkan oksida) dan sinterasi (pemanasan pada suhu tinggi dibawah titik lebur untuk untuk memadatkan partikel campuran). Bubuk pencetus yang tepat, biasanya berupa okisda dan karbonat dicampur dalam jumlah yang tepat pada ball mill. Proses reaksi kimia larutan seperti metode copresipitasi (penangkapan partikel oleh larutan), pendinginan pada kondisi vakum (freeze‐drying) dan sol ‐gel (pembentukan gel dari larutan) dapat dijadikan alternatif untuk menghasilkan campuran yang homogen. Bubuk ini kemudian dikalsinasi pada temperatur 8000C – 8000C – 9500C 9500C selama beberapa jam. Bubuk ini kemudian didinginkan, digiling dan dikalsinasi kembali. Proses ini dilakukan berulangkali hingga diperoleh campuran campuran bahan yang homogen. homogen. Setelah homogen, bubuk ini kemudian dipadatkan dipadatkan dalam bentuk butiran dan disinterasi. disinterasi. Lingkungan pensinterasian seperti suhu, waktu pengerasan, laju atmosfer dan pendinginan sangat mempengaruhi dalam pembuatan bahan suoerkonduktorTc tinggi yang sangat baik. [http://iwan78.files.wordpress.com/2010/11/10_11-superkonduktor.pdf]
Aplikasi Superkonduktor Superkonduktor Aplikasi Superkonduktor dalam kehidupan diantaranya : a. Kabel Listrik. Dengan menggunakan bahan superkonduktor, superkonduktor, maka energi listrik li strik tidak akan mengalami disipasi karena hambatan pada bahan superkonduktor bernilai nol. Maka penggunaan energi listrik akan semakin hemat. b. Alat Transportasi Penggunaan superkonduktor superkonduktor dalam bidang transportasi adalah Kereta Listrik super cepat yang dikenal dengan sebutan se butan Magnetik Levitation (MAGLEV). http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/195708071982112 c. Interference Device (SQUID), dapat mendeteksi medan magnet sangat kecil . Dipakai mencari minyak dan mineral d. Di bidang militer, HTS-SQUID digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan ranjau laut. e. MRI, dalam bidang kedokteran. Menggunakan medan ma gnet dan gelombang radio sehingga lebih aman dibandingkan X-ray. http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/195708071982112 f. Supercomputer. Dibidang komputer, superkonduktor digunakan untuk membuat suatu superkomputer dengan kemampuan berhitung yang fantastis g. Generator listrik super-efisien Suatu perusahaan amerika, American Superkonduktor Corp, diminta untuk memasang suatu sistem penstabil listrik yang diberi nama Distributed Superconducting Magnetic Energy Storage System (D-SMES). Satu unit DSMES dapat menyimpan energi listrik sebesar 3 MegaWatt yang dapat digunakan untuk menstabilkan listrik apabila terjadi gangguan listrik. [http://iyusnurzamanfisikaupi.blogspot.com/2012/10/superkonduktor_1.html]
