konduktor dan semikonduktor
TRANSCRIPT
![Page 1: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/1.jpg)
KONDUKTOR DAN SEMIKONDUKTOR
Teori Pita (Band Theory)Kerusakan Dalam Struktur
Kristal(Crystal Defect)
![Page 2: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Model lautan elektronIkatan Logam
![Page 3: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/3.jpg)
3
TEORI PITA
Teori pita (Band Theory) ; untuk menjelaskan mengapa suatu zat dapat bersifat konduktor, semikonduktor atau insulator
Landasan teori pita ; teori orbital molekul
![Page 4: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Teori pita dapat menjelaskan mengapa logam “kehilangan” elektron valensinya ketika membentuk padatan
Pita orbital 1s, 2s, dan 2p tetap terlokalisasi di sekeliling inti. Pita valensi 3s (berisi elektron valensi) terdelokalisasi berbatasan dengan orbital 3p yang kosong
![Page 5: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Sejumlah orbital atom yang berasal dari sub kulit yang sama dan mempunyai tingkat energi hampir sama membentuk orbital molekul. Orbital-orbital molekul tersebut saling berdekatan dan hampir kontinu. Kelompok orbital molekul yang kontinu disebut pita (band).
Pita tersebut dipisahkan oleh pita kesenjangan (band gap), yaitu pada tingkat energi di mana tak ada orbital (non bonding)
![Page 6: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Teori Pita ; Penerapan untuk Na
Orbital-orbital s dari atom-atom Na dapat berinteraksi menghasilkan sejumlah N orbital molekul yang saling bertumpang tindih (overlapping) membentuk pita.
![Page 7: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Diagram orbital Na
Pita konduksi:
3s antibonding (kosong)
Pita valensi:
3s bonding (penuh)
Tak ada gap
![Page 8: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Diagram Orbital Mg berdasarkan Teori Pita
Pita konduksi:
kosong
Pita valensi:
penuh
Tak ada gap: konduktor
KonduktorPita 3s saling bertumpangtindihdengan pita 3p yang kosong
![Page 9: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Penjelasan Magnesium mempunyai konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p6 3s2 Orbital 1s, 2s, dan 2p tetap terlokalisasi di sekeliling inti. Orbital atom 3s dari tiap atom Mg terisi 2 elektron,
sehingga seluruh pita orbital molekul yang berenergi lebih rendah akan terisi penuh. Pita 3s yang berisi penuh dengan 2 elektron disebut pita valensi
Tingkat energi tertinggi dari pita valensi disebut tingkat fermi (energi fermi). Tingkat fermi juga merupakan lapisan batas dimana tak ada satupun elektron yang dapat melampaui lapisan, kecuali bila ada aliran energi yang cukup hingga elektron dapat mencapai pita konduksi.
Pita valensi 3s (berisi elektron valensi) terdelokalisasi berbatasan dengan orbital 3p yang kosong
Orbital 3p yang kosong disebut pita konduksi
![Page 10: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/10.jpg)
10
![Page 11: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Bagaimana Mg dapat menjadi konduktor yang baik ???
Pada magnesium : pita kosong 3p over lapping dengan pita valensi 3s yang penuh. Elektron dalam pita valensi bergerak ke segala arah secara acak, karena tidak ada arus elektron mengalir. Namun, jika dihubungkan dengan sumber arus, elektron-elektron yang berada di dekat tingkat Fermi mendapat gangguan medan listrik, sehingga meningkat energi kinetiknya dan dapat pindah ke pita konduksi. Terjadilah arus elektron melalui pita konduksi
Hal yang sama terjadi pada Li dan Na, serta logam lain yang bersifat konduktor
![Page 12: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Insulator
Tak dapat menghantarkan listrik Kesenjangan (gap) energi yang
besar antara pita valensi (yang berisi elektron valensi) dengan pita konduksi (kosong) mencegah insulator menghantarkan listrik.
Kesenjangan (gap) itu disebut juga zona terlarang (forbidden zone)
![Page 13: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/13.jpg)
13
![Page 14: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Perbandingan Pita gap semikonduktor dan insulator
Semiconductor
Band gap
Pita gap
Intan 5.5 eV
Si 1.1 eV
Ge 0.67 eV
![Page 15: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Contoh Non logam yang bersifat konduktor dan Insulator
Konduktor Insulator
Pita gap = 5.5 eV
≈ 530 kJ/molTak ada gap
GrafitIntan
![Page 16: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Semikonduktor Konduktivitas rendah pada suhu kamar. Hal ini karena
adanya gap energi yang kecil antara pita valensi dan pita konduksi.
Konduktivitas listrik bertambah sesuai dengan kenaikan suhu, karena eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dapat terjadi setelah diberi energi
konduktor
semikonduktor
Suhu
Kon
dukt
ivita
s
![Page 17: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Contoh Semikonduktor : Si
Pada semua suhu di atas titik nol mutlak , beberapa elektron valensi kristal silikon memiliki probabilitas menyebrangi gap menuju pita konduksi (300 K)
Pada suhu tinggi, semakin banyak elektron yang dapat tereksitasi ke pita konduksi.
Kisi kristal akan mengalami perubahan karena ada perpindahan itu, sehingga meninggalkan lubang yang kekurangan elektron
Pita energi Si
![Page 18: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Doping Semikonduktor
Sifat listrik semikonduktor dapat diubah dengan menambahkan sejumlah atom yang berukuran hampir sama, namun dengan jumlah elektron valensi yang berbeda. Pengubahan itu disebut doping.
Ada dua jenis semikonduktor hasil doping, yaitu semikonduktor tipe p dan semikonduktor tipe n.
![Page 19: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Semikonduktor Tipe p
Semikonduktor tipe p diperoleh dengan cara mendoping atom-atom yang bervalensi lebih rendah ke dalam semikonduktor
Penambahan pengotor bervalensi tiga seperti B, Al atau Ga (akseptor elektron) ke dalam semikonduktor intrinsik (Si) menghasilkan defesiensi elektron valensi yang disebut ‘lubang’ (bermuatan positif)
Defesiensi elektron atau lubang tersebut berada pada tingkat fermi.. Elektron pada pita valensi akan mengisi rongga tersebut, sehingga aliran elektron dapat mencapai pita konduksi
![Page 20: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Semikonduktor Tipe n
Semikonduktor tipe n diperoleh dengan cara mendoping atom-atom bervalensi lebih tinggi ke dalam semikonduktor.
Penambahan pengotor bervalensi lima seperti Sb, As atau P menyumbangkan elektron bebas (donor free elektron).
Elektron bebas itu berada pada tingkat fermi dan dapat masuk ke pita konduksi. Kekosongannya digantikan oleh elektron dari pita valensi, sehingga terjadi aliran elektron. Akibatnya konduktifitas semikonduktor instrinsik bertambah.
![Page 21: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/21.jpg)
21
![Page 22: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Efek Doping Silikon Oleh Posfor dan Boron
Jika silikon didoping oleh Fosfor, maka terjadi semiconductor tipe-n, karena arus listrik dibawa oleh elektronJika silikon didoping oleh boron, maka terjadi semikonduktor jenis p, karena arus listrik dibawa oleh rongga bermuatan positif
![Page 23: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Penggunaan Semikonduktor
Transistor dibuat dari semikonduktor jenis n dan p. Semikonduktor seperti itu dapat dibentuk langsung
pada chip silikon dan banyak digunakan pada peralatan seperti komputer dan kalkulator
Penggabungan semikonduktor tipe p dengan tipe-n menghasilkan gabungan p-n yang berfungsi sebagai rectifier.
Rectifier adalah alat yang dapat mengalirkan arus listrik ke satu arah, namun tidak ke arah sebaliknya
![Page 24: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Gabungan p-n sebagai suatu rectifier.
![Page 25: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Batere silikon bertenaga sel surya atau solar sel adalah semikonduktor jenis p dan n yang ditumpuk bersama-sama. Elektron-elektron yang mengabsorpsi energi surya dapat bergerak melalui sambungan p-n sehingga menghasilkan arus listrik yang melalui kawat penghantar ((label “+” dan “-”).
![Page 26: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Sel Photovoltaic
![Page 27: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Kerusakan/Cacat Kisi (Lattice Defects)
Kerusakan/cacat kisi adalah penyimpangan kristal zat padat dari kisi sempurna
Cacat kisi berpengaruh terhadap konduktivitas zat Cacat kisi dapat terjadi akibat :
1. Schottky defects: Adanya bagian kisi yang tidak diisi atau dihuni. 2. Frenkel defect: Adanya atom atau ion dalam ruang atau celah di antara bagian-bagian kisi (intersisi) akibat bermigrasi ke posisi tidak normal.3. Pengotoran : Adanya ion atau atom asing di dalam bagian kisi. Pengotoran dapat disengaja karena doping
![Page 28: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Kerusakan Schottky Kerusakan Frenkel
![Page 29: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Pengaruh kerusakan kisi terhadap konduktivitas zat padat
Elektrolit – suatu substansi yang menghantarkan listrik melalui gerakan ion.
Hampir semua elektrolit adalah larutan atau lelehan garam, tetapi beberapa elektrolit berupa zat padat dan zat padat kristalin.
Nama yang diberikan untuk zat padat bersifat demikian adalah :
- Elektrolit padat (solid elektrolytes)- Fast Ion conductor- Superionic conductor
![Page 30: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Cacat Kristal (Defects)
Konduktivitas ionik hanya dapat terjadi jika ada cacat kristal. Dua jenis cacat (defect) adalah Schottky defect dan Frenkel defect.
Kerusakan Schottky
Kerusakan Frenkel
![Page 31: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Konduktivitas Ionik vs. Elektronik
Marilah kita bandingkan sifat-sifat konduktor ion dengan konduktifitas elektronik pada logam
LogamRentang konduktivitas = 10 S/cm < < 105 S/cmElectron-elektron yang membawa arus listrik
Solid ElectrolytesRentang konduktivitas = 10-3 S/cm < < 10 S/cmIon-ion yang membawa arus listrik
![Page 32: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Migrasi Ion pada Schottky Defects
NaNa
NaNa
NaNa
ClCl
ClCl
ClCl
ClCl
![Page 33: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Migrasi ion pada Frenkel Defect
Frenkel defects pada AgCl dapat berpindah melalui dua mekanisme.
AAgg
AAgg
AAgg
ClCl
ClCl
ClCl
ClCl
AgAg
22
AgAg
11
AAgg
AAgg
ClCl
ClCl
AAgg
AAgg
AAgg
ClCl
ClCl
ClCl
ClCl
AgAg
22
AgAg
11
AAgg
AAgg
ClCl
ClCl
AAgg
AAgg
AAgg
ClCl
ClCl
ClCl
ClCl
AgAg
11
AgAg
22
AAgg
AAgg
ClCl
ClCl
AAgg
AAgg
AAgg
ClCl
ClCl
ClCl
ClCl
AgAg
22
AgAg
11
AAgg
AAgg
ClCl
ClCl
Direct Interstitial Direct Interstitial JumpJump
Interstitialcy MechanismInterstitialcy Mechanism
![Page 34: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Penerapan Konduktor Ionik
Ada sejumlah aplikasi praktis dari konduktor ionik yang semuanya berdasarkan sel elektrokimia, antara lain :
BatereSel Bahan Bakar
Pada sel tersebut, konduktor ionik diperlukan untuk elektrolit atau elektrode atau untuk kedua-duanya,
ElectrolyteElectrolyte
AnodeAnode CathodeCathode
UsefulPower
ee- -
![Page 35: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/35.jpg)
35
Diagram Sel Bahan bakar oksida padat
![Page 36: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/36.jpg)
36
Diagram Batere isi ulang Li
![Page 37: Konduktor dan semikonduktor](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/558412aad8b42ab4608b4b8f/html5/thumbnails/37.jpg)
37
Contoh Elektrolit PadatKonduktor ion Ag+ :
AgI & RbAg4I5Konduktor ion Na+ :
natrium -Alumina (contoh : NaAl11O17, Na2Al16O25)NASICON (Na3Zr2PSi2O12)
Konduktor ion Li+ :LiCoO2, LiNiO2LiMnO2
Konduktor ion O2- :Kristal kubus ZrO2 (YxZr1-xO2-x/2, CaxZr1-xO2-x) -Bi2O3Perovskites (Ba2In2O5, La1-xCaxMnO3-y, …)
Konduktor ion F- :PbF2 & AF2 (A = Ba, Sr, Ca)