BAB I BAB I
PENDAHULUAN PENDAHULUAN
1.1
1.1 Latar BelakangLatar Belakang
Di era globalisasi saat ini ditandai dengan banyaknya manusia memenfaatkan Di era globalisasi saat ini ditandai dengan banyaknya manusia memenfaatkan peralatan
peralatan modern modern yang yang berbasiskan berbasiskan komputer komputer atau atau elektronik elektronik untuk untuk memenuhimemenuhi kebutuhan hidup manusia. Adanya kemudahan-kemudahan peralatan yang semakin kebutuhan hidup manusia. Adanya kemudahan-kemudahan peralatan yang semakin canggih merupakan sumbangan yang banyak dan tak ternilai dari kemajuan teknologi canggih merupakan sumbangan yang banyak dan tak ternilai dari kemajuan teknologi peralatan yang menggunakan komponen elektronika.
peralatan yang menggunakan komponen elektronika.
Banyak
Banyak orang yang orang yang bekerja bekerja di bidi bidang industri dang industri dan kependidikan dan kependidikan teknik teknik khususnya kelistrikan atau elektro, misalnya teknisi, instalatir, jaringan dan tenaga khususnya kelistrikan atau elektro, misalnya teknisi, instalatir, jaringan dan tenaga listrik. Mereka sebaiknya harus memiliki pengetahuan yang luas tentang ilmu daripada listrik. Mereka sebaiknya harus memiliki pengetahuan yang luas tentang ilmu daripada bahan-bahan
bahan-bahan yang yang berhubungan berhubungan dengan dengan profesinya profesinya masing-masing. masing-masing. MempunyaiMempunyai pengetahuan
pengetahuan mengenai mengenai asal asal bahan, bahan, jenis-jenis jenis-jenis bahan, bahan, fungsi fungsi bahan, bahan, dan dan sifat-sifat darisifat-sifat dari bahan
bahan adalah adalah sangat sangat penting penting dimiliki badimiliki bagi merekgi mereka a yang byang bekerja ekerja di di bidang bidang industri danindustri dan kependidikan teknik. Kita sebagai mahasiswa juga harus lebih tahu tentang uraian kependidikan teknik. Kita sebagai mahasiswa juga harus lebih tahu tentang uraian diatas serta bagaimana struktur bahan, proses kinerja bahan agar mampu menguasai diatas serta bagaimana struktur bahan, proses kinerja bahan agar mampu menguasai pengetahuan tersebut,
pengetahuan tersebut, berfikir secara kritis dan berfikir secara kritis dan mengembangkannya dalmengembangkannya dalam mata kuliaham mata kuliah maupun di luar jam kuliah.
maupun di luar jam kuliah.
Dengan pengetahuan tersebut mereka tahu bagaimana memperlakukan bahan- Dengan pengetahuan tersebut mereka tahu bagaimana memperlakukan bahan- bahan yang
bahan yang mereka gunakan mereka gunakan dengan sebagaimana dengan sebagaimana mestinya atau mestinya atau memanfaatkan bahan-memanfaatkan bahan- bahan.
bahan. Menghindari Menghindari penggunaan penggunaan yang yang berbahaya berbahaya hal hal utama utama yang yang perlu perlu diperhatikandiperhatikan atau dilakukan demi keamanan dalam bekerja. Mereka mengerti bahan apa yang harus atau dilakukan demi keamanan dalam bekerja. Mereka mengerti bahan apa yang harus dipakai untuk suatu maksud tertentu, dapat mencari alternatif bahan pengganti yang dipakai untuk suatu maksud tertentu, dapat mencari alternatif bahan pengganti yang efisien, fungsioner, segi ekonomis dan sebagainya.
efisien, fungsioner, segi ekonomis dan sebagainya.
Dalam mata kuliah ilmu bahan listrik di jurusan pendidikan teknik elektro kita Dalam mata kuliah ilmu bahan listrik di jurusan pendidikan teknik elektro kita juga
juga lebih lebih memperhatikan memperhatikan hal hal keamanan keamanan tersebut tersebut karena karena dalam dalam pembelajaran pembelajaran maupunmaupun
Secara khusus kami menghambil salah satu jenis bahan yaitu contoh bahan Semikonduktor dan Superkonduktor untuk pembahasan dan penyusunan karena dalam perkuliahan tentang kelistrikan akan banyak di jumpai pembahasan komponen- komponen elektronika yang bersifat semikonduktor dan superkonduktor dalam skala jumlah arus yang kecil maupun besar.
1.2 Rumusan masalah
Uraian rumusan masalah tentang Semikonduktor yang dapat penulis batasi meliputi:
1. Pengertian semikonduktor dan superkonduktor 2. Contoh bahan semikonduktor dan superkonduktor
3. Pengelompokkan bahan semikonduktor dan superkonduktor 4. Aplikasi bahan semikonduktor dan superkonduktor
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari penyusunan paper ini dapat saya bagi menjadi dua:
1.3.1 Tujuan Umum
Memberikan penjelasan mengenai contoh bahan-bahan semikonduktor dan superkonduktor
Penerapan bahan semikonduktor dan superkonduktor dalam berbagai bidang
1.3.2 Tujuan Khusus
Untuk memenuhi tugas mata kuliah Bahan Listrik
1.4 Manfaat
Adapun manfaat dari penulisan paper ini adalah sebagai berikut:
Mengetahui apa itu bahan semikonduktor dan superkonduktor.
Mengetaui manfaat bahan-bahan semikonduktor dan superkonduktor.
BAB II PEMBAHASAN Semikonduktor
2.1 Pengertian Umum
Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan ini sifatnya berada diantara insulator dan konduktor.
Bahan – bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga
elektronnya dapat bergerak bebas.
2.2 Pengertian Khusus
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor (K. Muller 1986).
2.3 Macam – Macam Semikonduktor dan Penggunaannya
No Nama SemiKonduktor Penggunaannya 1 Barium Titinate (Ba Ti) Termistor (PTC)
2 Bismut Telurida (Bi2 Te3) Konversi termo elektrik 3 Cadmium sulfide (Cd S) Sel Fotokonduktif
4 Gallium arsenide (Ga As) Dioda, transistor, laser, led, generator gelombang
Mikro
6 Indium antimonida (In Sb) Magnetoresistor, piezoresistor, detektor
radiasi inframerah 7 Indium arsenida (In As) Piezoresistor
8 Silikon (Si) Diode, transistor, IC 9 Silikon Carbida (Si Cb) Varistor
10 Seng Sulfida (Zn S) Perangkat penerangan elektro 11 Germanium Silikon (Ge Si) Pembangkitan termoelektrik
12 Selenium (Se) Rectifier
13 Aluminium Stibium (Al Sb) Diode penerangan 14 Gallium pospor (Ga P) Diode penerangan 15 Indium pospor (In P) Filter inframerah 16 Tembaga Oksida Rectifier
17 Plumbun Sulfur (Pb S) Foto sel 18 Plumbun Selenium (Pb Se) Foto sel
19 Indium Stibium (In Sb) Detektor inframerah, filter inframerah,
generator Hall
Silikon adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Si dan nomor atom 14. Merupakan unsur terbanyak kedua di bumi.
Senyawa yang dibentuk bersifat paramagnetik. Unsur kimia ini ditemukan oleh (Jons Jakob Berzelius 1923) silikon hampir 25.7% mengikut berat. Biasanya dalam
membuat serat optik dan dalam operasi plastik digunakan untuk mengisi bagian tubuh pasien dalam bentuk silikon.
2.4 Pengelompokan Semikonduktor
Semikonduktor saat ini mempunyai peranan penting di bidang elektronika dan penggunaannya tidak terbatas pada arus lemah. Hal penting dalam semi konduktor adalah memahami susunan pita dan atom konduksi elektroniknya baik pada bahan konduktor maupun pada semi konduktor. Pada bahan tersebut terdapat pita konduksi maupun pita valensi, dimana kedua pita tersebut saling menumpuk, dan pada isolator jarak keduanya cukup jauh. Pada semi konduktor jarak keduanya tidak terlalu jauh dan ini memungkinkan terjadinya tumpang tindih jika dipengaruhi panas, medan magnet, dan tegangan yang cukup tinggi. Perbandingan jarak kedua pita disebut celah energi.
Berbagai penelitian celah energi pada intan 6 ev dan intan merupakan bahan isolator dengan resistivitas tinggi, sedangkan bahan semikonduktor mempunyai celah energi lebih sempit daripada isolator 0,12 – 5,3 ev seperti Si sebagai salah satu bahan semikonduktor dengan celah energi 1,1 ev.
Berdasarkan lebar dan sempitnya celah energi dari bahan-bahan intan, semikonduktor, konduktor terlihat bahwa untuk menjadikan bahan semikonduktor agar menghantar listrik diperlukan energi yang tidak besar. Silikon dan germanium murni disebut semi konduktor intrinsik jika belum mendapatkan bahan tambahan, sedangkan yang sudah mendapatkan bahan tambahan disebut ekstrinsik. Bahan tambahan yang dimaksud arsenikum (As) atau boron (B). Bahan semikonduktor yang mendapatkan tambahan As akan menjadi semi konduktor jenis N, sedangkan yang mendapatkan tambahan B akan menjadi semi konduktor jenis P. Beberapa bahan tambahan untuk semikonduktor dapat dilihat pada tabel Enegi Ionisasi di bawah ini ;
Bahan Pengotoran (Tipe – N)
Si (ev) Ge (ev)
Pospor Arsen Antimon
0,044 0,049 0,039
0,012 0,013 0,010
Bahan Pengotoran (Tipe – P)
Si (ev) Ge (ev)
Boron Aluminium Gallium Indium
0,045 0,057 0,065 0,16
0,010 0,010 0,011 0,011
2.5 Aplikasi Semikonduktor
2.5.1 DIODA
Jika dua tipe bahan semikonduktor ini, maka akan didapat sambungan P-N ( p-n junction) yang dikenal sebagai dioda. Pada pembuatannya memang material tipe P dan tipe N bukan disambung secara harpiah, melainkan dari satu bahan (monolithic) dengan memberi doping (impurity material ) yang berbeda.
simbol sambungan p-n
Jika diberi tegangan maju ( forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N, elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P.
. forward bias.
Sebaliknya jika diberi tegangan balik (reverse bias), dapat dipahami tidak ada elektron yang dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, karena tegangan potensial di sisi N lebih tinggi. Dioda akan hanya dapat mengalirkan arus satu arah
saja, sehingga dipakai untuk aplikasi rangkaian penyearah (rectifier ). Dioda, Zener, LED, dan Varactor.
Dioda Bertegangan Tinggi (High Voltage Diodes)
Menyediakan jajaran produk dioda daya yang serbaguna termasuk tipe dioda kaca dengan keandalan yang tinggi, perangkat pelindung tekanan tegangan ( surge suppression) untuk melindungi peralatan elektronik (terutama dalam aplikasi otomotif) dan jenis bertegangan tinggi untuk pengoperasian tampilan pada frekuensi tinggi. Tersedia dalam bentuk axial lead , press-fit dan paket pemasangan permukaan ( surface mount ).
2.5.2 TRANSISTOR
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET),
GB 7. Transistor through-hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter).
Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan ( junction). Sambungan itu membentuk transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut- turut disebut emitor, base dan kolektor. Base selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor. Transistor ini disebut transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung dari perpindahan elektron di kutup negatif mengisi
kekurangan elektron (hole) di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup. (William Schockley pada tahun 1951) adalah seseorang yang pertama kali menemukan transistor bipolar.
Transistor NPN dan PNP.
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian – rangkaian digital, transistor digunakan
Superkonduktor
2.6 Pengertian Superkonduktor
Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan di bawah suatu nilai suhu tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor, semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan ruang. Suhu di mana terjadi perubahan sifat konduktivitas menjadi superkonduktor disebut dengan temperatur kritis (Tc).
2.7 Contoh Material Superkonduktor
Ini adalah beberapa contoh material superkonduktor : 1. Merkuri
Beberapa ahli ilmuwan pada waktu itu seperti William Kelvin memperkirakan bahwa elektron yang mengalir dalam konduktor akan berhenti ketika suhu mencapai nol mutlak. Di lain pihak, ilmuwan yang lain termasuk Onnes memperkirakan bahwa hambatan akan menghilang pada keadaan tersebut. Untuk mengetahui yang sebenarnya terjadi, Onnes kemudian mengalirkan arus pada kawat merkuri yang sangat murni dan kemudian mengukur hambatannya sambil menurunkan suhunya. Pada suhu 4,2 K, Onnes terkejut ketika mendapatkan bahwa hambatannya tiba-tiba menjadi hilang. Arus mengalir melalui kawat merkuri terus- menerus.
Dengan tidak adanya hambatan, maka arus dapat mengalir tanpa kehilangan energi. Percobaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu kumparan superkonduktor dalam suatu rangkaian tertutup dan kemudian mencabut sumber arusnya lalu mengukur arusnya satu tahun kemudian ternyata arus masih tetap mengalir. Fenomena ini kemudian oleh Onnes diberi nama superkonduktivitas.
Atas penemuannya itu, Onnes dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913.
Dengan berlalunya waktu, ditemukan juga superkonduktor-superkonduktor lainnya. Selain merkuri, ternyata beberapa unsur-unsur lainnya juga menunjukkan sifat superkonduktor dengan harga Tc yang berbeda. Sebagai contoh, karbon juga bersifat superkonduktor dengan Tc 15 K. Hal yang ironis adalah logam emas, tembaga, dan perak, yang merupakan logam konduktor terbaik bukanlah suatu superkonduktor.
3. Keramik
Pada tahun 1986 terjadi sebuah terobosan baru di bidang superkonduktivitas. Alex Miller and Georg Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Rischlikon, Switzerland, berhasil membuat suatu keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum, Barium, Tembaga, dan Oksigen, yang bersifat superkonduktor pada suhu tertinggi pada waktu itu, 30 K. Penemuan ini menjadi spektakuler karena
keramik selama ini dikenal sebagai isolator. Keramik tidak mengantarkan listrik sama sekali pada suhu ruang. Hal ini menyebabkan para peneliti pada waktu itu tidak memperhitungkan bahwa keramik dapat menjadi superkonduktor. Penemuan ini membuat keduanya diberi penghargaan hadiah Nobel setahun kemudian.
4. (TMTSF)2PF6
Penemuan demi penemuan di bidang superkonduktor kini masih saja dilakukan oleh para peneliti di dunia. Penemuan lainnya yang juga fenomenal adalah berhasil disintesisnya suatu bahan organik yang bersifat superkonduktor, yaitu (TMTSF)2PF6. Titik kritis senyawa organik ini masih sangat rendah yaitu 1,2 K
5. Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33.
Suhu tertinggi suatu bahan menjadi superkonduktor hingga saat ini adalah 138 K,yaitu untuk suatu bahan yang memiliki rumus Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33.
