ZAT PADAT

Standar Kompetensi :10. Menganalisis konsep fisika zat padat dan semikonduktor dalam menghasilkan produk teknologi elektronika Kompetensi dasar 10.1 Menganalisis konsep ikatan atom dan struktur kristal Indikator Membedakan dasar kerja beberapa jenis ikatan atom dalam kristal zat padat Melukiskan susunan atom pada kristal dua dimensi Mengaplikasikan peristiwa difraksi Bragg pada penentuan struktur kristalKompetensi dasar 10.2 Menganalisis penerapan semikonduktor pada bidang teknologiIndikatorMengidentifikasi sifat konduktivitas zat padat pada isolator, konduktor dan semikonduktor berdasarkan konsep pita energiMembedakan karakteristik semikonduktor jenis p dan jenis nMenerapkan prinsip kerja sambungan semikonduktor p dan n pada rangkaian penyearah dan penguat

ZAT PADATTerdiri dari atom, ion-ion atau molekul-molekul yang letaknya saling berdekatan. Gaya yang mengikatnya merupakan penyebab dari sifat yang berbeda-beda dari berbagai zat padat.KristalAmorfAtom-atom, ion-ion atau molekul pembangunnya tersusun menjadi pola tiga dimensional yang teratur dan terulang dengan rentangan panjang. Zat ini memiliki titik lebur yang jelas.Atom-atom, ion-ion atau molekul pembangunnya tersusun menjadi pola tiga dimensional yang teratur dan terulang dengan rentangan pendek dan dipandang sebagai zat cair super dingin yang kepadatannya timbul dari viskositas (kekentalan) yang sangat tinggi. Zat ini tidak memiliki titik lebur yang jelas. Logam, garam, gulaGelas, ter, plastik

Beberapa zat dapat memiliki sifat sebagai kristal dan sebagai amorf misalnya B2O3amorfkristal

CACAT KRISTALZat padat berbentuk kristal tidak banyak yang memiliki susunan partikelnya sempurna pada seluruh bagian. Kebanyakan memiliki cacat pada susunan kristalnya.Cacat yang dimaksud :Kosongnya suatu tempat yang semestinya diisi oleh atom, atau tidak terletak pada tempatnya.Terselipnya atom jenis lain diantara atom-atom sejenisDislokasi atau salah tempat

Adanya cacat pada kristal ternyata sangat penting. Sebab adanya dislokasi memungkinkan untuk meru- bah bentuk zat itu dengan mengadakan gaya pada kristal, misalnya mengubah bentuk logam dengan cara menempa. Seandainya ca- cat seperti ini tidak ada, akan sangat sulit untuk mengubah bentuk zat dengan cara menempa. KEUNTUNGAN ADANYA CACAT KRISTAL

STRUKTUR KRISTAL ZAT PADATUntuk memperoleh gambar susunan atom-atom secara tidak langsung di gunakan melalui difraksi sinar X. W.L. Bragg melakukan percobaan dengan pola difraksi untuk menganalisis secara matematik susunan partikel dalam suatu kristal. Penemuan ini berkembang menjadi suatu cabang fisika yang disebut KRISTALOGRAFI sinar X

Susunan (struktur) partikel-partikel pembentuk zat padat menentukan sifat zat itu.Grafit dan intan tersu-sun dari atom yang sama yaitu atom karbon tetapi susunan/ struktur kristalnya berbeda mengakibatkan bentuk fisiknya berbeda Struktur kristal grafit berbentuk 2 dimensi, fisik hitam tidak tembus cahaya dan mudah patah. Intan struktur kristalnya berbentuk 3 dimensi, tembus cahaya dan sangat keras.

Zat padat terbentuk dari ikatan antar atom pada molekul-molekul yang saling mengikat. Pada zat padat berlaku 5 jenis ikatan.IKATAN IONIK ( NaCl dsb )Atom memiliki energi ionisasi rendah, mudah kehilangan elektron.Gaya tarik antar ion positif dengan ion negatif lebih besar dari gaya tolak antara ion sejenis.Zat berbentuk padat dan kerasMemiliki titik lebur tinggi

IKATAN Kovalen (Intan dsb)Masing-masing atom berpartisipasi dalam ikatan berkontribusi sebuah elektron pada ikatannya, elektron dipakai bersama-samaBentuknya padat dan sangat keras.Tidak larut dalam zat cair biasaMemiliki titik lebur tinggiZat yang memiliki ikatan ini antara lain intan, silikon, germanium, dan karbide silikon

IKATAN campuran Ionik dengan Kovalen ( Kuarsa (SiO2))

IKATAN Van der Waals Gas memiliki kulit luar tertutup sehingga tidak mungkin mengadakan ikatan ionik maupun kovalen. Ternyata pada suhu rendah gas berubah menjadi zat cair berarti ada ikatan antara atom-atomnya. Atom-atom dan molekul-molekul satu sama oleh gaya yang disebut gaya Van der Waals. Gaya ini termasuk gaya elektrostatika. Ikatan sejenis ini disebut ikatan Van der Waals. Gaya elektrostatika berlaku pada mol polar (terkutub)Molekul polar adalah molekul adalah molekul yang memiliki muatan listrik tidak tersebar secara sistematis ( mol air, mol gula)Antara2 mol non polar dapat terjadi ikatan Van der WaalsIkatan Van der Waals jauh lebih lemah dibanding dengan ikatan ionik maupun ikatan kovalen.Memiliki titik didih dan titik lebur rendah

IKATAN Logam Kulit luarnya terisi dari beberapa elektronElektron pada kulit luar mudah terlepas dari atom-atomnyaElektron-elektron yang bebas dapat dianggap sebagai gas yang memenuhi celah celah atom.Gas elektron ini mudah berpindah dari satu tempat ketempat lain melalui celah-celah atom sehingga mempermudah menghantar listrik, kalorMudah dibentukTidak tembus cahaya, karena cahaya di serap oleh gas elektron dan sebagaian dipancarkan sehingga permukaan tampak mengkilap.

IKATAN Hidrogen Zat cair pada wujud padat molekul-molekul air terikat oleh adanya gaya tarik antara atom H pada satu molekul air dengan atom O pada molekul lain air yang ada didekatnyaIkatan hidrogen ini dipandang sebagai penyebab struktur kristal es yang khasIkatan hidrogen juga terdapat pada zat padat lainnya antara lain amoniak (NH3) dan hidrogen florida (HF)NH3HF

Mengidentifikasi sifat konduktivitas zat padatSifat konduktivitas yaitu kemampuan dari zat untuk menghantarkan arus listrik. Berdasarkan sifat konduktivitas Zat padat dapat dikelompokkan pada jenis Konduktor, isolator, dan semikonduktor. Teori pita energi digunakan untuk mempelajari sifat hantaran listrik zat padat.Pita EnergiSetiap atom memiliki tingkat energi tertentu baik yang dimiliki elektron dalam maupun elektron luar.Tingkat-tingkat energi itu di gambarkan dengan bagan berupa garis-garisMasing-masing garis menyatakan tingkat energi tertentu.Bila atom-atom tersusun dalam susunan atom kristal zat padat, jarak antara atom sangat dekat sehingga tingkat-tingkat energinya sangat berdekatan satu sama lain serupa pita oleh karena itu disebut pita energi. Banyaknya garis pada pita energi kira-kira sama dengan banyaknya atom dalam kristal.Pita-pita energi dapat bertindihan atau dapat berpisah satu sama lain.Jika kedua pita berpisah terdapat celah diantaranya yang disebut celah energi atau pita terlarang.Lebar celah energi atau pita terlarang dalam kondisi normal tidak dapat dilalui elektron

Tingkat energi elektron-elektron kulit luarEnergi bertambahPita atasPita bawahPita energi bertindihanPita atasPita bawahCelah energi/ Pita terlarangPita energiCelah energi/ Pita terlarang menyatakan nilai-nilai energi yang tak dapat dimiliki oleh elektron yang ada dalam kristal yang bersangkutan. Dan merupakan ukuran energi yang diperlukan untuk memindahkan elektron dari pita bawah ke pita diatasnya.

KONDUKTOR : Zat padat yang dapat menghantar listrik dengan baik ( natrium)Pita energi setengah penuhTingkat energiEnergi bertambahISOLATOR : Zat padat yang sulit menghantar listrik dengan baik ( intan )Menurut teori pita energi konduktor ditandai dengan adanya pita energi yang tidak penuh atau pita energi kosong yang bertindihan dengan pita penuh yang ada di bawahnya. Pita setengah penuh yang menyebabkan elektron dapat mengalir disebut pita konduksi. Pita yang ada dibawhnya disebut pita valensi.Energi bertambahMenurut teori pita energi isolator ditandai dengan adanya pita teratas energinya dan tidak terdapat elektron, pita energi dibawahnya terisi penuh. Antara pita kosong dengan pita penuh terdapat celah energi/pita terlarang. Untuk memindahkan elektron dari pita penuh ke pita kosong memerlukan energi yang besar.

SEMIKONDUKTOR: Zat padat yang memiliki sifat antara konduktor dan isolator (silikon)Energi bertambahBahan ini ditemukan tahun 1948Bahan yang sering digunakan silikon dan germaniumSusunan kristal silikon mirip dengan susunan kristal intan, perbedaannya yaitu pada celah terlarang. Besarnya celah terlarang 1,1 evPada suhu kamar elektron berkumpul pada pita penuh(pita valensi) yang ada dibawah pita/celah terlarang. Pada suhu 250C sejumlah elektron memiliki energi yang cukup untuk melintasi celah terlarang menuju ke pita kosong (pita konduksi) menjadi elektron bebas layaknya dengan elektron bebas pada konduktorKarena adanya perpindahan elektron pita valensi mengalami kekosongan. Kekosongan ini di sebut lubang atau holePada saat arus mengalir melalui bahan ini elektron berpindah ke satu arah, bersamaan dengan itu lubang/hole berpindah kearah yang berlawanan . Dengan demikian semi-konduktor secara keseluruhan tetap netral

SEMIKONDUKTOR INTRINSIK: Apabila dalam bahan terdapat aliran listrik berupa aliran elektron dan aliran hole dari bahan itu sendiri. Bahan sejenis ini disebut semi konduktor murniSEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK: Apabila dalam bahan terdapat aliran listrik berupa aliran elektron dan aliran hole bukan dari bahan itu sendiri. Bahan ini diberi pengotoran (doping). Bahan pengotor harus memenuhi syarat:Ukuran atom bahan pengotor = ukuran bahan semikonduktorAtom pengotor harus bervalensi lebih atau kurang dibanding valensi bahan semikonduktor

SEMIKONDUKTOR JENIS-N:

Bahan semikonduktor Silikon dengan valensi 4Bahan pengotor arsenium (atom donor) dengan valensi 5Dengan demikian 4 elektron mengadakan ikatan kovalenSatu elektron dari arsenium yang tidak berpasangan dalam ikatan dan menjadi elektron bebas. Elektron inilah yang menghantarkan listrikSemikonduktor jenis ini disebut semikonduktor jenis-nSEMIKONDUKTOR JENIS-P:

Bahan semikonduktor Silikon dengan valensi 4Bahan pengotor Boron (atom akseptor) dengan valensi 3Dengan demikian 3 elektron mengadakan ikatan kovalenSatu elektron dari Silikon yang tidak mendapat pasangan dan menjadi tempat kosong (hole) bebas. Hole inilah yang menghantarkan listrikSemikonduktor jenis ini disebut semikonduktor jenis-p