MAKALAH

KIMIA MATERIAL DAN MINERALOGI

KOINDUKTOR,SEMIKONDUKTOR,ISOLATOR

KELOMPOK VII:

CHRISTIANTO PASUNU G 301 11 022

TEGAR SETYO PRAYOGO G 301 11 039

AYU ANGGRAINI PUSPITASARI G 301 11 023

WAHIDA G 301 11 027

KOSTRIANA DANIEL G 301 11 03

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS TADULAKO

PALU

2013

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas

berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan makalah ini tepat pada

waktunya tanpa halangan suatua papun.

Tidak lupa penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada semua

pihak yang telah membantu tersusunnya makalah ini.

Dalam penyusunan makalah ini penulis sudah mengupayakan

penyusunan yang sebaik mungkin, demi kesempurnaan makalah ini penulis

mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca demi sempurnanya makalah ini.

Penulis

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Secara umum, dalam kehidupan manusia kita telah mengenal mengenai

jenis-jenis material. Material-material sering digunakan untuk kepentingan hidup

manusia, segala aktivitas juga di dukung oleh keberadaan material itu sendiri.

Material merupakan sesuatu zat yang tersusun atas atom-atom yang memiliki

sistem material tersendiri. Zat dalam material tidak dikhususkan kepada zat-zat

padat saja atau cair saja dan bahkan hanya gas saja. Zat di dalam pengertian ini

memiliki pengertian yang universal.

Bahan-bahan penghantar adalah bahan yang memiliki banyak elektron

bebas pada kulit terluar orbit. Elektron bebas ini akan sangat berpengaruh pada

sifat bahan tersebut. Jika suatu bahan listrik memiliki banyak elektron bebas pada

orbit-orbit elektron, bahan ini memiliki sifat sebagai penghantar listrik.

Penghantar listrik dapat dikelompokkan sebagai konduktor, semikonduktor, dan

isolator.

Masyarakat pada umumnya mengetahui konduktor, semikonduktor dan

isolator sebagai bahan penghantar listrik sebatas ukuran baik atau tidaknya bahan

tersebut menghantarkan listrik. Umumnya konduktor didefinisikan sebagai bahan

yang mudah mengalirkan arus listrik jika dihubungkan dengan sumber tegangan;

isolator sebagai bahan - bahan yang akan menghambat arus listrik bila

dihubungkan dengan sumber tegangan; semikonduktor adalah bahan - bahan yang

pada kondisi tertentu akan bersifat sebagai isolator dan pada kondisi lain akan

bersifat sebagai konduktor.

Secara sederhana, material menurut sifat konduktivitasnya tersebut

merupakan material-material yang dikenal dengan sebutan zat padat. Klasifikasi

tersebut ditinjau dari bagaimana sebuah material yang dialiri oleh arus listrik.

2. Rumusan Masalah

1. Apakah definisi konduktor, semikonduktor dan isolator?

2. Apa saja karakteristik dari bahan konduktor, semikonduktor dan isolator?

3. Bagaimana klasifikasi dari konduktor, semikonduktor dan isolator?

4. Apakah kegunaan dari konduktor, semikonduktor dan isolator?

3. Tujuan

1. Dapat mengetahui definisi dari konduktor, semikonduktor dan isolator.

2. Dapat mengetahui karakteristik dari bahan konduktor, semikonduktor dan

isolator.

3. Dapat mengklasifikasikan konduktor, semikonduktor dan isolator.

4. Dapat mengetahui kegunaan dari konduktor, semikonduktor dan isolator.

BAB IIPEMBAHASAN

1. Pengertian konduktor, semikonduktor dan isolator

a. KonduktorKonduktor adalah bahan yang dapat dengan mudah menghantarkan

arus listrik sehingga konduktor sering disebut juga penghantar listrik yang

baik. Pada konduktor yang baik, jumlah elektron-elektron bebas, yaitu

elektron-elektron yang mempunyai energi cukup besar (terletak pada lintasan

yang paling luar) adalah banyak dan bebas bergerak,  misalkan pada bahan

tembaga, setiap atom tembaga menyumbangkan 1 elektron bebas.

Konduktor atau penghantar adalah zat atau bahan yang bersifat dapat

menghantarkan energy, baik energy listrik maupun energy kalor, baik berupa

zat padat, cair atau gas. Bahan-bahan yang bersifat konduktor ini biasanya

digunakan untuk membuat alat-alat yang sifatnya membutuhkan kecepatan

transfer energy.

b. SemikonduktorSemikonduktor adalah bahan dengan konduktivitas listrik yang

berada di antara insulator dan konduktor. Konduktivitas semikonduktor

berkisar antara 103 sampai 10-8 siemens per sentimeter dan memiliki dan celah

energinya lebih kecil dari 6 eV .

Bahan semikonduktor adalah bahan yang bersifat setengah

konduktor karena celah energi yang dibentuk oleh struktur bahan ini lebih

kecil dari celah energi bahan isolator tetapi lebih besar dari celah energi bahan

konduktor, sehingga memungkinkan elektron berpindah dari satu atom

penyusun ke atom penyusun lain dengan perlakuan tertentu terhadap bahan

tersebut (pemberian tegangan, perubahan suhu dan sebagainya). Oleh karena

itu semikonduktor bisa bersifat setengah menghantar.

Bahan semikonduktor dapat berubah sifat kelistrikannya apabila

temperatunya berubah. Dalam keadaan murninya mempunyai sifat sebagai

penyekat ;sedangkan pada temperatur kamar ( 27 ° C ) dapat berubah sifatnya

menjadi bahan penghantar. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator

tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnet,

tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif.

c. IsolatorIsolator (bukan penghantar) adalah bahan yang tidak dapat

menghantarkan arus listrik. Isolator listrik adalah sesuatu benda yang merupakan bukan benda penghantar listrik yang berguna untuk menahan penghantar listrik. Isolator dapat berupa karet, kayu, kertas, dan biasanya adalah benda-benda selain golongan logam. Isolator contohnya dapat kita lihat pada setiap kabel yaitu berupa karet yang berguna untuk melapisi tembaga(logam) agar arus tetap mengalir pada tembaga. Dengan kata lain berguna untuk melindungi kita dari sengatan listrik, oleh sebab itu isolator merupakan penghantar listrik yang paling buruk diantara konduktor maupun semikonduktor.

2. Karakteristik konduktor, semikonduktor dan isolator

a. Konduktor

Penghantar dalam teknik elektronika adalah zat yang dapat

menghantarkan arus listrik, baik berupa zat padat, cair atau gas. Karena

sifatnya yang konduktif maka disebut konduktor. Konduktor yang baik adalah

yang memiliki tahanan jenis yang kecil. Pada umumnya logam bersifat

konduktif. Emas, perak, tembaga,  alumunium,  zink,  besi berturut-turut

memiliki tahanan jenis semakin besar. Jadi sebagai penghantar, emas sangat

baik, tetapi karena sangat mahal harganya, maka secara ekonomis tembaga

dan alumunium paling banyak digunakan. Karakteristik bahan konduktor yang

lain antara lain :

1. karakteristik mekanik,Sifat Mekanis, yaitu perubahan bentuk dari suatu benda padat akibat adanya gaya-gaya dari luar yang bekerja pada benda tersebut. Jadi adanya

perubahan itu tergantung kepada besar kecilnya gaya, bentuk benda, dan dari bahan apa benda tersebut dibuat.

Pada pembahasan ini adalah konduktor listrik jadi kemampuan mekanik adalah kemampuan yang harus dipunyai bahan listrik terhadap segala gaya atautekanan / tarikan yang ada padanya. Kekuatan tarik akan naik dengan bertambahnya jumlah campuran. Kekuatan tarik kg/mm2 Kekuatan : adalah ukuran besar gaya yang diperlukan untuk mematahkanatau merusak bahan. Kekuatan tarik : suatu bahan ditetapkan dengan membagi gaya maksimal dengan luas penampang mula.

Yang menunjukkan keadaan fisik dari konduktor yang menyatakan kekuatan tarik dari pada konduktor (dari SPLN 41-8:1981, untuk C, maka kemampuan ° berselubung AAAC-S pada suhu sekitar 30 ° konduktor 70 mm maksimal dari konduktor untuk menghantar arus adalah 275 A).

2. karakteristik listrik,

Menunjukkan kemampuan dari konduktor terhadap arus listrik yang melewatinya (dari SPLN 41-10 : 1991, untuk konduktor 70 mm2 berselubung AAAC-S pada suhu sekitar 30° C, maka kemampuan maksimum dari konduktor untuk menghantar arus adalah 275 A).

3. Kapasitas penyaluran arus

Adalah kemampuan penghantar untuk dialiri arus listrik tanpa mengakibatkan perubahan bentuk / terjadinya panas yang berlebihan.

4. Daya hantar panas

Adalah jumlah panas yang melalui lapisan bahan tiap satuan waktu: kkal/m.jam.°C

5. Timbulnya daya elektromotoris thermo

Adalah daya elektromotoris yang terbangkit oleh perbedaan panas. Sifat ini penting pada kontak yang terbuat dari bahan yang berlainan. Setiap logam mempunyai muai panjang yang berbeda. Bila dua bahan yang berlainan disatukan menjadi bimetal dan dipanasi akan melengkung ke arah logam yang mempunyai muai panjang lebih kecil.

b. Semikonduktor

Bahan Semikonduktor merupakan material yang memiliki sfiat

penghantar arus listrik yang paling bagus dikarenakan tidak memiliki

hambatan/ resistansi ataupun nilai resistansi mendekati nol. Semikonduktor

elemental terdiri atas unsur-unsur pada sistem periodik golongan IV A seperti

silikon (Si), Germanium (Ge) dan Karbon (C). Karbon semikonduktor

ditemukan dalam bentuk kristal intan. Semikonduktor intan memiliki

konduktivitas panas yang tinggi sehingga dapat digunakan dengan efektif

untuk mengurangi efek panas pada pembuatan semikonduktor laser.

Semikonduktor gabungan terdiri atas senyawa yang dibentuk dari

logam unsur periodik golongan IIB dan IIIA (valensi 2 dan 3) dengan non

logam golongan VA dan VIA (valensi 5 dan 6)sehingga membentuk ikatan

yang stabil (valensi 8). Semikonduktor gabungan III dan V misalnya GaAs

dan InP, sedangkan gabungan II dan VI misalnya CdTe dan ZnS.

Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika

seperti dioda, transistor dan sebuah IC (Integrated Circuit). Disebut semi atau

setengah konduktor karena bahan ini memeng bukan konduktor murni.

BAhan-bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor

yang baik karena logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa

sehingga elektronnya dapat bebas 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 membentuk inti yang disebut nucleus. Dibutuhkan energi

yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan electron-elektron ini. Satu

buah elektron lagi yaitu elektron ke-29 berada pada orbit paling luar. Orbit

teluar ini disebut pita valensi dan elektron yang berada pada pita ini

dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu electron dan jaraknya jauh

dari nucleus ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan sedikit saja

elektron terluar ini mudah lepas dari ikatannya. Ikatan atom tembaga pada

suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah-pindah dari

satu ke nucleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-

elektron tersebut dengan mudah berpindah kearah potensial yang sama.

Phenomena ini dinamakan sebagai arus listrik. Isolator adalah atom yang

memiliki elektron valensi sebanyak 8 buah, dan dibutuhkan energi yang bersar

untuk dapat melepaskan elektron-elektron ini. Dapat ditebak, semikonduktor

adalah unsur yang susunan atomnya memiliki electron valensi lebih dari 1 dan

kurang dari 8. tentu saja yang paling “semikonduktor” adalah unsur yang

atomnya memiliki 4 elektron valensi.

c. Isolator

Dalam istilah elektronika, Isolator listrik adalah sesuatu benda yang

merupakan bukan benda penghantar listrik yang berguna untuk menahan

penghantar listrik. Isolator dapat berupa karet, kayu, kertas, dan biasanya

adalah benda-benda selain golongan logam. Isolator contohnya dapat kita lihat

pada setiap kabel yaitu berupa karet yang berguna untuk melapisi

tembaga(logam) agar arus tetap mengalir pada tembaga. Dengan kata lain

berguna untuk melindungi kita dari sengatan listrik, oleh sebab itu isolator

merupakan penghantar listrik yang paling buruk diantara konduktor maupun

semikonduktor. Isolator memiliki karakteristik lebih lunak daripada logam

namun tidak berair, karena sebagus apapun suatu isolator jika terkena air maka

arus listrik akan dapat mengalir. Isolator memiliki daya resistansi yang tinggi

terhadap arus listrik. Karena sifatnya yang resistant/ menghambat aliran arus

listrik maka benda-benda tersebut disebut isolator. Isolator memiliki atom-

atom yang ikatan antar atomnya kurang begitu kuat dibandingkan dengan

ikatan atom pada konduktor sehingga isolator lebih lentur/ lunak daripada

konduktor. Di dunia ini isolator yang paling baik adalah tanah karena sifatnya

yang dapat menetralkan arus listrik dengan cara mengalirkan arus listrik ke

tanah (Ground) seperti pada penangkal petir yang telah dirancang untuk

mengalirkan arus listrik dari ujung suatu bangunan dan menanamkan plat/

lempengan besi kedalam tanah yang dimaksudkan untuk menetralkan arus

listrik yang luar biasa besarnya dari alam(petir) ke tanah(ground).

3. Klasifikasi dan Kegunaan dari konduktor, semikonduktor dan isolator

a. Konduktor

1. TembagaTembaga sebagai zat yang  memiliki nomor atom 29, mempunyai satu

elektron bebas pada kulit terluarnya. Elektron ini yang bertugas untuk menghantarkan listrik ketika penghantar tersebut diberi tegangan. Tembaga mempunyai daya hantar listrik yang tinggi yaitu 57 m/ohm.mm2 pada suhu 20 oC. Koefisien suhu α tembaga 0,004 per oC. Massa jenis tembaga murni pada 20 oC adalah 8,96 g/cm3, titik beku 1083 oC. Kekuatan tarik tembaga tidak tinggi yaitu berkisar antara 20 hingga 40 kg/mm2.

Pemakaian tembaga pada teknik listrik yang terpenting adalah sebagai penghantar, misalnya kawat berisolasi (NYA, NYAF), kabel (NYM, NYY, NYFGbY), busbar, lamel mesin DC, cincin seret pada mesin AC. Tembaga mempunyai ketahanan terhadap korosi, oksidasi. Kekuatann tarik batang tembaga akan naik setelah batang tembaga diperkecil penampangnya untuk dijadikan kawat berisolasi atau kabel.

2. AluminiumAluminium murni mempunyai massa jenis 2,7 kg/cm3, α‐nya 1,4x10‐5,

titik leleh lebih dari 658 oC dan tidak korosif. Daya hantar aluminium sebesar 35 m/ohm.mm2 atau kira‐kira 61,4% dari daya hantar tembaga. Aluminium murni mudah dibentuk karena lunak, kekuatan tariknya hanya 9 kg/mm2.

Untuk itu jika aluminium digunakan sebagai penghantar yang dimensinya cukup besar, selalu diperkuat dengan baja atau paduan aluminium. Penggunaan yang demikian biasanya pada : ACSR (Aluminium Conductor SteelReinforced), ACR (Aluminum Conductor Alloy Reinforced).

3. PlatinaPlatina merupakan logam yang berat, berwarnah putih keabu‐abuan, tidak

korosif, sulit terjadi peleburan dan tahan terhadap sebagian besar bahan kimia. Massa jenisnya 21,4 g/cm3, titik leleh 1775 oC, titik didih 4530 oC, 9x10‐7 per oC, resistivitasnya 0,1 Ohm mm2/m, koefisien suhu 0,00307 per oC.

Platina dapat dibentuk menjadi filamen yang tipis dan batang yang tipistipis. Penggunaan platina pada teknik listrik antara lain adalah untuk elemen pemanas pada laboratorium tentang oven atau tungku pembakaran yang memerlukan suhu tinggi yaitu diatas 1300 oC, untuk termokoupel platina‐rhodium. Platina dengan diameter kurang lebih 1 mikron digunakan untuk menggantung bagian gerak pada meter listrik dan instrumen sensitif lainnya, bahan untuk potensiometer.

4. Air raksaAir raksa adalah satu‐satunya logam yang berbentuk cair pada suhu kamar.

Resistivitasnya adalah 0,95 Ohm.mm2/m, Koefisien suhu 0,00027 per oC. Pada pemanasan diudara air raksa sangat mudah terjadi oksidasi.

Air raksa dan campurannya khususnya uap air raksa adalah beracun. Penggunaan air raksa antara lain : gas pengisi tabung‐tabung elektronik, penghubung pada saklar air raksa, cairan pada pompa difusi, elektroda pada instrumen untuk mengukur sifat elektris bahan dielektrik padat. Logam‐logam lain yang banyak digunakan pada teknik listrik diantaranya adalah, tantalium dan niobium. Tantalium dan niobium dipadukan dengan aluminium banyak digunakan sebagai kapasitor elektrolitik

5. WolframLogam ini berwarna abu‐abu keputihan, mempunyai massa jenis 20 g/cm3,

titik leleh 3410 oC, titik didih 5900 oC, tahanan jenis 0,055 Ohm mm2/m. Wolfram diperoleh dari hasil tambang yang pemisahannya dari penambangan dengan menggunakan magnetik atau proses kimia. Dengan reaksi reduksi asam wolfram (H2WHO4) dengan suhu 700 oC diperoleh bubuk wolfram. Bubuk wolfram tersebut kemudian dibentuk menjadi batangan dengan suatu proses yang disebut dengan metalurgi bubuk yang menggunakan tekanan dan suhu tinggi (2000 atm, 1600oC) tanpa terjadi oksidasi.

Dengan menggunakan mesin penarik, batang wolfram diameternya dapat dikecilkan menjadi 0,01 mm (penarikan dilakukan dalam keadaan panas). Penggunaan wolfram pada teknik listrik antara lain: filamen (lampu pijar, lampu halogen, lampu ganda), elektroda, dan tabung.

6. MoblidenumLogam ini mirip dengan wolfram dalam hal sifatnya, demikian pula dalam hal mendapatkannya. Moblidenum mempunyai massa jenis 10,2 g/cm3, titik leleh 2620 oC, titik didih 3700 oC, 53x10‐7 per oC, resistivitasnya 0,048 Ohm mm2/m, koefisien suhu 0,0047 per oC. Diantara penggunaan Moblidenum adalah pada, tabung sinar X, tabung hampa udara, karena Moblidenum dapat membentuk lapisan yang kuat dengan gelas. Sebagai campuran logam yang digunakan untuk keperluan yang keras, tahan korosi, bagian bagian yang digunakan pada suhu tinggi.

7. BajaBaja merupakan logam yang terbuat dari besi dengan campuran karbon.

Berdasarkan campuran karbonnya, baja dikategorikan menjadi tiga yaitu baja dengan kadar karbon rendah (0 hingga 0,25%), baja dengan kadar karbon menengah (0,25 sampai dengan 0,55%), dan baja dengan kadar karbon tinggi (diatas 0,55%). Meskipun konduktivitas baja rendah yaitu 7,7 m/Ohm.mm2, tetapi digunakan pada penghantar transmissi ACSR. Fungsi baja dalam hal ini adalah menghemat pemakaian aluminium. Berdasarkan pertimbangan

tersebut dibuat penghantar bimetal. Dua hal yang menguntungkan pada penghantar bimetal antara lain : Pada arus bolak‐balik ada kecenderungan arus melalui bagian luar

konduktor Dengan melapisi baja menggunakan tembaga, maka baja sebagai penguat

penghantar terhindar dari korosi.

Bahan‐bahan yang dipakai untuk konduktor harus memenuhi persyaratan persyaratan sebagai berikut:1. Konduktifitasnya cukup baik.

2. Kekuatan mekanisnya (kekuatan tarik) cukup tinggi.

3. Koefisien muai panjangnya kecil.4. Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar.

Klasifikasi konduktor :Klasifikasi konduktor menurut bahannya:1. kawat logam biasa, contoh:

a. BBC (Bare Copper Conductor).b. AAC (All Aluminum Conductor).

2. kawat logam campuran (Alloy), contoh:a. AAAC (All Aluminum Alloy Conductor)b. kawat logam paduan (composite), seperti: kawat baja berlapis tembaga

(Copper Clad Steel) dan kawat baja berlapis aluminium (Aluminum Clad Steel).

3. kawat lilit campuran, yaitu kawat yang lilitannya terdiri dari dua jenis logam atau lebih. Contoh: ASCR (Aluminum Cable Steel Reinforced).

Klasifikasi konduktor menurut konstruksinya:1. kawat padat (solid wire) berpenampang bulat2. kawat berlilit (standart wire) terdiri 7 sampai dengan 61 kawat padat yang

dililit menjadi satu, biasanya berlapis dan konsentris3. kawat berongga (hollow conductor) adalah kawat berongga yang dibuat untuk

mendapatkan garis tengah luar yang besar

Klasifikasi konduktor menurut bentuk fisiknya:1. konduktor telanjang2. konduktor berisolasi, yang merupakan konduktor telanjang dan pada bagian

luarnya diisolasi sesuai dengan peruntukan tegangan kerja, contoh:

b . Isolator1. Semikonduktor Intrinsik

Terbentuk dari semikonduktor murni yang memiliki ikatan kovalen

sempurna seperti Si, Ge, C dan sebagainya. Mekanisme terbentuknya

oolhhhsemikonduktor intrinsik diperlihatkan pada semikonduktor murni

seperti Si. Pada kondisi normal atom – atom Si saling berikatan melalui 4

ikatan kovalen (masing – masing memiliki 2 elektron valensi). Ketika suhu

dinaikkan maka stimulasi panas akan mengganggu ikatan valensi ini

sehingga salah satu elektron valensi akan berpindah ke pita konduksi.

Lokasi yang ditinggalkan oleh elektron valensi ini akan membentuk hole.

Pasangan hole dan elektron ini menjadi pembawa muatan dalam

semikonduktor intrinsik. Proses ini diperlihatkan pada gambar berikut:

2. Semikonduktor Ekstrinsik

Terbentuk dari semikonduktor murni yang dikotori oleh atom dopping

sebagai penghasil elektron konduksi atau hole. Terdiri atas dua tipe: Tipe – N

(Silikon + Phospor atau Arsenic) dan Tipe – P (Silikon + Boron, Galium atau

Indium). Semikonduktor ekstrinsik terbentuk melalui mekanisme doping, yang

dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih

banyak dan permanen sehingga diharapkan akan dapat menghantarkan listrik.

Mekanisme ini dilakukan dengan jalan memberikan atom pengotor ke bahan

semikonduktor murni sehingga apabila atom pengotor memiliki kelebihan elektron

valensi (valensi 5) akan terdapat elektron bebas yang dapat berpindah. Karena

mengandung atom-atom pengotor, pembawa muatan didominasi oleh elektron saja

atau lubang saja. Apabila semikonduktor murni diberikan pengotor dengan

valensi kurang (valensi 3) maka akan terbentuk area kosong (hole) yang menjadi

pembawa muatan. Mekanisme ini menentukan jenis semikonduktor yang dibentuk

(tipe – N atau tipe – P).

a. Semikonduktor Tipe-N

Bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen

yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan

doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan

memiliki kelebihan elektron. Kelebihan elektron membentuk

semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor

(pengotornya oleh atom pentavalent P, As, Sb) yang siap melepaskan

elektron.

b. Semikonduktor Tipe-P

Kalau Silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan

didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan

dopingnya adalah bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3

elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron,

dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini

digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron. Dengan

demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi

tipe-p.

Semikonduktor merupakan terobosan dalam teknologi bahan listrik

yang memungkinkan pembuatan komponen elektronik dalam wujud

mikro, sehingga peralatan elektronik dapat dibuat dalam ukuran yang

lebih kecil. Beberapa komponen elektronik yang menggunakan bahan

semikonduktor yaitu:

1. Dioda

Diode merupakan peranti semikonduktor yang dasar. Diode

memiliki banyak tipe dan tiap tipe memiliki fungsi dan karakteristik

masing-masing. Kata Diode berasal dari Di (Dua) Ode (Elektrode),

jadi Diode adalah komponen yang memiliki dua terminal atau dua

electrode yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik dalam satu

arah. Dengan kata lain diode bekerja sebagai Konduktor bila beda

potensial listrik yang diberikan dalam arah tertentu (Bias Forward)

tetapi diode akan bertindak sebagai Isolator bila beda potensial listrik

diberikan dalam arah yang berlawanan (Bias Reverse) Tipe dasar dari

diode adalah diode sambungan PN.

2. Transistor

Transistor adalah komponen elektronik yang dibuat dari materi

semikonduktor yang dapat mengatur tegangan dan arus yang mengalir

melewatinya dan dapat berfungsi sebagai saklar elektronik dan gerbang

elektronik.

3. IC (Integated Circuit)

Integrated Circuit merupakan komponen elektronik yang terdiri atas

beberapa terminal transistor yang tergabung membentuk gerbang.

Masing – masing gerbang dapat dioperasikan sehingga membentuk

logika tertentu yang dapat mengendalikan pengoperasian

c. Isolator

1. Bahan isolasi gas

Bahan isolasi gas adalah digunakan sebagai pengisolasi dan

sekaligus sebagai media penyalur panas. Bahan isolasi gas yang dibahas

dalam bab ini adalah : udara, sulphur hexa fluorida (SF6) sebagai titik berat

di damping gas-gas lain yang lazim digunakan di dalam teknik listrik.

1. Udara

Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan,

mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30 kV/ cm..

Hubungan antara tegangan tembus dan jarak untuk udara tidak linier

seperti ditunjukkan pada Gambar berikut

Gambar 1. Vt = f (celah udara) pada p = 1 atm, F = 50 Hz

2. Sulphur Hexa Fluorida

Sulphur Hexa Fluorida (SF6) merupakan suatu gas bentukan antara

unsur

sulphur dengan fluor dengan reaksi eksotermis :

S + 3 F2 ----------------SF6 + 262 kilo kalori

Molekul SF6 seperti ditunjukkan pada Gambar

Gambar. 2. Molekul sulphur hexa fluorida

Terlihat pada gambar 3.5 bahwa molekul SF6 mempunyai 6 atom

Fluor yang mengelilingi sebuah atom Sulphur, di sini masing-masing atom

Fluo mengikat 1buah elektron terluar atom Sulphur. Dengan demikian

maka SF6 menjadi gas yang inert atau stabil seperti halnya gas mulia.

Sampai saat ini SF6 merupakan gas terberat yang mempunyai massa jenis

6,139 kg/m3 yaitu sekitar 5 kali berat udara pada suhu 00 celsius dan

tekanan 1 atmosfir. Sifat lainnya adalah : tidak terbakar, tidak larut pada

air, tidak beracun, tidak berwarna dan tidak berbau. SF6 juga merupakan

bahan isolasi yang baik yaitu 2,5 kali kemampuan isolasi udara.

Perbandingan SF6 dengan beberapa gas lain seperti tercantum pada Tabel :

Tabel 1

Sifat beberapa Gas

Seperti telah disebutkan di atas, bahwa untuk pembentukan SF6

timbulpanas, ini berarti bahwa pada pemisahan SF6 menjadi Sulphur dan

Fluor memerlukan panas dari sekelilingnya sebesar 262 k . kalori/

molekul. Hal ini tepat sekali digunakan untuk bahan pendinginan pada

peralatan listrik yang menimbulkan panas atau bunga api pada waktu

bekerja, misalnya : sakelar pemutus beban. Sifat dari SF6 sebagai media

pemadam busur api dan relevansinya pada sakelar pemutus beban adalah :

Hanya memerlukan energi yang rendah untuk mengoperasikan

mekanismenya. Pada prinsipnya SF6 sebagai pemadam busur api adalah

tanpa memerlukan energi untuk mengkompresikannya, namun semata-

mata karena pengaruh panas busur api yang terjadi.

Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupun sebagai pengisolasi

dapat dengan mudah dideteksi.

Penguraian pada waktu memadamkan busur api maupun pembentukannya

kembali setelah pemadaman adalah menyeluruh (tidak ada sisa unsure

pembentuknya)

Relatif mudah terionisasi sehingga plasmanya pada CB konduktivitasnya

tetap rendah dibandingkan pada keadaan dingin. Hal ini mengurangi

kemungkinan busur api tidak stabil dengan demikian ada pemotongan arus

dan menimbulkan tegangan antar kontak.

Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga penguraiannya

menjadikan dielektriknya naik secara bertahap.

Transien frekuensi yang tinggi akan naik selama operasi pemutusan dan

dengan adanya hal ini busur api akan dipadamkan pada saat nilai arusnya

rendah.

3. Gas-gas lain

Gas bentukan fluoro organic misalnya C7F14, C7F8, C14, F24

mempunyai tegangan tembus yang tinggi, berkisar antara 6 – 10 kali

tegangan tembus udara. Pemakaian gas ini cocok untuk bahan isolasi

pada alat-alat pemutus.

Gas karbon dioksoda (CO2) dapat digunakan sebagai gas residu

pada bahan dielektrik cair (minyak) pada alat-alat tegangan tinggi,

antara lain : kabel dan trafo.

Gas neon adalah salah satu gas mulia yang banyak digunakan

sebagai bahan pengisi lampu-lampu tabung.

2. Bahan Isolasi CairBahan isolasi cair digunakan sebagai bahan pengisi pada beberapa

peralatan listrik, misalnya : transformator, pemutus beban, rheostat. Dalam

hal ini bahan isolasi cair berfungsi sebagai pengisolasi dan sekaligus

sebagai pendingin. Karena itu persyaratan untuk bahan cair yang dapat

digunakan untuk isolasi antara lain : mempunyai tegangan tembus dan

daya hantar panas yang tinggi.

1. Minyak Transformator

Minyak transformator adalah minyak mineral yang diperoleh

dengan pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya, minyak ini

karena pengaruh panas dari rugi-rugi di dalam transformator akan timbul

hidrokarbon. Selain berasal dari minyak mineral, minyak transformator

dapat pula yang dapat dibuat dari bahan organik, misalnya : minyak trafo

Piranol, Silikon. Sebagai bahan isolasi, minyak transformator harus

mempunyai tegangan tembus yang tinggi. Pengujian tegangan tembus

minyak transformator dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan

seperti ditunjukkan pada Gambar.

Gambar 4. Alat pengujian tegangan tembus minyak transformator

Jarak elektroda dibuat 2,5 cm, sedangkan tegangannya dapat diatur

dengan menggunakan auto-transformator sehingga dapat diketahui

tegangan sebelum saat terjadinya kegagalan isolasi yaitu terjadinya locatan

bunga api. Locatan bunga api dapat dilihat lewat lubang yang diberi kaca.

Selain itu dapat dilihat dari Voltmeter tegangan tertinggi sebelum

terjadinya kegagalan isolasi (karena setelah terjadinya kegagalan isolasi

voltmeter akan menunjukkan harga nol. Tegangan temus nominal minyak

transformator untuk tegangan kerja tertentu dapat dilihat pada tabel 2.

Dengan demikian dapat diketahui apakah minyak transformator

ketahanan listriknya memenuhi persyaratan yang berlaku. Ketahanan

listrik minyak transformator dapat menurun karena pengaruh asam dan

dapat pula karena kandungan air.

2. bahan isolasi cair lain

Minyak untuk kabel yang berisolasi kertas dibuat lebih kental

daripada minyak trafo, disamping itu terdapat pula bahan isolasi kabel

yang di impregnasi dengan minyak yang kekentalan rendah dengan

pemurnian yang tinggi, yaitu kabel untuk tegangan ekstra tinggi yang diisi

minyak.

Disamping bahan-bahan diatas, terdapat pula isolasi cair sintetis

yang berisi chloor (hidrokarbon seperti difenil C10H12). Bahan-bahan ini

diantaranya: sovol, askarel, araclor, pyralen, shibanol. Dan bahan isolasi

cair lain yang lebih mahal dari minyak trafo adalah minyak silicon.

3. Bahan Isolasi Padat

Kaca dan porselin adalah tergolong bahan mineral, tetapi

penggunaannya tidak pada bentuk atau keadaan alaminya melainkan harus

diproses terlebih dahulu dengan pemanasan (pembakaran), pengerasan dan

pelumeran. Itulah sebabnya maka pembahasannya dipisahkan dengan

pembahasan bahan mineral pada bab sebelumnya.

1. Kaca

Kaca adalah substansi yang dibuat dengan pendinginan bahan-

bahan yang dilelehkan, tidak berbentuk kristal tetapi tetap pada kondisi

berongga. Kaca pada umumnya terdiri dari campuran silikat dan beberapa

senyawa antara lain : borat, pospat. Kaca dibuat dengan cara melelehkan

beberapa senyawa silikat (pasir), alkali (Na dan K) dengan bahan lain

(kapur, oksida timah hitam). Karena itu sifat dari kaca tergantung dari

komposisi bahan-bahan pembentuknya tersebut. Massa jenis kaca berkisar

antara 2 hingga 8,1 g/cm2, kekuatan tekannya 6000 hingga 21000 kg/cm2 ,

kekuatan tariknya 100 hingga 300 kg/cm2. Karena kekuatan tariknya relatif

kecil, maka kaca adalah bahan yang regas. Walaupun kaca merupakan

substansi berongga, tetapi tidak mempunyai titik leleh yang tegas, karena

pelelehannya adalah perlahan –lahan ketika suhu pemanasan di naikkan.

Titik pelelehan kaca berkisar antara 500 hingga 17000 C. Makin sedikit

kandungan S1O2 nya makin rendah titik pelembekan suatu kaca. Demikian

pula halnya dengan muai panjang () nya, makin banyak kadar S1O2 yang

dikandungnya akan makin kecil nya. Muai panjang untuk kaca berkisar

antara 5,5-10-7 hingga 150. 10-7 per derajat celcius.

2. Sitol

Sitol mempunyai bahan dasar kaca yang merupakan

pengembangan baru. Pemakaian sitol adalah sangat luas, struktur dan sifat-

sifatnya adalah diantara kaca dan keramik. Sitol juga disebut keramik-kaca

atau kaca kristal. Yang banyak dijumpai dipasaran antara lain : pyroceram,

vitoceram. Sitol mempunyai struktur kristal yang halus (hal ini yang

membedakannya dengan kaca biasa) tetapi berongga. Tidak seperti halnya

keramik biasa, sitol tidak dibuat dengan pembakaran tetapi cenderung

dengan fusi dari bahan-bahan mentahnya dengan menjadikannya meleleh

dan kemudian kristalisasi.

3. Porselin

Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangat

penting dan luas penggunaannya. Istilah bahan -bahan keramik adalah

digunakan untuk semua bahan anorganik yang dibakar dengan pembakaran

pada suhu tinggi dan bahan asal berubah substansinya. Bahan dasar dari

porselin adalah tanah liat. Ini berarti bahan dasar tersebut mudah dibentuk

pada waktu basah, tetapi menjadi tahan terhadap air dan kekuatan

mekaniknya naik setelah dibakar. Penggunaan isolator dari porselin antara

lain : isolator tarik, isolator penyangga, rol isolator seperti dapat dilihat

pada gambar

Gambar 5. Beberapa isolator porselin

4. Bahan Isolator Berserat

Kelebihan dari bahan berserat adalah mempunyai fleksibilitas yang

baik, kekuatan mekanis yang tinggi, mudah diproses dan murah

harganya. Adapun kekurangannya adalah higroskopis dan tegangan

tembusnya rendah.

Jenis-jenis bahan isolasi berserat:

Kayu

Kertas

Tekstil

Akhir-akhir ini banyak tekstil sintetis yang digunakan sebagai

bahan isolasi karena mempunyai beberapa keuntungan antara laian:

kekuatan mekanis, elastisitas, dan tahan panas yang tinggi,

higroskopisitas rendah dan lebih stabil terhadap pengaruh kimia. Serat

sintetis diantanya adalah poliamid (nilon, kapron, silon, dedron), serat

polyester (lavsan, terilin, tetron, dakron), seratpolistirin (PVC).

Bahan berserat anorganik : Asbes dan Fiberglass

5. Bahan Isolasi Mineral

Bahan isolasi mineral diperoleh dari tambang dan digunakan

sebagai isolasi pada ikatan kimia atau keadaan alaminya tanpa proses

kimia atau termal sebelumnya.

Jenis-jenis bahan isolasi mineral:

Mika

Mikanit

Mikanit komutator

Mikanit lempengan

Mikanit cetakan

Kertas mika

Mikanit fleksibel

Pita mika

Marmer

Batu tulis

Klorida

6. Bahan Isolasi Plastik

Plastik adalah bahan sintetis yang dapat dibentuk dengan

pemanasan dan dapat diperkeras bergantung pada strukturnya. Bahan

isolasi plastic terdiri dari :

NYA

NYM

NYY

Mikaleks

Karet

1. Karet butadin

2. Karet butil

3. Karet polichloropen

4. Karet silicon

7. Bahan Isolasi Serat Optik

Sebagaimana namanya maka serat optik (fiber optic) dibuat dari

gelas silika dengan penampang berbentuk lingkaran atau bentuk-bentuk

lainnya. Pembuatan serat optik (fiber optic) dilakukan dengan cara

menarik bahan gelas kental-cair sehingga dapat diperoleh serabut atau

serat gelas dengan penampang tertentu. Proses ini dikerjakan dalam

keadaan bahan gelas yang panas. Yang terpenting dalam pembuatan

serat optik (fiber optic) adalah menjaga agar perbandingan relatif antara

bermacam lapisan tidak berubah sebagai akibat tarikan. Proses

pembungkusan seperti pemberian bahan pelindung atau proses

pembuatan satu ikat kabel yang terdiri atas beberapa buah hingga

ratusan kabel pengerjaannya tidak berbeda dengan pembuatan kabel

biasa.

Perkembangan terakhir, pemakaian serat optic sebagai saluran

tranmisi komunikasi jarak jauh lebih menguntungkan jika dibandingkan

dengan transmisi konvensional, antara lain: saluran 2 kawat sejajar

kabel koaksial.

Serat optik (fiber optic) adalah suatu pemandu gelombang cahaya (light

wave guide) yang berupa suatu kabel tembus pandang (transparant), yang

mana pemampang dari kabel tersebut terdiri dari dua bagian, yaitu : bagian

tengah yang disebut “Core” dan bagian luar yang disebut “Cladding”.

Cladding pada serat optik membungkus atau mengelilingi Core. Adapun

bentuk pemampang dari core dapat bermacam-macang, antara lain : pipih,

segi tiga, segi empat, segi banyak atau berbentuk lingkaran. Adapun gambar

skema pemampang dari serat optik (fiber optic)

5. Pita Energi

Secara sederhana, material menurut sifat konduktivitasnya tersebut merupakan material-material yang dikenal dengan sebutan zat padat. Klasifikasi tersebut ditinjau dari bagaimana sebuah material dialiri oleh arus listrik.

Material Isolator. Material isolator merupakan material zat padat yang tidak mampu menghantarkan arus listrik.

Material Semikonduktor. Material yang merupakan material yang memiliki sifat isolator dan konduktor dengan perbandingan 1:1 sehingga sifatnya ada di antara isolator dan konduktor

Material Konduktor. Material yang memiliki sifat penghantar arus listrik yang baik namun masih memiliki resistansi.

Gambar Struktur Pita Energi Isolator. Pita terlarang yang besar ini memisahkan pita valensi yang terisi dengan pita konduksi yang kosong.Gambar Struktur Pita Energi Semikonduktor. Lebar pita relatif kecil, EG = 1 eV. Pada saat suhu naik, elektron pada pita valensi mampu berpindah ke pita konduksi. Karena adanya elektron di pita konduksi akibatnya bahan itu menjadi sedikit konduktif.Gambar Struktur Pita Energi Konduktor. Pita konduksi terisi sebagian, jika ada medan listrik luar elektron akan memperoleh tambahan energi sehingga berpindah yang berakibat timbul arus listrik.

Gambar dan penjelasan di atas merupakan jawaban dari pertanyaan atas adanya klasfikasi material menurut sifat kelistrikannya. Jadi tampak di atas, untuk menjelaskan konsep konduktivitas material tersebut digunakan konsep pita-pita energi. Ada dua pita energi, yaitu pita valensi dan pita konduksi. Pita Valensi adalah pita energi yang mungkin diisi oleh elektron dari zat padat hingga komplit. Pita Konduksi adalah pita energi yang merupakan tempat lain yang akan diisi oleh elektron setelah Pita valensi komplit.Material Superkonduktor. Merupakan material yang memiliki sfiat penghantar arus listrik yang paling bagus dikarenakan tidak memiliki hambatan/ resistansi ataupun nilai resistansi mendekati nol

BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

Konduktor atau penghantar adalah zat atau bahan yang bersifat dapat

menghantarkan energy, baik energy listrik maupun energy kalor, baik berupa zat

padat, cair atau gas. Bahan-bahan yang bersifat konduktor ini biasanya

digunakan untuk membuat alat-alat yang sifatnya membutuhkan kecepatan

transfer energy. Semikonduktor adalah bahan dengan konduktivitas listrik yang

berada di antara insulator dan konduktor. Konduktivitas semikonduktor berkisar

antara 103 sampai 10-8 siemens per sentimeter dan memiliki dan celah energinya

lebih kecil dari 6 eV. Isolator (bukan penghantar) adalah bahan yang tidak dapat

menghantarkan arus listrik. Isolator listrik adalah sesuatu benda yang merupakan

bukan benda penghantar listrik yang berguna untuk menahan penghantar listrik.

Isolator dapat berupa karet, kayu, kertas, dan biasanya adalah benda-benda selain

golongan logam.

3.2. Saran

Makalah berjudul “Konduktor, Semikonduktor dan Isolator” ini

diharapkan akan menjadi literature terbaru dan bermanfaat bagi para pembaca.