1. 1
Nama : Nispi Hariyani
NIM : A1C410024
Kelas : 2010-A
Dosen Pembimbing : Drs. H. M. Arifuddin Jamal, M. Pd
Tugas : Fisika Modern (AKKC453)
RISUMAN
FISIKA ZAT PADAT
A. PENDAHULUAN
Zat padat terdiri dari sejumlah besar atom-atom, ion-ion atau molekul-
molekul yang letaknya berdekatan dan tersusun secara teratur. Atom-atom atau
molekul-molekul yang membentuk zat padat ini terikat dalam beberapa macam
ikatan antara lain: ikatan ionik, ikatan kovalen, ikatan Van der Waals, ikatan
Hidrogen, dan ikatan logam.
Ikatan pada zat padat berbeda dengan ikatan molekul. Ikatan molekul akan
membentuk molekul. Ikatan zat padat akan
membentuk zat padat. Gb. 1a melukiskan ikatan ionik
Na+
dan Cl-
yang membentuk NaCl. Gb. 1b
melukiskan ikatan ionik pada garam dapur (kumpulan
jutaan molekul NaCl). Ikatan ini terjadi akibat
tarikan dan tolakan antara semua ion dalam zat padat
ini.
B. KRISTAL DAN AMORF
Molekul-molekul ada yang tersusun secara berulang dan teratur
membentuk suatu rantai panjang dalam 3 dimensi. Susunan molekul yang seperti
ini disebut dengan kristal.
Na+
Cl-
Gambar 1. Ikatan NaCl
(a) (b)

2. 2
Na+
Cl-
Molekul-molekul lain ada yang tersusun dengan keteraturan yang pendek.
Susunan seperti ini dinamakan amorf (amorphous= tak berbentuk).
Contoh amorf adalah: gelas, ter dan plastik. Sedangkan contoh kristal
banyak sekali, hampir setiap benda yang Anda temukan tiap hari dapat
digolongkan sebagai kristal. Kristal dapat diumpamakan sebagai susunan batu-
bata, sedangkan amorf seperti tumpukan batu-bata.
C. CACAT KRISTAL
Kristal ideal adalah kristal yang atom-atomnya memiliki tempat
kesetimbangan tertentu pada kisi yang teratur, namun kristal yang sebenarnya
menyimpang jauh dari spesifikasi seperti itu. Cacat dalam kristal dapat disebabkan
oleh kehilangan atom, atom yang tidak pada tempatnya, kehadiran atom asing,
dan sebagainya. Hal-hal tersebut akan sangat berpengaruh pada sifat fisis kristal
tersebut. Jadi kelakuan zat padat yang mengalami tekanan sebagian besar
ditentukan oleh sifat dan konsentrasi cacat dalam strukturnya, seperti juga sifat
dalam semi konduktor.
Kategori tersederhana dari cacat kristal ialah cacat titik. Gambar 2
menunjukkan empat jenis dasar cacat titik: (a) kekosongan (vakansi), (b)
interstial, (c) ketakmurnian substitusional, dan (d) ketakmurnian interstisial.
Gambar 2. Cacat titik dalam sebuah kristal
D. KRISTAL IONIK
Kristal ionik terjadi akibat ikatan ionik
antara ion-ion dalam zat padat itu. Ikatan ionik
terjadi karena gaya tarik antara ion positif dan
ion negatif. Pada Kristal ionik tiap ion
dikelilingi ion-ion lain, misalnya pada Kristal
NaCl, ion-ion Na+
dikelilingi oleh 6 ion Cl-
,
tetangga berikutnya adalah 12 ion Na+
seperti
tampak pada gambar 3.
Gambar 3.
L
L
L
L
L L L
L L
L L L
LLL
L
L
L
L
L L L
L L
L L L
LLL
L
L
L
L
L
L
L L L
L L
L L L
LLL
L
L
L
L
L
L L L
L L
L L L
LLL
L
L
(a) (b) (c) (d)

3. 3
Susunan kristal seperti pada gambar 3 sering digambarkan dalam bentuk
seperti pada gambar 1b. Susunan kristal seperti ini dinamakan kristal fcc (face-
centered cubic) yang artinya di pusat tiap bidang permukaan kubus terdapat
terdapat ion atau atom.
Contoh lain kristal ionik adalah kristal CsCl. Pada kristal ini ion Cs+
dikelilingi oleh 8 ion. Susunan kristalnya digambarkan pada gambar 4b, tetapi
sering pula digambarkan seperti gambar 4a. Susunan kristal seperti ini dinamakan
kristal bcc (body-centered cubik) yang artinya di pusat kubus terdapat ion atau
atom.
Gambar 4. Kristal bcc
Kristal fcc mempunyai kerapatan (banyaknya atom persatuan volume)
lebih besar dibandingkan kristal bcc. Itulah sebabnya struktur fcc lebih stabil.
Pada beberapa zat padat, susunan fcc dapat berubah menjadi bcc melalui
perubahan suhu.
Energi Kohesif
Pada kristal ionik, ion-ion terikat satu sama lain oleh gaya kohesi, energi
yang disebabkannya disebut energi kohesif. Energi kohesif didefinisikan sebagai
energi rata-rata untuk mengikat atom-atom dalam suatu kristal (zat padat).
Kontribusi terbesar energi kohesif ini berasal dari energi potensial listrik antara
ion-ion pembentuk kristal ini (Ep atau Vcoulomb). Energi kohesif dinyatakan dalam
elektron volt per atom (eV/atom).
Contoh, hitung berapa energi kohesif NaCl?. Pertama adalah mencari
besar energi potensial listrik yang dimiliki oleh suatu ion Na+
. ion ini dikelilingi
oleh 6 ion Cl-
. Anggap jarak ion Na+
dan Cl-
adalah r. Energi potensial Na+
akibat
6 ion Cl-
tetangga terdekatnya adalah:
…*
Selanjutnya perhatikan tetangga ion terdekatnya yaitu 12 ion Na+
(gambar 1b).
jarak ion Na+
pusat dengan ion Na+
tetangganya ini adalah √ (diagonal bujur
(a)
(b)

4. 4
sangkar bersisi r adalah √ ). Energi potensial akibat ke 12 ion Na+
adalah
(perhatikan tandanya)
√
…**
+ kontribusi ion-ion lain akan menghasilkan:
(
√
) …***
Pers *** inilah energi potensial listrik yang dimilki oleh satu ion Na+
, hasil ini
sering ditulis dalam bentuk umum:
… 1
dinamakan konstanta Madelung (untuk menghormati E.o
Madelung). Nilai
konstanta ini tergantung pada bentuk kristal. Pada kristal fcc seperti NaCl
=1,748. Pada kristal bcc seperti CsCl, =1,763.
Kontribusi lain pada energi kohesif adalah gaya tolak akibat prinsip
eksklusi. Prinsip ini hanya membolehkan 2 elektron pada 1 sub kulit. Dalam
kristal banyak atom yang berdekatan. Sub kulit dari atom akan saling bertindihan.
Akibatnya elektron dalam sub kulit ini akan saling tolak dan pindah (tereksitasi)
pada tingkat energi yang lebih tinggi. Besarnya gaya tolak ini dapat dinyatakan
dengan rumus pendekatan berikut:
… 2
Dengan B dan n merupakan suatu konstanta yang dapat diperoleh dari
eksperimen. Perhatikan tandanya yang positif yang menunjukkan keadaan saling
tolak. Jadi energi total pada satu ion akibat interaksi muatan di dalamnya adalah:
… 3
Ketika r = ro, energi totalnya minimum. Pada keadaan ini ion berada pada
keadaan seimbang. Menurut teori differensial suatu fungsi akan minimum jika
turunan pertamanya nol.
( )

5. 5
Substitusi B ke persamaan 3, diperoleh:
( ) … 4
n diperoleh dari eksperimen.untuk NaCl n mempunyai rentang antara 8-10.
Rentang ini tidak akan banyak mempengaruhi nilai energi kohesif.
Jika kita ambil n≈ 8 dan ro≈ 0,281 nm, kita akan peroleh energi potensial
listrik kristal NaCl seimbang adalah:
( )
( )( )
( )
( )
Jika ada N ion Na+
di dalam NaCl maka besarnya energi total untuk menguraikan
NaCl menjadi ion-ionnya adalah Vo = -NV/2. Jadi energi rata-rata untuk
memisahkan satu ion Na+
dari kristal NaCl adalah Vo/N = -V/2. Adapun energi
rata-rata untuk mengikat ion Na+
adalah +V/2 yang besarnya adalah -3,92 eV.
Energi kohesif lainnya dikontribusikan oleh energi transfer pembentukan
ion Na+
dan Cl-
dari atom netral Na dan Cl. Energi transfer ini adalah energi
ionisasi Na (+5,14eV) + afinitas elektron Cl (-3,61eV) = +1,53eV. Karena ada dua
atom maka setiap atomnya berkontribusi pada energi kohesif sebesar +0,77eV.
Kesimpulannya, energi kohesif kristal NaCl adalah Ekohesif = -3,92 + 0,77 = -
3,15eV.
Sifat Kristal Ionik
Kristal ionik mempunyai sifat-sifat berikut:
 Kristalnya keras dan stabil.
 Merupakan konduktor yang buruk karena tidak ada elektron yang bebas.
 Suhu penguapannya tinggi.
 Tidak tembus cahaya, karena kristal ini akan menyerap cahaya tersebut.
 Mudah larut dalam cairan polar seperti air, karena air memiliki momen dipol
listrik permanen yang dapat menarik ion-ion bermuatan. Gaya tarik ini dapat
memecah ikatan ionik dan melarutkan zat ini.
 Menyerap radiasi infra merah. Jika ikatan ion-ion dalam molekul dianggap
sebagai pegas, maka besar konstanta pegas untuk molekul NaCl ditemukan
sebesar 127 N/m. Frekuensi getar ion Na+
adalah (ambil massa Na = 23u):

6. 6
( ) √ ( ) √ , frekuensi ini berada
pada daerah infra merah. Jadi jika sinar infra merah melewati kristal maka
sinar ini akan diserap oleh ion, mengakibatkan ion bergetar.
E. KRISTAL KOVALEN
Kristal kovalen terjadi karena ikatan kovalen antar atom-atom. Ikatan ini
terjadi kerena adanya pemakaian bersama elektron-elektron dari atom-atom yang
bersangkutan.
Contoh ikatan kovalen pada kristal adalah intan. Pada intan satu atom
karbon akan berikatan kovalen dengan 4 atom karbon lainnya dalam bentuk
tetrahedral seperti ditunjukkan gambar 5.
Gambar 5. Ikatan kovalen pada intan
Karbon mempunyai konfigurasi elektronik 1s2
2s2
2p2
. Atom ini membutuhkan 4
elektron agar kulitnya penuh (2p6
). Keempat elektron ini diperoleh dari pemberian
(pemakaian bersama) 4 atom karbon lainnya. Itulah sebabnya ikatan antara karbon
dengan karbon lain dalam kristal intan adalah ikatan kovalen.
Kristal lain yang mempunyai struktur sama dengan sruktur intan adalah
germanium, silikon, dan silikon karbid (SiC)
Sifat-sifat Kristal Kovalen
 Tidak larut dalam zat cair biasa.
 Penghantar yang buruk.
 Tembus cahaya.
 Beberapa kristal kovalen sangat keras (intan), SiC karena kerasnya banyak
digunakan untuk ampelas. Kerasnya kristal kovalen disebabkan karena besarnya
energi kohesifnya.
 Untuk sebagian kristal, titik lelehnya sangat tinggi (misalnya intan mencapai
4000K). tetapi ada juga yang titik lelehnya lebih kecil dari titik leleh kristal ionik.
Titik leleh yang tinggi terjadi karena ikatan yang sangat kuat.
F. IKATAN HIDROGEN
Ikatan Hidrogen (H) mempunyai hanya 1 elektron sehingga diharapkan ia
akan berikatan kovalen dengan semua atom.

7. 7
Dalam molekul H2O, ikatan kovalen antara 2 atom H dan 1 atom oksigen
bukan ikatan kovalen murni, elektron bersamanya lebih ditarik ke arah atom O,
sehingga terjadilah suatu dipol listrik (atom H lebih positif dan atom O lebih
negatif seperti pada gambar 6)
Gambar 6. Ikatan hidrogen
Atom H yang lebih bermuatan positif dapat mengikat atom O dari molekul
H2O yang lain, sehingga terbentuk suatu rantai. Jadi di sini atom H seolah menjadi
perekat antara satu moleku H2O dengan molekul H2O yang lain. Ikatan di mana H
bertindak sebagai “perekat” ini dinamakan ikatan Hidrogen.
Ikatan Hidrogen lebih lemah dibandingkan dengan ikatan ionik ataupun
ikatan kovalen. Kuat ikatannya berkisar 0,1eV sampai 0,5eV per ikatan.
Dalam suhu kamar atom-atom H dan O dalam air bergetar cukup cepat.
Gerakan atom-atom ini mampu memecahkan ikatan hidrogen yang lemah ini.
Namun biasanya ikatan ini dapat mudah tersambung lagi dengan molekul H2O
yang lain yang letaknya relatif lebih dekat dari lokasi semula.
Molekul C2H6O dapat membentukdua bentuk diametil eter (CH3)2O dan
etil alkohol CH3CH2OH. Atom H yang berikatan (ikatan hidrogen) dengan O pada
etil alkohol yang satu dapat berikatan dengan O pada etil alkohol yang lain. Itu
sebabnya etil alkohol memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dengan
diametil eter.
Walaupun ikatan hidrogen ini sangat lemah namun ia bisa membentuk
rantai molekul yang panjang sekali seperti pada HCN, NH4F, maupun pada rantai
molekul-molekul biologi.
G. IKATAN VAN DER WAALS
Atom Helium mempunyai 2 elektron pada kulit 1s. awan-awan elektron ini
berbentuk simetris, sehingga atom ini tampak seperti sebuah inti bermuatan +2e
dikelilingi oleh awan elektron -2e (gambar 7) dengan jari –jari 0,1nm. Karena
molekul ini tidak membentuk suatu dipol permanen, maka momen dipol ini adalah
nol.
Pada gambar 8 tampak bahwa elektron dan inti atom Helium terpisah. Di
sini seolah-olah terbentuk suatu dipol (hanya sesaat). Pada keadaan ini inti atom
O
+H
+H
_
+
r
-qefektif +qefektif

8. 8
helium dapat mempengaruhi tetangganya.
Bagian positif atom (dipol sesaat) ini dapat
mempengaruhi elektron dari atom
tetangganya sehingga atom tetangganya
terpolarisasi (menjadi dipol sesaat juga).
Akibatnya dua atom ini akan saling tarik
menarik melalui gaya antar dipol (gambar
9)
Pada saat lain posisi elektron sudah
berubah lagi, namun atom-atom ini selalu
membentuk dipol sesaat sehingga mereka
selalu dapat berikatan dengan atom-atom
tetangganya. Ikatan yang terjadi antara
antara dipol sesaat ini dinamakan ikatan
Van der Waals. Sedang gaya tarik antara
dipol sesaat ini dinamakan gaya Van der
Waals.
Gaya Van der Waals banyak terjadi
pada zat padat yang berasal dari gas mulia
(Argon padat), gas halogen seperti
Hidrogen padat (H2 padat), Oksigen padan
(O2), Nitrogen padat (N2) atau bentuk
padat dari gas CH4 dan GeCl4.
Gaya Vann der Waals sangat lemah
dibandingkan gaya pada ikatan kovalen
maupun ionik. Energi kohesifnyasekitar 0,08eV/atom dalam Argon padat,
0,01eV/molekul dalam H2 dan 0,1eV/molekul dalam metana padat CH4.
Lemahnya ikatan Van der Waals menyebabkan gas-gas mulia menguap
pada suhu yang sangat rendah. Titik leleh Helium, Neon, dan Argon padat adalah
-272,2o
C, -248,7o
C, dan 189,2o
C.
H. IKATAN LOGAM
Setiap logam mempunyai
elektron valensi (elektron terluar)
yang sangat mudah bergerak. Elektron
valensi ini mudah berpindah dari satu
atom ke atom lain. Setiap elektron
valensi merupakan milik bersama
→ awan elektron
2e
Gambar 7.
+2e
Gambar 8.
-e-e
+2e
Gambar 9.
-e-
e
+2e
-e
-e +2e
-e-
e
Gambar 10.

9. 9
seluruh atom dalam logam ini. Gambar 10 melukiskan ion positif logam (bulatan
hitam) dan elektron berwarna (warna putih). Elektron-elektron valensi dilukiskan
sebagai gas elekron yang membungkus ion-ion positif untuk menunjukkan bahwa
elektron-elektron ini dipakai bersama-sama oleh semua atom.
Gas elektron ini bertindak sebagai “perekat” yang mengikat ion-ion positif
yang membentuk suati kristal logam. Ikatan oleh gas elektron ini dinamakan
ikatan logam.
Gas elektron ini umumnya berbentuk fcc atau bcc. Tetapi ada juga yang
berbentuk hcp (hexagonal close packed) yang maksudnya berbentuk heksagonal
terpadatkan rapat.
Cahaya yang datang pada logam akan diserap oleh elektron-elektron
logam sehingga cahaya tidak bisa menembus logam. Cahaya yang diserap ini
kemudian dipancarkan kembali sehingga logam tampak bercahaya (mengkilap).
Logam yang memiliki sifat hantaran (konduktivitas) yang baik, hal ini
disebabkan karena adanya gas elektron yang mudah bergerak dari satu atom ke
atom lainnya.
Ketika logam cair A dicampur logam cair B, elektron kedua logam akan
bercampur. Elektron dari kedua logam bertindak sebegai perekat kedua logam itu.
Setelah logam didinginkan diperoleh senyawa baru yang terdiri dari campuran
logam A dan B. komposisi logam A dan logam B akan mempengaruhi sifat
senyawa campuran ini. Adapun energi kohesif logam adaah sekitar 1-3eV.
I. TEORI PITA ZAT PADAT
Atom Natrium mempunyai nomor atom 11. Atom ini mempunyai 1
elektron valensi yang menempati kulit 3s. Energinya sama dengan energi kulit 3s
yaitu E3s. Ketika 2 atom Natrium A dan B didekatkan, elektron valensi keduanya
akan saling berinteraksi. Elektron valensi A ini juga dapat berinteraksi dengan ion
positif atom B. Akibatnya energi elektron valensi tidak lagi sama E3s.
Menurut persamaan yang diturunkan oleh Schrodinger, elektron ini
mempunyai 2 nilai energi yang mungkin, seperti dilukiskan dalam gambar 11.
Pada gambar ini tampak ketika jarak antara kedua atom r1 energi elektron
valensinya E3s. tetapi ketika jarak keduanya r2 ada dua kemungkinan energi
elektron: E1 dan E2.
Jika 5 atom Natrium didekatkan, maka energi elektron valensi tiap atom
pecah menjadi 5. Artinya elektron memiliki 5 nilai energi yang mungkin. Maka

10. 10
jarak antara satu tingkat energi dengan tingkat energi yang lain akan semakin
dekat dibanding yang cuma 2 atom.
Jika ada 1022
atom (misalnya pada sekeping logam), jumlah tingkat energi
menjadi sangat banyak. Jarak antara satu tingkat energi dengan tingkat energi lain
sangat dekat (hampir berimpit) membentuk semacam pita energi seperti tampak
pada gambar 12.
Gambar 11. Pemisahan dua tingkat 3s Gambar 12. Pembentukan pita 3s
jika dua buah atom didekatkan oleh gabungan atom yang banyak sekali
jumlahnya
Pita energi pada gambar 12 dinamakan pita 3s karena pita ini berasal dari
tingkat 3s atom natrium. Di samping pita 3s. logam Natrium mempunyai pita 1s,
2s, dan 2p yang masing-masing berisi penuh elektron.
Tiap tingkat energi suatu atom dapat ditempati 2(2l+1) elektron. Misalnya
kulit 1s dapat ditempati 2(2 0+1) elektron = 2 elektron. Jika ada N atom yang
berdekatan, maka tingkat energi akan terpecah (membentuk suatu pita energi jika
N sangat besar). Tiap pita energi menampung N dikalikan daya tampung tiap kulit
yaitu 2(2l+1) N elektron.
Karena kulit 1s, kulit 2s, dan kulit 2p tiap atom Na terisi penuh oleh
elektron, maka pita 1s, pita 2s, dan pita 2p disebut dengan pita penuh. Pita 3s
hanya terisi N elektron dari maksimum 2N. Pita ini dinamakan pita setengah
penuh. Pita 3p kosong (walaupun mempunyai kemampuan menampung 6N
elektron. Jarak antara 1 pita dengan pita lain dinamakan jurang energi.
J. KONDUKTIVITAS ZAT PADAT
Logam dikenal sebagai suatu zat yang mempunyai konduktivitas sangat
baik (dapat menghantar listrik dengan baik). Sifat konduktivitas ini dapat
dijelaskan dengan teori pita zat padat.

11. 11
Ketika sebatang logam dihubungkan dengan suatu rangkaian listrik.
Lampu pada rangkaian menyala. Mengalirnya arus disebabkan adanya liran
elektron yang bergerak melalui rangkaian dan melewati logam. Tinjau elektron di
tingkat s1. Di atom A. ketika logam diberi potensial, elektron ini akan menyerap
energi dan bergerak dipercepatke kutub positif melewati atom-atom lain. Saat
melewati itu, elektron akan menempati tingkat energi yang lebih tinggi, yaitu s2,
s3, s4, s5, dst.
Pada bahan non-logam elektron tidak dengan mudah bergerak. Sehingga
menyebabkannya tidak dapat menghantar listrik dengan baik. Bahan seperti ini
disebut isolator. Jika bahan isolator dihubungkan dengan tegangan listrik yang
tidak terlalu besar. Elektron-elektron pada pita valensi mencoba naik ke pita
konduksi (pita konduksi: pita kosong di atas pita valensi di mana elektron dapat
bergerak dipercepat ketika diberi potensial listrik). Namun karena energi yang
diterimanya tidak cukup besar untuk melewati jurang energi (≈10eV) maka
elektron ini tidak bisa menyerap energi ini. Akibatnya elektron-elektron ini tetap
pada tempat semula (arus tidak mengalir).
Untuk bahan yang jurang energinya tidak terlalu besar (1-3eV)
konduktivitasnya antara isolator dan konduktor. Bahan seperti ini dinamakan
semikonduktor. Karena jurang energi antara pita valensi dengan pita konduksi
tidak terlalu lebar, sejumlah elektron ini dapat tereksitasi dari pita valensi ke pita
konduksi jika suhunya dinaikkan cukup tinggi (sekitar 300K atau lebih). Setelah
tiba di pita konduksi, elektron akan berkelakuan seperti elektron pada konduktor.
Elektron meninggalkan “pos”nya menuju kutub positif, tempatnya
sekarang kosong. Tempat kosong ini dinamakan lubang atau hole. Lubang akan
diisi oleh elektron tetangganya. Tempat yang ditinggalkan oleh elektron tetangga
itu juga kan ditempati oleh elektron lain. Terlihat bahwa elektron bergerak ke satu
arah dan lubang bergerak ke arah lain.
Pada semikonduktor ini jumlah lubang yang terbentuk setiap saat sama
dengan jumlah elekron yang mengalir. Semikonduktor seperti ini (Nelektron=Nhole)
dinamakan semikonduktor intrisik. Ketika semikonduktor intrisik dikotori atom-
atom yang tidak sejenis dengan atom-atomnya, struktur pita dan konduktivitasnya
akan berubah, yaitu harus ditambah satu tingkat energi yang ditempati oleh
elektron ekstra. Tingkat energi ini digambarkan dekat sekali dengan pita
konduksi.
Semikonduktor yang telah dikototori (tidak murni) dinamakan
semikonduktor ekstrinsik. Di mana memiliki jumlah elekron yang tidak sama
dengan jumlah lubang. Contoh, pada Si yang dikotori As, jumlah elektron lebih

12. 12
besar dibandingkan jumlah lubang (Nelektron>Nhole). Semikonduktor jenis ini
dinamakan semikonduktor tipe-n. adapun jenis yang sebaliknya dinamakan
semikonduktor tipe-p, yaitu jumlah elektron lebih kecil dibandingkan jumlah
lubang (Nelektron<Nhole).
K. PIRANTI SEMIKONDUKTOR
1. Sambungan p-n
Jika semikonduktor
tipe-p disambungkan dengan tipe-
n, elektron dari tipe-n menembus
daerah perbatasan (berdifusi
akibat perbedaan konsentrasi).
Elektron ini akan mengisi hole
pada tipe-p. Akibatnya di sekitar daerah perbatasan timbul medan listrik.
Arah medan listrik ditunjukkan oleh gambar 14. Medan listrik makin lama
makin besar. Suatu ketika medan ini cukup besar untuk menghambat gerakan
elektron yang berdifusi. Keadaan pada waktu ini dinamakan keadaan
seimbang. Pada keadaan seimbang terlihat suatu daerah di mana muatan
negatif dan muatan positif terpisah. Daerah ini dinamakan lapisan deplesi.
Tebal lapisan ini beberapa mikron (mikrometer). Medan listrik yang timbul di
daerah deplesi sekitar 104
-106
V/cm.
Jika sambungan p-n dihubungkan pada tegangan (kutub positif pada
tipe-p, dan kutub negatif pada tipe-n). maka tegangan mnyebabkan elektron
pada tipe-n akan ditarik ke tipe-p sehingga mengalirlah arus listrik dalam
rangkaian. Semakin besar tegangan menyebabkan semakin besar arus.
Tegangan yang menyebabkan arus naik terus dinamakan tegangan maju atau
bias maju (forward bias).
Jika sambungan ke tegangan di balik, maka tegangan memaksa
elektron pada tipe-n meninggalkan tanpa melewati tipe-p. akibatnya daerah
deplesinya (medan listrik deplesinya) makin besar. Medan listrik
menghambat mengalirnya arus yang pada rangkaian. Walaupun tegangannya
diperbesar, namun arus yang mengalir pada rangkaian tetap sangat kecil.
Tegangan yang diberikan itu dinamakan tegangan mundur (bias mundur).
Jika tegangan mundur diperbesar terus menerus. Suatu saat arus mundurnya
bertambah secara tajam. Dalam keadaan ini kita katakan sambungan p-n
bocor. Potensial pada keadaan ini dinamakan potensial rusak (breakdown
potensial).
Karena sifatnya ini, sambungan p-n dimanfaatkan sebagai dioda (alat
untuk membuat arus mengalir pada satu arah saja)
Gambar 13.

13. 13
Cara Membuat Sambungan p-n
Ada beberapa cara untuk menyambung tipe-p
dan tipe-n, yaitu:
a. Cara melebur, yaitu dengan meletakkan lempeng
kecil Indium di atas semikonduktor tipe-n
(misalnya campuran Ge dan As). Sistem lalu
dipanaskan hingga 150o
C dimana Indium akan
melebur. Indium akan melarutkan Ge yang ada di
bawahnya. Sistem lalu didinginkan sehingga
terbentuk tipe-p (In+Ge) yang terbungkus
semikonduktor tipe-n.
b. Cara penumbuhan kristal. Pertama semikonduktor tipe-n dileburkan dan
ketika akan mengkristal, sejumlah tipe-p dimasukkan dalam leburan,
setelah pengkristalan terjadi maka telah didapatkan sambungan p-n.
2. Transistor
Transistor ditemukan oleh Jhon Baarden, Walter Brattain dan Wiliam
Shockley (1948). Sebuah transistor terdiri atas suatu tipe semikonduktoryang
disisipkan di antara dua tipe lain semikonduktor. Misalnya transistor npn
terdiri dari sebuah tipe-p tipis yang disisipkan di antara dua tipe-n. Contoh
lain adalah transistor tipe pnp dimana sebuah tipe-n disisipkan diantara dua
tipe-p.
Pada transistor terdapat tiga terminal yang diberi nama basis (B),
kolektor (C), dan emiter (E) seperti ditunjukkan oleh gambar 16. Transistor
npn dan pnp dibedakan oleh tanda panah yang berhubungan dengan emiter
(ke arah luar untuk npn, dan arah ke masuk untuk pnp).
Emitter terbuat dari semikonduktor yang atom pengotornya sangat
banyak sehingga mampu menginjeksikan sejumlah besar elektron atau lubang
ke basis/ kolektor
Gambar 14.
Simbol dioda
pada rangkaian
listrik
Gambar 15. Transistor tipe pnp dan npn

14. 14
Basis sangat tipis dan atom pengotornya sangat sedikit.
Kolektor mempunyai atom pengotor cukup banyak tetapi tidak
sebanyak yang ada di emitter. Kolektor bertugas untuk mengumpulkan
elektron atau hole yang dilepas oleh emitter.
Sambungan emiter-basis selalu dihubungkan dengan bias maju,
sedangkan sambungan basis-kolektor dengan bias mundur.
Cara kerja transistor tipe npn dan pnp boleh dibayangkan sebagai
dioda berlawanan, ketika diberi tegangan bias maju VBE elektron mengalir
dari emiter ke basis. Begitu elektron melewati basis ia akan menghadapi
potensial positif dari kolektor. Karena basis sangat tipis, maka sebagian besar
elektron bergerak ke arah kolektor. Membentuk arus kolektor Ic, hanya
sejumlah kecil elektron dikumpulkan basis membentuk arus Ib.
Ib + Ic = Ie
Karena Ib sangat kecil menyebabkan sering diabaikan saja. Namun
meskipun arus yang melalui B sangat kecil, arus ini dapat merubah arus
kolektor secara signifikan. Transistor bermanfaat sebagai penguat (amplifier)
dan juga sebagai saklar dengan memanfaatkan sifat sambungan p-n pada B,
C, dan E.
Rangkaian Transistor
Dalam berbagai rangkaian yang memiliki transistor, transistor dapat
dihubungkan dengan tiga cara:
a. Common Emitter (CE): yang berarti terminal emitter digunakan
bersama-sama sebagai input dan output. Dengan basis sebagai input dan
kolektor sebagai output.
b. Common Base (CB): konfigurasi transistor yang menggunakan kaki basis
sebagai input dan output.
c. Common Collector (CC): konfigurasi transistor yang menggunakan kaki
kolektor sebagai input dan output.

15. 15
3. Integrated Circuit (IC)
Integrated Circuit (IC) atau rangkaian terpadu ditemukan oleh Jack
Kilby dari Texas Instrumens pada 1958, dan oleh Robert Noyce dari Fairchild
Camera and Instrument pada permulaan 1959. Rangkaian terpadu ini
merupakan rangkaian yang terdiri dari banyak sekali transistor, diode,
hambatan, kapasitor, dan komponen lainnya pada sekeping silicon. Hebatnya,
ribuan komponen ini dapat ditempatkan dalam daerah seluas 1cm2
.
Tanpa IC sulit dibayangkan bagaimana riwetnya mengatur ribuan
kabel-kabel listrik untuk menghubungkan komponen yang banyak ini. IC juga
menolong mempercepat respon alat-alat. Dengan hubungan yang lebih
singkat, hubungan antara satu komponen dengan komponen lain tentunya pasti
akan lebih cepat.
Sekarang ini IC sudah dipakai di
mana-mana, seperti computer, jam,
kamera, mobil, pesawat udara, robot,
kendaraan luar angkasa, dll.
Gambar 17. Kemasan rangkaian terpadu (IC)
Gambar 16. Rangkaian transistor (a)
CE, (b) CB, dan (c) CC
(a) (b)
(c)

16. 16
DAFTAR PUSTAKA
Ahmad, Jayadin. 2007. Ilmu Elektronika. Electronic book.
Beiser, Arthur. 1995. Konsep Fisika Modern (Terjemahan). Jakarta: Erlangga.
Krane, Kenneth. 2011. Fisika Modern (Terjemahan). Jakarta: Penerbit Universitas
Indonesia.
Kusminarto. 1994. Pokok-pokok Fisika Modern. Yogyakarta: FMIPA UGM.
Savin, William. 2008. Fisika Modern Schaum’s Outline. Jakarta: Erlangga.
Surya, Yohanes. 2001. Fisika Itu Mudah SMU 3C. Tangerang. PT Bina Sumber
Daya MIPA.
Zemansky, Mark W., dan Francis Weston Sears. 1994. Fisika untuk Universitas 3
(Terjemahan). Jakarta. Bina Cipta.