Dalam seri muatan bergerak, kita mengetahui bahwa arus listrik dapat mengalir dalam suatu objek jika ada medan listrik yang diberikan kepadanya. Berdasarkan kemampuannya dalam menghantarkan listrik, setiap bahan dapat dikategorikan menjadi dua tipe, yaitu bahan konduktor yang dapat menghantarkan listrik dengan mudah dan isolator yang tidak dapat menghantarkan listrik.
Perbedaan antara keduanya bisa kita lihat dengan meninjau pita energi pada elektron yang berada dalam bahan tersebut. Dalam teori pita energi, terdapat dua wilayah tingkat energi yang bisa ditempati oleh elektron, yaitu pita valensi dan pita konduksi.
Elektron yang berada dalam pita valensi hanya bisa mengorbit inti atom, sehingga beberapa jumlah energi dibutuhkan untuk menarik elektron tersebut keluar dari atom agar dapat menghantarkan listrik dengan mudah. Dalam situasi ini, elektron tersebut menjadi elektron bebas dan berpindah menuju pita konduksi.
Poin utama:
- Ada setidaknya tiga jenis bahan berdasarkan sifat konduktivitasnya, yaitu konduktor, isolator, dan semikonduktor.
- Konduktor memiliki celah pita yang mengalami ketimpangan, sehingga dapat menghantarkan listrik dengan mudah
- Isolator memiliki celah pita yang sangat besar, sehingga tidak bisa menghantarkan listrik.
- Semikonduktor memiliki celah pita yang jaraknya cukup dekat, sehingga dapat menjadi konduktor jika berada di atas suhu tertentu.
Konduktor
Pada konduktor, terjadi suatu ketimpangan (overlap) antara wilayah atas pita valensi dengan pita konduksi, dikarenakan elektron valensinya yang juga bertindak sebagai elektron bebas dalam waktu yang bersamaan. Fenomena ini menyebabkan sifat konduktor yang dapat menghantarkan listrik dengan mudah.
Isolator
Lain halnya dengan konduktor, isolator memiliki pita konduksi yang sangat jauh dari pita valensinya, menyebabkan elektron valensi di dalamnya mengalami kesulitan untuk menjadi elektron bebas. Oleh karena itu, bahan isolator tidak dapat menghantarkan listrik, dan dibutuhkan energi yang sangat besar untuk melepaskan elektron-elektron valensinya dari orbitnya masing-masing.
Semikonduktor
Semikonduktor berada di antara konduktor dan isolator. Bahan jenis ini memiliki pita konduksi yang dekat dengan pita valensi, namun tidak saling terjadi ketimpangan antara keduanya. Dengan kata lain, masih ada celah pita di antara kedua pita tersebut.
Celah pita yang dekat ini mengartikan bahwa elektron-elektron valensi pada semikonduktor dapat berpindah menuju pita konduksi dengan mudah. Dengan sedikit energi seperti energi panas saja, elektron-elektron tersebut bisa menjadi elektron bebas, sehingga arus listrik dapat terjadi.
Di bawah ini adalah gambaran sederhana dari perbedaan antara ketiga jenis hantaran listrik atau konduktivitas pada suatu bahan.
Dari gambar ini, sekilas tampak bahwa semikonduktor seperti isolator, namun dengan celah pita yang sangat kecil. Namun, ada keistimewaan lain yang bisa kita ketahui dari bahan ini. Kita akan membahasnya lebih lanjut pada bahasan tentang semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik.
<< Pendahuluan
Science and Games 