Perkenalan: Keramik semikonduktor merupakan senyawa kimia yang sangat berguna dalam proses produksi karena memiliki fitur unik. Artikel ini membahas sifat dan karakteristik lima keramik semikonduktor, serta kegunaannya dalam sektor produksi. Pengetahuan yang baik tentang keramik semikonduktor ini akan meningkatkan kegunaannya.
Alumina sebagai keramik semikonduktor
Alumina juga dikenal sebagai alumina oksida. Alumina merupakan keramik semikonduktor. Alumina bersumber dari alam dalam bentuk mineral. Alumina juga dapat diproduksi sebagai material sintetis, melalui peleburan material aluminium padat. Alumina ditemukan dalam berbagai bentuk, itulah sebabnya ia disebut amorf. Misalnya, alumina yang ditemukan dalam bentuk kristal, dikenal sebagai korundum.
Tabel berikut menampilkan sifat fisik, kimia, dan mekanis alumina.
Tabel 1: Sifat-sifat alumina (aluminium oksida), keramik semi-konduktif
|
Sifat Fisik |
Sifat Kimia |
Sifat Mekanik |
|
Berat. Sebuah kubus alumina dengan sisi sekitar satu meter dapat berbobot hingga 7.200 pon. |
Senyawa ini diformulasikan dengan menggabungkan dua atom aluminium dan tiga atom oksigen untuk menghasilkan Al2O3. |
Ini adalah zat yang sangat keras, kedua setelah Berlian. |
|
Ini memiliki kepadatan 3.987g/cm3 |
Ini adalah zat yang tidak beracun dan tidak berbau. |
Relatif stabil pada suhu tinggi. |
|
Zat ini merupakan zat amorf. Artinya, zat ini tidak memiliki bentuk tertentu. |
Tidak dapat larut dalam air. |
Ini memiliki karakteristik tahan aus yang sangat baik |
|
Ini dalam bentuk bubuk |
Bahan ini mudah terbakar apabila bercampur dengan zat-zat seperti etilen oksida yang merupakan gas berbahaya. |
Bentuk yang lebih murni dari zat ini lebih tahan terhadap korosi daripada bentuk yang tidak murni. |
|
Ini adalah zat berwarna keputihan |
Ini adalah isolator listrik. |
|
|
Ini memiliki titik didih tinggi yaitu 2.200K |
|
|
|
Memiliki titik leleh tinggi yaitu 3.200K |
|
|
|
Ia terjadi dalam bentuk kristal dan non-kristal. |
|
|
|
Ini menunjukkan karakteristik konduktivitas termal dalam keramik. |
|
|
Pemanfaatan Alumina dalam keramik semikonduktor: Tujuan penggunaan alumina terkait dengan karakteristik fisik, kimia, dan mekaniknya sebagai keramik semikonduktor. Berikut adalah beberapa di antaranya:
-
Pelapisan peralatan yang digunakan seperti tungku, karena alumina mempunyai kapasitas menahan suhu yang sangat tinggi;
-
Digunakan untuk produksi perhiasan
-
Digunakan untuk produksi peralatan pemotongan, karena sifatnya yang keras; dan
-
Digunakan untuk produksi amplas yang digunakan untuk menghaluskan permukaan kasar.
Silikon Nitrida sebagai semikonduktor keramik
Silikon nitrida adalah keramik semikonduktor yang diproduksi secara sintetis. Proses produksi yang sangat mahal dan memerlukan peralatan khusus adalah sebagai berikut:
i. Nitrida langsung: Dalam proses ini, bubuk silikon dan gas nitrogen dibakar pada kondisi suhu yang sangat tinggi untuk menghasilkan silikon nitrida.
ii. Nitridasi: Di sini, reaksi kristal bubuk silikon dalam proses ikatan, mengarah pada produksi silikon nitrida.
Senada dengan itu, sifat fisik, kimia, dan mekanik silikon nitrida disorot dalam tabel di bawah ini:
Tabel 2: Sifat Silikon Nitrida sebagai Semi Konduktor Keramik
|
Sifat Fisik |
Sifat Kimia |
Sifat Mekanik |
|
Ini adalah zat berwarna keputihan. |
Ini adalah zat yang sangat murni. |
Ia memiliki kesenjangan energi yang lebar. |
|
Ini adalah senyawa padat, tetapi memiliki bobot yang ringan. |
Ia memiliki konduktivitas listrik yang baik. |
Itu adalah zat yang sangat keras. |
|
Memiliki titik leleh yang tinggi. |
Ia juga tidak mudah bereaksi terhadap sebagian besar bahan kimia. |
Stabil pada suhu yang sangat tinggi. |
|
|
Memerlukan penerapan dalam jumlah kecil sebagai keramik semikonduktor. |
Memberikan kekuatan dan ketangguhan pada material, membuatnya sangat tahan lama. |
|
|
|
Sangat tahan terhadap kerusakan. |
Penggunaan Silikon Nitrida dalam keramik semikonduktor, meliputi hal berikut:
-
Digunakan dalam konstruksi turbin;
-
Untuk produksi peralatan dan perkakas yang digunakan dalam prosedur pembedahan;
-
Sangat berguna dalam pembuatan implan gigi dan ortopedi;
-
Berguna untuk sintesis microchip;
-
Silikon nitrida berbobot ringan dan oleh karena itu cocok untuk pembuatan pesawat terbang, untuk memfasilitasi pergerakan yang stabil;
-
Digunakan untuk pembentukan dioda pemancar cahaya ultra-violet.
Boron Nitrida sebagai semikonduktor keramik
Boron nitrida adalah keramik semikonduktor yang jarang ditemukan di lingkungan. Boron nitrida merupakan zat langka yang sebagian besar digunakan dalam bentuk sintetis, yaitu buatan manusia. Boron nitrida juga dikenal sebagai grafit putih karena kemiripannya dengan granit.
Biaya produksi Boron Nitrida tinggi dan diperlukan keahlian untuk mengoperasikan peralatan produksi. Biaya produksi bentuk sintetis zat ini yang tinggi membuat beberapa industri kesulitan untuk mengaksesnya. Padahal, penggunaannya dalam kegiatan produksi yang membutuhkan keramik semikonduktor memiliki keuntungan.
Tabel 3: Sifat Boron Nitrida sebagai Semi Konduktor Keramik
|
Sifat Fisik |
Sifat Kimia |
Sifat Mekanik |
|
Lembut dan melumasi. |
Ia dibuat melalui sintesis Boron Oksida dan Nitrogen untuk membentuk Boron Nitrida. |
Sangat tahan terhadap korosi. |
|
Ia terjadi dalam tiga bentuk kristal utama. |
Tidak beracun. |
Itu adalah zat keras, seperti berlian.
|
|
Memiliki titik leleh yang tinggi. |
Ia diproduksi pada kondisi suhu yang sangat tinggi untuk memurnikan bentuknya. |
|
|
Ia merupakan konduktor listrik yang baik. |
|
|
Bentuk Boron Nitrida sebagai keramik semikonduktor: Boron Nitrida adalah jenis keramik semikonduktor yang unik, karena terdapat dalam tiga bentuk kristal utama yaitu
i. H-BN (boron nitrida heksagonal – Boron nitrida ini lunak, mudah dilumasi, dan memiliki konduktivitas listrik yang rendah. Bentuk yang dihasilkan dari boron nitrida ini biasanya padat.
ii. C-BN, yang dihasilkan dari pemanasan H-BN yang sangat tinggi. Produk C-BN sangat keras; dan
iii. W-BN, yang terbentuk pada suhu yang lebih rendah daripada C-BN. W-BN sangat berguna dalam produksi bentuk keras. Ia juga memiliki kepadatan yang lebih rendah, relatif terhadap bentuk boron nitrida lainnya.
Penggunaan boron nitrida sebagai semikonduktor keramik termasuk yang berikut ini
-
Produksi penyerap panas.
-
Konstruksi tungku.
-
Sintesis bahan optik.
-
Penyiapan kosmetik; dan
-
Pembuatan bahan pemotongan.
Aluminium Nitrida sebagai semikonduktor keramik
Keterangan: Aluminium nitrida adalah keramik semikonduktor. Aluminium nitrida adalah aluminium padat yang muncul dalam bentuk nitrida. Aluminium nitrida merupakan pilihan keramik semikonduktor yang populer karena sifatnya yang tidak beracun, karena dapat digunakan dengan aman dalam kegiatan manufaktur. Aluminium nitrida diproduksi secara sintetis melalui kombinasi aluminium dan nitrogen.
Tabel 4: Sifat aluminium nitrida sebagai semikonduktor keramik
|
Sifat Fisik |
Sifat Kimia |
Sifat Mekanik |
|
Ini adalah zat berwarna keputihan. |
Polarisasi spontan memberi aluminium nitrida karakter ionik yang kuat. |
Sangat tahan terhadap korosi. |
|
Titik lelehnya tinggi sekitar 2.200oC. |
Ia terhidrolisis perlahan dalam air melalui serangan pada batas butirannya. |
Ia ada sebagai struktur kristal yang dikenal sebagai wurtzite heksagonal. |
|
Titik didihnya tinggi sekitar 2.500oC. |
Zat tersebut dapat dipecah oleh asam dan basa melalui serangan pada butiran aluminium nitrida. |
Tahan terhadap beberapa garam cair. |
|
Ini adalah isolator listrik. |
Ia terbentuk oleh keelektronegatifan yang berasal dari gabungan atom aluminium dan nitrogen. |
|
|
Aluminium nitrida memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi. |
|
|
Penggunaan aluminium nitrida sebagai keramik semikonduktor:
-
Digunakan sebagai penyerap panas untuk aplikasi listrik dan elektronik.
-
Zat ini digunakan untuk aplikasi kelistrikan dalam situasi di mana suhu tinggi dan pembuangan panas dianggap suatu tantangan.
-
Ini dikombinasikan dalam produksi plastik dan bahan yang terbuat dari resin.
-
Digunakan dalam produksi kemasan untuk peralatan listrik.
-
Aluminium nitrida juga digunakan untuk menghasilkan bahan tipis yang dikenal sebagai filter RF, yang digunakan pada telepon seluler sebagai resonator akustik.
-
Ia digunakan dalam pembuatan mikrofon.
Karbida Silikon sebagai Semi Konduktor Keramik
Silikon karbida adalah keramik semikonduktor yang juga dikenal sebagai karborundum. Ia ditemukan dalam keadaan alami dalam mineral langka yang dikenal sebagai moissanite. Pengujian yang dilakukan pada sampel silikon karbida menunjukkan adanya isotop silikon dan karbon. Unsur-unsur tersebut juga ditemukan dalam debu bintang yang berasal dari luar angkasa.
Sumber silikon karbida lainnya: Karbida silikon juga dapat diproduksi secara massal dalam bentuk kristal dan bubuk. Ada dua metode untuk memproduksi karbida silikon sintetis. Yaitu metode Lely dan pengendapan uap kimia. Kedua metode tersebut memerlukan peralatan khusus dan keahlian tingkat tinggi.
Sifat-sifat Karbida Silikon sebagai Semikonduktor Keramik
|
Sifat Fisik |
Sifat Kimia |
Sifat Mekanik |
|
Zat ini berwarna gelap dan tidak berbau. |
Ia tidak dapat larut dalam air, namun dapat larut dalam besi cair. |
Itu adalah zat yang sangat keras. |
|
Ia merupakan konduktor panas dan listrik yang baik. |
Ia dapat menahan asam dan basa, tetapi tidak dapat menahan reaksi dengan asam fluorida dan asam fluorida. |
Ia memiliki celah pita yang lebar dan sifat magnetik yang meningkatkan perannya sebagai keramik semikonduktor. |
|
|
Secara kimia bersifat inert. |
|
Pemanfaatan Karbida Silikon sebagai Semi Konduktor Keramik:
-
Silikon Karbida digunakan dalam produksi bahan yang kuat dan keras seperti rompi antipeluru.
-
Digunakan dalam pembuatan perhiasan.
-
Formulasi bahan abrasif.
-
Konstruksi kopling mobil dan rem mobil.
-
Digunakan dalam proses fotokatalitik serta produksi transistor emisi medan.
-
Produksi mesin dan peralatan hemat energi.
-
Perakitan sistem bertenaga surya dan kendaraan listrik, karena kemampuannya mendukung tegangan listrik tinggi.
-
Ini disukai sebagai pengganti yang baik untuk bahan pembakaran karbon tinggi dalam proses produksi, untuk menjaga lingkungan.
Kesimpulan:
Keramik semikonduktor dibedakan berdasarkan kemampuannya menahan suhu tinggi, kekerasannya, dan kemampuannya menghantarkan listrik dengan baik. Ciri-ciri ini juga mencakup kemampuannya menahan korosi, keausan, karakteristik ikatan ionik, warna, dan bentuk. Ciri-ciri pembeda ini juga menentukan kesesuaian penerapannya.