Laporan Praktikum Fisika Dasar

Nama : Robby Dwitama

NPM : 1206217300

Fakultas : Teknik

Program Studi : Teknik Mesin

Group : Group B-6

No & Nama Percobaan : LR03 / Karakteristik VI Semikonduktor

Minggu Percobaan : Pekan 3

Tanggal Percobaan : 14 Maret 2013

Nama Asisten : Hinu Pramuji (koordinator)

Laboratorium Fisika Dasar

UPP IPD

Universitas Indonesia

LR03-rLab

I. TUJUAN

Mempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan arus listrik (I) pada suatu

semikonduktor.

II. LANDASAN TEORI

Sebuah bahan material bila dilewati oleh arus listrik akan menimbulkan disipasi

panas. Besarnya disipasi panas adalah I2R. Panas yang dihasilkan oleh material ini

akan mengakibatkan perubahan hambatan material tersebut. Jika pada material

semi konduktor, pertambahan kalor / panas akan mengurangi nilai hambatan

material tersebut. Peristiwa disipasi panas dan perubahan resistansi bahan semi

konduktor ini saling berkaitan.

Gambar 1. Rangkaian tertutup semikonduktor

Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda,

transistor dan sebuah IC (integrated circuit).Disebut semi atau setengah konduktor,

karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan logam seperti

tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki

susunan atom yang sedemikian rupa, sehinggah elektronnya dapat bergerak bebas.

Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+)

dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian

LR03-rLab

dalam membentuk inti yang disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar

untuk dapat melepaskan ikatan elektronelektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu

elektron yang ke-29, berada pada orbit paling luar.Orbit terluar ini disebut pita

valensi dan elektron yang berada pada pita ini dinamakan elektron valensi. Karena

hanya ada satu elektron dan jaraknya 'jauh' dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu

kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudah terlepas dari

ikatannya.

ikatan atom tembaga

Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindahpindah dari

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

elektron tersebut dengan mudah berpindah kearah potensial yang sama. Phenomena

ini yang dinamakan sebagai arus listrik. Isolator adalah atom yang memiliki elektron

valensi sebanyak 8 buah, dan dibutuhkan energi yang besar untuk dapat melepaskan

elektron-elektron ini. Dapat ditebak, semikonduktor adalah unsur yang susunan

atomnya memiliki elektron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. Tentu saja yang

paling "semikonduktor" adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektron valensi.

Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium

(Ge) dan Galium Arsenida (GaAs) Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang

dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon

menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon

merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca

dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon.

LR03-rLab

Dapatkah anda menghitung jumlah pasir dipantai. Struktur atom kristal silikon, satu

inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang

stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal

tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu

yang sangat rendah (0oK), struktur atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar

berikut.

struktur dua dimensi kristal silikon

Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti

atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator karena

tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik.Pada suhu

kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga

memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil

yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor yang

baik. Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba

memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping dimaksudkan

untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen,

yang diharapkan akan dapat mengahantarkan listrik.

Tipe-N

Misalnya pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen

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

LR03-rLab

Silikon yang tidak lagi murni ini (impuritysemiconductor) akan memiliki kelebihan

elektron. Kelebihan elektron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n

disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.

doping atom pentavalen

Tipe-P

Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat

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

bahan trivalen yaituunsur 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.

Resistansi

Semikonduktor tipe-p atau tipe-n jika berdiri sendiri tidak lain adalah sebuah resistor.

Sama seperti resistor karbon, semikonduktor memiliki resistansi. Cara ini dipakai

untuk membuat resistor di dalam sebuah komponen semikonduktor. Namun besar

resistansi yang bisa didapat kecil karena terbatas pada volume semikonduktor itu

sendiri.

LR03-rLab

III. ALAT

1. Bahan semikonduktor

2. Amperemeter

3. Voltmeter

4. Variable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC

7. DAQ dan perangkat pengendali otomatis

IV. CARA KERJA

Percobaan ini menggunakan sistem rLab dengan prosedur yaitu sebagai berikut:

1. Memperhatikan halaman web percobaan karakteristik VI semi konduktor.

2. Memberikan beda potensial dengan member tegangan V1.

3. Mengaktifkan power supply/baterai dengan mengklik radio button di sebelahnya.

4. Mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan.

5. Mengulangi langkah 3 hingga 5 untuk beda potensial V2 hingga V8.

LR03-rLab

V. DATA PENGAMATAN

NO V (Volt) I (mA) NO V (Volt) I (mA)

1 0,25 2,28

21 2,19 21,51

2 0,25 2,28

22 2,19 21,51

3 0,26 2,28

23 2,19 22,16

4 0,26 2,28

24 2,19 21,83

5 0,26 2,28

25 2,19 22,16

6 0,85 7,82

26 2,77 28,35

7 0,86 7,82

27 2,77 28,67

8 0,86 7,82

28 2,77 28,67

9 0,87 7,82

29 2,77 28,67

10 0,87 8,15

30 2,76 29,98

11 1,27 11,73

31 3,08 31,93

12 1,27 11,73

32 3,07 32,91

13 1,27 12,06

33 3,06 33,56

14 1,27 12,06

34 3,06 34,54

15 1,27 12,06

35 3,06 33,56

16 1,79 16,94

36 3,53 40,08

17 1,79 16,94

37 3,52 40,73

18 1,79 17,27

38 3,51 41,38

19 1,79 17,27

39 3,5 42,03

20 1,79 17,6

40 3,49 42,36

LR03-rLab

VI. PENGOLAHAN DATA

V

(Volt)

I (mA)

0,256 2,280

0,862 7,886

1,270 11,928

1,790 17,204

2,190 21,834

2,768 28,868

3,066 33,300

3,510 41,316

∑ 15,712 ∑ 164,616

Rata-rata tegangan keseluruhan:

∑

Rata-rata arus kesuluruhan:

∑

LR03-rLab

Grafik Hubungan V I

Dari grafik yang diperoleh dari data pengamatan terlihat bahwa hubungan antara tegangan

terhadap arus adalah linier. Artinya semakin besar tegangan yang digunakan maka semakin

besar pula arusnya, begitu pula sebaliknya. Dapat dikatakan bentuk grafik linier karena

hubungan V dan I adalah berbanding lurus, sebagaimana rumus:

Berdasarkan grafik yang diperoleh, kita dapat menggunakan hukum Ohm. Dimana hukum

Ohm adalah:

y = 11,722x - 2,4448

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

AR

US

TEGANGAN

V I

LR03-rLab

Sehingga untuk menghitung nilai hambatan kita gunakan nilai rata-rata tegangan yang

diperoleh dari keseluruhan data dibagi dengan nilai rata-rata arus yang diperoleh, maka :

VII. ANALISIS

Analisis Percobaan

Praktikum pengukuran karakteristik V I semikonduktor ini dilakukan menggunakan

remote laboratory (Rlab), dimana praktikan tidak melakukan percobaan di

laboratorium melainkan melakukan percobaan melalui internet. Alat-alat yang

digunakan pada percobaan ini tetap terletak di laboratorium, kita dapat melihatnya

bekerja menggunakan webcam yang terpasang kearah alat yang digunakan.

Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan

arus listrik (I) pada suatu semikonduktor. Dalam percobaan digunakan delapan nilai

tegangan yang berbeda, dimana setiap nilai tegangannya menghasilkan lima nilai

arus. Sehingga data yang diperoleh ada 40. Untuk V1, praktikan menyalakan tombol

supply yang ada pada rLab ini kemudian mengklik tombol ukur. Begitu pula untuk V2

hingga V8. Setelah selesai, diperoleh 40 data untuk diolah.

Analisis Hasil dan Grafik

Data yang diperoleh kemudian diolah. Pertama-tama dicari berapa nilai rata-rata jumlah

tegangan dan arus. Nilai rata-rata tegangan keseluruhan adalah 1,964 Volt dan nilai

rata-rata arus adalah 0,021 Amper. Dari nilai rata-rata V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8 dan

I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7 dan I8 disajikan pada grafik dibawah ini:

LR03-rLab

Dari grafik yang diperoleh, terlihat hubungan antara tegangan dan arus, dimana

hubungan tersebut adalah linier. Semakin besar nilai tegangan maka semakin besar pula

nilai arus yang diperoleh, begitu pula sebaliknya atau dapat dikatakan berbanding lurus.

Ini sesuai dengan rumus :

Untuk nilai hambatan dapat diperoleh dengan membagi tegangan terhadap arus. Nilai

hambatan yang diperoleh dari percobaan ini adalah

VIII. KESIMPULAN

Semakin besar nilai tegangan maka semakin besar pula nilai arus yang diperoleh,

begitu pula sebaliknya atau dapat dikatakan berbanding lurus. Ini sesuai dengan

rumus :

Nilai hambatan dapat dicari atau diperoleh jika nilai V dan I diketahui, yaitu dengan

menggunakan rumus :

y = 11,722x - 2,4448

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

AR

US

TEGANGAN

V I

LR03-rLab

IX. REFERENSI

Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Enginers, Third Edition. Prentice Hall, NJ, 2000. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics,

7th Edition. Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005