lr03 - annisa larasati

0

LAPORAN PRAKTIKUM

Nama / NPM : Annisa Larasati / 1306405761

Fakultas / Program : Teknik / Teknik Kimia

Grup : A2

Kawan Kerja : Bharindra Kamanditya

Claudia Maya

Dita Zakiah

Julia Nofadini

Juianto

Shadrina Izzati

Syafiq Rayza

No. dan Nama Percobaan : LR03 - Karakteristik V I Semikonduktor

Minggu Percobaan : 4

Tanggal Percobaan : Senin, 6 Oktober 2014

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP IPD

UNIVERSITAS INDONESIA

2014

1

I. Tujuan Praktikum

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

suatu semikonduktor.

II. Peralatan

1. Bahan semikonduktor

2. Amperemeter

3. Voltmeter

4. Variable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC

7. DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Prinsip Dasar

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang

berada di antara isolator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai

isolator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan

besifat sebagai konduktor. Bahan semikonduksi yang sering digunakan adalah

silikon, germanium, dan gallium arsenide. Semikonduktor sangat berguna dalam

bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan

menyuntikkan materi lain (biasa disebut materi doping).

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, sehingga elektronnya

dapat bergerak bebas.

2

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 nukleus. Dibutuhkan energi yang

sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan elektron-elektron 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 nukleus,

ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron

terluar ini mudah terlepas dari ikatannya.

Gambar 1. Ikatan Atom Tembaga ( Cu )

Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah-

pindah dari satu nukleus ke nukleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik,

elektron elektron tersebut dengan mudah berpindah ke arah potensial yang

sama. Fenomena ini yang dinamakan sebagai arus listrik.

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 (O). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak

mengandung unsur silikon.

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

3

kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah (0 K),

struktur atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar berikut.

Gambar 2. 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.

A. Jenis Semikonduktor

a. Berdasarkan sudah atau belumnya disisipi doping, bahan semikonduktor

dibagi menjadi dua jenis yaitu :

- Semikonduktor intristik

Semikonduktor intrinsik adalah bahan semikonduktor yang belum disisipi

oleh atom lain atau dopant.

4

- Semikonduktor ekstrinsik

Semikonduktor ekstrinsik adalah bahan semikonduktor yang telah disisipi

atom lain atau dopant. Adanya penyisipan dengan dopant ini akan

menurunkan nilai hambat jenis dari bahan semikonduktor.

b. Berdasarkan jenis muatan yang disisipi, bahan semikonduktor dibagi

menjadi dua jenis yaitu :

- 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, 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.

Gambar 3. Doping Pentavalent

- 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.

5

Gambar 4. Doping Trivalent

Sebuah bahan material bila dilewati oleh arus listrik akan menimbulkan

disipasi panas. Besarnya disipasi panas adalah I2 R. 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 dispasi panas da perubahan resistensi bahan

semi konduktor ini saling berkaitan.

Gambar 5. Rangkaian tertutup semikonduktor

6

IV. Prosedur Percobaan

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan cara masuk ke

http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory kemudian klik LR03Karakteristik VI

Semikonduktor

Kemudian, setelah memasuki web Rlab, maka praktikum bisa dimulai.

Gambar 6. Rangkaian pada Web Rlab

7

1. Mengaktifkan Web-cam (mengklik icon video pada halaman web r-Lab).

2. Memperhatikan tampilan video dari peralatan yang digunakan.

3. Memberikan beda potensial dengan memberi tegangan V1.

4. Mengaktifkan power supply atau baterai dengan mengklik radio button di

sebelahnya.

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

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

8

V. Data Hasil Pengamatan Percobaan

V(volt) I(mA) V(volt) I(mA)

0.12 1.30 v1 2.18 20.85 v5

0.12 1.30 2.18 20.85

0.12 1.30 2.18 20.85

0.12 1.30 2.18 20.85

0.12 1.30 2.18 20.85

0.87 7.82 v2 2.76 28.02 v6

0.87 7.82 2.76 27.70

0.87 7.82 2.75 27.70

0.87 7.82 2.75 28.35

0.87 7.82 2.74 28.67

1.06 10.75 v3 3.06 31.61 v7

1.17 10.75 3.05 32.26

1.17 10.75 3.05 32.58

1.09 10.10 3.04 32.91

1.11 10.43 3.04 33.56

1.36 12.71 v4 3.52 39.10 v8

1.36 12.71 3.51 39.75

1.36 12.71 3.50 40.40

1.36 12.71 3.49 40.73

1.36 12.38 3.48 41.38

9

VI. Pengolahan Data

Menentukan nilai beda potensial rata-rata dan arus rata-rata untuk V1

hingga V8 :

Dari data di atas, dapat dihitung nilai beda potensial rata-rata dan arus rata-

rata untuk V1, V2, hingga V8. Rumus untuk menghitung V rata-rata adalah :

Sedangkan, rumus untuk menghitung I rata-rata adalah :

V(volt) V rata-

rata

I(mA) I rata-rata V(volt) V rata-

rata

I(mA) I rata-

rata

v1 0,12 0,12 1,3 1,3 v5 2,18 2,18 20,85 20,85

0,12 1,3 2,18 20,85

0,12 1,3 2,18 20,85

0,12 1,3 2,18 20,85

0,12 1,3 2,18 20,85

v2 0,87 0,87 7,82 7,82 v6 2,76 2,752 28,02 28,088

0,87 7,82 2,76 27,7

0,87 7,82 2,75 27,7

0,87 7,82 2,75 28,35

0,87 7,82 2,74 28,67

v3 1,06 1,12 10,75 10,556 v7 3,06 3,048 31,61 32,584

1,17 10,75 3,05 32,26

1,17 10,75 3,05 32,58

1,09 10,1 3,04 32,91

1,11 10,43 3,04 33,56

v4 1,36 1,36 12,71 12,644 v8 3,52 3,5 39,1 40,272

1,36 12,71 3,51 39,75

1,36 12,71 3,5 40,4

1,36 12,71 3,49 40,73

1,36 12,38 3,48 41,38

10

Nilai V rata-rata dan I rata-rata yang diperoleh dari perhitungan dapat diringkas

dalam sebuah tabel.

Vrata-

rata

I rata-rata

V1 0,12 1,3

V2 0,87 7,82

V3 1,12 10,556

V4 1,36 12,644

V5 2,18 20,85

V6 2,752 28,08

V7 3,048 32,584

V8 3,5 40,272

14,95 154,106

Rata-rata dari tabel diatas :

Grafik yang memperlihatkan hubungan V vs I dalam rata-rata :

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1,3 7,82 10,556 12,644 20,85 28,08 32,584 40,272

v ra

ta-r

ata

I rata-rata

Grfik hubungan Vrata-rata dengan Irata-rata pada semi konduktor

Vrata-rata

11

Bentuk Kurva Hubungan V vs I

Setelah didapatkan data percobaan dan dilakukan pengolahan data,

didapatkan bentuk grafik hubungan antara V (beda potensial) dengan I (arus

listrik) berbentuk linear dan cenderung mengalami peningkatan. Grafik ini

menunjukkan bahwa tegangan dan arus berbanding lurus. Sehingga, jika

tegangan semakin besar, maka arus yang dihasilkan pada rangkaian tersebut

semakin besar juga.

Dari grafik, tampak dapat dibentuk garis linear yang menghubungkan data-

data pada grafik tersebut. Persamaan garis dari grafik diatas adalah :

y = 0,4794x - 0,2884

Nilai Hambatan berdasarkan Kurva Grafik V dengan I

Perhitungan untuk nilai hambatan yang didapat dari pengujian adalah.

V = I x R

Dengan memasukkan nilai Vrata-rata dan Irata-rata maka didapat besar hambatannya

adalah sebagai berikut:

VII. Analisis Percobaan

a) Analisis Percobaan

Percobaan praktikum berjudul Karakterisitik V I Semikonduktor ini

bertujuan mempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan arus listrik (I)

pada suatu semikonduktor. Pengukuran praktikum ini dilakukan menggunakan

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

laboratorium melainkan melakukan percobaan melalui internet

(http://sitrampil7.ui.ac.id/lr03).

12

Pada percobaan ini, digunakan delapan nilai tegangan (Volt) yang berbeda,

dimana setiap nilai tegangannya menghasilkan lima nilai arus (mA). Sehingga

data yang diperoleh ada 40. Untuk mendapatkan nilai arus pada V1, praktikan

mengklik pilihan tegangan dan memili V1, lalu menyalakan tombol supply yang

ada pada halaman rLab ini kemudian mengklik tombol ukur. Begitu pula untuk

V2 hingga V8. Setelah selesai melakukan percobaan, didapatkan 40 data untuk

diolah.

b) Analisis Hasil

Setelah data diperoleh, kemudian diolah dan dilakukan analisis. Hal pertama

yang dicari adalah berapa nilai rata-rata jumlah tegangan dan arus.

Perhitungan yang dilakukan adalah mencari nilai V rata-rata dan I rata-rata

untuk tiap nilai beda potensial yang dipasang. Rumus yang digunakan :

- Untuk menghitung V rata-rata adalah:

- Untuk menghitung I rata-rata adalah:

Dari hasil perhitungan V rata-rata dan I rata-rata, terlihat hubungan antara

nilai I dan V.

Saat nilai V1 = V, nilai I1 = 1,3 mA.

Saat nilai V2 = , nilai I2 = 7,82 mA.







13

Tampak bahwa nilai I berbanding lurus dengan nilai V. Semakin besar nilai

V maka nilai I akan bertambah besar pula. Nilai rata-rata tegangan keseluruhan

adalah dan nilai rata-rata arus adalah . Hubungan antara

V dan I inilah yang akan menjadi besar hambatan (R). Untuk nilai hambatan dapat

diperoleh dengan membagi tegangan terhadap arus. Nilai hambatan yang

diperoleh dari percobaan ini adalah k.

c) Analisis Grafik

Grafik di atas menunjukkan hubungan antara beda potensial dan kuat arus

dari nilai V dan I rata-rata pada V1 sampai dengan V8. Sumbu x menunjukkan

nilai kuat arus (I), sedangkan sumbu y menunjukkan beda potensial (V). Jika

grafik dilinearisasi, diperoleh persamaan garis yaitu y = 0,4794x - 0,2884.

Persamaan linear ini menyatakan hubungan antara V dengan I yang dirumuskan

dalam hukum Ohm, yaitu V = R x I.

Dari grafik ini pula, dapat terlihat bahwa grafik yang terbentuk ialah berupa

garis yang condong dari kiri bawah ke kanan atas yang menunjukkan, bahwa

semakin besar nilai X maka semakin besar juga nilai dari Y. Hal ini menunjukkan

bahwa semakin besar nilai V, maka semakin besar pula nilai I nya, sehingga V

dan I adalah berbanding lurus. Ini sesuai dengan rumus :

V = I R

d) Analisis Kesalahan

Data yang diperoleh belum tentu 100% benar, hal ini dapat disebabkan

oleh timbulnya kesalahan dalam melakukan percobaan. Percobaan yang dilakukan

secara otomatis dengan fasilitas internet ini, tidak dapat diketahui kondisi

lingkungan pada saat dilakukannya percobaan. Selain itu, tidak ada nilai literatur

yang dapat digunakan sebagai pembanding untuk menentukan besar kesalahan

literatur yang diperoleh.

14

Namun, jika dianalisis secara mendalam, faktor-faktor pengganggu yang

dapat menyebabkan terjadinya kesalahan pada saat dilakukan percobaan r-lab ini,

yaitu :

a. Kesalahan pada fasilitas alat-alat yang digunakan, yaitu web cam yang

tidak dapat bekerja dengan baik. Karena web cam tidak menyala, maka

kita tidak dapat mengontrol percobaan yang dilakukan.

b. Kesalahan dalam perhitungan saat mencari nilai beda potensial dan kuat

arus rata-rata. Hal ini menyebabkan, grafik yang diperoleh kurang valid

dan persamaan garis yang diperoleh juga kurang tepat. Hal ini berdampak

pada kurang tepatnya nilai hambatan bahan semikonduktor yang

digunakan dalam percobaan ini.

c. Kesalahan Instrumen atau alat praktikum yang dideteksi memiliki

kesensitivan yang cukup tinggi, sehingga sekali alat tersebut mengalami

gangguan maka akan berdampak pada hasil yang akan didapatkan.

d. Kesalahan lainnya dalam percobaan ini adalah terganggunya koneksi

internet sehingga dalam proses pengambilan data menimbulkan

terjadinya ketidakpastian data yang diperoleh.

VIII. Kesimpulan

1. Semikonduktor merupakan bahan yang dapat bersifat isolator maupun

Konduktor.

2. Bahan semikonduktor mengikuti persamaan hukum Ohm.

3. Semakin besar nilai tegangan, maka semakin besar pula nilai arus yang

diperoleh, begitu pula sebaliknya atau dapat dikatakan berbanding lurus.

Ini sesuai dengan rumus V = I R

4. Nilai hambatan dapat dicari atau diperoleh jika nilai V dan I diketahui,

yaitu dengan menggunakan rumus

5. Dari hasil perhitungan, nilai hambatan bahan semikonduktor yang

digunakan pada percobaan ini adalah 45,099 k.

15

IX. Refrensi

1. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition,

Extended Edition, John

2. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition,

Prentice Hall, NJ, 2000

3. www.sitrampil.ui.ac.id/elaboratory

lr03 - annisa larasati

Documents