-
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.
Saat nilai V3 = , nilai I3 = 10,556 mA.
Saat nilai V4 = , nilai I4 = 12,644 mA.
Saat nilai V5 = , nilai I5 = 20,85 mA.
Saat nilai V6 = , nilai I6 = 28,08 mA.
Saat nilai V7 = , nilai I7 = 32,584 mA.
Saat nilai V8 = , nilai I8 = 40,272 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