*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang PENENTUAN TEGANGAN HALL MENGGUNAKAN KONSEP EFEK HALL PADA SEMIKONDUKTOR GERMANIUM TIPE P Syamsul Arifin*, Kenti Isti Jayanti*, Novenda Dwi L*, M. Arif Hidayatullah* Abstrak: Telah dilakukan penelitian dengan menggunakan metode ekperimental yang bertujuan untuk menentukan dan mengetahui hubungan tegangan Hall U H sebagai fungsi dari variasi besaran fisis (Arus I P , induksi magnetik B dan suhu T P ). Penelitian ini dilakukan dengan mengukur dan menentukan tegangan Hall U H pada sampel material semikonduktor Germanium tipe P yang ditimbulkan dari berbagai variabel masukan (input variable) besaran fisis yang berbeda-beda. Berdasarkan hasil analisis kuantitatif dari 5 jenis pengukuran yang telah dilakukan, didapatkan hasil pengukuran dan hubungan yang menunjukkan linearitas antara pemberian arus kontrol I P dengan tegangan Hall U H yang terukur. Hasil yang sama juga diperoleh pada pengukuran tegangan Hall sebagai fungsi induksi magnetik B yang menunjukkan hubungan yang berbanding lurus antara keduanya. Sedangkan pada pengukuran tegangan Hall dengan ketergantungan suhu T P didapatkan bahwa semakin tinggi suhu material semikonduktor (P-Germanium), tegangan Hall yang terukur akan semakin kecil. Kata Kunci: Tegangan Hall, Efek Hall, Semikonduktor Germanium tipe P Abstract: Has been done a research by using experimental method that aim to determine and define the relationship of Hall voltage U H as a function of various physical quantities (Control current I P , magnetic induction B and temperature T P ). The research done by measuring and determining Hall voltage U H of sample of P-Germanium semiconductor that is produced by some different input variable of physical quantities. According to result of the quantitative analysis from the five kinds of measurements have been done obtained the relationship and measurement results showed linearity between the control current I P increasing with the measured Hall voltage U H . Similar results were also obtained on the Hall voltage U H measuring as a function of the magnetic induction B showed a linear relationship between both. While the Hall voltage U H measurements by dependence to the temperature T P was obtained that the higher the temperature of rectangular P-Germanium semiconductor sample cause the measured Hall voltage U H will be smaller, or proportionate inversely. Keywords: Hall voltage, Hall effect, P-Germanium Semiconduktor PENDAHULUAN Dalam realitas kehidupan sehari-hari, kebutuhan manusia tidak pernah lepas dari listrik. Listrik merupakan salah satu kebutuhan mendasar dan penting yang harus dipenuhi oleh semua orang, baik dalam kehidupan rumah tangga, pendidikan, hingga menjadi penunjang dalam dunia industri. Tidak hanya itu, kemajauan teknologi yang saat ini telah berkembang cepat dan pesat juga atas dasar keberadaan listrik. Hampir semua peralatan dan komponen kelistrikan dalam pembuatan dan penggunaannya sangat erat kaitannya dengan prinsip fisika khususnya dalam tinjauan kelistrikan-magnet (elektromagnetic), seperti halnya handphone, generator, instrumentasi medis dan sebagainya. Dalam listrik magnet, kita mengenal atau mengetahui tentang gejala efek Hall. Gejala efek Hall ini bisa dilihat apabila arus dialirkan pada suatu penghantar sekaligus
14
Embed
PENENTUAN TEGANGAN HALL MENGGUNAKAN KONSEP EFEK HALL PADA SEMIKONDUKTOR GERMANIUM TIPE P
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
PENENTUAN TEGANGAN HALL MENGGUNAKAN
KONSEP EFEK HALL
PADA SEMIKONDUKTOR GERMANIUM TIPE P
Syamsul Arifin*, Kenti Isti Jayanti*, Novenda Dwi L*, M. Arif Hidayatullah*
Abstrak: Telah dilakukan penelitian dengan menggunakan metode ekperimental yang bertujuan untuk
menentukan dan mengetahui hubungan tegangan Hall UH sebagai fungsi dari variasi besaran fisis
(Arus IP, induksi magnetik B dan suhu TP). Penelitian ini dilakukan dengan mengukur dan menentukan
tegangan Hall UH pada sampel material semikonduktor Germanium tipe P yang ditimbulkan dari
berbagai variabel masukan (input variable) besaran fisis yang berbeda-beda. Berdasarkan hasil analisis
kuantitatif dari 5 jenis pengukuran yang telah dilakukan, didapatkan hasil pengukuran dan hubungan
yang menunjukkan linearitas antara pemberian arus kontrol IP dengan tegangan Hall UH yang terukur.
Hasil yang sama juga diperoleh pada pengukuran tegangan Hall sebagai fungsi induksi magnetik B
yang menunjukkan hubungan yang berbanding lurus antara keduanya. Sedangkan pada pengukuran
tegangan Hall dengan ketergantungan suhu TP didapatkan bahwa semakin tinggi suhu material
semikonduktor (P-Germanium), tegangan Hall yang terukur akan semakin kecil.
Kata Kunci: Tegangan Hall, Efek Hall, Semikonduktor Germanium tipe P
Abstract: Has been done a research by using experimental method that aim to determine and define
the relationship of Hall voltage UH as a function of various physical quantities (Control current IP,
magnetic induction B and temperature TP). The research done by measuring and determining
Hall voltage UH of sample of P-Germanium semiconductor that is produced by some different input
variable of physical quantities. According to result of the quantitative analysis from the five kinds
of measurements have been done obtained the relationship and measurement results showed linearity
between the control current IP increasing with the measured Hall voltage UH. Similar results were
also obtained on the Hall voltage UH measuring as a function of the magnetic induction B showed
a linear relationship between both. While the Hall voltage UH measurements by dependence to the
temperature TP was obtained that the higher the temperature of rectangular P-Germanium
semiconductor sample cause the measured Hall voltage UH will be smaller, or proportionate inversely.
Keywords: Hall voltage, Hall effect, P-Germanium Semiconduktor
PENDAHULUAN
Dalam realitas kehidupan sehari-hari, kebutuhan manusia tidak pernah lepas dari
listrik. Listrik merupakan salah satu kebutuhan mendasar dan penting yang harus dipenuhi
oleh semua orang, baik dalam kehidupan rumah tangga, pendidikan, hingga menjadi
penunjang dalam dunia industri. Tidak hanya itu, kemajauan teknologi yang saat ini telah
berkembang cepat dan pesat juga atas dasar keberadaan listrik. Hampir semua peralatan
dan komponen kelistrikan dalam pembuatan dan penggunaannya sangat erat kaitannya
dengan prinsip fisika khususnya dalam tinjauan kelistrikan-magnet (elektromagnetic),
seperti halnya handphone, generator, instrumentasi medis dan sebagainya.
Dalam listrik magnet, kita mengenal atau mengetahui tentang gejala efek Hall.
Gejala efek Hall ini bisa dilihat apabila arus dialirkan pada suatu penghantar sekaligus
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
menempatkannya dalam medan magnet secara tegak lurus, kemudian terjadi defleksi
elektron karena adanya medan magnet tersebut. Besamaan dengan hal tersebut muncul
pula tegangan Hall (Tipler, 2001).
Melalui penelitian ini, dengan melakukan pengukuran tegangan Hall pada sebuah
material semikonduktor (P-Germanium) sesuai penggunaan atau aplikasi dari konsep efek
Hall kita dapat mengetahui dan menentukan besarnya tegangan Hall UH yang diukur
sebagai fungsi arus kontrol IP, induksi magnetik B, dan sebagai fungsi suhu TP.
KAJIAN TEORI
Fenomena Efek Hall
Berkas elektron dapat mengalami defleksi karena adanya medan magnet. Defleksi
gerakan elektron dalam medium padat, misalnya dalam penghantar dibuktikan oleh Edwin
H. Hall tahun 1879 yaitu dengan mengalirkan arus pada suatu penghantar sekaligus
menempatkannya pada medan magnet secara tegak lurus. Dengan demikian akan muncul
gejala yang disebut efek Hall. Beda potensial antara bagian atas dan bagian bawah
lempengan itu disebut tegangan Hall. Tegangan Hall (UH ) terjadi karena adanya gaya
Lorentz ( ) pada pembawa muatan yang sedang bergerak dalam medan magnet.
Gambar 1. Efek Hall dalam Sampel Penampang Persegi Panjang
Fenomena ini (Efek Hall) muncul dari gaya Lorentz: pembawa muatan
menimbulkan arus yang mengalir melalui sampel yang terdefleksi dalam medan magnet B
sebagai fungsi dari vektor dan kecepatan v nya:
= e ( x B) (1)
(F = Gaya yang bekerja pada pembawa muatan, e = muatan elementer).
Besar gaya magnetik pada pembawa muatan dalam lempengan itu adalah qvdB.
Gaya magnetik ini diimbangi oleh gaya elektrostatik yang besarnya E, dengan E
merupakan medan listrik akibat pemisahan muatan tersebut. Jadi diperoleh,
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
E = vdB (2)
Karena pembawa muatan positif dan negatif dalam semikonduktor berpindah dalam
arah yang berlawanan, mereka kemudian terdefleksi dalam arah yang sama. Tipe pembawa
muatan tersebut dapat menyebabkan aliran arus. Dengan demikian dapat ditentukan
polaritas tegangan Hall, arah arus dan medan magnet (Tim Penyusun, 2012).
Tegangan Hall yang bersangkutan ditentukan oleh:
UH = RH.
(3)
dengan RH. adalah koefisient Hall yang mana bergantung pada material dan suhu serta juga
bergantung pada jenis pembawa muatan dalam proses konduksi.
RH. =
= (
) (4)
Semikonduktor
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengsn konduktivitas listrik yang berada
diantara isolator dan konduktor pada temperatur yang sangat rendah, namun pada
temperatur ruangan akan bersifat sebagai konduktor (Hayt, 1989: 117).
Dalam semikonduktor, semua elektron valensi dipakai untuk ikatan pasangan
dengan atom lain dari berbagai kristal. Semikonduktor yang paling sering dipakai dalam
rangkaian elektronika adalah Silikon (Si), Germanium (Ge), dan Galliumarsenide (GeAs).
Semikonduktor dapat dikelompokkan menjadi (Sze, 1985):
1. Semikonduktor instrinsik, yaitu material murni semikonduktor yang terdiri atas satu
unsur saja, misalnya Si saja atau Ge saja. Pada kristal semikonduktor Si, 1 atom Si
yang memiliki 4 elektron valensi berikatan dengan 4 atom Si lainnya.
2. Semikonduktor ekstrinsik, merupakan semikonduktor yang telah terkotori (tidak
murni lagi) oleh atom dari jenis lainnya. Proses penambahan atom pengotor ini
disebut pengotoran (doping). Penambahan atom pengotor (impuritie)
mengakibatkan struktur pita dan resistivitasnya berubah.
Ketidakmurnian dalam semikonduktor dapat menyumbangkan elektron maupun
lubang (hole) dalam pita energi. Dengan demikian, konsentrasi elektron dapat
menjadi tidak sama dengan konsentrasi hole, namun masing-masing bergantung
pada konsentrasi dan jenis bahan ketidakmurnian.
Terdapat tiga jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe-n,
semikonduktor tipe-p, dan semikonduktor paduan. Semikonduktor dengan
konsentrasi elektron lebih besar dibandingkan konsentrasi hole disebut
semikonduktor ekstrinsik tipe-n. Semikonduktor tipe-p, dimana konsentrasi lubang
lebih tinggi dibandingkan elektron, misal Si dan Ge. Sedangkan semikonduktor
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
paduan (compound semiconductor), ikatannya terbentuk dengan peminjaman
elektron oleh unsur dengan velensi lebih tinggi kepada unsur dengan valensi lebih
rendah (Parno, 2002).
METODE PENELITIAN
Alat dan Bahan
Gambar 2. Rangkaian Alat Percobaan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi modul efek Hall,
semikonduktor Germanium jenis P (p-Ge), kumparan 600 lilitan, Inti besi (Bentuk U),
potongan elektroda (Pole pieces, 30x30x48), Hall Probe, Power supply 0-12 V DC/6V, 12
V AC, penyangga kaki tiga, batang penegak (Support rod), pengapit (Clamp), kabel