BAND GAP ( CELAH PITA ) SEMIKONDUKTORNurul Dwi Anggraeni ( 140310120033 )

Program Studi Fisika FMIPA Universitas Padjadjaran18 November 2014

Asisten : Agtri Henboral

Abstrak

Suatu material dapat diklasifikasikan berdasarkan sifat kelistrikannya. Material tersebut dapat dibagi menjadi 3, yakni bahan isolator, konduktor dan semikonsuktor. Selain dari koefisien konduktifitasnya, sifat kelistrikan suatu bahan juga dapat ditentukan oleh celah pita yang dimiliki oleh bahan tersebut. Band gap ( celah pita ) adalah suatu celah yang berada diantara pita valensi dan pita konduksi pada setiap bahan. Percobaan yang dilakukan adalah untuk mengetahui seberapa besar energi gap yang dimiliki oleh suatu bahan semikonduktor, bahan yang digunakan adalah germanium (Ge). Percobaan dilakukan dalam 2 tahap, tahap pertama adalah mengukur tegangan pada saat temperature naik sebesar 3oC. Tahap kedua adalah mengukur tegangan pada saat terperatur mulai turun setiap 3oC. Percobaan dilakukan untuk setiap variasi nilai arus 4mA – 7mA. Dari hasil percobaan diperoleh pada saat suhu 69°C - 70°C energi gap dari germanium adalah -0.028902 eV , - -0.029749 eV, -0.029653 eV, dan -0.030902 eV untuk masing – masing variasi nilai arus 4mA, 5mA, 6mA, dan 7mA.

Kata kunci : band gap, semikonduktor, energi gap germanium

Abstract

A material can be classified based on the electrical properties. These materials can be divided into three, namely insulators, conductors and semiconductors. Apart from the coefficients of conductivity, the electrical properties of a material can also be determined by the bandgap of the material which is owned by. The band gap (band gap) is a gap that lies between the valence band and the conduction band in each material. Experiments carried out is to find out how much energy gap which is owned by a semiconductor material, the materials used are germanium (Ge). Experiments were carried out in two stages, the first stage is to measure voltage when the temperature rises by 3 ° C. The second step is to measure the voltage at the time terperatur started down every 3 ° C. The experiments were performed for each variation of the rated current of 4mA - 7mA. From the experimental results obtained when the temperature is 69 ° C - 70 ° C the energy gap of germanium is -0.028902 eV, - -0.029749 eV, eV -0.029653 and -0.030902 eV for each variation of the rated current of 4mA, 5mA, 6mA, and 7mA.

Keywords : band gap, semiconductors, gap energy germanium

I. Pendahuluan

Suatu material dapat diklasifikasikan dari sifat – sifat yang dimilikinya. Suatu sifat dapat diklasifikasikan berdasarkan sifat kelistrikannya. Yakni bahan konduktor, isolator, dan semikonduktor. Selain dilihat dari koefisien konduktifitasnya, sifat kelistrikan suatu bahan juga dapat ditentukan dari energi gap yang dimiliki oleh celah pita yang antara pita konduksi dan pita valensi yang

dimiliki oleh suatu bahan. Setiap cela pita memiliki energinya masing – masing sesuai dengan bahannya. Pada bahan semikonduktor energy gap dipengaruhi oleh temperature pada bahan tersebut. Dalam praktikum band gap, akan diketahui bagaimana hubungan antara tegangan yang dihasilkan oleh bahan semikonduktor terhadap suhunya.

II. Teori Dasar

2.1. Semikonduktor

Bahan semikonduktor adalah bahan yang memiliki daya hantar diantara konsuktor dan isolator. Bahan jenis semikonduktor memiliki tahanan antara 10-3 – 103 Ωm. Menurut bahan penyusunnya bahan semikonduktor terbagi atas semikonduktor intrinsic dan ekstrinsik yang dipengaruhi oleh suhu. Jika bahan semikonduktor tersebut diberikan suhu yang tinggi, maka electron akan berppindah dari pita valensi ke pita konduksi dengan mudah.

2.1.1. Semikonduktor intrinsikSemikonduktor intrinsik atau

murni adalah semikonduktor yang berasal dari golongan 4A yang tidak terkotori oleh atom lain. Pada 0°C pita valensi terisi penuh sedangkan pada pita valensi kosong. Dengan energy gap yang relative kecil yakni sekitar 1.1 eV.

2.1.2. Semikonduktor EkstrinsikSemikonduktor ekstrinsik

terdiri atas Tipe-P dan Tipe-N yang masing – masing tipe tersebut telah terkotori oleh atom dari unsur lain. Tipe-p adalah tipe dengan konsentrasi hole yang lebih banyak dibandingkan dengan tipe lainnya, tipe ini terkotori oleh golongan 5A. sedangkan tipe-N adalah semikonduktor dengan konsentrasi electron yang lebih banyak karena terkotori oleh unsur 3A.

Gambar 1. Band Gap Semikonduktor

III. Percobaan

Peralatan yang digunakan adalah Hall effect modul, bahan semikonduktor (Germanium), blower untuk pendingin, suber tegangan, dan multimeter digital untuk menghitung tegangan yang dihasilkan oleh bahan semikonduktor.

Percobaan dilakukan dalam dua tahap. Percobaan pertama dilakukan untuk mengukur tegangan pada saat temperature bahan semikonduktor mengalami kenaikan sebesar 3oC hingga modul mati secara otomatis pada suhu 170oC. Percobaan kedua dilakukan untuk mengukur tegangan pada saat temperature mengalami penurunan sebesar 3oC dari 170oC - 30oC. kedua percobaan dilakukan untuk setiap variasi arus listrik 4mA – 7mA.

IV. Data dan Analisaa. Data Hasil Percobaan

Dari hasil percobaan diperoleh data sebagai berikut

l = 0.01 mA = 0.0002 m2

σgermanium = 2.173913 (Ωm)-1

k = 8.62 x 10-5

sehingga diperoleh energy gap germaniumArus [mA] Suhu [°C] Egap [eV]

430 -0.01440869 -0.028902171 0.049370

530 -0.01474469 -0.029749171 0.046694

630 -0.01463069 -0.029653171 0.054104

730 -0.01496869 -0.030902171 0.047447

Grafik yang diperoleh dari hasil percobaan adalah

Grafik untuk menghitung energy gap dari grafik, dilakukan pelinieran sehingga diperoleh grafik

b. AnalisaDari hasil percobaan diperoleh data –

data tegangan untuk setiap kenaikan dan penurunan temperature. Tegangan diukur pada saat suhu ruangan 30°C hingga modul mati secara otomatis. Dari hasil percobaan diketahui bahwa nilai tegangan yang diperoleh akan menurun seiring dengan bertambahnya suhu, atau sebaliknya. Dari hasil tersebut dapat dianalisa bahwa tegangan akan berbanding terbalik dengan nilai suhu. Nilai arus yang diubah akan memberikan pengaruh pada tegangannya, juga nilai energy gapnya. Semakin besar arus, maka akan sebesar energy gapnya.Perhitungan dilakukan dengan

merata-ratakan nilai tegangan yang

diperoleh pada saat suhu yang sama. Dari hasil perhitungan energi gap akan naik seiring dengan naiknya temperature. Hal tersebut sesuai dengan teori , energy gap, dimana energy gap sebuah bahan akan semakin besar seiring dengan naiknya temperature, hal tersebut dikarenakan electron di dalam pita valensi bergerak semakin cepat karena adanya pengaruh suhu, sehingga electron – electron tersebut semakin banyak yang loncat ke pita konduksi, sehingga nilai konduktifitasnya semakin besar. Untuk nilai konduktifitas germanium adalah 2,17. Ari grafik diperoleh hubungan antara tegangan dan termperatur berbanding terbalik dan nilainnya menrun secara eksponensial sesuai dengan teorinya. Namun pada saat percobaan perubahan suhu dan tegangan berlangsung sangat cepat sehingga dapat menimbulkan kesalahan pengamatan.

V. SimpulanSetelah melakukan percobaan dapat disimpulkan bahwa :1. Energy gap germanium akan semakin

besar seiring bertambahnya suhu. 2. Tegangan dan suhu berbanding terbalik

dengan nilai yang menurun secara eksponensial.

3. Ketidakmurnian bahan akan berpengaruh pada energy gap, dan memperbesar energy gapnya.

4. Nilai energi gap untuk I= 4 mA, I= 5 mA, I= 6mA, dan I= 7 mA yang diperoleh dari peritungan secara berturut-turut adalah 0.087838; 0.013140; -0.109322; dan -0.049748

Daftar Pustaka

[1] Vlack, Lawrence H. Van. Elemen-Elemen

Ilmu dan Rekayasa Material. 2001.

Jakarta: Erlangga