Lr 03 Aditha Oktariany

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

Remote Labolatory

Karakteristik V I Semikonduktor

Nama Praktikan : Aditha Oktariany

NPM : 1406531662

Fakultas/Program Studi : Teknik / Teknik Kimia

Kelompok Praktikum : Grup 13

Kode Praktikum : LRO3

Minggu Praktikum : Ke-5

Koordinator Asisten : Kartutik

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP-IPD

UNIVERSITAS INDONESIA

Depok, 2014

Karakteristik V I Semikonduktor

Tujuan

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

semikonduktor.

Alat

Bahan semikonduktor

Amperemeter

Voltmeter

Camcorder

Unit PC

DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Teori Dasar

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

dispasi panas dan perubahan resistansi bahan semi konduktor ini saling berkaitan.

Gambar 1. Rangkaian Tertutup Semikonduktor

LRO3 – Karakteristik V I Semikonduktor| 2

Teori Tambahan

Semikonduktor dapat didefinisikan sebagai suatu bahan dengan nilai konduktivitas

berada di antara nilai konduktivitas konduktor dan isolator. Konduktivitas listrik adalah

ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Karena sifatnya yang

berada di antara bahan konduktor maupun isolator, bahan semikonduktor dapat bersifat

konduktor maupun isolator. Kemampuan semikonduktor untuk menjadi konduktor ataupun

menjadi isolator dipengaruhi oleh faktor temperatur. Secara teoritis, bahan semikonduktor

dapat memiliki sifat konduktor pada temperatur ruang atau pada temperatur tinggi.

Sedangkan, bahan semikonduktor ini akan bersifat isolator pada temperatur yang sangat

rendah. Bahan semikonduktor yang terkenal antara lain adalah silicon(Si), Germanium(Ge),

dan Galium Arsenida(GaAs). Silikon (Si) dan Germanium (Ge) berada pada periode IV

karena memiliki empat elektron valensi pada kulit terluarnya, sehingga disebut juga

semikonduktor dasar (elemental semiconductor). Sedangkan Gallium Arsenik(GaAs) masing-

masing berada pada Periode III dan V, sehingga dinamakan semikonduktor gabungan

(compound semiconductor).

Semikonduktor banyak diaplikasikan di dalam bidang elektronika. Alasan utama

dipakainya semikonduktor dalam bidang elektronika adalah karena sifat konduktivitasnya

dapat diubah dengan jalan menyuntikkan materi lain. Materi lain yang disuntikkan untuk

mengubah nilai konduktivitas bagan semikonduktor disebut dengan dopant. Penampahan

dopant ke dalam bahan semikonduktor dalam jumlah besar dapat menyebabkan peningkatan

nilai konduktivitas dari suatu semikonduktor. Bahan yang dapat menjadi dopant adalah

polycrystalline silicon.

Nilai hambatan dari suatu bahan semikonduktor berkaitan dengan temperature di

sekelilingnya. Temperatur tersebut mempengaruhi energi yang dimiliki elektron. Semakin

tinggi temperature maka akan semakin banyak electron yang memiliki energi pada level

konduksi. Jumlah electron pada level konduksi akan mempengaruhi konduktivitas

semikonduktor tersebut, semakin banyak maka semakin mudah menghantarkan arus listrik.

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

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.

Sementara itu, berdasarkan jenis muatan yang disisipi, bahan semikonduktor dibagi

menjadi dua jenis yaitu :

Semikonduktor tipe-N

Semikonduktor tipe-N adalah bahan semikonduktor yang telah disisipi oleh

materi pembawa muatan elektron. Contoh dari semikonduktor tipe-N dapat kita lihat

pada silikon yang telah diberi doping phosphorus atau arsenik yang memiliki 5

elektron valensi (penta valensi). Dengan pemberian doping ini, silikon yang tidak

murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan

electron inilah yang akan membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n

ialah donor yang siap melepaskan elektron.

Gambar 2. Doping pada Atom Pentavalen

Semikonduktor tipe-P

Semikonduktor tipe-P adalah bahan semikonduktor yang telah disisipi oleh

materi pembawa muatan hole. Semikonduktor tipe-P ini akan terjadi pada silikon

yang telah diberi doping Gallium, Boron, atau Indium. Untuk mendapatkan silikon

tipe-P, bahan doping yang digunakan adalah bahan trivalen yaitu unsur yang

memiliki 3 elektron valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron valensi, maka

akan ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole inilah yang menjadi akseptor yang

siap menerima elektron. Jadi, kekurangan elektron akan membuat semikonduktor

menjadi bertipe-P.


Gambar 3. Doping pada Atom Trivalen

Cara Kerja

Percobaan V I Semikonduktor dilakukan dengan cara mengakses elaboratory pada website

sitrampil.ui.ac.id/eLaboratorary lalu masuk ke laman percobaan LR03. Dilanjutkan dengan

melakukan langkah kerja 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

Gambar 4. Rangkaian dalam Percobaan LR03


Data Hasil Percobaan

V1

V(volt) I(mA)

0.26 2.280.26 2.280.26 2.280.27 1.960.27 1.96

V2

V(volt) I (mA)

0.95 7.170.95 7.170.95 7.170.95 7.170.95 7.17

V3

V (volt) I (mA)

1.38 10.751.38 10.751.38 10.751.38 10.751.38 10.75

V4

V (volt) I (mA)

1.86 14.341.86 14.661.86 14.661.86 14.661.86 14.66

V5

V (volt) I (mA)

2.25 18.252.25 18.252.25 18.25

2.25 18.252.24 18.57

V6

V (volt) I mA)

2.87 24.442.87 24.442.86 25.092.86 25.092.86 25.09

V7

V (volt) I (mA)

3.20 28.353.20 28.353.20 29.003.19 28.673.18 29.33

V8


V (volt) I (mA)

3.64 33.243.63 33.893.63 34.213.62 34.863.61 35.19


Pengolahan Data

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

sampai 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 :

V=∑Vn

Sedangkan, rumus untuk menghitung I rata-rata adalah :

I=∑ In

V1

V=∑Vn

=0,26+0,26+0,26+0,27+0,275

=0 ,264

I=∑ In

=2,28+2,28+2,28+1.96+1.965

=2,152

V2

V=∑Vn

=0,95+0,95+0,95+0,95+0,955

=0 , 95

I=∑ In

=7,17+7,17+7,17+7,17+7,175

=7,17

V3

V=∑Vn

=1,38+1,38+1,38+1,38+1,385

=1 ,38

I=∑ In

=10,75+10,75+10,75+10,75+10,755

=10,75

V4

V=∑Vn

=1,86+1,86+1,86+1,86+1,865

=1 , 86

I=∑ In

=14,34+14,66+14,66+14,66+14,66+ ¿5=14,596¿


V5

V=∑Vn

=2,25+2,25+2,25+2,25+2,245

=2 , 248

I=∑ In

=18,25+18,25+18,25+18,25+18,575

=18,314

V6

V=∑Vn

=2,87+2,87+2,86+2,86+2,865

=2,864

I=∑ In

=24,44+24,44+25,09+25,0925,095

=24.83

V7

V=∑Vn

=3,2+3,2+3,2+3,19+3,185

=3 , 194

I=∑ In

=28,35+28,35+29+28.67+29,335

=28 ,74

V8

V=∑Vn

=3,64+3,63+3,63+3,62+3,615

=3 , 626

I=∑ In

=33,24+33,89+34,21+34,86+35,195

=34 ,278

Berikut hasil penghitungan V rata-rata dan I rata-rata dari 8 percobaan tersebut dalam

tabel:

Percobaan

V Rata-Rata I Rata-Rata

1 0.264 2.1522 0.95 7.173 1.38 10.754 1.86 14.5965 2.248 18.3146 2.864 24.837 3.194 28.748 3.626 34.278


Grafik Hubungan V Rata - Rata vs I Rata - Rata

0 5 10 15 20 25 30 35 400

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

f(x) = 0.10400475507049 x + 0.217376292927859R² = 0.990012665801434

Grafik Hubungan V dan I

Kuat Arus (mA)

Tega

ngan

(Vol

t)

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

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

y = 0,104x + 0,2174

Perhitungan Nilai Hambatan Semikonduktor

Persamaan linear dari grafik diatas menyatakan hubungan V dengan I seperti yang

dirumuskan dalam Hukum Ohm, yaitu :

V = RI

Jika y adalah beda potensial (V) dan x adalah kuat arus (I), kita dapat

mengetahui nilai dari hambatan (R) yang dalam persamaan garis diatas merupakan

gradien dari persamaan garis linear tersebut. Gradien dapat dicari langsung ketika

membuat grafik pada Program Microsoft Excel.

Satuan tegangan yang digunakan adalah volt, sedangkan satuan kuat arus

adalah mA, maka satuan hambatan adalah kiloOhm (kΩ). Gradien dari persamaan

linear y = 0,116x + 0,206 adalah 0,116. Maka, nilai hambatan (R) Semikonduktor

dari percobaan ini adalah 0,116 kΩ.


Analisis

A. Analisis Percobaan

Percobaan berjudul karakteristik V I semikonduktor ini dilakukan secara

online melalui fasilitas Remote Laboratory yang dapat diakses melalui situs

www.sitrampil.ui.ac.id/elaboratory dimana percobaan dilakukan dengan alat yang

sebenarnya, tetapi dari jarak jauh dan alat yang digunakan ditampilkan melalui

webcam yang dipasang mengarah ke alat. Dengan melakasanakan percobaan ini

praktikan diharapkan dapat melihat karakteristik hubungan beda potensial (V) dengan

arus listrik (I) pada suatu semikonduktor. Ada beberapa alat percobaan yang

diperlukan agar percobaan ini dapat dilakukan, diantaranya:. Bahan semikonduktor

yaitu bahan yang akan diamati nilai hambatannya, Amperemeter untuk mengukur I,

Voltmeter untuk mengukur V, Power supply sebagai sumber daya, Camcorder, Unit

PC yang digunakan praktikan dan perangkat pengendali otomatis.

Langkah kerja yang praktikan lakukan dimulai dengan mengklik bulatan untuk

menyalakan power supply, lalu praktikan memilih jenis/ besar tegangan yang akan

dicobakan. Setelah tegangan dipilih praktikan mengklik pilihan untuk melaksanakan

percobaan dan menunggu data hasil dari percobaan. Cara yang sama dilakukan untuk

percobaan terhadap rangkaian dengan tegangan yang berbeda sebanyak delapan kali.

Percobaan “Karakteristik V I Semi Konduktor” kali ini menggunakan 8 jenis

tegangan berbeda yang digunakan sebagai model percobaan. Tiap model tegangan

diuji untuk mendapatkan nilai arus yang terukur pada rangkaian. Dimana pada tiap

tegangan diuji sebanyak lima kali. Dari tiap pengukuran yang dilakukan, diperoleh 5

nilai beda potensial dan arus untuk setiap percobaan. Dengan adanya 5 nilai untuk

beda potensial dan arus ini, maka praktikan akan mendapatkan variasi data untuk

dianalisis. Data ini nantinya akan digunakan untuk mendapatkan nilai hambatan dari

suatu semikonduktor yang digunakan.

Dari data yang diperoleh dapat kita lihat bahwa untuk besar beda potensial (V)

yang sama, dapat diperoleh nilai kuat arus listrik (I) yang berbeda, namun cenderung

konstan. Hal ini sesuai dengan hukum ohm , sehingga terlihat pula pada data yang

didapatkan, bahwa semakin besar tegangan yang ada pada rangkaian, maka semakin

besar pula arus yang mengalir.


http://www.sitrampil.ui.ac.id/elaboratory

B. Analisis Hasil Percobaan

Dalam percobaan ini, data percobaan yang diperoleh adalah nilai dari

perubahan arus listrik setiap perubahan beda potensial. Selain itu, dari nilai beda

potensial dan nilai arus listrik yang diperoleh, kita dapat menentukan hubungan beda

potensial dan arus listrik pada bahan semikonduktor.

Total data yang diperoleh dari 8 kali percobaan adalah 40 buah data V dan

juga I. Dari data yang diperoleh, menunjukkan semakin besar nilai V pada bahan semi

konduktor, maka semakin besar pula nilai I. Hal ini menunjukkan bahwa V

berbanding lurus dengan I. Hasil percobaan ini sesuai dengan Hukum Ohm yang

berbunyi “Besar kuat arus listrik dalam suatu penghantar berbanding langsung dengan

beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar tetap.” Hal

ini juga sesuai dengan sifat bahan semi konduktor, dimana, bahan semikonduktor

yang tersambung pada rangkaian akan menimbulkan disipasi panas ketika dilewati

arus listrik dan panas ini akan mengurangi hambatan oleh material tersebut. Oleh

karena itu, apabila dihitung nilai hambatan (R) dari tiap variasi tegangan, kita akan

menemukan nilai R yang berbeda – beda.

Enurut rumus dan data hasil percobaan, tampak bahwa nilai I berbanding lurus

dengan nilai V. Semakin besar nilai V maka nilai I akan bertambah besar pula.

Hubungan antara V dan I inilah yang akan menjadi besar hambatan (R). Berdasarkan

perhitungan di atas, pada percobaan ini, besar hambatan yang digunakan adalah 0,104

kΩ.

C. Analisis Grafik

Grafik V rata-rata vs I rata-rata 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= 0,104 x + 0,2174.

Persamaan linear ini menyatakan hubungan antara V dengan I yang dirumuskan

dalam hukum Ohm, yaitu V = RI (y adalah V, m adalah R, dan I adalah x). Dengan

demikian, nilai hambatan semikonduktor yang digunakan dalam percobaan dapat

diperoleh dari gradien persamaan garisnya yaitu : m = R = 0,104 kΩ.

Dari grafik yang telah dibuat, grafik yang terbentuk ialah berupa garis linier

yang condong dari kiri bawah ke kanan atas (gradient positif) yang menunjukkan,

bahwa semakin besar nilai X maka semakin besar juga nilai dari Y. Ini berarti bahwa


semakin besar nilai V, maka semakin besar pula nilai I nya, sehingga V dan I adalah

berbanding lurus.

D. Analisis Kesalahan

Pada praktikum ini, kemungkinan terdapat beberapa kesalahan yang terjadi

dan mempengaruhi hasil pengamatan data. Kesalahan pertama terletak pada fasilitas

alat-alat yang digunakan, yaitu web cam yang tidak dapat bekerja dengan baik.

Karena web cam tidak menyala, praktikan tidak bisa memastikan tegangan awal pada

tiap pengukuran adalah nol. Hal ini berakibat pada kemungkinan ketidaktepatan

pengukuran yang terukur pada percobaan. Sehingga hasil yang didapatkan mungkin

kurang tepat dan presisi.

Kemungkinan kesalahan yang lain adalah kesalah dalam pembacaan data

ataupun pengolohan data yang dilakukan praktikan. Hal ini berakibat pada

kekurangtepatan hasil perhitungan yang didapatkan. Kesalahan dalam perhitungan

saat mencari nilai beda potensial dan kuat arus rata-rata menyebabkan grafik yang

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

berdampak pada kurang tepatnya hasil nilai hambatan bahan semikonduktor yang

digunakan dalam percobaan ini.

Kesimpulan

Bahan semikonduktor dapat berubah fungsi bergantung pada suhu lingkungan di

sekitarnya.

Bahan semikonduktor mengikuti persamaan hukum Ohm.

Energi listrik memiliki hubungan yang berbanding lurus dengan tegangan, arus, dan

waktu pada suatu bahan yang teraliri arus listrik.

Arus listrik pada bahan semikonduktor berbanding lurus dengan tegangan yang

diberikan

Dari hasil perhitungan, nilai hambatan bahan semikonduktor yang digunakan pada

percobaan ini adalah 0,104 kΩ


Referensi

Sitrampil.ui.ac.id/elaboratory. “Karakteristik IV Semi konduktor”. (diakses pada 24

Oktober 2015)

Giancoli, D.C. : 2000. Physics for Scientists & Engineers, Third Edition. Prentice

Hall, NJ

Halliday, Resnick, Walker. : 2005. Fundamentals of Physics, 7th Edition. Extended

Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ.

Tipler, Paul.A. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta:Erlangga


Lr 03 Aditha Oktariany

Documents

Transcript of Lr 03 Aditha Oktariany