Praktikum LR03

8/2/2019 Praktikum LR03

http://slidepdf.com/reader/full/praktikum-lr03 1/16

LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR

KARAKTERISTIK V I SEMIKONDUKTOR

Nama/NPM : Putri Larassati/1006660794

Fak/Prog.Studi : Teknik/Teknik Industri

Group : B12

No & Nama Percobaan : LR03

Karakteristik V I Semikonduktor

Tanggal percobaan : 24 Oktober 2011

UNIT PELAKSANA PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAM DASAR (UPP-IPD)

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

pdf Machine

A pdf writer that produces quality PDF files with ease!

Produce quality PDF files in seconds and preserve the integrity of your original documents. Compatible across

nearly all Windows platforms, simply open the document you want to convert, click “print”, select the “Broadgun pdfMachine printer” and that’s it! Get yours now!

http://www.pdfmachine.com/?cl









KARAKTERISTIK V I SEMIKONDUKTOR

I. TUJUAN

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

semikonduktor

II. TEORI PENDAHULUAN

Benda padat dapat diklasifikasikan menurut sifat-sifat fisis yang dimilikinya.

Perbedaan sifat pada zat padat (misal: konduktor, isolator, semikonduktor atau

superkonduktor) disebabkan oleh: perbedaan gaya ikat diantara atom-atom, ion-ion,

atau molekul-molekul tersebut. Semua ikatan dalam bahan padat melibatkan gaya

listrik, dan perbedaan utama diantara ikatan tersebut tergantung pada jumlah elektron

terluar. Menurut sifat listriknya material dapat dikelompokkan sebagai konduktor

(memiliki harga resistivitas 10-5 W.cm), semikonduktor (memiliki harga resistivitas

antara 10-2 – 109 W.cm), dan isolator (memiliki harga resistivitas antara 1014 – 1022

W.cm) .

Semikonduktor merupakan material zat padat yang memiliki harga resistivitas antara

10-2 – 109 W.cm. Terdapat dua jenis tipe semikonduktor yaitu semikonduktor

intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik. Semikonduktor intrinsik merupakan

semikonduktor murni tanpa atom pengotor, sedangkan semikonduktor ekstrinsik

merupakan semikonduktor yang telah diberi atom pengotor. Pemberian atom pengotor

pada semikonduktor dapat menyebabkan munculnya dominasi muatan pembawa.Bila

konsentrasi elektron lebih banyak dari konsentrasi hole maka akan terbentuk

semikonduktor tipe-n demikian pula sebaliknya bila hole lebih banyak dari elektron

maka akan terbentuk semikonduktor tipe-p. Pada awal perkembangannya bahan

semikonduktor yang pertama kali dieksplorasi

adalah Germanium, namun sampai saat ini bahan semikonduktor yang banyak diteliti

untuk bahan baku pembuatan divais elektronik maupun optoelektronik adalah Silikon

dengan pertimbangan bahan silikon cukup melimpah di alam ini dan harganya relatif

murah.

pdf Machine













Semikonduktor dapat juga disebut sebagai suatu material yang memiliki sifat

konduktivitas listrik diantara konduktor dan isolator. 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. Semikonduktor adalah unsur yang susunan atomnya memiliki elektron valensi

lebih dari 1 dan kurang dari 8. Tentu saja yang paling "semikonduktor" adalah unsur

yang atomnya memiliki 4 elektron valensi.

A. SEMIKONDUKTOR MURNI

Semikonduktor murni atau biasa disebut semikonduktor intrinsic adalah material

semikonduktor dimana tiap-tiap atomnya berikatan kovalen satu sama lain

membentuk suatu struktur kristal yang biasa disebut lattice, semikonduktor intrinsic

memiliki sifat yang mendekati sebuah material isolator, dimana, pita valensi dan pita

konduksinya terpisahkan oleh gap energi yang kecil. Silikon dan germanium

merupakan dua jenis semikonduktor yang sangat penting dalam elektronika.

Keduanya terletak pada kolom empat dalam tabel periodik dan mempunyai elektron

valensi empat. Struktur kristal silikon dan germanium berbentuk tetrahedral dengan

setiap atom memakai bersama sebuah elektron valensi dengan atom-atom

tetangganya.

B. SEMIKONDUKTOR TIPE - N

pdf Machine













Untuk merubah jumlah pembawa muatan, semikonduktor intrinsic harus diberi

pengotor atau impurities. Pengotor akan menciptakan sebuah tingkatan energi diantara

pita valensi dan pita konduksi. Semikonduktor tipe-n dapat dibuat dengan

menambahkan sejumlah kecil atom pengotor pentavalen (antimony, phosphorus atau

arsenic) pada silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai lima

elektron valensi sehingga secara efektif memilikimuatan sebesar +5q. Saat sebuah

atom pentavalen menempati posisi atom silicon dalam kisi kristal, hanya empat

elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah

elektron yang tidak berpasangan. Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa

elektron ini akan menjadi electron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam

proses hantaran listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut

semikonduktor tipe-n karena menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang

netral. Karena atom pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut

sebagai atom donor. Secara skematik semikonduktor tipe-n digambarkan seperti

terlihat pada gambar di bawah ini.

pdf Machine













C. SEMIKONDUKTOR TIPE-P

Dengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p

dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecif atom pengotor trivalen

(aluminium, boron, galium atau indium) pada semikonduktor murni, misalnya silikon

murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai tiga elektron valensi sehingga

secara efektif hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat sebuah atom trivalen

menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, terbentuk tiga ikatan kovalen

lengkap, dan tersisa sebuah muatan positif dari atom silikon yang tidak berpasangan

(lihat Gambar 5) yang disebut lubang (hole). Material yang dihasilkan dari proses

pengotoran ini disebut semikonduktor tipe- p karena menghasilkan pembawa muatan

negatif pada kristal yang netral. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom

pengotor ini disebut sebagai atom aseptor (acceptor ). Secara skematik semikonduktor

tipe- p digambarkan seperti terlihat pada Gambar 5.

Jika semikonduktor tipe-p dan tipe-n digabungkan maka pada sembungan akan terjadi

proses difusi akibat ketidak seimbangan muatan diantara kedua materialsemikonduktor, semua hole pada sambungan akan terisi oleh electron sehingga tidak

ada lagi electron bebas. Difusi ini menyebabkan terbentuknya lapisan pengosongan

atau deplesi, pada lapisan ini semikonduktor kembali pada sifat isolatornya. Jika

ujung tipe-n disambungkan dengan kutub negative suatu tegangan dan tipe-p

disambungkan dengan kutub positif tegangan, maka electron pada lapisan deplesi

pdf Machine













akan terdorong keluar dari hole dan kembali menjadi elekron bebas sedangkan hole

yang ditinggalkannya akan terisi kembali oleh electron (terjadi rekombinasi) dari tipe-

n begitu seterusnya.

Pada sebagian besar konduktor logam, hubungan arus yang mengalir dengan potensial

diatur oleh Hukum Ohm. Ohm menggunakan rangkaian percobaan sederhana

menggunakan rangkaian sumber potensial secara seri, mengukur besarnya arus yang

mengalir dan menemukan hubungan linier sederhana, dituliskan sebagai :

Dimana :

V = tegangan (Volt)

I = arus ( A)

R = hambatan (ohm)

dimana R = V/I disebut hambatan dari beban. Nama ini sangat cocok karena R

menjadi ukuran seberapa besar konduktor tersebut menahan laju aliran elektron.

Berlakunya hukum ohm sangat terbatas pada kondisi-kondisi tertentu, bahkan hukum

ini tidak berlaku jika suhu konduktor tersebut berubah. Untuk material-material atau

piranti elektronika tertentu seperti diode dan transistor, hubungan I dan V tidak linier.

III. PERALATAN

1. Bahan Semikonduktor

2. Amperemeter

3. Voltmeter

4.

Variable Power Supply5. Camcorder

6. Unit PC

7. DAQ dan perangkat pengendali otomatis

IV. PROSEDUR EKSPERIMEN

pdf Machine













Praktikan mengakses situs sitrampil.ui.ac.id lalu mengklik opsi r-lab, setelah itu

memilih percobaan V I semikonduktor lalu mengklik “link ke r -lab” serta melakukan

langkah-langkah selanjutnya sebagai berikut:

1. Menyalakan video

2. Memberikan beda potensial dengan memberi tegangan V1

3. Mengaktifkan Power supply/baterai dengan mengklik radio button di sebelahnya

4. Mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan ketika video

sedang menunjukkan angka 0

5. Langkah 3 hingga 5 diulangi untuk beda potensial V2 hingga V8

pdf Machine













DATA PENGAMATAN

V. HASIL DAN EVALUASI

A. Nilai Rata-Rata Beda Potensial dan Arus yang Terukur

Berikut ini adalah tabel untuk nilai rata-rata yang diperoleh dari beda potensial

yang terukur dan arus yang terukur, mulai dari V1 hingga V8

A1. V1

Tegangan rata-rata =

Arus rata-rata =

A2. V2

V

(volt)

I

(mA)

0.94 7.82

0.94 7.82

0.94 7.82

0.94 7.82

0.94 7.82

Tegangan rata-rata =

Arus rata-rata =

V

(volt)

I

(mA)

0.45 3.91

0.45 3.91

0.45 3.91

0.45 3.91

0.45 3.91

pdf Machine













A3. V3

V

(volt)

I

(mA)

1.37 11.73

1.37 11.731.37 11.73

1.37 11.73

1.37 11.73

Tegangan rata-rata =5

37,137,137,137,137,1 = 1,37 V

Arus rata-rata =

5

73,1173,1173,1173,1173,11 =11,73 mA

A4. V4


56,155,154,155,155,1 = 1,55 V

Tegangan Rata-Rata = 55,15

56,155,154,155,155,1

V

Arus rata-rata =5

36,1336,1336,1336,1336,13 = 13,36 mA

A5. V5

V

(volt)

I

(mA)

2.28 19.88

2.27 20.53

2.27 20.20

2.27 20.20

2.27 20.53

V

(volt)

I

(mA)

1.55 13.36

1.55 13.36

1.54 13.36

1.55 13.36

1.56 13.36

pdf Machine














27,227,227,227,228,2 = 2,27 V

Arus rata-rata =5

53,2020,2020,2053,2088,19 = 20,27 mA

A6. V6

V

(volt)

I

(mA)

2.86 26.39

2.86 26.72

2.86 26.72

2.85 27.04

2.85 27.37


85,285,286,286,286,2 = 2,86 V

Arus rata-rata =5

37,2704,2772,2672,2639,26 = 26,8 mA

A7. V7

V

(volt)

I

(mA)

3.17 30.95

3.17 30.30

3.16 31.61

3.16 31.61

3.17 31.28


17,316,316,317,317,3

= 3,2 V

Arus rata-rata =

5

28,3161,3161,3130,3095,3031,2 mA

pdf Machine













A8. V8

V

(volt)

I

(mA)

3.62 35.84

3.61 36.173.60 36.82

3.60 37.15

3.59 37.80


59,360,360,361,362,3 = 3,6 V

Arus rata-rata =

5

80,3715,3782,3617,3684,35 = 36,8 mA

B. Grafik V vs I

C. Nilai Hambatan (ohm) pada Rangkaian

BedaPotensial V Rata-rata(volt) R Rata-rata(Ω) I Rata-rata(A)

V1 0,45 115,09 3,91 x 10-3

V2 0,94 120,20 7,82 x 10-3

V3 1,37 116,79 11,73 x 10-3

V4 1,55 116,02 13,36 x 10-3

V5 2,27 111,99 20,27 x 10-3

V6 2,86 106,72 26,8 x10-3

Hubungan Tegangan dan Arus Listrik

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Tegangan Listrik (V)

A r u s L i s t r i k ( m

A )

pdf Machine













V7 3,2 102,56 31,2 x 10-3

V8 3,6 97,83 36,8 x 10-3

VI. ANALISIS

A. ANALISIS PERCOBAAN

Praktikum mengenai karakteristik V I bahan semikonduktor ini dilakukan oleh

praktikkan melalui remote laboratory (Rlab) pada website http://sitrampil.ui.ac.id.

Melalui Rlab praktikkan tidak perlu datang ke laboratorium untuk melakukan

percobaan, melainkan hanya dengan mengakses internet dimanapun praktikkan itu

berada, asakan pada tempat tersebut terdapat koneksi internet.

Alat-alat yang dibutuhkan untuk praktikum telah terpasang secara otomatis.

Praktikkan hanya tinggal mengaktifkan video untuk melihat cara kerja alat-alat

tersebut. Langkah pertama, praktikkan mengklik untuk memilih besar beda potensial

yang akan digunakan (dalam hal ini, terdapat delapan beda potensial yang teresedia

untuk diuji). Setelah itu, praktikkan mengklik radio button power supply/baterai untuk

mengaktifkan power supply sehingga terdapat sumber tegangan yang mengalir pada

rangkaian. Praktikkan lalu memperhatikan video dan menunggu hingga video yangsecara bergantian memperlihatkan angka 0 dan 1, menunjukkan angka 0. Tepat ketika

video menunjukkan angka 0, praktikkan mengklik radio button “ukur” untuk

mengukur beda potensial dan arus yang terjadi pada rangkaian. Praktikkan lalu

mengulangi langkah-langkah di atas untuk beda potensial lainnya (V2 hingga V8).

Setelah selesai melakukan percobaan, praktikkan mendownload tabel data yang berisi

tegangan dan arus terukur. Untuk masing-masing beda potensial terdapat lima buah

data, sehingga total data yang diperoleh praktikkan adalah 40 data. Percobaan ini

dilakukan dengan delapan variasi beda potensial demi mendapatkan pengukuran yang

akurat.

Pada percobaan kali ini, mungkin terdapat beberapa kesalahan yang dilakukan oleh

praktikkan mulai dari langkah pertama sampai langkah terakhir. Pada langkah

pdf Machine













pertama menyalakan video, beberapa praktikkan lupa untuk menyalakan atau sudah

menyalakan tetapi tidak bisa karena pada PC atau laptop nua belum terpasang aplikasi

yang cocok untuk menampilkan video. Hal ini berakibat pada langkah pengukuran,

dimana praktikkan tidak dapat dengan mengukur beda potensial dan tegangan yang

tepat karena tidak bisa melihat kapan rangkaian menunjukkan angka 0 dan 1.

Praktikkan bisa saja mengklik tombol “ukur” ketika rangkaian listrik menunjukkan

angka 1. Padahal untuk memperoleh data yang tepat, pengukuran harus dilakukan

ketika rangkaian menunjukkan angka 0.

Ketika video sudah terpasang dan dapat dilihat oleh praktikkan dengan baik, masih

ada satu kesalahn lagi yang mungkin dilakukan oleh praktikkan. Kali ini kesalahan

murni berupa human error, yaitu ketidaktepatan dalam mengklik tombol ukur. Hal ini

terjadi angka 0 dan 1 pada rangkaian bergantian dalam selang waktu yang cukup

singkat sehingga sulit untuk memprediksikan kapan angka-angka tersebut akan

berganti.

B. ANALISIS HASIL

Percobaan R-Lab LR03 mengenai karakteristik tegangan dan arus bahan

semikonduktor ini menggunakan delapan beda potensial, V1, V2, V3, V4, V5, V6,

V7, V8. Masing-masing beda potensial tersebut menghasilkan 5 variasi nilai tegangan

(volt) dan arus listrik (dihasilkan dalam mA) sehingga dihasilkan total data berjumlah

40 tegangan dan 40 arus listrik yang berbeda-beda.

Pertama-tama praktikkan mengolah data dengan mencari nilai rata-rata tegangan dan

nilai rata-rata arus listrik dari masing-masing beda potensial yang kemudian

didapatkan 8 nilai rata-rata tegangan dan arus listrik. Untuk diketahui, rata-rata untuk

tegangan diperoleh menggunakan rumus , sedangkan untuk rata-rata

arus listrik diperoleh dengan . . Setelah itu praktikkan mengolah data untuk

mencari nilai hambatan rata-rata untuk setiap hasil V rata-rata dan I rata-rata yang

diperoleh dengan menggunakan rumus I

V R

Hasil pengolahan data yang dipeorleh adalah sebagai berikut :

pdf Machine













Beda

Potensial

V Rata-rata

(volt)

R Rata-rata

(Ω)

I Rata-rata

(A)

V1 0,45 115,09 3,91 x 10-3

V2 0,94 120,20 7,82 x 10-3

V3 1,37 116,79 11,73 x 10-3

V4 1,55 116,02 13,36 x 10-3 V5 2,27 111,99 20,27 x 10

-3

V6 2,86 106,72 26,8 x10-3

V7 3,2 102,56 31,2 x 10-3

V8 3,6 97,83 36,8 x 10-3

Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa tegangan yang diberikan praktikan kepada

rangkaian semakin besar. Ini berarti beda potensial rangkaian semakin besar dan

panas yang melewati bahan semikonduktor juga semakin besar. Bahan semikonduktor

yang tersambung pada rangkaian akan menimbulkan disipasi panas ketika dilewati

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

Berkurangnya nilai hambatan bahan semikonduktor ini juga dapat dilihat dari tabel di

atas. Semakin besar tegangan yang diberikan dan semakin besar arus yang melewati

bahan semikonduktor, semakin kecil tegangannya. Hal ini juga dapat dijelaskan

dengan hukum ohm, dimana nilai hambatan akan sebanding dengan besar tegangan

dibagi arus listrik yang melewati rangkaian.

C. ANALISIS GRAFIK

Pada grafik hubungan tegangan (V) rata-rata dengan arus listrik (I) rata-rata di atas

dapat dilihat bahwa terjadi kecenderungan grafik untuk naik secara konstan. Hal ini

menunjukkan beda potensial berbanding lurus dengan arus listrik, yang

Hubungan Tegangan dan Arus Listrik

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Tegangan Listrik (V)

A r u s L i s t r i k ( m A )

pdf Machine













mengakibatkan semakin besarnya suatu beda potensial dari suatu semikonduktor

maka semakin besar juga arus listrik yang mengalir pada benda tersebut.Semakin

besar nilai tegangan maka semakin besar pula nilai arus yang diperoleh, begitu pula

sebaliknya atau dapat dikatakan berbanding lurus. Hal ini sesuai dengan rumus:

VII. KESIMPULAN

Semikonduktor merupakan bahan yang dapat bersifat isolator maupun

konduktor.

Besar tegangan dan arus listrik yang melalui bahan semikonduktor

berbanding lurus

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

dengan menggunakan rumus :

Berlakunya hukum ohm sangat terbatas pada kondisi-kondisi tertentu,

bahkan hukum ini tidak berlaku jika suhu konduktor tersebut berubah. Untuk

material-material atau piranti elektronika tertentu seperti diode dan

transistor, hubungan I danV tidak linier.

VIII. REFERENSI

Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ,

2000.

Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition,

John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005

Tim Guru. Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangroe Aceh

Darussalam. Diambil dari website (diakses tanggal 27 Oktober 2011)

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

http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory/kuliah/view_experiment.php?id=6914&exp=53

(diakses tanggal 27 Oktober 2011)

pdf Machine













LAMPIRAN DATA

V

(volt)

I

(miliAmpere)

0.45 3.91

0.45 3.91

0.45 3.91

0.45 3.91

0.45 3.91

0.94 7.82

0.94 7.82

0.94 7.82

0.94 7.82

0.94 7.82

1.37 11.73

1.37 11.73

1.37 11.73

1.37 11.73

1.37 11.73

1.55 13.36

1.55 13.36

1.54 13.36

1.55 13.36

1.56 13.36

2.28 19.88

2.27 20.53

2.27 20.2

2.27 20.2

2.27 20.53

2.86 26.39

2.86 26.72

2.86 26.72

2.85 27.04

2.85 27.37

3.17 30.95

3.17 30.3

3.16 31.61

3.16 31.61

3.17 31.283.62 35.84

3.61 36.17

3.6 36.82

3.6 37.15

3.59 37.8

pdf Machine


Produce quality PDF files in seconds and preserve the integrity of your original documents Compatible across






Praktikum LR03

Documents

Transcript of Praktikum LR03