PETUNJUK PRAKTIKUM

“EFEK HALL”

I. JUDUL PRAKTIKUM

Efek Hall

II. TUJUAN

1) Menentukan besar koefisien Hall dari suatu bahan semikonduktor

2) Melukiskan grafik hubungan antara arus (I) terhadap tegangan Hall (

U H ¿

III. LANDASAN TEORI

Bahan semikonduktor memiliki pengaruh yang sangat besar

terhadap perkembangan teknologi elektronika. Hampir setiap peralatan

elektronika yang kita pakai saat ini seperti handphone, televisi, komputer

merupakan hasil dari teknologi semikonduktor. Bahan semikonduktor

adalah bahan penghantar listrik yang mungkin tidak sebaik bahan

konduktor tetapi tidak seburuk bahan isolator yang samasekali tidak dapat

menghantarkan arus listrik. Kemampuan menghantarkan arus listrik bahan

semikonduktor berada diantara konduktor dan isolator. Namun

semikonduktor berbeda dengan resistor, terkadang bahan semikonduktor

bisa menjadi konduktor jika diberikan arus listrik tertentu, suhu tertentu,

dan juga cara tertentu.

Sebenarnya banyak bahan-bahan dasar yang dapat digolongkan

sebagai bahan semi konduktor, tetapi yang paling sering digunakan

sebagai bahan dasar komponen elektronika hanya beberapa jenis saja

seperti silikon, selenium, germanium, dan metal oxides. Untuk memroses

bahan-bahan semikonduktor tersebut menjadi komponen elektronika maka

perlu dilakukan suatu proses yang disebut proses “doping” yaitu proses

menambahkan ketidakmurnian pada bahan semikonduktor yang murni

sehingga dapat merubah sifat atau karakteristik kelistrikannya. Beberapa

bahan yang dapat digunakan untuk menambahkan ketidakmurnian

semikonduktor antara lain: arsenik, indium, dan antimony. Bahan tersebut

sering disebut sebagai dopant, sedangkan semikonduktor yang sudah

melalui proses doping disebut sebagai semikonduktor ekstrinsik.

Sedangkan semikonduktor yang yang masih murni atau belum dicampuri

dengan unsur lain ketika proses pembuatan dinamakan dengan

semikonduktor intrinsik.

Besaran karakteristik pada bahan semikonduktor dapat

diidentifikasi salahsatunya dengan uji efek hall. Efek Hall adalah peristiwa

membeloknya arus listrik dalam pelat semikonduktor karena adanya

pengaruh medan magnet. Peristiwa ini pertama kali ditemukan oleh

ilmuwan bernama Dr. Edwin Hall pada tahun 1879. Efek Hall ini

disebabkan oleh gaya pembawa muatan positif dan pembawa muatan

negatif akan cenderung mengarah ke kanan ketika pembawa muatan ini

hanyut disepanjang pelat logam atau semikonduktor. Hal ini yang akan

menyebabkan terjadinya beda potensial kecil (mV). Uji efek Hall ini bisa

digunakan untuk menentukan besar koefisien Hall dari bahan

semikonduktor tersebut, sedangkan koefisian Hall dapat digunakan untuk

menghitung nilai-nilai besaran fisis karakter dari semikonduktor sebagai

pembanding antara semikonduktor satu dengan yang lainnya.

Efek Hall adalah efek berbeloknya aliran listrik (elektron) dalam

pelat konduktor karena pengaruh medan magnet. Kejadiannya mengikuti

hukum “tangan kanan” atau Gaya Lorentz mengenai interaksi arah medan

magnet dengan arah arus listrik. Efek Hall ini didasarkan pada efek medan

magnetik terhadap partikel bermuatan yang bergerak. Ketika ada arus

listrik yang mengalir pada pelat konduktor, Efek Hall yang ditempatkan

Gambar 1. Ilustrasi fenomena efek Hall

dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik, pergerakan

pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan akumulasi muatan

listrik pada kedua sisi pelat tersebut akan menghasilkan medan listrik.

Sebuah pelat penghantar medan magnet seperti pada gambar 1,

yang arahnya tegak lurus arus ke arah dalam, maka muatan pada pelat

konduktor akan mengalami gaya Lorentz. Muatan negatif akan mengalami

gaya Lorentz ke arah kanan seperti terlihat pada gambar 1, maka pada

bagian kanan pelat konduktor seolah-olah akan berjajar muatan negatif

(kutub negatif), sedangkan muatan positif akan mengalami gaya Lorentz

ke arah kiri, maka pada bagian kiri pelat konduktor seolah-olah akan

berjajar muatan positif (kutub positif). Oleh karena itu akan timbul medan

listrik dan beda potensial pada penghantar. Hasil keluaran dari efek hall ini

akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional dengan kekuatan

medan magnet yang dideteksi. Semakin besar kekuatan medan magnet

yang dideteksi oleh efek Hall akan menyebabkan pembelokan arah arus

listrik akan semakin besar dan beda potensial yang dihasilkan di antara

kedua sisi elektroda pelat konduktor sensor efek Hall juga akan semakin

besar. Secara keseluruhan fenomena ini lebih dikenal dengan sebutan efek

Hall. Besarnya beda potensial ini merupakan tegangan hall (U H) nilai U H

ini dapat dinyatakan dengan:

U H=( RH B

t ) I

Sedangkan konstanta Hall (RH ¿ dapat dinyatakan dengan:

RH=UH t

I B

Dimana:

U H= tegangan Hall (mV)

RH=¿ koefisien Hall

B= kerapatan fluks medan magnet (T)

I=¿ arus listrik pada bahan semikonduktor (A)

t=¿ tebal bahan konduktor (m)

IV. ALAT DAN BAHAN

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah

sebagai berikut.

1. Modul Hall

2. Unit 3B NETlogTM

3. Pelat semikonduktor

4. Power supply

5. Sensor medan magnetik

6. Transformer

7. Console

8. Kabel

V. LANGKAH-LANGKAH PERCOBAAN

Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam percobaan ini

adalah sebagai berikut.

1. Siapkan semua alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan

ini.

2. Masukkan bahan semikonduktor ke papan rangkaian lalu masukkan

papan rangkaian ke console.

3. Hubungkan keluaran arus AC transformer ke power supply input dan

pilih tegangan pada transformer sebesar 12 V

4. Hubungkan kumparan dengan power supply DC

5. Hubungkan soket kumparan dari satu sisi kumparan ke kumparan

lainnya

6. Hubungkan sensor medan magnetik ke console dan kemudian ke unit

3B NETlogTM

7. Tekan tombol IP dan UH pada console dan atur besarnya kuat arus yang

mengalir pada bahan semikonduktor yang digunakan dengan mengatur

tombol trimmer IP

8. Hidupkan power supply DC dan atur sebagai kuat arus listrik tetap.

9. Ubah nilai IP dengan memutar trimmer IP

10. Lihat nilai B pada unit 3B NETlogTM

11. Tekan tombol UH kembali dan lihat tegangan hall pada layar

pengamatan yang ada di console.

12. Ulangi langkah 9 sampai 11 sebanyak lima kali dengan memvariasikan

nilai IP

13. Catat nilai IP, B, dan UH pada tabel seperti dibawah ini.

No IP (A) U H (mV) B (Tesla)

1

2

3

4

5

VI. TEKNIK ANALISIS DATA

Adapun teknik analisis data yang digunakan dalam analis data pada

percobaan ini adalah sebagai berikut:

a. Secara Kuantitatif

1) Menentukan nilai Rh dari data yang diperoleh menggunakan teknik

regresi linier, yaitu:

y = mx + c

dimana, y = Uh dan x = I

2) Untuk mencari nilai m digunakan persamaan sebagai berikut

m=N∑ ( X iY i )−(∑ X i )(∑Y 1 )

N ∑ X i2−(∑ X i )

2

Simpangan baku dari m adalah Δm, ditentukan dengan persamaan:

Δm=S y √ N

N∑ X i2−(∑ X i)

2

Sy adalah hipotesis terbaik untuk nilai Δm terhadap garis lurus

Y i=mX i yang dapat dihitung dengan persamaan :

S y2= 1

N−2 [∑Y i2−

∑ X i2 (∑ Y 1)

2−2∑ X1∑ ( X i Y i )∑Y i+N (∑ X i Y i )2

N∑ X i2−(∑ X1 )

2 ]Selanjutnya untuk memudahkan menghitung Sy, ∆b dan b maka

data dapat disajikan dalam tabel di bawah ini:

NOXi = I (A)

Yi = Uh (V) X12 Yi

2 XiYi

1 ...... ...... ...... ...... ......

2 ...... ...... ...... ...... ......

3 ...... ...... ...... ...... ......

4 ...... ...... ...... ...... ......

5 ...... ...... ...... ...... ......

Jumla

h

...... ...... ...... ...... ......

3) Menentukan nilai Rh dengan persamaan sebagai berikut.

RH=UH t

I B

U H=( RH B

t ) I

Maka 𝑚 = ( RH B

t ) ,dengan demikian dapat dicari koefisien hall,

Rh=mtB

4) Untuk mencari nilai simpangan baku d=ari Rh digunakan persmaan

berikut.

ΔRh = |∂ Rh∂ m

. ∆ m|+ |∂ Rh∂ B

. ΔB|Jadi nilai dari koefesien hall (Rh) adalah Rh = (Rh ± ∆ Rh )

5) Selanjutnya menentukan nilai kesalahan relatif (KR)

KR = ∆ RhRh

x 100 %

6) Dan terakhir adalah menentukan keakuratan dari percobaan yang

kita lakukan

Keakuratan = 100% - [( Rh−RhstdRhstd ) x100 % ]\

b. Secara kualitatif

Teknik analisis data secara kulatitatif yaitu menentukan hubungan

antara tegangan efek hall dengan kuat arus yang mengalir pada

rangkaian dengan cara melukiskan grafik hubungan antara I dan Uh

berdasarkan data yang diperoleh.

VII. DATA PERCOBAAN

B = 0,089 T

Tebal Bahan (t) = 1 mm

Tabel 1.

NO I (mA) UH (mV)

1 -1,5 0

2 -1,0 0,1

3 -0,5 0,3

4 0 0,4

5 0,5 0,5

6 1,0 0,7

7 1,5 0,8

8 2,0 0,9

9 2,5 1,0

10 3,0 1,2

VIII. ANALISIS DATA

1. Menentukan nilai Rh dari data yang diperoleh menggunakan teknik

regresi linier, yaitu:

y = mx + c

dimana, y = Uh dan x = I

Untuk mencari nilai m digunakan persamaan sebagai berikut

m=N∑ ( X iY i )−(∑ X i )(∑Y 1 )

N ∑ X i2−(∑ X i )

2

Untuk menghitung nilai m digunakan tabel bantuan di bawah ini.

No xi (I) yi (UH) xiyi xi2 yi2

1 -0,0015 0 0 0,00000225 0

2 -0,001 0,0001 -0,0000001 0,000001 0,00000001

3 -0,0005 0,0003 -0,00000015 0,00000025 0,00000009

4 0 0,0004 0 0 0,00000016

5 0,0005 0,0005 0,00000025 0,00000025 0,00000025

6 0,001 0,0007 0,0000007 0,000001 0,00000049

7 0,0015 0,0008 0,0000012 0,00000225 0,00000064

8 0,002 0,0009 0,0000018 0,000004 0,00000081

9 0,0025 0,001 0,0000025 0,00000625 0,000001

10 0,003 0,0012 0,0000036 0,000009 0,00000144

∑ 0,0075 0,0059 0,0000098 0,00002625 0,00000489

Maka n

Maka nilai m adalah

m = 10 x 9,8 x10−6−(7,5 x5,9 ) x10−3

10 x26,25−7,52

m = 98 x10−6−44,25 x 10−3

(262,5 ) x 10−6−(56,25)10−6

m = 0,261

Menentukan nilai Δm

Simpangan baku dari m adalah Δm, ditentukan dengan persamaan:

Δm=S y √ N

N∑ X i2−(∑ X i)

2

S y2= 1

N−2 [∑Y i2−

∑ X i2 (∑ Y 1)

2−2∑ X1∑ ( X i Y i )∑Y i+N (∑ X i Y i )2

N∑ X i2−(∑ X1 )

2 ]Untuk mencari nilai delta m kita dapat menggunakan tabel bantuan kembali

Sy2 =

110−2

¿

= 18 [4,89 x10−6−1,0068x 10−9

2,0625x 10−4 ] = 0,125 (4,89 x 10−6 - 4,88 x 10−6)

= 1,03 x 10-9

Sy = √1,03 x10−9

= 3,21 x 10-5

Sehingga nilai dari Δm adalah

Δm = 3,21 x 10-5√ 10

10 . (26,25−6 )−¿¿¿

= 0,71 x 10-2

Sehingga nilai Rh dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut.

RH=UH t

I B

U H=( RH B

t ) I

Maka 𝑚 = ( RH B

t ) ,dengan demikian dapat dicari koefisien hall,

Rh=mtB

Rh=0,261x 10,089

Rh = 2,92 V.m/A.TSelanjutnya mencari nilai ΔRh

ΔRh = |∂ Rh∂ m

. ∆ m|+ |∂ Rh∂ B

. ΔB|ΔRh =

−1

m2t. ∆ m+ 1

mt . ΔB

ΔRh = −1

0,2612. 0,001. 0,71 x 10−2+ 1

0,261. 0,001 . 0,001

ΔRh =