LAPORAN PRAKTIKUM

Nama : Ratri Kirana Prabaningtyas

NPM : 1206202154

Grup : A6

Fakultas : Teknik

Departemen/Prodi : Teknik Kimia/Teknik Kimia

Nomor Percobaan : LR 03

Nama Percobaan : Karakteristik VI Semikonduktor

Minggu Percobaan : 2

Tanggal Percobaan : 25 September 2013

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD)

UNIVERSITAS INDONESIA

Depok

Karakteristik VI Semikonduktor

I. Tujuan Percobaan

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

semikonduktor.

II. Peralatan

Peralatan yang digunakan pada percobaan ini yaitu :

1. Bahan semikonduktor

2. Amperemeter

3. Voltmeter

4. Variable Power Supply

5. Camcorder

6. Unit PC

7. DAQ dan perangkat kendali otomatis

III. Prinsip Dasar

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di

antara isolator dan konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan

setengah penghantar listrik. Suatu semikonduktor bersifat sebagai isolator jika

tidak diberi arus listrik dengan cara dan besaran arus tertentu, namun pada

temperatur, arus tertentu, tatacara tertentu dan persyaratan kerja semikonduktor

berfungsi sebagai konduktor, misal sebagai penguat arus, penguat tegangan dan

penguat daya. Semikonduktor adalah atom yang berisi empat elektron valensi.

Karena jumlah elektron valensi di dalam semikonduktor adalah ditengah antara

satu (konduktor) dan delapan (isolator) maka atom semikonduktor bukan

konduktor yang baik dan bukan isolator yang baik.Untuk menggunakan suatu

semikonduktor supaya bisa berfungsi harus tahu spefikasi dan karakter

semikonduktor itu, jika tidak memenuhi syarat operasinya maka akan tidak

berfungsi dan rusak. Bahan semikonduktor yang banyak digunakan

adalah silikon (Si), germanium (Ge), dan karbon (C). Silikon dan germanium

digunakan untuk membuat komponen-komponen zat padat (solid state),

sedangkan karbon terutama untuk membuat resistor dan potensiometer.

Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya

yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut pendonor

elektron).

Bila tidak ada gaya luar yang menyebabkan konduksi, cacah elektron dan proton

adalah sama. Karena muatan elektron(negatif) dan proton (positif) adalah sama

dan berlawanan maka muatan netto pada atom adalah nol. Bila atom kehilangan

elektron valensi maka muatan atom menjadi positif, sebaliknya bila menerima

elektron, muatan netto menjadi negatif. Semikonduktor terbagi atas dua yaitu

semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik.

1. Semikonduktor Intrinsik

Atom-atom semikonduktor yang mempunyai empat elektron valensi tersusun

sebagai kristal tetrahedral oleh adanya ikatan kovalen dengan mekanisme

hantarannya digunakan gambaran dua dimensi susunan kristalnya. Lingkaran

dengan tanda +4 melukiskan ion semikonduktor yakni atom beserta elektron-

elektronnya selain empat elektron valensi. Ikatan kovalen dilukiskan dengan

garis lengkung dengan dua elektron valensi di dalamnya. Pada suhu 0 K,

elektron valensi terikat erat dengan ikatan kovalen dan tidak ada elektron

bergerak bebas. Kalau suhu kristal dinaikkan sehingga ada elektron yang

kenaikan tenaga termalnya melebihi celah tenaga maka elektron-elektron ini

akan meloncat ke bidang konduksi menjadi elektron bebas.

Kalau pada suatu ikatan kovalen terbentuk lubang maka elektron valensi dari

atom yang berdekatan akan melepaskan diri dari ikatan kovalen untuk mengisi

lubang tersebut. Elektron ini akan meninggalkan lubang pada tempat yang

ditinggalkan. Maka lubang akan bergerak dengan arah yang berlawanan

dengan elektron. Maka semikonduktor intrinsik pada suhu 0K bersifat sebagai

isolator, dan pada suhu yang sangat tinggi bersifat sebagai konduktor karena

terjadi pembentukan pasangan elektron bebas dan lubang yang banyaknya

sama dan berlaku sebagai pembawa muatan.

2. Semikonduktor Ekstrinsik

Untuk menyusun peralatan elektronik diperlukan bahan yang kaya akan satu

jenis pembawa muatan saja yaitu lubang saja atau elektron saja. Untuk itu

diperlukan doping, yakni memasukkan atom asing bervalensi 5 atau 3 dengan

prosentasi kecil sehinga dihasilkan semikonduktor ekstrinsik. Adapun

semikonduktor terbagi atas 2 yaitu semikonduktor tipe n dan semi kondutor

tipe p. Pada semikonduktor tipe n diperoleh dengan doping atom asing

bervalensi 5, seperti fosfor(P), arsen(As), dan antimon(Sb), kedalam

semikonduktor intrinsik. Atom valensi 5 ini disebut sebagai atom donor

karena dalam membentuk ikatan kovalen dibebaskan kelebihan elektronnya.

Atom donor setelah membebaskan satu elektron valensi menjadi ion positif

yang terikat ditempat.Pada semikonduktor tipe p diperoleh dengan doping

atom asing bervalensi 3, seperti boron (B), alumunium (Al) dan galim (Ga) ke

dalam semikonduktor instrinsik. Atom bervalensi 3 ini disebut sebagai atom

akseptor, karena untuk membentuk ikatan kovalen memperoleh sebuah

elektron. Karena menerima sebuah elektron, maka atom akseptor ion menjadi

elektron-elektron negatif yang terikat pada tempatnya masing-masing.

IV. Cara Kerja

1. Untuk memulai praktikum Rlab ini, praktikan dapat meng-klik tombol “link ke

RLAB” pada bagian bawah modul LR03.

2. Mengaktifkan video streaming untuk melihat tegangan awal

3. Memastikan tegangan mendekati nol saat akan mengambil data

4. Mengatur pemilihan tegangan supply rangkaian ke V1

5. Menghidupkan power supply

6. Mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan

7. Mengulangi langkah 3 hingga 5 untuk beda potensial V2 hingga V8

Catatan : Data yang diperoleh adalah data terakhir yang dihasilkan rangkaian

apabila praktikan mengukur arus yang terukur beberapa kali dengan memberikan

tegangan supply yang sama pada interval waktu yang berbeda pada satu periode

percobaan.

V. Data Hasil Percobaan

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, didapatkan data hasil percobaan

berupa tabel tegangan dan arus

Tegangan V(volt) I(mA)

V1

0.32 2.61

0.32 2.61

0.32 2.28

0.32 2.61

0.32 2.61

V2

0.77 5.87

0.77 5.87

0.77 5.54

0.77 5.54

0.77 5.54

V3

1.31 9.45

1.32 9.45

1.33 9.78

1.33 9.78

1.34 9.78

V4

1.89 14.01

1.89 13.69

1.89 14.01

1.89 14.34

1.89 14.34

V5

2.29 17.6

2.29 17.6

2.29 17.6

2.29 17.27

2.28 17.6

V6

2.89 22.81

2.88 22.81

2.88 22.81

2.88 23.13

2.87 23.46

V7

3.15 25.42

3.16 25.42

3.16 25.42

3.15 25.74

3.15 26.07

V8

3.7 30.95

3.69 31.28

3.68 31.93

3.68 32.26

3.67 32.58

VI. Pengolahan Data dan Evaluasi

Berdasarkan data hasil percobaan yang diperoleh diatas, kita dapat melakukan

pengolahan data. Dapat diketahui bahwa data yang dihasilkan adalah berupa 40

data arus listrik (I) dari delapan jenis tegangan yang berbeda (V), yang artinya

dilakukan 5 kali pengukuran arus per tegangan. Namun, pada data terlihat bahwa

pada beberapa penetapan terjadi perbedaan walaupun besarnya tidak signifikan.

Oleh karena itu kita dapat menghitung nilai rata-rata masing-masing beda

potensial dan arus yang dihasilkan dengan rumus

Tegangan rata-rata

Arus rata-rata

A. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V1

B. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V2

V (Volt) V rata-rata

(Volt) I (mA) I rata-rata (mA)

0.77

0.77

5.87

5.67

0.77 5.87

0.77 5.54

0.77 5.54

0.77 5.54

V (Volt) V rata-rata

(Volt) I (mA) I rata-rata (mA)

0.32

0.32

2.61

2.54

0.32 2.61

0.32 2.28

0.32 2.61

0.32 2.61

C. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V3

V (Volt) V rata-rata

(Volt) I (mA) I rata-rata (mA)

1.31

1.33

9.45

9.65

1.32 9.45

1.33 9.78

1.33 9.78

1.34 9.78

D. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V4

V (Volt) V rata-rata (Volt)

I (mA) I rata-rata (mA)

1.89

1.89

14.01

14.08

1.89 13.69

1.89 14.01

1.89 14.34

1.89 14.34

E. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V5

V (Volt) V rata-rata (Volt)

I (mA) I rata-rata (mA)

2.29

2.29

17.6

17.53

2.29 17.6

2.29 17.6

2.29 17.27

2.28 17.6

F. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V6

V (Volt) V rata-rata

(Volt) I (mA) I rata-rata (mA)

2.89

2.88

22.81

23.00

2.88 22.81

2.88 22.81

2.88 23.13

2.87 23.46

G. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V7

V (Volt) V rata-rata (Volt) I (mA) I rata-rata (mA)

3.15

3.15

25.42

25.61

3.16 25.42

3.16 25.42

3.15 25.74

3.15 26.07

H. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V8

V (Volt) V rata-rata (Volt) I (mA) I rata-rata

(mA)

3.7

3.68

30.95

31.80

3.69 31.28

3.68 31.93

3.68 32.26

3.67 32.58

Dari hasil pengolahan data diatas, kita dapat membuat grafik V vs I dengan

memasukkan nilai rata-rata tegangan (V) dan arus (I) dari V1 sampai V8.

y = 8.5731x - 1.2434 R² = 0.9925

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Aru

s (m

A)

Tegangan (V)

Grafik V vs I

Grafik diatas menunjukkan adanya hubungan linier antara tegangan rata-rata dan

arus rata-rata. Artinya, apabila kita mengubah tegangan menjadi semakin besar

atau semakin kecil, arus juga akan mengikuti perubahan sesuai perubahan yang

terjadi pada tegangan menjadi semakin besar atau semakin kecil. Hal ini sesuai

dengan hubungan V dan I pada hukum Ohm :

dimana

Oleh karena itu, kita dapat menggunakan hukum Ohm untuk menghitung nilai

hambatan percobaan dengan mengubah rumus menjadi

dengan R = Hambatan (Ω), V = Tegangan (Volt) dan I = Arus listrik (Ampere).

Penghitungan ini menghasilkan data berupa hambatan V1-V8.

Dengan menggunakan data hambatan V1-V8 dapat dihitung hambatan rata-rata

seluruh percobaan dengan rumus

Ω

V V rata-rata (Volt) I rata-rata(A) R (Ω)

1 0.32 0.00254 125.98

2 0.77 0.00567 135.80

3 1.33 0.00965 137.82

4 1.89 0.01408 134.23

5 2.29 0.01753 130.63

6 2.88 0.023 125.22

7 3.15 0.02561 123.00

8 3.68 0.0318 115.72

Terakhir, kita dapat menggunakan data V dan I rata-rata untuk menghitung

kesalahan relatif selama melakukan percobaan. Praktikan menggunakan V rata-

rata (dalam Volt) sebagai koefisien X dan I rata-rata (dalam mA) sebagai

koefisien Y. Maka dilakukan penghitungan sebagai berikut

Maka dapat diketahui tingkat kesalahan relatif percobaan ini adalah

VII. Analisis

Pada bagian ini, praktikan akan menjelaskan mengenai analisis praktikum LR03 –

Karakteristik VI Semikonduktor yang telah dilakukan. Analisis meliputi analisis

percobaan, analisis hasil, analisis grafik, serta analisis kesalahan.

A. Analisis Percobaan

Percobaan berjudul “Karakteristik VI Semikonduktor” ini dilakukan dengan

menggunakan fasilitas Remote Laboratory (R-Lab). Pada percobaan ini

praktikan melakukan pengambilan data melalui media internet sehingga

praktikan tidak memegang peralatan praktikum secara langsung tetapi hanya

menekan sejumlah radio button yang tertera pada situs untuk melaksanakan

praktikum. Percobaan dimulai dengan masuk ke link R-lab yaitu di

http://sitrampil.ui.aci.id. Sesampainya di situs praktikan diminta untuk

mengaktifkan plug-in Java Runtime Environment (JRE) untuk mengaktifkan

fasilitas webcam agar pada kotak video terlihat gambar berupa rekaman

webcam seperti berikut.

Gambar 1. Video yang muncul pada kotak video streaming

Gambar pada video ini merupakan rangkaian alat yang digunakan pada

percobaan sesuai dengan ilutstrasi alat yang ada pada situs sitrampil.

Gambar 2. Ilustrasi rangkaian alat yang digunakan pada percobaan

Langkah selanjutnya yang dilakukan adalah memastikan bahwa angka yang

muncul pada alat yang tertera di video streaming mendekati atau bernilai 0.

Setelah itu praktikan mengatur nilai tegangan yang akan diberikan pada kolom

tegangan supply, pertama-tama praktikan memasukkan nilai tegangan V1.

Lalu praktikan mengklik tombol ukur dan nantinya akan dihasilkan 5 buah

data berupa tegangan (V) dan arus (I). Saat dilakukan pengukuran, alat pada

video streaming akan menunjukkan perubahan pada angkanya menuju ke nilai

V yang awalnya ditentukan. Praktikan melakukan percobaan ini untuk semua

V yaitu V1 sampai V8 dan menghasilkan total keseluruhan 40 data tegangan

supply dan arus yang bersesuaian.

B. Analisis Hasil

Percobaan karakteristik semikonduktor ini dilakukan dengan tujuan

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

semikonduktor. Dengan menganalisis hasil yang didapat dari data hasil

percobaan berupa tabel yang berisi arus yang bersesuaian setiap dilakukan

perubahan tegangan supply, dapat disimpulkan bahwa setiap terjadi kenaikan

pada tegangan, arusnya juga akan ikut naik. Namun pada tabel ditunjukkan

terjadinya sedikit perubahan terhadap V yang telah ditentukan, padahal

seharusnya pada pemilihan setiap V dihasilkan nilai tegangan yang sama. Pada

tabel juga ditunjukkan bahwa pada beberapa nilai tegangan yang sama belum

tentu menghasilkan nilai arus yang sama juga. Faktor yang mempengaruhi hal-

hal berikut akan dibahas lebih lanjut pada bagian analisis kesalahan.

Sesuai apa yang telah terjawab pada bagian pengolahan data dan evaluasi ,

penyesuaian perubahan arus yang berbanding lurus dengan perubahan

tekanan merupakan aplikasi dari hukum Ohm. Dimana

Dimana V = Tegangan (Volt), I = Arus (Ampere), dan R =

Hambatan/Resistensi (Ω).Persamaan ini apabila dilakukan beberapa operasi

aritmatika akan menghasilkan persamaan baru untuk menghitung

hambatan/resistensi, yaitu

Dengan menggunakan rumus ini kita bisa menghitung nilai resistensi dari

masing-masing tegangan supply yang kita masukkan pada percobaan (V1-V8)

yang nantinya akan menghasilkan tabel berikut

Dari tabel ini kita dapat menganalisis bahwa R berbanding terbalik dengan

perubahan arus (I) tetapi berbanding lurus dengan perubahan tegangan (V),

yang bisa dikatakan juga merupakan aplikasi dari hukum Ohm yang telah

V V rata-rata (Volt) I rata-rata(A) R (Ω)

1 0.32 0.00254 125.98

2 0.77 0.00567 135.80

3 1.33 0.00965 137.82

4 1.89 0.01408 134.23

5 2.29 0.01753 130.63

6 2.88 0.023 125.22

7 3.15 0.02561 123.00

8 3.68 0.0318 115.72

TABEL RESISTANSI TERHADAP PERUBAHAN V DAN I

RATA-RATA

dipaparkan diatas. Selain itu kita juga mendapatkan resistansi total percobaan

sebesar

Resistansi rata-rata percobaan ini dinilai cukup besar, hal ini dapat disebabkan

oleh sifat dari bahan-bahannya yang merupakan SEMIKONDUKTOR.

Semikonduktor dapat bersifat baik sebagai isolator dan konduktor dan itu

semua bergantung pada suhu. Apabila sedang dalam kondisi sebagai

konduktor maka pada semikonduktor itu terdapat hambatan. Pengaruh

temperatur pada semikonduktor dapat berpengaruh pada perhitungan

konsentrasi dari elektron bebas.

C. Analisis Grafik

Dari grafik yang dihasilkan kita dapat melihat bahwa grafik tersebut

merupakan grafik linier, yang artinya koefisien x dan y nya berbanding lurus

satu sama lain. Dengan pembuatan grafik pada Ms. Excel, didapat persamaan

grafik y = 8,5731 x - 1,2434 dengan kuat hubungan di antaranya

r(xi,yi)=0,9925. Nilai r menyatakan kuatnya hubungan V dan I, nilai r yang

besar (mendekati satu) berarti setiap perubahan I akan sangat mempengaruhi

besarnya nilai V, begitu pula sebaliknya. Seperti yang terlihat, grafik tidak

sepenuhnya sesuai dengan garis gradien yang seharusnya, deviasi tersebut

diperngaruhi oleh beberapa faktor yang nantinya akan dijelaskan di analisis

kesalahan.

D. Analisis Kesalahan

Sesuai penghitungan pada bagian Pengolahan Data dan Evaluasi, diketahui

tingkat kesalahan percobaan ini adalah 3.54% Kesalahan yang timbul pada

data ini bisa terletak di beberapa hal. Pertama, kesalahan berupa

penyimpangan nilai tegangan dari nilai yang seharusnya sehingga harus

dihitung nilai rata-ratanya.Kedua, berdasarkan tabel data hasil percobaan,

terlihat bahwa pada suatu nilai tegangan yang sama belum tentu arus

keluarannya nilainya juga sama. Hal-hal inilah yang memperngaruhi gambar

pada grafik sehingga apabila dilihat tidak sepenuhnya linier mengikuti garis

gradien. Praktikan berfikir kejadian-kejadian ini dipengaruhi oleh beberapa

faktor. Pertama, koneksi internet yang kurang baik saat praktikan mengambil

data sehingga mungkin halaman situs remote laboratory melakukan reloading

tanpa sepengetahuan praktikan. Kedua, pada gambar alat di webcam, tidak

semua nilai yang tertera pada alat di kotak video menunjukkan nilai 0, seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 1. Ketiga, dan kesalahan yang paling mungkin

terjadi adalah ketidaktelitian praktikan saat melakukan percobaan sehingga

bisa saja praktikan melakukan dua kali percobaan dengan V yang sama tetapi

menganggap masing-masing datanya berasal dari percobaan dengan V yang

berbeda.

VIII. Kesimpulan

Kesimpulan yang didapatkan dari percobaan “Karakteristik VI Semikonduktor”

ini adalah:

1. Tegangan (V) berbanding lurus dengan arus listrik (I). Semakin besar

tegangan yang digunakan maka akan semakin besar arus listrik yang

diperoleh.

2. Pada semikonduktor kita dapat menghitung nilai hambatannya. Nilai

hambatan pada semikonduktor dapat diketahui apabila diketahui beda

potensial dan arus listrik berdasarkan persamaan hukum Ohm yaitu

Dimana V sama dengan beda potensial,(Volt), I sama dengan arus

listrik(Ampere), dan R sama dengan hambatan (Ohm).

3. Grafik hubungan antara beda potensial dengan arus listrik pada

semikonduktor berbentuk linear.

4. Beda potensial berbanding terbalik dengan hambatan. Begitu pula dengan

arus listrik.

5. Hukum Ohm berlaku secara terbatas, hanya pada kondisi tertentu jika suhu

pada semikonduktor praktis tidak berubah-ubah atau konstan

6. Semikonduktor dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu maka sifat

konduktor menjadi lebih kuat, sebaliknya jika suhu rendah maka sifat

isolator yang menjadi lebih kuat

IX. Referensi

Giancoli, D.C. 2000. Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition. NJ:

Prentice Hall

Halliday, Resnick, David, Robert. 1984. Fisika Jilid 2. Edisi Ke-3. Jakarta:

Erlangga.

Tipler, P,A,,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid II (terjemahan), Jakarta :

Penebit Erlangga