band gap semikonduktor - albert
Post on 25-Dec-2015
62 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
BAND GAP SEMIKONDUKTOR
Albert Agung Yohanes Hutapea (140310120034)
Program Studi Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran
10 Oktober 2014
Abstrak
Semikonduktor merupakan bahan yang dapat bersifat sebagai konduktor dan isolator. Hal
ini bergantung terhadap suhu yang diberikan pada bahan. Energi gap merupakan energi yang
dibutuhkan elektron untuk bertransisi dari pita valensi ke pita konduksi. Pada bahan
semikonduktor besarnya energi gap tidak terlalu besar sehingga elektron dapat mudah untuk
bertransisi. Germanium (Gr) merupakan bahan semikonduktor yang kita cari besar band gap
energinya dalam percobaan ini. Dalam mencari besar band gap energi (Eg), kita mencari besar
parameter- parameter yang mempengaruhi seperti arus, suhu, dan tegangan. Dengan
memvariasikan arus kami mencatat besar tegangan setiap selang suhu 3ºC. Setelah semua
parameter didapatkan terlebih dahulu dicari besar konduktivitasnya dan akhirnya didapatkan
besar band gap energi Germanium (Gr). Dari praktikum yang telah dilakukan didapatkan besar
band gap energi Germanium (Gr) sebesar 0.52. Hasil ini memiliki error sebesar 22.38 % dari
teori.
I. Pendahuluan
Karena semikonduktor merupakan bahan yang menjadi objek pengamatan pada praktikum
ini, maka terlebih dahulu kami harus mengetahui sifat dan karakteristik dari bahan semikonduktor.
Salah satu karakteritik semikonduktor adalah band gap energinya. Besar band gap energi lah yang
menentukan konduktivitas suatu bahan yang artinya apakah bahan tersebut dapat menghantarkan
elektron dengan baik atau tidak. Besar band gap energi ini menjadi dasar praktikum ini. Kami
mencari besar band gap Germanium (Gr) yang merupakan salah satu bahan semikonduktor. Setelah
itu kami mencari hubungan antara energi gap bahan semikonduktor ini dengan konduktivitas, serta
hubungan band gap energi dengan pengaruh suhu.
II. Teori Dasar
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada diantara
isolator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat isolator pada temperatur yang sangat
rendah, namun pada temperatur yang tinggi bersifat sebagai konduktor. Jarak antar pita valensi
dengan pita konduksi akan semakin kecil jaraknya bila suhu yang diberikan semakin tinggi. Dengan
begitu perpindahan elektron yang terjadi pada bahan akan semakin mudah. Bahan semikonduktor
yang sering digunakan adalah silikon (Si), Germanium (Gr), dan Galium Arsenide. Semikonduktor
dapat diatur sedemikian rupa sesuai sifat bahan yang diinginkan. Semikonduktor dapat
diklasifikasikan menjadi semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik. Intrinsik merupakan bahan yang
murni, sedangkan ektrinsik merupakan bahan yang dicampur dengan unsur lain.
1. Semikonduktor tipe – p
Merupakan tipe dari semikonduktor ekstrinsik. Diperoleh dengan cara mendopping
atom- atom yang bervalensi lebih rendah ke dalam semikonduktor. Penambahan pengotor
atau atom lain bervalensi 3 seperti B, Al, atau Ga (Akseptor elektron) ke dalam
semikonduktor intrinsik (Si) menghasilkan defesiensi elektron valensi yang disebut hole
(bermuatan positif). Elektron pada pita valensi akan mengisi rongga tersebut, sehingga
aliran elektron dapat mencapai pita konduksi.
2. Semikonduktor tipe – n
Diperoleh dengan cara mendopping atom bervalensi tinggi ke dalam semikonduktor.
Penambahan pengotor bervalensi 5 seperti Sb, As, atau P menyumbangkan elektron (donor
free electron). Elektron bebas itu berada pada tingkat fermi dan dapat masuk ke pita
konduksi kekosongannya digantikan oleh elektron dari pita valensi, sehingga terjadi aliran
elektron.
2.1 Konduktivitas
Konduktivitas adalah kemampuan bahan untuk membawa arus listrik. Konduktivitas bahan
yang memiliki resistivitas dan panjang serta luas penampang A didefinisikan sebagai :
.............................................(2.1)
Berdasarkan rentang temperatur, konduktivitas dapat dibedakan sebagai berikut :
1. Konduktivitas ekstrinsik
Pada temperatur rendah yang terjadi adalah konduktivitas ekstrinsik. Pada rentang ini
kenaikan temperatur menyebabkan pembawa muatan dari impuriti teraktivasi.
2. Konduktivitas intrinsik
Pada temperatur tinggi pembawa muatan intrinsik mendominasi proses konduksi. Pada
rentang ini tambahan pembawa muatan diperoleh dari hasil eksitasi termal dari pita
valensi ke pita konduksi. Ketergantugan terhadap temperatur dalam kasus ini dinyatakan
dalam fungsi eksponensial. Eg merupakan energi gap yang kita cari dalam praktikum
ini.
......................................(2.2)
III. Percobaan
Komponen alat- alat yang digunakan antara lain : Multimeter, Blower, serta alat peraga band
gap semikonduktor yang rangkaiannya digambarkan dibawah ini.
Gambar 1. Susunan alat percobaan band gap semikonduktor
Menghubungungkan alat peraga band gap semi konduktor dan power supply dengan
menggunakan kabel penghubung. Lalau menghubungkan alat peraga band gap semikonduktor
dengan multimeter serta menyiapkan blower. Setelah alat siap, memvariasikan arus dari 4mA,
5mA, 6mA, dan 7mA. Kemudian menyalakan alat peraga lalu diamati besar tegangan setiap
kenaikan suhu 3ºC. Karena perubahan suhu yang begitu cepat, maka selama percobaan hasil yang
diamati didokumentasikan dengan video camera.
IV. Data dan Analisis
Dalam melakukan praktikum kami mencatat besar tegangan pada semikonduktor tiap selang
suhu 3ºC, dengan arus masukan 4 mA.
Tabel 1. Contoh data dalam bentuk tabel
T ( ᵒC ) 4 mA T ( ᵒC ) 4 mA36 3.12 0.128 0.942 60 1.6 0.250 0.77639 2.95 0.136 0.932 63 1.57 0.255 0.77642 2.76 0.145 0.919 66 1.51 0.265 0.76845 2.5 0.160 0.894 69 1.36 0.294 0.73748 2.32 0.172 0.876 72 1.25 0.320 0.71251 2.26 0.177 0.875 75 1.1 0.364 0.67054 1.93 0.207 0.828 78 0.99 0.404 0.63657 1.73 0.231 0.796
Volt (V)σ (1/Ω.m) Eg (eV) Volt (V) σ (1/Ω.m) Eg (eV)
Gambar 2. Grafik Hubungan konduktivitas dengan 1/T
Data yang didapatkan menunjukan semakin besar suhu pada semikonduktor (Germanium)
semakin kecil beda potensial yang dihasilkan. Konduktivitas yang dicari besarnya setelah
parameter- parameter yang dibutuhkan yaitu arus, tegangan, serta panjang dan luas semikonduktor.
Dengan menggunakan persamaan (2.1) besar konduktivitas didapat. Hasil yang didapatkan
diketahui sesuai dengan teori dimana semakin besar suhu pada semikonduktor semakin besar
konduktivitasnya. Ini membuktikan bahwa bahan semikonduktor memiliki sifat yang condong ke
konduktor ketika suhu yang diberikan tinggi. Hubungan ini kemudian diplotkan ke dalam grafik
konduktivitas terhadap T-1. Terlihat grafik yang didapatkan garis menurun. Ini menunjukan
hubungan kesebandingan antara konduktivitas dengan suhu (T). Untuk besar energi gap akan
diketahui apabila konduktivitas diketahui. Karena besar konduktivitas sudah didapat maka dengan
menggunakan persamaaan (2.2) besar energi gap didapat yang selanjutnya dikonversikan ke dalam
satuan eV(dibagi 1.6 x 10-19). Besar energi gap semakin kecil seiring kenaikan temperatur. Hal ini
menunjukan semakin besar suhu, semakin kecil energi atau pita yang membatasi perpindahan
elektron dari pita valensi ke pita konduksi.
V. Simpulan
Besar energi gap bahan semikonduktor yang didapat dirata- ratakan dalam setiap percobaan
penaikan dan penurunan. Arus yang di variasikan sebanyak 4 variasi membuat kita mendapatkan
delapan hasil energi gap, yang masing – masing percobaan menghasilkan 4 energi gap. Dengan
proses sebagai berikut :
Eg = -2kT ln (σ/σ0)
= {(2. (8.617 x 10-23). (309 K) . ln (0.128/2.173)) / (1.6 x 10-19) } eV
= 0.942 eV (contoh perhitungan dengan arus masukan 4 mA dan temperatur 309 K)
Dengan perhitungan seperti diatas maka didapatkan rata- rata energi gap sebagai berikut :
Tabel 3. Besar energi gap tiap percobaan
Arus Percobaan Energi Gap (Eg)4 mA Penaikan 0.4535 mA Penaikan 0.5056 mA Penaikan 0.5527 mA Penaikan 0.6074 mA Penurunan 0.4235 mA Penurunan 0.5016 mA Penurunan 0.5217 mA Penurunan 0.599
Besar energi gap yang didapat setelah dirata- ratakan secara total adalah 0.52 eV. Teori
menunjukan besar energi gap Germanium adalah 0.67 eV. Percobaan yang telah dilakukan
menunjukan error yang diperoleh adalah sebesar 22.38 %.
Daftar Pustaka
- Widyasari, Dian. 2012. Bahan Semikonduktor. Diambil dari web : elektronika-
dasar.web.id/teori-semikonduktor/tipep-tipen/21 [diakses tanggal 8 Oktober 2014 Pukul
18.47 WIB]
top related