Laporan Praktikum Nama : Arya Gamma Aditia

NPM : 0906529615

Fakultas : MIPA

Jurusan : Fisika

Grup : 1

Nomor Percobaan : LR 03

Nama Percobaan : Karakteristik V I Semikonduktor

Laboratorium Fisika Dasar

UPP IPD

Universitas Indonesia

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

1. Bahan semikonduktor

2. Amperemeter

3. Voltmeter

4. Variable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC

7. DAQ dan perangkat pengendali otomati

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara

insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur

yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. Bahan

semikonduksi yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide.

Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat

diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut materi doping).

Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda,

transistor dan sebuah IC (integrated circuit). 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.

Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi

oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk

inti yang disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan

elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu elektron yang ke-29, berada pada orbit

paling luar.

Orbit terluar ini disebut pita valensi dan elektron yang berada pada pita ini dinamakan

elektron valensi. Karena hanya ada satu elektron dan jaraknya 'jauh' dari nucleus, ikatannya

tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudah terlepas

dari ikatannya.

Gambar 1. ikatan atom tembaga

Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah-pindah dari

satu nucleus ke nucleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-

elektron tersebut dengan mudah berpindah ke arah potensial yang sama. Phenomena ini yang

dinamakan sebagai arus listrik.

Isolator adalah atom yang memiliki elektron valensi sebanyak 8 buah, dan dibutuhkan

energi yang besar untuk dapat melepaskan elektron-elektron ini. Dapat ditebak, 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.

Susunan Atom Semikonduktor

Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium

(Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal

untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi

popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan

terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah

bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon. Dapatkah anda menghitung jumlah pasir

dipantai.

Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron

valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah

elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya.

Pada suhu yang sangat rendah (0oK), struktur atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar

berikut.

Gambar 2. Struktur dua dimensi kristal Silikon

Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti

atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada

elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik. Pada suhu kamar, ada beberapa

ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan elektron terlepas dari

ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak

memungkinkan untuk menjadi konduktor yang baik.

Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba

memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping dimaksudkan untuk

mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen,

yang diharapkan akan dapat mengahantarkan listrik.

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 3. Rangkaian tertutup semikoduktor

Eksperimen rLab ini dilakukan dengan cara masuk ke http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory

kemudian masuk ke jadwal praktikum, lalu mengklik LR03 – karakteristik VI Semikonduktor

1. Memerhatikan 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

Catatan : data yang diperoleh adalah 5 buah data terakhir jika rangkaian diberi beda potensial

tertentu ( misalkan V1) dengan interval 1 detik antara data ke satu dengan data berikutnya.

1. Perhatikan data yang saudara peroleh, apakah terjadi perubahan tegangan dan arus

untuk V1 , V2 , V3 , V4 dan V5? Bila terjadi perubahan Jelaskan secara singkat mengapa

hal tersebut terjadi (analisa dan bila tidak terjadi jelaskan pula mengapa demikian).

2. Dapatkan nilai rata-rata beda potensial yang terukur dan arus yang terukur untuk V1 ,

V2 , V3 hingga V8.

3. Buatlah grafik yang memperlihatkan hubungan V vs I untuk rata rata V dan I yang

terukur (lihat tugas 2)!

4. Bagaimanakah bentuk kurva hubungan V vs I , jelaskan mengapa bentuknya seperti itu

5. Berdasarkan berbagai kurva grafik V vs I bolehkah kita menggunakan hukum Ohm dalam

peristiwa ini?

6. Berikan kesimpulan terhadap percobaan ini

V(volt) I(mA)

0.45 3.58

0.45 3.58

0.45 3.58

0.45 3.58

0.45 3.58

0.93 7.17

0.93 7.17

0.93 7.17

0.93 7.17

0.93 7.17

1.35 10.43

1.35 10.43

1.35 10.43

1.35 10.43

1.35 10.43

1.84 14.66

1.84 14.66

1.84 14.66

1.84 14.66

1.84 14.66

2.29 18.90

2.29 18.57

2.29 18.57

2.28 19.22

2.28 18.90

2.86 24.44

2.86 24.76

2.85 25.42

2.85 25.09

2.85 25.42

3.19 27.70

3.17 29.33

3.17 29.33

3.17 29.00

3.16 29.33

3.61 33.56

3.61 33.89

3.60 34.21

3.59 34.86

3.59 35.19

Rata-rata V dengan I dari data pengamatan

V(volt) I(mA)

0,45 3,58

0,93 7,17

1,35 10,43

1,84 14,66

2,286 18,832

2,854 25,092

3,172 28,938

3,6 34,342

Rata-rata tegangan keseluruhan : ∑

: 2,06 V

Rata-rata arus keseluruhan : ∑

: 17,9 A

Grafik hubungan tegangan (V) dengan arus (I)

y = 9,7246x - 2,1546 R² = 0,991

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4

I(m

A)

V(volt)

Grafik Hubungan V dengan I

Series1

Linear (Series1)

Bentuk Kurva Hubungan V dan I

Dari data hasil percobaan, kurva hubungan antara beda potensial ( V ) dan kuat arus ( I )

berbentuk linear. Grafik ini menunjukkan bahwa tegangan dengan arus berbanding lurus, jika

tegangan semakin besar, maka arus yang dihasilkan pada rangkaian tersebut semakin besar

juga.

Nilai Hambatan berdasarkan Kurva Grafik V dengan I

Nilai hambatan berdasarkan kurva grafik V dengan I dapat dilkukan dengan menhggunakan

persamaan hukum ohm.

V = Beda Potensial ( Volt )

I = Arus Listrik ( Ampere )

R = Hambatan ( Ohm )

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, nilai Vrata-rata dan I rata-rata dari

delapan buah percobaan tersebut adalah :

Vrata-rata = 2,06 Volt

I rata-rata = 17,9 Ampere

Maka hambatannya adalah :

0,12 Ω

Percobaan yang karakteristik V I semikonduktor ini dilakukan dengan RLab, yaitu dengan

melakukan praktikum dengan menggunakan komputer yang dapat mengakses RLab. Praktikan

dapat melakukan praktikum tanpa harus datang ke laboratorium, praktikan dapat melakukan

percobaan dimana saja asalkan dapat terhubung dengan internet. Praktikanpun dapat melihat

alat yang digunakan dengan webcam yang dipasang mengarah ke alat.

Percobaan ini menggunakan delapan nilai tegangan yang berbeda-beda dari yang kecil

hingga yang besar. Bervariasinya nilai tegangan yang digunakan untuk mendapatkan nilai arus

yang berbeda-beda dan agar praktikan dapat melihat hubungan antara V dengan I yang

berbeda-beda. Lalu saya mendapat delapan data nilai besar kuat arus yang didapat dari delapan

besar tegangan yang berbeda-beda. Dari data yang saya peroleh menunjukkan bahwa semakin

besar nilai tegangan maka akan semakin besar pula nilai arusnya. Hal ini dibuktikan dengan

grafik yang selalu naik seiring dengan bertambahnya besaran tegangan. Ini membuktikan

bahwa persamaan terbukti bahwa nilai V dan I selalu berbanding lurus. Semakin besar

nilai tegangan(V) maka semakin besar pula nilai arus (I).

Untuk menhitung nilai hambatan pada semi konduktor tersebut, saya menggunakan hukum

ohm yang umum digunakan, yaitu V = IR karena semikonduktor adalah bahan yang dapat

bersifat baik isolator maupun konduktor. Hambatan di semi konduktor tidak dipengaruhi oleh

temperatur pada semi konduktor. Temperatur pada semikonduktor berpengaruh pada

perhitungan konsentrasi dari electron bebas atau hole yang terdapat didalamnya apabila dialiri

arus listrik.

Semakin besar nilai tegangan maka semakin besar pula nilai arusnya. Semikonduktor merupakan bahan yang dapat bersifat baik isolator maupun konduktor.

Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Enginers, Third Edition, Prentice Hall, NJ, 2000. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John

Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005

http://sitrampil7.ui.ac.id/lr03