LAPORAN AWAL FISIKA EKPERIMEN II-ABAND GAP GERMANIUM(BGG)Nama: Purwansah WinadaNPM : 140310110005Partner : Aditya SatriadiNPM: 140311000Hari / Tanggal Praktikum: Selasa / 10 September 2013Waktu: 15.00-17.30 WIB

Asisten:

LABORATORIUM EKSPERIMENJURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PADJADJARAN2013LEMBAR PENGESAHAN

BAND GAP GERMANIUM (BGG)

M-2

Nama: Purwansah WinadaNPM : 140310110005Hari / Tanggal Praktikum: Selasa / 10 September 2013Waktu: 15.00-17.30 WIBAsisten:

Nilai

LapenSpeakenLapak Presentasi

Jatinangor, 10 September 2013 Asisten,

( )

ABSTRAK

Papa praktikum kali ini BGG (Band Gap Germanium) merupakan judul praktikumnya, BAB IPENDAHULUAN1.1. Latar Belakang

Data-data yang di perlukan untuk proses perhitungan dalam mencari besarnya nilai energi gap germanium yaitu nilai arus dan tegangan yang di peroleh dalam kondisi temperatur yang berbeda-beda yang mana data-data tersebut kemudian akan digunakan untuk mencari nilai konduktivitas bahan semikonduktor germanium dengan persamaan = = . Setelah nilai konduktivitas di peroleh maka kita bisa menentukan besar nilai energi gap yang di hasilkan oleh bahan semikonduktor germanium tersebut sesuai dengan persamaan

1.2. Identifikasi MasalahBand gap germanium ini haruslah bernilai atau mendekati nilai 0,66 eV. Pengaruh perubahan suhu pada energi gap merupakan hasil yang perlu dianalisa apabilai sesuai dengan persamaan pada studi pustaka maka nilainya perlu berbanding terbalik dengan nilai energi gap.1.3. Tujuan PraktikumMenentukan sela energi germanium.

BAB IITEORI DASAR

Semi konduktor adalah bahan yang memiliki sifat antara isolator dan konduktor. Celah terlarang (band gap) pada semi konduktor lebih sempit dari pada isolator sehingga apabila pada temperatur dinaikkan maka semikonduktor dapat menghantarkan arus listrik. Bahan-bahan yang mempunyai sifat semikonduktif umumnya memiliki konduktivitas listrik antara 10, dan energi gap lebih kecil dari 6 eV. Bahan Semikonduktor dapat berupa bahan murni atau bahan paduan. Bahan Semi Konduktor 1. Semikonduktor Intrinsik (murni)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. Gambar 1 memperlihatkan bentuk ikatan kovalen dalam dua dimensi. Pada temperatur mendekati harga nol mutlak, elektron pada kulit terluar terikat dengan erat sehingga tidak terdapat elektron bebas atau silikon bersifat sebagai insulator.

Gambar 1 Ikatan kovalen silikon dalam dua dimensiEnergi yang diperlukan mtuk memutus sebuah ikatan kovalen adalah sebesar 1,1eV untuk silikon dan 0,7 eV untuk germanium. Pada temperatur ruang (300K), sejumlah elektron mempunyai energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan dan tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas (gambar 6.2). Besarnya energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari pita valensi ke pita konduksi ini disebut energi terlarang (energy gap). Jika sebuah ikatan kovalen terputus, maka akan terjadi kekosongan atau lubang (hole). Pada daerah dimana terjadi kekosongan akan terdapat kelebihan muatan positif, dan daerah yang ditempati elektron bebas mempunyai kelebihan muatan negatif. Kedua muatan inilah yang memberikan kontribusi adanya aliran listrik pada semikonduktor murni. Jika elektron valensi dari ikatan kovalen yang lain mengisi lubang tersebut, maka akan terjadi lubang baru di tempat yang lain dan seolah-olah sebuah muatan positif bergerak dari lubang yang lama ke lubang baru.(a)(b)Gambar 2 a) Struktur kristal silikon memperlihatkan adanya sebuah ikatan kovalen yang terputus dan b) Diagram pita energi menunjukkan tereksitasinyaelektron ke pita konduksi dan meninggalkan lubang di pita valensi.Proses aliran muatan ini, yang biasa disebut sebagai arus drift dapat dituliskan sebagai berikut Peristiwa hantaran listrik pada semikonduktor adalah akibat adanya dua partikel masing-masing bermuatan positif dan negatif yang bergerak dengan arah yang berlawanan akibat adanya pengaruh medan listrik Akibat adanya dua pembawa muatan tersebut, besarnya rapat arus dinyatakan sebagai:

Karena timbulnya lubang dan elektron terjadi secara serentak, maka pada semikonduktor murni, jumlah lubang sama dengan jumlah elektron atau dituliskansebagai:

dimana ni disebut sebagai konsentrasi intrinsik. Beberapa properti dasar silikon dan germanium diperlihatkan pada tabel 6.1.

2. Semikonduktor Ekstrinsik (Tak Murni)Kita dapat memasukkan pengotor berupa atom-atom dari kolom tiga atau lima dalam tabel periodik (memberi doping) ke dalam silikon atau germanium murni (lihat tabel 6.3). Elemen semikonduktor beserta atom pengotor yang biasa digunakan diperlihatkan pada tabel 6.3.

2.1 Semikonduktor tipe-nSemikonduktor 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 memiliki muatan sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan (lihat gambar 6.3). Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi elektron 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 3.(a)(b)Gambar 3 a) Struktur kristal silikon dengan sebuah atom pengotor valensi lima menggantikan posisi salah satu atom silikon dan b) Struktur pita energi semikonduktor tipe-n, perhatikan letak tingkat energi atom donor.2.2 Semikonduktor tipe-pDengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor trivalen (aluminium, boron, alium 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 4) 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 4.(a)(b)Gambar 4 a) Struktur kristal silikon dengan sebuah atom pengotor valensi tiga menggantikan posisi salah satu atom silikon dan b) Struktur pita energi semikonduktor tipe-p, perhatikan letak tingkat energi atom aseptor.

Dalam fisika zat padat yang berhubungan denga aplikasi medan, band gap biasa disebut energi gap atau stop band adalah daerah dimana partikel tidak dapat bergerak. Pada bahan semi konduktor band gap jaraknya lebih sempit antara pita valensi dan pita konduksi.Dalam semi konduktor dan isolator elektron dibatasi pada tingkatan tingkatan dari pita energi dan terlarang untuk energi yang berbeda .Sehingga band gap sendiri dapat diartikan perbedaan energi antar permukaaan dari pita valensi dan bagian dasar dari pita konduksi dimana elektron bisa melompat dari satu pita ke pita yang lain, Dimana pada pita ada yang terisi elektron ada yang kosong.Konduktifitas dari semi konduktor bergantung pada kekuatan dari band gap. Perpindahan elektron atau konduktifitas bisa terjadi saat semi konduktor memiliki temperatur yang cukup untuk berpindah. Perhitungan dari band Gap.

Kemungkinan untuk sebuah energi (Eo) akan ditemapati oleh elektron dapat digunakan hukum Fermi Dirac. Dengan memperkirakan E0 > > EF, EF adalah energi Fermi. Sehingga Konduktifitas dapat dirumuskan ():

Dimana e adalah fungsi eksponensial, Eg adalah energi gap, k adalah Konstanta Bolztmann, T adalah temperatur. Konduktifitas dipengaruhi oleh lebarnya band gap, Dimana lebar band gap bergantung pada bahan pembentuk semi konduktor itu sendiri atau resistifistik bahan:

Dimana l adalah panjang bahan yang diujikan, A adalah luas penampang, I adalah arus, V adalah tegangan.

BAB IIIPROSEDUR PERCOBAANIII.1 Alat dan Bahan Percobaan Hall effect moduleDengan sample ge: 20x10x1 mm Hall effect,undot ,- ge ,carier bord Power supply 0 12v dc/6,12 v ac Tripod base PASS- Support rod PASS-, square, 1=250 mm Right angle clamp PASS- Connecting cord, 1=500mm, black Cobra3 Basic-Unit Power supply universal, 12V

III.2 Prosedur Percobaan 1.susun alat seperti pada modul.2. pengamatan dan pengukuranMetode 1 : gunakan cara manual a. Pasang sample pada modul efek hallb. Susun peralatan seperti gmbr 1 c. Hubungkan modul efek halldengan power supply,12 V melalui AC input dibagian belakang modul.d. Hubungkan voltmeter melalui soket bagian atas sisi depan modul e. Tekan tombol selector display untukmenunjukan display temperature .f. Tekan kembali tombol selectorg. Nyalakan pemanas dibelakan modul,atur mulai dari temperature rendah.h. Mulailah menvatat arus dan tegangan yang melalui sample Ge untuk setiap kenaikan temperature 3 derajat C sampai temperature maksimum.i. lakukan pula pencatatan arus dan tegangn untuk penurunan suhu.j. Ulangi percobaan untuk arus koil 5,2 sampai 5,8

Metode 2 :a. Pasang sample pada efek hallb. Susun peralatan seperti pada gambar2.c. Hubungkan modul efek hall dengan power supply,12 v d. Hubungkan modul dengan cobra-3basic unite. Hubungkan rangkain PC melalui RS-232 outup port pada cobra unit,star program pengukuran efek hall.f. Lakukan prosedur E sampai J pada Metode 1

DAFTAR PUSTAKABeiser,Arthur. 1986.Konsep Fisika Modern. Jakarta : Penerbit Erlangga, Penerjemah The Liong Ph.D, Cetakan 1.Krane, Kenneth. 1992. Fisika Modern. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia.Mario wirya.semikonduktor tipe N STTP-PLN 2005Http://baha-band-gap/15.htmHttp://id.wikipedia.org/wiki/semikonduktorHttp://www.its.ac.id/endi/semikonduktor.html