LAPORAN PRAKTI KUM FI SI KA DASAR 2 NAMA /NPM : HANNA HASYANAH / 1106139310 FAKULTAS /PROGRAM STUDI: TEKNI K /TEKNI K KI MI A GROUP : A-14 NO /JUDUL PERCOBAAN : LR 03 /Kar ak t er i st i kV ISemi k onduk t orMI NGGU PERCOBAAN : KE-2 UPP-I PD UNI VERSI TAS I NDONESI A 2011 LR-03 Karakteristik V I Semikonduktor I.TUJUAN Mempelajarihubunganantarabedapotensial(V)danaruslistrik(I)padasuatu semikonduktorII.PRINSIP DASAR Bahansemikonduktoradalahbahanyangdayahantarlistriknyaantara konduktirdanisolator. Tahananjenisbahansemikonduktorantarasekitar10-3Wm sampaidenganssekitar10+3Wm.Atom-atombahansemikonduktormembentuk krristaldenganstrukturtetrahedral,denganikatankovalen.Bahansemikonduktor yangbanyakdipakaidalamelektkronikaadalahsilikon(Si)danGermanium(Ge). Pada 0 0K SI mempunyai lebar pita terlarang (energy gap) 0,785 eV, sedang untuk Ge 1,21eV.BaikSimaupunGemempunyaielektronvalensi4.Ada2jenisbahan semikonduktoryaitusemikonduktorintrinsik(murni)dansemikonduktorekstrinsik (tidak murni). Untuk semikonduktor ekstrinsik ada 2 tipe yaitu tipa P dan tipe N.Semikonduktorinstrinsik(murni)adalahsemikonduktoryangtidakataupun belumterkotoriolehatom-atomasing.Pada0oKpitavalensipenuh,pitakonduksi kosongsehinggabersifatsebagaiisolator.Padasuhuyanglebihtinggimisalpadasuhu kamaradalektronpadapitavalensiyangenerginyamelebihienergigapsehinggadapat meloncat dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas dengan meninggalkan kekosonganpadapitavalensi.Kekosonganinidisebuthole(lubang)dandianggap bermuatanpositifsebesarmuatanelektron.semikonduktorintrinsikpadasuhu0oK bersifatsebagaiisolator,danpadasuhuagaktinggibersifatsebagaikonduktorkarena adanyapembentukanpasangan-pasanganeletronbebasholeyangkeduanyaberlaku sebagaipembawaikatan.Semikonduktorekstrinsik adalahsemikonduktoryangtelah mengalamipengotoranataupinyisipanolehatomakseptoratauatomdonor. Pengotoranpadaumumnyadilakukandalamrangkauntuk meningkatkan konduktivitaslistriknya.Semikonduktorekstrinsikjugadibedakanmenjadidua, yakni:SemikonduktortipeNialahsemikonduktoreksintrik,yangdiperolehdari semikonduktorintrinsikyangdikotoridenganatomasingyangbervalensi5sepertiAs, Pb,P.Karenaperbandinganatompengotordenganatomaslisangatkecil,makasetiap atompengotor(asing)dikelilingiolehatom-atomasli.Elektronvalensiyangke5dari atompengotortidakterikatdalamikatankovalensehinggamenjadielektronbebas. Dengandemikianpadabahaninijumlahelektronbebasakanmeningkatsesuaijumlah atom pengotornya sehingga elektron bebas menjadi pembawa muatan mayoritas dan hole (yangterbentukakibatsuhu)menjadipembawamuatanminoritas.Karenapembawa muatanmayoritasnyaadalahelektronbebas,sedangelektronbebasbermuatannegatif, maka semikonduktoryang terbentuk diberinama semikonduktor tipe N.dalamhalini N kependekan dari kata Negatif,yaknijenis muatan mayoritasnya. Jadi tidak berarti bahwa semikonduktorinibermuatannegatif.Semikonduktorinitetapnetral.Karenaatom pengotormemberikankelebihanelektron-elektrondalamikatankovalen,makadisebut donor(atomdonor).Setelahdonormemberikankelebihanelektronnya,makaakan menjadi ion positif.Semikonduktor P,Semikonduktorini diperoleh darisemikonduktorintrinsikyang dikotoridenganatomasingyangbervalensi3,misalnyaAl,atauGa.Karena perbandinganatompengotordenganatomaslisangatkecil,makasetiapatompengotor hanyabervalensi3makahanyamenyediakan3elektrondalamikatankovalen,sehingga adakekurangan(kekosongan=lubang=hole).Dengandemikianpengotoranini menyebabkanmeningkatnyajumlahholeataudengankatalainholesebagaipembawa muatanmayoritas.Sedangpembawamuatanmoniritasnyaadalahelektronbebasyang terbentukadalahelektronbebasyangterbentukakibatsuhu.Karenapembawamuatan mayoritasnyahole,sedangholebermuatanpositifmakasemikonduktoryangterbentuk disebutsemikonduktortipeP.dalamhaliniPkependekandarikatapositif,yaknijenis muatanmayoritasnya.Jadibukanberartisemikonduktorinibermuatanpositif,tetapi semikonduktorinitetapnetral,sepertihalnyasemikonduktortipeN.karenaatom pengotormenyediakankekurangan,makadisebutaseptor(atomaseptor).Holemudah diisiolehelektrondanelektronyangmengisimeninggalkanholebarudanseterusnya sehinggaadagerakanhole.Setelahholediisiolehelektron,aseptorakanmenjadiion negatif. Pengunaan semikonduktor yaitu pada Dioda PN (p-n junction), dan Transistor bipolar. A B Gambar 1A. Dioda PN Gambar 1B Transistor Bipolar Dalam percobaan ini, sebuah bahan material bila dilewati oleh arus listrik akan menimbulkandisipasipanas.BesarnyadisipasipanasadalahI2R.Panasyang dihasilkanolehmaterialiniakanmengakibatkanperubahanhambatanmaterial tersebut.Jikapadamaterialsemikonduktor,pertambahankalor/panasakan menguranginilaihambatanmaterialtersebut.Peristiwadispasipanasdanperubahan resistansi bahan semi konduktor ini saling berkaitan. Gambar 2. Rangkaian tertutup semikoduktor III.PERALATAN 1.Bahan semikonduktor 2. Amperemeter 3.Voltmeter 4.Variable power supply 5.Camcorder6.Unit PC 7.DAQ dan perangkat pengendali otomati IV.PROSEDUR PERCOBAAN Eksperimen ini dapat dilakukan dengan cara masuk ke http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory1.Memperhatikan halaman web percobaan karakteristik VI semi konduktor. 2.Memberikan beda potensial dengan memberi 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 Gambar 3 Rangkaian Alat percobaan V.DATA PERCOBAAN V Ke-V(vol t )I(mA) 1 0,453,91 0,453,91 0,453,91 0,453,91 0,453,91 2 0,938,15 0,938,15 0,938,15 0,938,15 0,938,15 3 1,3711,73 1,3712,06 1,3711,73 1,3711,73 1,3712,06 4 1,7715,97 1,7715,64 1,7715,64 1,7715,97 1,7815,64 5 2,2720,85 2,2720,85 2,2620,85 2,2620,85 2,2621,51 6 2,8527,37 2,8527,37 2,8427,7 2,8428,35 2,8328,35 7 3,1630,95 3,1631,28 3,1531,93 3,1432,91 3,1531,93 8 3,637,15 3,5937,8 3,5838,12 3,5738,77 3,5639,43 VI.PENGOLAHAN DATA Perhitungan nilai rata-rata tegangan dan arus V Ke-V(vol t )I(mA)V r at a-r at aI Rat a-r at a 1 0,453,91 0,453,91 0,453,91 0,453,91 0,453,91 0,453,91 2 0,938,15 0,938,15 0,938,15 0,938,15 0,938,15 0,938,15 3 1,3711,73 1,3711,862 1,3712,06 1,3711,73 1,3711,73 1,3712,06 4 1,7715,97 1,77215,772 1,7715,64 1,7715,64 1,7715,97 1,7815,64 5 2,2720,85 2,26420,982 2,2720,85 2,2620,85 2,2620,85 2,2621,51 6 2,8527,37 2,84227,828 2,8527,37 2,8427,7 2,8428,35 2,8328,35 7 3,1630,95 3,15231,8 3,1631,28 3,1531,93 3,1432,91 3,1531,93 8 3,637,15 3,5838,254 3,5937,8 3,5838,12 3,5738,77 3,5639,43 Grafik hubungan V vs I untuk nilai rata-rata tegangan dan arus Tabel . Nilai rata-rata tegangan dan arus V ke- V (Volt ) I(mA)10,453,91 20,938,15 31,3711,862 41.77215,772 52,26420,982 62,84227,828 73,15231,8 83,5838,254 Gambar 4 . Grafik tegangan rata-rata terhadap arus rata-rata (V vs I) y = 0,091x + 0,232R = 0,99100,511,522,533,540 10 20 30 40 50Tegangan rata-rata (Volt)Arus Rat a-rat a (M iliAmpere)Ser i es1Li near(Ser i es1)Darigarfikpadagambar4terlihatbentukkurvanyahampirlineardarinilai regresi yang dihasilkan mencapai 0,991 karena kuat arus yang mengalir sebanding dengan beda potensial yang diberikan dalam suatu rangkaian tertutup.Dalampercobaan,suhuyangdiberikanselamapengukuranberlangsungadalah relatiftetap,sehingganilaidaribesarhambatanpadabahansemikonduktortersebut hampirbernilaitetap.HalinimenyebabkanberlakunyahukumOhmyangmenyatakan bahwanilaihambatansuatubahanselalukonstanwalaupunbahantersebutdiberibeda potensial yang berbeda-beda. Atau secara matematis dapat dituliskan, V = I . R dimanaRbersifatindependenterhadapbedapotensialyangdiberikan.Nilaihambatan semikonduktoryangtetapselamapengukuranmenyebabkanbedapotensialhanya mempengaruhikuataruspadasuaturangkaiandanbesardarikuatarustersebut berbandinglurus denganbesar beda potensialyang diberikan oleh sumber tegangan. Hal ini lah yang menyebabkan bentuk grafik antara beda potensial dengan kuat arus berbentuk garis lurus berdasarkan data hasil percobaan. Perhitungan Resistansi dengan Metode Least Square i ArusTegangan xi.yixi2 x rata-rata y rata-rataxiyi 13,9100,4501,76015,288 19,8202,045 28,1500,9307,58066,423 311,8621,37016,251140,707 415,7721,77227,948248,756 520,9822,26447,503440,244 627,8282,84279,087774,398 731,8003,152100,2341011,240 838,2543,580136,9491463,369 Jumlah158,55816,360417,3114160,424 Slopc ( b) = n xy x yn x2 ( x)2=( 8 417,311) ( 158,558 16,360)( 8 4160,424) ( 158,558)2= 0,091428 0,091Intcrccp ( o) = yutu-utu Slopc xutu-utu = 2,045 ( 0,09119,820) = 0,241y = bx + o I = R I b = 0,091 volt/mA R = 0,091 X 103 Volt/A = 91 DalamhukumOhm,hubunganV=IRdapatdigunakanuntukmenghitungnilai hambatandalambahansemikonduktorselamasuhuatautemperaturpadabahan semikonduktortersebuttertentu,sesuaidenganhasilpercobaandanpengolahandata diperolehbahwakuatarusyangmengalirdalamsuaturangkaiantertutupsebandingdengan bedapotensialyangditimbulkanolehsumberlistrik.Bedapotensialtersebutjugatelah dibuktikantidakmempengaruhibesarnyanilaihambatansuatusemikonduktor.Hambatan darisemikonduktoryangadamemilikinilaisesuaibesaranhambatjenisyangdipengaruhi oleh suhu dan dijelaskan melalui persamaan p = p0[ 1 + o( I I0) ]dengan0adalahresistivitasbahanpadasuhuacuanT0,adalahkoefisiensuhurata-rata resistivitas untuk kisaran suhu tertentu. Dengan demikian, nilai hambatannya VII.ANALISIS PERCOBAAN PercobaankarakteristikVISemikonduktordilakukandenganmengalirkantegangan denganbesaryangberbeda-beda pada suatu kawat yang diberi semikonduktor. Untuk setiap besar tegangan akan diperoleh datamengenaibesarnya kuat arusyangmengalir pada kawat dengan semikonduktor tersebut. Semakin besar tegangan yang diberikan, arus yang mengalir padakawatsemakinbesar.Besarnyaaruslistrikyangmengalirpadakawattersebut berbandinglurusdenganbesarbedapotensialyangdiberikansepertiterlihatdalamgrafik pada bagian pengolahan data. Perhitunganyangdilakukandalampercobaaniniadalahmenghitungbesarrata-rata daritiapteganganyangdialirkanpadakawatdengansemikonduktoruntuksuatubesar teganganyangsama.Misalnyarata-ratategangandariV1,rata-ratateganganV2dan seterusnya.Halinidisebabkankarenavoltmetermencatatadanyaperubahanteganganyang sangatkecilketikapengukuran.Dihitungjugarata-ratakuatarusyangdicatatoleh amperemeter untuk tiap besar teganganyangsama. Demikianjuga dilakukanhalyang sama untukkuatarusyangterukurpadaamperemeter.Kemudian,dilakukanperhitungandengan menggunakanmetodeleastsquareuntukmendapatkannilaihambatanyangdigunakanpada rangkaian.Berdasarkanpercobaandiatas,bahwaVsebandingdenganI,danVtergantungpada R. Dengan kata lain, semakin besar V, kuat arus semakin besar dan hambatan semakin kecil. ALR Pada grafik, terlihat grafik yang linear menunjukkan R hampir konstan dan setiap kenaikan V disertai kenaikan kuat arus yang mengalir.DalamhukumOhm,hubunganV=IRdapatdigunakanuntukmenghitungnilai hambatandalambahansemikonduktorselamasuhuatautemperaturpadabahan semikonduktor tersebut tetap,sesuaidenganhasilpercobaandanpengolahandatadiperoleh bahwakuatarusyangmengalirdalamsuaturangkaiantertutupsebandingdenganbeda potensial yang ditimbulkan oleh sumber listrik. Beda potensial tersebut juga telah dibuktikan tidakmempengaruhibesarnyanilaihambatansuatusemikonduktor.Hambatandari semikonduktoryangadamemilikinilaisesuaibesaranhambatjenisyangdipengaruhioleh suhu dan dijelaskan melalui persamaan p = p0[ 1 + o( I I0) ] dengan0adalahresistivitasbahanpadasuhuacuanT0,adalahkoefisiensuhurata-rata resistivitas untuk kisaran suhu tertentu. Nilai hambatan menjadi Dengan demikian, Hukum Ohm tetap berlaku pada bahan semikonduktor, tetapi besar nilai hambatan jenisnya. Grafikyangdilaporkanmerupakangrafikhubunganantarategangandankuatarus. Daribentukgrafikyanghampirberbentukgarislurusdapatdisimpulkanbahwakuatarus yang terukur merupakan hasil perkalian antara tegangan yang diberikan dengan suatu besaran yangbesarnyahampirtetapsertatidakdipengaruhibedapotensialatautegangantersebut. Besaran tetap tersebut adalah nilai hambatan dari semikonduktor pada suhu yang relatif tetap. Besarhambataninisebenarnyadipengaruhiolehsuhu.Semakintinggisuhu,makanilai hambatan dari suatu semikonduktor akan mengecil.Halini dapat dilihat pada grafikyang tidaklinier sempurna karena terjadinyasedikit perubahan suhu yang sangat kecil karena bahan dari semikonduktor tersebut mulai memanas. Padaawaltegangan,suhusemikonduktormasihmerupakansuhuawalsebelummulai memanassehingganilaihambatannyaagaklebihbesardarigarislinier.Semakinlama digunakan,suhusemikonduktormemanasdannilaihambatansemakinmenurun.Dalam percobaansuhuyangdiberikandianggaptetap,makadapatdilihatbahwapertambahankuat arus berbanding lurus dengan tegangan. ALR VIII.KESIMPULAN 1.Suhu mempengaruhi hambatan pada semikonduktor. 2.Semakinbesarsuhumakaenergikinetikelektronsemakinbesarsehingga elektronsemakinmudahbergerakdanmeningkatkannilaikonduktivitas semikonduktor dan memperkecil nilai hambatannya.3.Hambatanpadasemikonduktortidakdipengaruhiolehbedapotensialdari sumber tegangan. 4.HukumOhmtetapberlakupadabahansemikonduktor,tetapibesarnilai hambatan jenisnya mengikuti persamaan: p = p0[ 1 + o( I I0) ] DAFTAR PUSTAKA Halliday,R.a.(2005).FundamentalsofPhysics,7thEdition,ExtendedEdition.New Jersey: John Wiley & Sons. Tipler, P. (2001). Fisika untuk Sains dan Teknik (Terjemahan Edisi ke-3 Jilid 2). Jakarta: Penerbit Erlangga.