PENENTUAN TEGANGAN HALL MENGGUNAKAN KONSEP EFEK HALL PADA SEMIKONDUKTOR GERMANIUM TIPE P

*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang

PENENTUAN TEGANGAN HALL MENGGUNAKAN

KONSEP EFEK HALL

PADA SEMIKONDUKTOR GERMANIUM TIPE P

Syamsul Arifin*, Kenti Isti Jayanti*, Novenda Dwi L*, M. Arif Hidayatullah*

Abstrak: Telah dilakukan penelitian dengan menggunakan metode ekperimental yang bertujuan untuk

menentukan dan mengetahui hubungan tegangan Hall UH sebagai fungsi dari variasi besaran fisis

(Arus IP, induksi magnetik B dan suhu TP). Penelitian ini dilakukan dengan mengukur dan menentukan

tegangan Hall UH pada sampel material semikonduktor Germanium tipe P yang ditimbulkan dari

berbagai variabel masukan (input variable) besaran fisis yang berbeda-beda. Berdasarkan hasil analisis

kuantitatif dari 5 jenis pengukuran yang telah dilakukan, didapatkan hasil pengukuran dan hubungan

yang menunjukkan linearitas antara pemberian arus kontrol IP dengan tegangan Hall UH yang terukur.

Hasil yang sama juga diperoleh pada pengukuran tegangan Hall sebagai fungsi induksi magnetik B

yang menunjukkan hubungan yang berbanding lurus antara keduanya. Sedangkan pada pengukuran

tegangan Hall dengan ketergantungan suhu TP didapatkan bahwa semakin tinggi suhu material

semikonduktor (P-Germanium), tegangan Hall yang terukur akan semakin kecil.

Kata Kunci: Tegangan Hall, Efek Hall, Semikonduktor Germanium tipe P

Abstract: Has been done a research by using experimental method that aim to determine and define

the relationship of Hall voltage UH as a function of various physical quantities (Control current IP,

magnetic induction B and temperature TP). The research done by measuring and determining

Hall voltage UH of sample of P-Germanium semiconductor that is produced by some different input

variable of physical quantities. According to result of the quantitative analysis from the five kinds

of measurements have been done obtained the relationship and measurement results showed linearity

between the control current IP increasing with the measured Hall voltage UH. Similar results were

also obtained on the Hall voltage UH measuring as a function of the magnetic induction B showed

a linear relationship between both. While the Hall voltage UH measurements by dependence to the

temperature TP was obtained that the higher the temperature of rectangular P-Germanium

semiconductor sample cause the measured Hall voltage UH will be smaller, or proportionate inversely.

Keywords: Hall voltage, Hall effect, P-Germanium Semiconduktor

PENDAHULUAN

Dalam realitas kehidupan sehari-hari, kebutuhan manusia tidak pernah lepas dari

listrik. Listrik merupakan salah satu kebutuhan mendasar dan penting yang harus dipenuhi

oleh semua orang, baik dalam kehidupan rumah tangga, pendidikan, hingga menjadi

penunjang dalam dunia industri. Tidak hanya itu, kemajauan teknologi yang saat ini telah

berkembang cepat dan pesat juga atas dasar keberadaan listrik. Hampir semua peralatan

dan komponen kelistrikan dalam pembuatan dan penggunaannya sangat erat kaitannya

dengan prinsip fisika khususnya dalam tinjauan kelistrikan-magnet (elektromagnetic),

seperti halnya handphone, generator, instrumentasi medis dan sebagainya.

Dalam listrik magnet, kita mengenal atau mengetahui tentang gejala efek Hall.

Gejala efek Hall ini bisa dilihat apabila arus dialirkan pada suatu penghantar sekaligus


menempatkannya dalam medan magnet secara tegak lurus, kemudian terjadi defleksi

elektron karena adanya medan magnet tersebut. Besamaan dengan hal tersebut muncul

pula tegangan Hall (Tipler, 2001).

Melalui penelitian ini, dengan melakukan pengukuran tegangan Hall pada sebuah

material semikonduktor (P-Germanium) sesuai penggunaan atau aplikasi dari konsep efek

Hall kita dapat mengetahui dan menentukan besarnya tegangan Hall UH yang diukur

sebagai fungsi arus kontrol IP, induksi magnetik B, dan sebagai fungsi suhu TP.

KAJIAN TEORI

Fenomena Efek Hall

Berkas elektron dapat mengalami defleksi karena adanya medan magnet. Defleksi

gerakan elektron dalam medium padat, misalnya dalam penghantar dibuktikan oleh Edwin

H. Hall tahun 1879 yaitu dengan mengalirkan arus pada suatu penghantar sekaligus

menempatkannya pada medan magnet secara tegak lurus. Dengan demikian akan muncul

gejala yang disebut efek Hall. Beda potensial antara bagian atas dan bagian bawah

lempengan itu disebut tegangan Hall. Tegangan Hall (UH ) terjadi karena adanya gaya

Lorentz ( ) pada pembawa muatan yang sedang bergerak dalam medan magnet.

Gambar 1. Efek Hall dalam Sampel Penampang Persegi Panjang

Fenomena ini (Efek Hall) muncul dari gaya Lorentz: pembawa muatan

menimbulkan arus yang mengalir melalui sampel yang terdefleksi dalam medan magnet B

sebagai fungsi dari vektor dan kecepatan v nya:

= e ( x B) (1)

(F = Gaya yang bekerja pada pembawa muatan, e = muatan elementer).

Besar gaya magnetik pada pembawa muatan dalam lempengan itu adalah qvdB.

Gaya magnetik ini diimbangi oleh gaya elektrostatik yang besarnya E, dengan E

merupakan medan listrik akibat pemisahan muatan tersebut. Jadi diperoleh,


E = vdB (2)

Karena pembawa muatan positif dan negatif dalam semikonduktor berpindah dalam

arah yang berlawanan, mereka kemudian terdefleksi dalam arah yang sama. Tipe pembawa

muatan tersebut dapat menyebabkan aliran arus. Dengan demikian dapat ditentukan

polaritas tegangan Hall, arah arus dan medan magnet (Tim Penyusun, 2012).

Tegangan Hall yang bersangkutan ditentukan oleh:

UH = RH.

(3)

dengan RH. adalah koefisient Hall yang mana bergantung pada material dan suhu serta juga

bergantung pada jenis pembawa muatan dalam proses konduksi.

RH. =

= (

) (4)

Semikonduktor

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengsn konduktivitas listrik yang berada

diantara isolator dan konduktor pada temperatur yang sangat rendah, namun pada

temperatur ruangan akan bersifat sebagai konduktor (Hayt, 1989: 117).

Dalam semikonduktor, semua elektron valensi dipakai untuk ikatan pasangan

dengan atom lain dari berbagai kristal. Semikonduktor yang paling sering dipakai dalam

rangkaian elektronika adalah Silikon (Si), Germanium (Ge), dan Galliumarsenide (GeAs).

Semikonduktor dapat dikelompokkan menjadi (Sze, 1985):

1. Semikonduktor instrinsik, yaitu material murni semikonduktor yang terdiri atas satu

unsur saja, misalnya Si saja atau Ge saja. Pada kristal semikonduktor Si, 1 atom Si

yang memiliki 4 elektron valensi berikatan dengan 4 atom Si lainnya.

2. Semikonduktor ekstrinsik, merupakan semikonduktor yang telah terkotori (tidak

murni lagi) oleh atom dari jenis lainnya. Proses penambahan atom pengotor ini

disebut pengotoran (doping). Penambahan atom pengotor (impuritie)

mengakibatkan struktur pita dan resistivitasnya berubah.

Ketidakmurnian dalam semikonduktor dapat menyumbangkan elektron maupun

lubang (hole) dalam pita energi. Dengan demikian, konsentrasi elektron dapat

menjadi tidak sama dengan konsentrasi hole, namun masing-masing bergantung

pada konsentrasi dan jenis bahan ketidakmurnian.

Terdapat tiga jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe-n,

semikonduktor tipe-p, dan semikonduktor paduan. Semikonduktor dengan

konsentrasi elektron lebih besar dibandingkan konsentrasi hole disebut

semikonduktor ekstrinsik tipe-n. Semikonduktor tipe-p, dimana konsentrasi lubang

lebih tinggi dibandingkan elektron, misal Si dan Ge. Sedangkan semikonduktor


paduan (compound semiconductor), ikatannya terbentuk dengan peminjaman

elektron oleh unsur dengan velensi lebih tinggi kepada unsur dengan valensi lebih

rendah (Parno, 2002).

METODE PENELITIAN

Alat dan Bahan

Gambar 2. Rangkaian Alat Percobaan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi modul efek Hall,

semikonduktor Germanium jenis P (p-Ge), kumparan 600 lilitan, Inti besi (Bentuk U),

potongan elektroda (Pole pieces, 30x30x48), Hall Probe, Power supply 0-12 V DC/6V, 12

V AC, penyangga kaki tiga, batang penegak (Support rod), pengapit (Clamp), kabel

penghubung, Teslameter digital, multimeter digital.

Prinsip Kerja

Peralatan penelitian diatur seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2. Lempengan

pelat bahan uji (Semikonduktor P-Germainum) pada papan diletakkan dalam modul efek

Hall melalui alur penunjuk (guide-groove). Perangkat modul secara langsung dihubungkan

dengan tegangan keluaran 12 V dan pada tegangan masukan AC di sisi balik modul. Pelat

tersebut diletakkan ke dalam medan magnet pada kumparan dengan sangat hati-hati.

Secara umum, penelitian ini menganalisa besar nilai tegangan Hall yang

ditimbulkan dalam fenomena efek Hall pada sebuah material semikonduktor (Gemanium

tipe P) yang ditempatkan dalam medan magnet dengan mekanisme perolehan tegangan

Hall UH tersebut melalui variasi perubahan arus kontrol IP, induksi magnetik B dan

perubahan suhu TP pada pemberian arus konstan, suhu konstan maupun induksi magnetik

konstan pada tiap-tiap pengukuran sesuai dengan tujuan penelitian ini.


Pada penelitian ini dilakukan 5 jenis pengukuran sesuai dengan tujuan penelitian

ini, yaitu mengukur dan menentukan tegangan Hall UH pada sampel semikonduktor

Germanium tipe P yang ditimbulkan dari berbagai variabel fungsi besaran fisis yang

berbeda-beda. Langkah-langkah kerja dan prosedur dalam penelitian ini untuk masing-

masing jenis pengukurun diuraikan sebagai berikut:

1. Tegangan Hall UH sebagai fungsi arus kontrol IP (Pada suhu kamar 27C)

Untuk pengukuran pertama ini dilakukan pengukuran tegangan Hall pada

suhu kamar dan medan magnetik konstan sebagai fungsi arus kontrol IP. Dalam

pengukuran ini, besar nilai suhu pada modul diatur terlebih dahulu hingga suhu

27C atau 28C (Suhu kamar). Suhu ini diatur konstan selama proses pengukuran

berlangsung. Besar medan magnet B yang terukur dari kumparan inti besi juga

diatur konstan 250 mT pada Teslameter. Pemberian nilai medan magnet B ini

dilakukan melalui pengaturan tegangan pada power supply. Di samping itu,

tampilan layar pada modul juga diatur terlebih dahulu pada pengaturan “Current

Mode” dengan cara menekan tombol mode pada modul. Pengukuran tegangan Hall

dilakukan dan ditentukan sebagai fungsi arus kontrol IP dengan pemberian variasi

arus dimulai dari -30 mA hingga 30 mA dengan interval arus sebesar 5 mA untuk

tiap-tiap pengukuran. Perubahan tegangan yang terjadi pada multimeter untuk

setiap kali pengukuran dicatat sebagai tegangan Hall UH.

2. Tegangan Hal UH sebagai fungsi induksi magnetik B (Pada suhu kamar dan arus

kontrol IP konstan)

Pada pengukuran ini, multimeter dihubungkan ke soket tegangan sampel

yang terletak pada sisi depan modul. Pengukuran tegangan Hall UH dilakukan

dengan variasi pemberian nilai induksi medan magnetik B sebesar 30 mT hingga

300 mT yang diatur pada power supply. Tegangan Hall yang terukur pada

multimeter untuk setiap pengukuran dicatat sebagai data hasil penelitian.

Pengukuran dilakukan secara berulang dengan selisih pemberian nilai induksi

magnetik B sebesar 30 mT antar tiap-tiap pengukuran.

3. Tegangan Hall UH sebagai fungsi suhu TP (Pada arus kontrol IP konstan)

Pada jenis pengukuran yang ke-3 ini, arus kontrol diatur konstan 30 mA

selama pengukuran. Pengukuran dilakukan dengan tampilan layar modul diatur

dalam mode Temperatur, dengan cara tombol “On/Off” kumparan panas pada sisi

belakang modul diaktifkan. Dengan besar arus yang konstan tersebut, nilai

perubahan tegangan Hall UH pada setiap perubahan suhu TP dicatat. Dalam

pengukurannya, nilai suhu awal yang ditampilkan pada modul ialah 30C (303K).

Perubahan ketergantungan tegangan Hall terhadap perubahan suhu pada

pengukuran ini dicatat hingga mencapai pemberian suhu maksimum sebesar 109C

(382K).


4. Tegangan Hall UH sebagai fungsi induksi magnetik B (Pada suhu kamar )

Pengukuran tegangan Hall dilakukan dan ditentukan sebagai fungsi induksi

magnetik B pada suhu kamar. Arus diatur ke nilai 30 mA. Sedangkan multimeter

dihubungkan ke soket tegangan Hall pada sisi bagian depan modul. Pengukuran

dimulai dengan pemberian induksi magnetik B pada Teslameter sebesar -160 mT,

nilai tegangan Hall UH yang terukur pada saat nilai induksi magnetik tersebut

dicatat sebagai data hasil pengukuran. Pengukuran dilanjutkan kembali secara

berulang dengan pemberian nilai induksi magnetik B hingga 160 mT melalui

pengaturan tombol putar power supply. Data tegangan Hall UH yang didapatkan

dari masing-masing pengukuran dengan interval nilai induksi magnetik sebesar

40mT dicatat pada tabel hasil penelitian.

5. Tegangan Hall UH sebagai fungsi suhu TP (Pada induksi magnetik B konstan)

Tegangan Hall diukur sebagai fungsi suhu TP pada nilai induksi magnetik

yang konstan, yaitu sebesar 300 mT. Arus kontrol diatur 30 mA. Tampilan layar

modul diatur dalam mode Temperatur, dengan cara mengaktifkan tombol “On/Off”

yang terletak pada sisi bagian belakang modul. Nilai perubahan tegangan Hall yang

terukur pada multimeter dicatat pada setiap kali perubahan suhu T P yang terjadi

pada layar modul. Pengukuran tegangan Hall ini dimulai dengan suhu awal yang

ditampilkan, yaitu 30C hingga mencapai suhu maksimum sebesar 113C. Karena

perubahan suhu yang terjadi berubah dengan cepat, maka pembacaan dan

pencatatan data nilai tegangan Hall UH yang terukur pada setiap perubahan suhu

juga dilakukan dengan cepat.

Dalam proses selanjutnya, diplot grafik hasil hubungan tegangan Hall UH

yang diperoleh dengan beberapa variabel fungsi besaran fisis (Arus IP, induksi

magnetik B dan suhu TP) dari 5 jenis pengukuran yang telah dilakukan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisis Hubungan Ketergantungan Tegangan Hall terhadap Beberapa Besaran Fisis

Penelitian ini yang dalam perlakuannya dilakukan 5 jenis pengukuran tegangan

Hall dengan berbagai variabel fungsi diperoleh hasil penelitian yang diuraikan sebagai

berikut:

Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Arus Kontrol IP

Hasil pengukuran tegangan Hall terhadap sampel material semikonduktor

Germanium-P yang dilakukan pada suhu kamar konstan (27C) selama pengukuran dapat

ditunjukkan pada tabel berikut ini.


Tabel 1. Hasil Pengukuran Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Arus Kontrol IP

No. IP (mA) UH (mV)

1. -30 -2.25

2. -25 -1.83

3. -20 -1.59

4. -15 -1.21

5. -10 -0.81

6. -5 -0.44

7. 0 -0.02

8. 5 0.39

9. 10 0.61

10. 15 1.08

11. 20 1.35

12. 25 1.79

13. 30 2

Dengan pemberian arus IP dengan interval 5 mA yang dilakukan dari nilai arus

sebesar -30 mA hingga 30 mA diperoleh data hasil pengukuran (tegangan Hall UH) pada

multimeter yang semakin besar sejalan dengan peningkatan pemberian besar nilai arus

pada modul. Hal ini dapat direpresentasikan melalui grafik data hasil pengukuran yang

telah diplot.

Gambar 3. Grafik Hasil Pengukuran Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Arus Kontrol IP

Grafik di atas memperlihatkan hasil kurva yang linier dari hubungan antara tegangan Hall

UH yang terukur (Sumbu Y) dengan besar arus kontrol IP yang diberikan (Sumbu X).

Kurva tersebut mengindikasikan adanya linearitas antara kedua variabel pengukuran ini.

Pemberian arus yang semakin besar akan mengakibatkan tegangan Hall yang terukur juga

akan semakin besar.

-3

-2

-1

0

1

2

3

-40 -20 0 20 40UH (mV)

Ip (mA)


Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Induksi Magnetik B

Pada pengukuran tegangan Hall UH yang diukur sebagai fungsi induksi magnetik

yang dihasilkan oleh medan magnet pada kumparan dengan suhu kamar dan arus kontrol

konstan melalui pemberian nilai induksi magnetik B yang semakin besar pada Teslameter

didapatkan data hasil penelitian sesuai pada tabel hasil di bawah ini.

Tabel 2. Hasil Pengukuran Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Induksi Magnetik B

No. B (mT) UH (mV)

1. 30 2.04

2. 60 2.04

3. 90 2.05

4. 120 2.05

5. 150 2.06

6. 180 2.07

7. 210 2.07

8. 240 2.08

9. 270 2.09

10. 300 2.10

Pengukuran dimulai dari nilai induksi magnetik B sebesar 30 mT hingga 300 mT

dengan interval pada tiap pengukuran sebesar 30 mT, diperoleh data hasil pengukuran

yang menunjukkan perbandingan yang lurus antara kedua variabel pengukuran ini

(tegangan Hall dan induksi magnetik B). Artinya, nilai tegangan Hall yang terukur

mengalami peningkatan dengan pemberian nilai induksi magnetik yang semakin besar oleh

power supply.

Gambar 4. Grafik Hasil Pengukuran Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Induksi Magnetik B

Meskipun pada dasarnya diperoleh beberapa data hasil pengukuran tegangan Hall

yang bernilai konstan, namun dari grafik hasil pengukuran ini memberikan penjelasan

bahwa secara keseluruhan bentuk kurva yang terlihat pada grafik tersebut mengalami

2.03

2.04

2.05

2.06

2.07

2.08

2.09

2.1

2.11

0 100 200 300 400

UH (mV)

B (mT)


kenaikan, yang mana berarti bahwa secara proporsional hubungan antara induksi magnetik

dengan tegangan Hall adalah berbanding lurus.

Pengukuran Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Suhu TP

Pengukuran tegangan Hall UH sebagai fungsi suhu TP yang dilakukan dengan

pemberian suhu TP ini didapatkan hasil pengukuran seperti yang diperlihatkan tabel berikut

ini (Tabel 3).

Tabel 3. Hasil Pengukuran Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Suhu TP

No. TP (K) UH (V)

1. 303 0.09 x 10-3

2. 333 0.08 x 10-3

3. 343 0.07 x 10-3

4. 348 0.06 x 10-3

5. 359 0.04 x 10-3

6. 362 0.03 x 10-3

7. 368 0.02 x 10-3

8. 373 0.01 x 10-3

9. 382 0

Dalam perubahan suhu yang semakin meningkat antara 30C (303K) hingga

109C (382K), tegangan Hall UH yang terukur pada multimeter digital untuk tiap-tiap

perubahan suhu TP yang terjadi justru didapatkan nilai tegangan Hall UH yang semakin

kecil hingga pada akhirnya mencapai 0 Volt.

Gambar 5. Grafik Hasil Pengukuran Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Suhu TP

Dapat diindikasikan bahwa hubungan antara tegangan Hall UH dengan suhu TP

adalah berbanding terbalik sehingga dari grafik pengukuran tersebut juga terlihat bentuk

kurva grafik yang berlawanan (Opposite) dari pengukuran 1 dan 2. Pola kurva pada grafik

terlihat mengalami penurunan secara eksponensial yang tajam dengan pemberian suhu TP

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0 100 200 300 400 500

UH

(x 10-3 V)

Tp ( K)


pada material semikonduktor Germanium-P yang semakin besar. Semakin besar suhu yang

diberikan, maka tegangan Hall yang terukur akan semakin kecil. Secara keseluruhan,

penurunan tegangan Hall UH terjadi secara konstan atau dengan interval perubahan yang

sama antar tiap-tiap pengukuran.

Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Induksi Magnetik B

Pada pengukuran ini, hasil pengukuran yang diperoleh tidak jauh berbeda dari

pengukuran ke-2 yang juga merupakan pengukuran tegangan Hall UH sebagai fungsi

induksi magnetik B.

Tabel 4. Hasil Pengukuran Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Induksi Magnetik B

No. B (mT) UH (mV)

1. -160 25.1

2. -120 25.1

3. -80 25.2

4. -40 25.3

5. 0 25.4

6. 40 25.6

7. 80 25.7

8. 120 25.8

9. 160 25.9

Gambar 6. Grafik Hasil Pengukuran Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Induksi Magnetik B

Dalam pengukuran dengan pemberian nilai induksi magnetik dari -160 mT hingga

160 mT pada Teslameter ini, nilai tegangan Hall mengalami peningkatan sejalan dengan

pemberian nilai induksi magnetik yang semakin besar. Dari sini telah dapat diketahui

bahwa hubungan kedua variabel tersebut berbanding lurus satu sama lain. Grafik hasil

pengukuran yang diplot juga memperlihatkan linearitas antara keduanya, dimana kenaikan

kurva menunjukkan bahwa tegangan Hall yang terukur semakin besar bersamaan dengan

peningkatan pemberian nilai induksi magnetik B melalui power supply.

2525.125.225.325.425.525.625.725.825.9

26

-200 -100 0 100 200

UH (mV)

B (mT)


Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Suhu TP

Untuk pengukuran yang terakhir (Pegukuran 5), hasil pengukuran yang diperoleh

terlihat juga tidak jauh berbeda dengan hasil percobaan 3 (Tegangan Hall UH sebagai

fungsi induksi magnetik B). Data hasil pengukuran yang didapatkan ditunjukkan pada tabel

berikut.

Tabel 5. Hasil Pengukuran Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Suhu TP

No. TP (C) UH (mV)

1. 30 0.12

2. 53 0.11

3. 67 0.10

4. 75 0.09

5. 78 0.08

6. 82 0.07

7. 86 0.06

8. 89 0,05

9. 91 0.04

10. 94 0.03

11. 97 0.02

12. 113 0

Dengan ketergantungan terhadap suhu TP dalam proses pengukurannya, didapatkan

nilai tegangan Hall yang semakin kecil seiring dengan peningkatan suhu TP. Artinya,

semakin besar (tinggi) suhu pada material semikonduktor Germanium-P, maka nilai

tegangan Hall yang terukur akan semakin kecil, atau dengan kata lain adalah berbanding

terbalik.

Gambar 7. Grafik Hasil Pengukuran Tegangan Hall UH sebagai Fungsi Suhu TP

Grafik hasil pengukuran juga telah memperlihatkan bahwa hasil curve plotting

tersebut mengalami penurunan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Analisa grafik ini

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 20 40 60 80 100 120

UH

(mV)

Tp ( C)


menunjukkan bahwa tegangan Hall mengalami penurunan dengan perubahan suhu yang

semakin meningkat.

Analisis Prinsip Munculnya Tegangan Hall pada Semikonduktor Germanium tipe P

Analisis prinsip pada penelitian ini ialah mengenai fenomena atau gejala efek Hall

yang terjadi pada suatu penghantar, dalam kasus ini adalah material semikonduktor

Germanium-P yang dalam prinsipnya diletakkan secara tegak lurus dalam medan magnet

yang ditimbulkan oleh kumparan berarus listrik dalam penelitian ini. Akibarnya, akan

terjadi defleksi elektron arus listrik pada semikonduktor Germanium-P ini. Bersamaan

dengan hal tersebut, akan timbul suatu tegangan yang disebut tegangan Hall.

Secara spesifik, tegangan Hall terjadi karena adanya gaya Lorenz F pada muatan

yang bergerak dalam medan magnet di kumparan. Tegangan Hall tersebut ditimbulkan

oleh gaya Coulomb Fc = e.V.B, dimana medan magnet telah berubah menjadi medan Hall

sebagai akibat dari tegangan Hall tersebut. Selain itu juga dipengaruhi oleh harga RH yang

merupakan konstanta Hall yang tergantung dari jenis material semikonduktor yang

digunakan (RH =

). Secara matematis, hubungan antara beberapa variabel tersebut ialah

sebagai berikut,

VH = UH = RH.

Dari tinjauan rumus teoritis tersebut, telah dapat ditunjukkan hubungan yang sesuai dengan

data hasil penelitian yang mana dalam pengukurannya, tegangan Hall UH yang diperoleh

ialah berbanding lurus dengan nilai induksi magnetik B dan arus kontrol IP.

Untuk hubungannya dengan suhu TP yang berbanding terbalik diakibatkan karena

peningkatan suhu akan menyebabkan jumlah elektron yang mendapatkan energi semakin

tinggi dan bisa menjadi elektron bebas lebih banyak. Akibatnya, nilai konduktivitasnya

akan menjadi besar, sehingga semakin mudah untuk menghantarkan arus listrik. Tegangan

yang diperoleh justru akan semakin kecil. Secara matematis, hubungan tersebut dapat

dijelaskan melalui persamaan berikut,

= o(T)

UH = V =I.R dengan R =

)

Pada material semikonduktor, arus listrik tidak mudah mengalir karena mempunyai

karakteristrik kelistrikan yang khusus (konduktivitas ) yang berada diantara nilai

konduktivitas material konduktor dan isolator. Semikonduktor yang sering banyak

digunakan dalam kelistrikan ialah semikonduktor Silikon (Si) dan Germanium (Ge). Untuk

material Ge yang digunakan sebagai sampel dalam penelitian ini memiliki nomer atom 32

dan nilai kelektronegatifan sebesar 2,01 sehingga material ini sedikit cukup mudah untuk

dialiri elektron. Pada suhu kamar (300K), jenis material semikonduktor ini memiliki


kerapatan 1022

atom/cm3. Jadi, konduktivitas naik terhadap suhu karena dengan

bertambahnya suhu, jumlah muatan ikut bertambah.

PENUTUP

Kesimpulan

Dari hasil analisa yang telah dilakukan terhadap data hasil penelitian dan prinsip

pada penelitian ini, dapat diberikan beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Dalam pengukuran tegangan Hall UH sebagai fungsi arus kontrol IP, pemberian arus

yang semakin besar akan mengakibatkan tegangan Hall yang terukur juga akan

semakin besar.

2. Berdasarkan pengukuran tegangan Hall UH sebagai fungsi induksi magnetik B,

dapat diketahui bahwa secara proporsional hubungan antara induksi magnetik B

dengan tegangan Hall UH adalah berbanding lurus

3. Dari pengukuran tegangan Hall UH sebagai fungsi suhu TP diperoleh bahwa semakin

tinggi suhu pada material semikonduktor Germanium-P, maka nilai tegangan Hall

yang terukur akan semakin kecil, atau dengan kata lain adalah berbanding terbalik.

4. Semikondoktor Germanium (Ge) memiliki nomer atom 32 dan nilai

kelektronegatifan sebesar 2.01. Material semikonduktor ini memiliki kerapatan

1022 atom/cm3 (T = 300K), sehingga material ini sedikit cukup mudah untuk dialiri

elektron.

Saran

Penelitian ini dapat dikembangkan lebih lanjut, yaitu untuk perbandingan efektivitas

beberapa material semikonduktor (Si, Ge, GaAr, TiO2Co) melalui analisis efek Hall

sebagai material dasar semikonduktor (Fotovoltaic Cell) pada Solar sel.


DAFTAR PUSTAKA

Hayt, William H.1989. Elektromagnetika Teknologi. Jakarta: Erlangga

Parno. 2002. Pendahuluan Fisika Zat Padat. Malang: FMIPA Universitas Negeri Malang

Sze, S.M. 1985. Semiconduktor Devaies, Physics, and Technology. New York: John

Willey and Sons Press

Tim Penyusun. 2012. Modul Praktikum: Eksperimen Fisika II. Malang: Jurusan Fisika

UIN Maliki Malang

Tipler, Paul A. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga

Documents

PENENTUAN TEGANGAN HALL MENGGUNAKAN KONSEP EFEK HALL PADA SEMIKONDUKTOR GERMANIUM TIPE P