Laporan Praktikum Fisika Dasar
Nama : Robby Dwitama
NPM : 1206217300
Fakultas : Teknik
Program Studi : Teknik Mesin
Group : Group B-6
No & Nama Percobaan : LR03 / Karakteristik VI Semikonduktor
Minggu Percobaan : Pekan 3
Tanggal Percobaan : 14 Maret 2013
Nama Asisten : Hinu Pramuji (koordinator)
Laboratorium Fisika Dasar
UPP IPD
Universitas Indonesia
LR03-rLab
I. TUJUAN
Mempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan arus listrik (I) pada suatu
semikonduktor.
II. LANDASAN TEORI
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 disipasi panas dan perubahan resistansi bahan semi
konduktor ini saling berkaitan.
Gambar 1. Rangkaian tertutup semikonduktor
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, sehinggah 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
LR03-rLab
dalam membentuk inti yang disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar
untuk dapat melepaskan ikatan elektronelektron 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.
ikatan atom tembaga
Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindahpindah dari
satu nucleus ke nucleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-
elektron tersebut dengan mudah berpindah kearah 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.
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.
LR03-rLab
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.
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.
Tipe-N
Misalnya pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen
yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping,
LR03-rLab
Silikon yang tidak lagi murni ini (impuritysemiconductor) akan memiliki kelebihan
elektron. Kelebihan elektron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n
disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.
doping atom pentavalen
Tipe-P
Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat
semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnyaadalah
bahan trivalen yaituunsur dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi.
Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang
bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron.
Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-
p.
Resistansi
Semikonduktor tipe-p atau tipe-n jika berdiri sendiri tidak lain adalah sebuah resistor.
Sama seperti resistor karbon, semikonduktor memiliki resistansi. Cara ini dipakai
untuk membuat resistor di dalam sebuah komponen semikonduktor. Namun besar
resistansi yang bisa didapat kecil karena terbatas pada volume semikonduktor itu
sendiri.
LR03-rLab
III. ALAT
1. Bahan semikonduktor
2. Amperemeter
3. Voltmeter
4. Variable power supply
5. Camcorder
6. Unit PC
7. DAQ dan perangkat pengendali otomatis
IV. CARA KERJA
Percobaan ini menggunakan sistem rLab dengan prosedur yaitu sebagai berikut:
1. Memperhatikan 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.
LR03-rLab
V. DATA PENGAMATAN
NO V (Volt) I (mA) NO V (Volt) I (mA)
1 0,25 2,28
21 2,19 21,51
2 0,25 2,28
22 2,19 21,51
3 0,26 2,28
23 2,19 22,16
4 0,26 2,28
24 2,19 21,83
5 0,26 2,28
25 2,19 22,16
6 0,85 7,82
26 2,77 28,35
7 0,86 7,82
27 2,77 28,67
8 0,86 7,82
28 2,77 28,67
9 0,87 7,82
29 2,77 28,67
10 0,87 8,15
30 2,76 29,98
11 1,27 11,73
31 3,08 31,93
12 1,27 11,73
32 3,07 32,91
13 1,27 12,06
33 3,06 33,56
14 1,27 12,06
34 3,06 34,54
15 1,27 12,06
35 3,06 33,56
16 1,79 16,94
36 3,53 40,08
17 1,79 16,94
37 3,52 40,73
18 1,79 17,27
38 3,51 41,38
19 1,79 17,27
39 3,5 42,03
20 1,79 17,6
40 3,49 42,36
LR03-rLab
VI. PENGOLAHAN DATA
V
(Volt)
I (mA)
0,256 2,280
0,862 7,886
1,270 11,928
1,790 17,204
2,190 21,834
2,768 28,868
3,066 33,300
3,510 41,316
∑ 15,712 ∑ 164,616
Rata-rata tegangan keseluruhan:
∑
Rata-rata arus kesuluruhan:
∑
LR03-rLab
Grafik Hubungan V I
Dari grafik yang diperoleh dari data pengamatan terlihat bahwa hubungan antara tegangan
terhadap arus adalah linier. Artinya semakin besar tegangan yang digunakan maka semakin
besar pula arusnya, begitu pula sebaliknya. Dapat dikatakan bentuk grafik linier karena
hubungan V dan I adalah berbanding lurus, sebagaimana rumus:
Berdasarkan grafik yang diperoleh, kita dapat menggunakan hukum Ohm. Dimana hukum
Ohm adalah:
y = 11,722x - 2,4448
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
AR
US
TEGANGAN
V I
LR03-rLab
Sehingga untuk menghitung nilai hambatan kita gunakan nilai rata-rata tegangan yang
diperoleh dari keseluruhan data dibagi dengan nilai rata-rata arus yang diperoleh, maka :
VII. ANALISIS
Analisis Percobaan
Praktikum pengukuran karakteristik V I semikonduktor ini dilakukan menggunakan
remote laboratory (Rlab), dimana praktikan tidak melakukan percobaan di
laboratorium melainkan melakukan percobaan melalui internet. Alat-alat yang
digunakan pada percobaan ini tetap terletak di laboratorium, kita dapat melihatnya
bekerja menggunakan webcam yang terpasang kearah alat yang digunakan.
Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan
arus listrik (I) pada suatu semikonduktor. Dalam percobaan digunakan delapan nilai
tegangan yang berbeda, dimana setiap nilai tegangannya menghasilkan lima nilai
arus. Sehingga data yang diperoleh ada 40. Untuk V1, praktikan menyalakan tombol
supply yang ada pada rLab ini kemudian mengklik tombol ukur. Begitu pula untuk V2
hingga V8. Setelah selesai, diperoleh 40 data untuk diolah.
Analisis Hasil dan Grafik
Data yang diperoleh kemudian diolah. Pertama-tama dicari berapa nilai rata-rata jumlah
tegangan dan arus. Nilai rata-rata tegangan keseluruhan adalah 1,964 Volt dan nilai
rata-rata arus adalah 0,021 Amper. Dari nilai rata-rata V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8 dan
I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7 dan I8 disajikan pada grafik dibawah ini:
LR03-rLab
Dari grafik yang diperoleh, terlihat hubungan antara tegangan dan arus, dimana
hubungan tersebut adalah linier. Semakin besar nilai tegangan maka semakin besar pula
nilai arus yang diperoleh, begitu pula sebaliknya atau dapat dikatakan berbanding lurus.
Ini sesuai dengan rumus :
Untuk nilai hambatan dapat diperoleh dengan membagi tegangan terhadap arus. Nilai
hambatan yang diperoleh dari percobaan ini adalah
VIII. KESIMPULAN
Semakin besar nilai tegangan maka semakin besar pula nilai arus yang diperoleh,
begitu pula sebaliknya atau dapat dikatakan berbanding lurus. Ini sesuai dengan
rumus :
Nilai hambatan dapat dicari atau diperoleh jika nilai V dan I diketahui, yaitu dengan
menggunakan rumus :
y = 11,722x - 2,4448
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
AR
US
TEGANGAN
V I
LR03-rLab
IX. REFERENSI
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