7/28/2019 LR-03

1/13

LAPORAN PRAKTIKUM

Fisika Dasar

Nama : Brilliand Tegar Verlambang

NPM : 1206263111

Fakultas : Teknik

Departemen/Prodi : Teknik Mesin

Nama Praktikum : Karakteristik V I Semikonduktor

Nomor Praktikum : LR-03

Minggu Praktikum : Minggu IV

Tanggal Praktikum : 21 Maret 2013

Nama Asisten : Hinu Pramuji

Laboratorium Fisika Dasar

UPP IPD

Universitas Indonesia

7/28/2019 LR-03

2/13

7/28/2019 LR-03

3/13

semikonduktor tidak murni akan mengalami kenaikan sifat

konduktivitas yang cukup tinggi dan bahkan mampu mendekati

konduktivitas bahan logam (konduktor).

Bahan Semikonduktor

Unsur Paduan Unsur Padat (Golongan A)

IV-IV III-V II-VI IV-VI

Si SiC AlAs CdS PbS

Ge AlSb CdSe PbTe

BN CdTe

GaAs ZnS

GaP ZnSe

GaSb ZnTe

InAs

InP

InSb

Germanium (Ge) dahulu merupakan satu-satunya bahan yang

dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun,

belakangan ini silikon (Si) menjadi populer setelah ditemukan cara

mengekstra silikon dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak

kedua yang ada di bumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur

silikon. Struktur atom silikon, satu inti atom masing-masing memiliki

4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi

oleh 8 elektron, sehingga 4 elektron atom kristal tersebut

membentuk ikatan kovalen dengan ion atom-atom lain. Ikatan

kovalen membuat elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom

ke atom yang lain. Pada kondisi tersebut, bahan semikonduktor

bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah

untuk menghantarkan listrik. Pada suhu tinggi, ada beberapa ikatankovalen yang lepas karena energi panas sehingga elektron dapat

7/28/2019 LR-03

4/13

terlepas dari ikatannya dan hampir dapat menjadi konduktor yang

baik, namun hanya pada keadaan tertentu saja yakni dengan

memberikan doping (penambahan atom). Pemberian doping

dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam

jumlah lebih banyak dan permanen dan diharapkan akan dapatmenghantarkan listrik.

Tipe-N (Negatif)

Jika bahan semikonduktor berbahan Si diberikan doping Posfor

(P) atau Arsen (As) yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti

atom memiliki 5 elektron valensi, maka Si yang tidak lagi murni

(impuritis) akan memiliki kelebihan elektron yang membentuk

semikonduktor tipe-N. Semikonduktor tipe-N ini bersifat melepaskan

elektron.

Tipe-P (Positif)

Jika bahan semikonduktor berbahan Si diberikan doping Boron

(B), Gallium (Ga), atau Indium (In) yang trivalen yaitu bahan kristal

dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi, maka Si akan

memiliki sifat semikonduktor tipe-P. karena ion silikon memiliki 4elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole).

7/28/2019 LR-03

5/13

Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron

(kekurangan elektron).

a. Semikonduktor MurniSemikonduktor murni atau yang disebut dengan semikonduktor

intrinsik adalah material semikonduktor di mana tiap-tiap atomnya

berikatan kovalen satu sama lain membentuk suatu struktur kristal

yang biasa disebut lattice. Semikonduktor ini memiliki sifat yang

mendekati sebuah materila isolator dengan pita valensi dan pita

konduksinya terpisahkan oleh gap energi (energy gap) yang kecil.

Energi yang diperlukan untuk memutus sebuah ikatan kovalen

adalah sebesar 1,1 eV untuk Si dan 0,7 eV untuk Ge. Pada temperatur

ruang (300 K), sejumlah elektron mempunyai energi yang cukupbesar untuk melepaskan diri dari ikatan dan tereksitasi (excited) dari

pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas. Besarnya

energi untuk melepaskan elektron dari pita valensi ke pita konduksi

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 memberi

pengaruh sehingga terdapat 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 lama ke

lubang baru. Proses aliran muatan (arus drift) menyatakan bahwa

hantaran listrik pada semikonduktor adalah akibat adanya 2 partikel

masing-masing bermuatan positif dan negatif yang bergerak dengan

arah yang berlawanan akibat adanya pengaruh medan listrik.Akibatadanya 2 pembawa muatan tersebut, besarnya rapat arus dinyatakan

sebagai:

keterangan :

n dan p : konsentrasi elektron dan lubang

n dan p : mobilitas elektron dan lubang

= : konduktivitas

7/28/2019 LR-03

6/13

Karena timbulnya lubang dan elektron terjadi secara serentak, maka

pada semikonduktor murni jumlah lubang sama dengan jumlah

elektron atau dituliskan sebagai = = dengan ni disebut sebagaikonsentrasi intrinsik.

Sifat dasar Si dan Ge pada suhu 300 K

Properti Si Ge

Gap Energi 1,1 0,67

Mobilitas Elektron 0,135 0,39

Mobilitas Lubang 0,048 0,19

Konsentrasi Instrinsik 1,5 x 2,4 x

Resistivitas 2300 0,46

b. Semikonduktor Tidak MurniSemikonduktor tidak murni atau yang disebut dengan

semikonduktor ekstrensik didapat dengan memasukkan pengotor

(doping) berupa atom-atom dari golongan IIIA atau VA ke dalam

semikonduktor (SI atau Ge murni). Elemen semikonduktor beserta

atom doping yang biasa digunakan adalah Boron (B), Carbon (C),

Nitrogen (N), Aluminium (Al), Pofor (P), Arsenik (As), Indium (In),

Tin (Sn), Antimon (Sb). Dengan adanya doping pada struktur kristal

semikonduktor, maka didapat Si atau Ge yang kelebihan atau

kekurangan elektron. Kelebihan elektron menyebabkan kristal

bermuatan negatif dan sebaliknya sehingga memicu timbulnya gaya-

gaya listrik akibat muatan elektron.

2. Sifat Listrik Semikonduktor

Jika semikonduktor tipe-P dan tipe-N digabungkan maka pada

sambungan akan terjadi proses difusi akibat ketidakseimbangan

muatan di antara kedua material semikonduktor. Semua hole pada

sambungan akan terisi oleh elektron sehingga tidak ada lagi elektron

bebas. Difusi ini menyebabkan terbentuknya lapisan pengosongan

atau deplesi. Pada lapisan ini, semikonduktor kembali pada sifatnyasebagai isolator. Jika ujung tipe-N disambungkan dengan kutub

7/28/2019 LR-03

7/13

negatif suatu tegangan dan tipe-P disambungkan dengan kutub

positif tegangan, maka elektron pada lapisan terdorong keluar dari

hole dan kembali menjadi elektron bebas sedangkan hole yang

ditinggalkannya akan terisi kembali oleh elektron (terjadi

rekombinasi) dari tipe-N. Begitu seterusnya.

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 semikonduktor ini saling berkaitan.

Rangkaian Tertutup Semikonduktor

IV. Prosedur Praktikum1. Eksperimen karakteristik V I semikonduktor ini dapat

dilakukan dengan meng-klik tombol link Rlab pada halaman

web di bawah ini.

http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory/course/view.php?id=90

2. Memperhatikan halaman web percobaan karakteristik V I semikonduktor.

3. Memberikan beda potensial dengan memberi tegangan V1.4. Mengaktifkan power supply / baterai dengan meng-klik radio

button di sebelahnya.

5. Mengukur beda potensial dan arus yang terukur padahambatan.

http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory/course/view.php?id=90http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory/course/view.php?id=90http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory/course/view.php?id=90

7/28/2019 LR-03

8/13

6. Mengulangi langkah 3 hingga 5 untuk beda potensial V2 hinggaV8.

Tugas & Evaluasi

1. Perhatikan data yang saudara peroleh, apakah terjadiperubahan 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 arusyang terukur untuk V1, V2, V3 hingga V8.

3. Buatlah grafik yang memperlihatkan hubungan V vs I untukrata-rata V dan I yang terukur (lihat tugas 2)!

4. Bagaimanakah bentuk kurva hubungan V vs I, jelaskanmengapa bentuknya seperti itu!

5. Berdasarkan berbagai kurva grafik V vs I bolehkah kitamenggunakan hukum ohm dalam peristiwa ini?

6. Berikan kesimpulan terhadap percobaan ini!V. Hasil dan Evaluasi

Pengolahan Data

Nilai V rata-rata dan I rata-rata

Adapun nilai rata-rata beda potensial yang terukur dan arus yang

terukur untuk V1, V2, V3 hingga V8 adalah sebagai berikut:

Tegangan Vi,i (volt) V rata-rata Ii,i (mA) I rata-rata

V1

0.44

0.44

3.91

3.91

0.44 3.910.44 3.910.44 3.910.44 3.91

V2

0.92

0.92

8.47

8.47

0.92 8.470.92 8.470.92 8.470.92 8.47

7/28/2019 LR-03

9/13

V3

1.35

1.35

12.38

12.38

1.35 12.381.35 12.381.35 12.381.35 12.38

V4

1.83

1.826

16.94

17.008

1.83 16.621.83 16.941.82 17.271.82 17.27

V5

2.23

2.224

21.18

21.378

2.22 21.512.23 21.182.22 21.512.22

21.51

V6

2.80

2.796

27.70

28.284

2.80 28.352.80 28.022.79 28.352.79 29.00

V7

3.11

3.102

31.61

32.258

3.11 31.933.10 32.263.10 32.58

3.09 32.91

V8

3.57

3.552

38.12

39.36

3.56 38.773.55 39.433.54 40.083.54 40.40

7/28/2019 LR-03

10/13

Grafik V vs I menunjukkan hubungan linier atau berbanding lurus

antara tegangan rata-rata dan arus listrik rata-rata.

Pada grafik linier di atas, dapat dilihat hubungan berbanding

lurus antara besarnya nilai tegangan listrik yang diberikan terhadap

arus listrik yang dihasilkan (VI = C konstan). Atau dengan kata lain,

jika semakin besar tegangan listrik pada bahan semikonduktor,

semakin besar pula kuat arus listrik yang dihasilkan. Ini dikarenakan

suhu pada semikonduktor praktis tidak berubah sehingga dapat

dihasilkan persamaan hukum Ohm:

[]

Jika suhu semikonduktor berubah-ubah, maka hukum Ohm tidak

berlaku pada bahan baik itu dioda atau transistor yang digunakan.

Adapun persamaan garis lurus grafik (=4,99012,0746) didapatdengan cara kuadrat terkecil:

y = 4.9901x - 2.0746

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0.44 0.92 1.35 1.826 2.224 2.796 3.102 3.552

V Rata-Rata vs I Rata-Rata

7/28/2019 LR-03

11/13

Dengan perhitungan:

Tegangan

V1 0.44 3.91 0.1936 15.2881 1.7204

V2 0.92 8.47 0.8464 71.7409 7.7924

V3 1.35 12.38 1.8225 153.2644 16.713

V4 1.826 17.008 3.334276 289.272064 31.056608

V5 2.224 21.378 4.946176 457.018884 47.544672

V6 2.796 28.284 7.817616 799.984656 79.082064

V7 3.102 32.258 9.622404 1040.578564 100.064316

V8 3.552 39.36 12.616704 1549.2096 139.80672

n=8 16.21 163.048 41.199676 4376.357168 423.78018

Pada peristiwa karakteristik VI semikonduktor tidak terdapat

adanya perubahan suhu yang signifikan. Percobaan Ohmmendapatkan hubungan lurus atau konstan antara besar tegangan

dengan arus listrik pada suhu tetap dan dinyatakan dengan Hukum

Ohm. Ohm menemukan bahwa dengan rangkaian sederhana

semikonduktor seperti gambar percobaan yang tersusun seri, kita

dapat menentukan seberapa besar nilai menghambatnya

semikonduktor terhadap aliran elektron. Besarnya nilai beda

potensial per kuat arus disebut hambatan. Dengan demikian, Hukum

Ohm dapat digunakan pada peristiwa ini.

Pada setiap tegangan yang ditetapkan (V1, V2, ..., V8) dapat dicari

besarnya nilai hambatan dengan menggunakan rumus (1).

Tegangan Vi (volt) Ii (mA) R ()

V1 0.44 3.91 112.531969

V2 0.92 8.47 108.618654

V3 1.35 12.38 109.04685

7/28/2019 LR-03

12/13

V4 1.826 17.008 107.361242

V5 2.224 21.378 104.032183

V6 2.796 28.284 98.854476

V7 3.102 32.258 96.162192

V8 3.552 39.36 90.243902

Dari hasil perhitungan nilai hambatan masing-masing tegangan V1,

V2, V3, ..., V8 yang ditetapkan pada semikonduktor, didapatkan nilai

hambatan rata-rata yang dimiliki semikonduktor adalah sebesar

103,356434.

VI. KesimpulanAdapun kesimpulan yang didapatkan dari percobaan Karakteristik

VI Semikonduktor ini adalah:

1. Besarnya tegangan berbanding lurus dengan arus listrik. Jikasemakin besar tegangan listrik pada bahan semikonduktor,

semakin besar pula kuat arus listrik yang dihasilkan.2. Hukum Ohm (V = I R) berlaku pada rangkaian serisemikonduktor dimana suhu relatif konstan.

3. Hukum Ohm berlaku secara terbatas, hanya pada kondisitertentu jika suhu pada semikonduktor praktis tidak berubah-

ubah atau konstan.

4. Grafik hubungan antara besarnya nilai tegangan yangditerapkan pada semikonduktor dan kuat arus listrik yang

mengalir adalah berupa garis lurus.

5.

Besarnya nilai hambatan berbanding terbalik terhadapbesarnya arus listrik yang mengalir.

VII. ReferensiEndarko, 2007, Draf Modul Fisika, Jakarta: Biro Perencanaan dan

Kerja Sama Luar Negeri Depdiknas

Halliday, Resnick, Walker, 2005, Fundamentals of Physics, 7th

Edition, Extended Edition, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc,

7/28/2019 LR-03

13/13

Tipler, P,A,,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid II (terjemahan),

Jakarta : Penebit Erlangga

http://www,fisika-ceria,com/sifat-listrik-bahan-semikonduktor,html