LR03_Pijar Religia

8/8/2019 LR03_Pijar Religia

http://slidepdf.com/reader/full/lr03pijar-religia 1/13

Karakteristik V I Semikonduktor Page 1

LAPORAN R-LAB

KARAKTERISTIK V I SEMIKONDUKTOR

Nama : Pijar Religia

NPM : 0906557953

Fakultas : Teknik

Departemen : Teknik Kimia

Kode Praktikum : LR 03

Tanggal Praktikum : 15 Oktober 2010

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan

(UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Depok




LR03 - Karakteristik V I Semikonduktor

Tujuan

Mempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan arus listrik (I) pada suatu semikonduktor

Alat

1. Bahan semikonduktor

2. Amperemeter

3. Voltmeter

4. Variable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC

7. DAQ dan perangkat pengendali otomati

Teori

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, sehinggaelektronnya 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 dalam membentuk inti

yang disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan




elektron-elektron 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.

Gambar-1 : ikatan atom tembaga

Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah-pindah dari satu nucleus

ke nucleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-elektron tersebut dengan

mudah berpindah ke arah 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 sajayang paling "semikonduktor" adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektron valensi.

Susunan Atom Semikonduktor

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. 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.

Gambar-2 : 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. Kenyataanya demikian, mereka memang iseng sekali dan jenius.

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, Silikon yang tidak lagi

murni ini (impurity semiconductor ) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan

elektron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap

melepaskan elektron.




Gambar 3 : 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 dopingnya adalah bahan trivalen yaitu unsur 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.

Gambar 4 : doping atom trivalen

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.




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 semi konduktor ini saling berkaitan.

Gambar 5. Rangkaian tertutup semikoduktor

Cara Kerja

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan cara masuk ke http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory

kemudian masuk ke jadwal, meng-klik LR03 – karakteristik VI Semikonduktor

1. 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

Catatan : data yang diperoleh adalah 5 buah data terakhir jika rangkaian diberi beda potensial

tertentu ( misalkan V1) dengan interval 1 detik antara data ke satu dengan data berikutnya.




Tugas dan evaluasi

1. Perhatikan data yang saudara peroleh, apakah terjadi perubahan 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 !

Untuk V1, tidak terjadi perubahan tegangan ataupun arus listrik. Hal ini terjadi karena, tegangan

pertama kali dialirkan dalam sistem sehingga belum terjadi perubahan panas pada bahan

semikonduktor sehingga tidak ada perubahan resistansi bahan yang mengakibatkan arus listrik

bernilai konstan.

Pada V2, tidak terjadi perubahan tegangan, tetapi terjadi perubahan arus pada tegangan ke-3 dan

ke-5 dan perubahannya tidak terlalu besar. Ini berarti mulai terjadi disipasi panas pada bahan

semikonduktor

Pada V3, kembali tidak terjadi perubahan tegangan dan arus. Dapat diperkirakan, bahwa pada

tegangan awal, panas yang melewati materi masih belum stabil sehingga disipasi panas tidak

terjadi secara beraturan.

Pada V4, terjadi perubahan arus listrik yang semakin bervariasi. Disipasi panas mengurangi nilai

hambatan bahan semikonduktor, sehingga arus yang lewat pun berubah-ubah.

Pada V5, terjadi perubahan tegangan maupun arus listrik.

Berikut adalah tabel data pengamatan tegangan dan arus yang terukur pada tegangan tertentu

yang diberikan oleh praktikan.

Tabel 1. Data Pengamatan V dan I terhadap V1-V8

V(volt) I(mA)

1 0.44 3.91

0.44 3.91

0.44 3.91

0.44 3.91

0.44 3.91

2 0.92 7.82

0.92 7.82




0.92 8.15

0.92 7.82

0.92 8.15

3 1.36 12.06

1.36 12.06

1.36 12.06

1.36 12.06

1.36 12.06

4 1.83 16.29

1.83 16.94

1.83 16.29

1.83 16.62

1.83 16.94

5 2.26 20.85

2.26 20.53

2.25 20.85

2.26 20.53

2.25 21.18

6 2.83 27.372.83 27.37

2.83 27.70

2.83 28.02

2.83 28.02

7 3.14 32.26

3.13 32.58

3.14 31.93

3.13 33.24

3.13 32.58

8 3.58 37.47

3.58 37.80

3.57 38.45




3.56 39.10

3.55 39.43

2. Dapatkan nilai rata-rata beda potensial yang terukur dan arus yang terukur untuk V1 , V2 , V3

hingga V8.

Tabel 2. V dan I rata-rata percobaan

V rata-rata

(volt)

I rata-rata

(mA)

0.44 3.91

0.92 7.952

1.36 12.06

1.83 16.616

2.256 20.788

2.83 27.696

3.134 32.518

3.568 38.45




3. Buatlah grafik yang memperlihatkan hubungan V vs I untuk rata rata V dan I yang terukur

(lihat tugas 2)!

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

Bentuk kurva adalah linear menanjak. Ini menunjukkan nilai V dan I sebanding. Semakin tinggi

nilai V, maka nilai I semakin tinggi pula. Begitu juga sebaliknya. Berdasarkan rumus V=IR dan

dengan hubungan V dan I yang sebanding, dapat disimpulkan jika R bernilai sebanding.

5. Berdasarkan berbagai kurva grafik V vs I bolehkah kita menggunakan hukum Ohm dalam

peristiwa ini ?

Kita boleh menggunakan hukum Ohm. Berdasarkan rumus V=IR, maka R=V/I. Dengan

kesebandingan nilai V dan I yang telah diketahui sebelumnya, maka dapat disimpulkan bahwa

pada Vn, dengan nilai V dan I yang selalu sebanding, nilai R akan sebanding pula. Hal ini dapat

dilihat dari tabel di bawah.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

I r a t a - r a t a ( m A )

V rata-rata (volt)

Grafik hubungan V dan I




Tabel 3. Hubungan V dan I terhadap R percobaan

V rata-rata

(volt)

I rata-rata

(mA)

R (ohm)

0.44 3.91 0.112532

0.92 7.952 0.115694

1.36 12.06 0.112769

1.83 16.616 0.110135

2.256 20.788 0.108524

2.83 27.696 0.102181

3.134 32.518 0.096377

3.568 38.45 0.092796

Semakin tinggi tegangan dan arus, semakin rendah hambatannya. Hal ini sesuai dengan hukum

Ohm, dimana R=V/I. Dan hal ini juga dapat menjelaskan pengaruh disipasi panas pada bahan

semikonduktor yang mengurangi resistansi bahan terhadap aliran listrik.

Analisis Percobaan

Pada percobaan ini, praktikan melakukan remote praktikum. Praktikan memberikan beda

potensial dengan memberi tegangan V1 pada rangkaian yang memiliki bahan semikonduktor.

Kemudian power supply disambungkan sehingga beda potensial dan arus dapat terukur padahambatan semikonduktor yang ada. Hal ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar tegangan

yang praktikan berikan kepada rangkaian, dan berapa besar arus yang melewati bahan

semikonduktor tersebut. Besar arus yang lewat akan dipengaruhi oleh resistansi bahan

semikonduktor tersebut.

Langkah ini diulang untuk tegangan V2 hingga V8. Pengulangan ini untuk mendapatkan variasi

data, sehingga dapat diketahui apakah terjadi perubahan tegangan yang berpengaruh pada

perubahan arus. Dari sini juga dapat diketahui jika resistansi semikonduktor berubah-ubah

berdasarkan tegangan yang diberikan pada rangkaian.




Analisis Hasil

Berdasarkan hasil pengamatan dan pengolahan data didapatkan beberapa hasil percobaan. Hasil

percobaan dapat dirangkum dalam Tabel. 3 berikut ini.

Tabel 3. Hubungan V dan I terhadap R percobaan

V rata-rata

(volt)

I rata-rata

(mA)

R (ohm)

0.44 3.91 0.112532

0.92 7.952 0.115694

1.36 12.06 0.112769

1.83 16.616 0.110135

2.256 20.788 0.108524

2.83 27.696 0.102181

3.134 32.518 0.096377

3.568 38.45 0.092796

Dari tabel tersebut dapat dilihat, bahwa tegangan yang diberikan praktikan kepada rangkaian

semakin besar. Ini berarti beda potensial rangkaian semakin besar dan panas yang melewati

bahan semikonduktor juga semakin besar. Bahan semikonduktor yang tersambung pada

rangkaian akan menimbulkan disipasi panas ketika dilewati arus listrik dan panas ini akan

mengurangi hambatan oleh material tersebut. Berkurangnya nilai hambatan bahan

semikonduktor ini juga dapat dilihat dari tabel di atas. Semakin besar tegangan yang diberikandan semakin besar arus yang melewati bahan semikonduktor, semakin kecil tegangannya. Hal ini

juga dapat dijelaskan dengan hukum ohm, dimana nilai hambatan akan sebanding dengan besar

tegangan dibagi arus listrik yang lewat.

Kesimpulan

Bahan semikonduktor yang disambungkan dalam sebuah rangkaian memiliki nilai resistansi.

Nilai resistansi akan berubah sejalan dengan berubahnya nilai tegangan yang diberikan ke dalam

rangkaian. Arus yang melewati bahan semikonduktor akan berubah sehingga mengubah

resistansi bahan, dalam hal ini resistansi semakin kecil.




Daftar Pustaka

Hamonangan, Aswan. 2009. Prinsip Dasar Semikonduktor. http://www.electroniclab.com/

(diakses pada 17 Oktober 2010, pukul 20.23)

http://www.electroniclab.com/



Documents

LR03_Pijar Religia