*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
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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,
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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.
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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).
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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.
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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)
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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)
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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)
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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)
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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)
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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.
*Jurusan Fisika UIN Maliki Malang
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