LAPORAN R-LAB

Karakteristik V dan I Semikonduktor

Nama : Hendri Saputra

NPM : 1206260910

Fakultas : Teknik

Departemen : Metalurgi dan Material

Kode Praktikum : LR03

Tanggal Praktikum : Senin, 23 September 2013

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Depok

Karakteristik V dan I Semikonduktor

I. Tujuan

Melihat karakteristik hubungan beda potensial (V) dengan arus listrik (I)

pada suatu semikonduktor.

II. Peralatan

1. Bahan Semikonduktor

2. Amperemeter

3. Voltmeter

4. Variable Power Supply

5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Prinsip Dasar

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,

sehingga elektronnya dapat bergerak bebas. Semikonduktor sangat berguna

dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah

dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut materi doping).

2

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).

Nilai hambatan dari suatu

bahan semikonduktor berkaitan

dengan temperature di

sekelilingnya. Temperatur tersebut

mempengaruhi energy yang

dimiliki elektron. Semakin tinggi

temperature maka akan semakin

banyak electron yang memiliki

energy pada level konduksi.

Jumlah electron pada level konduksi akan mempengaruhi konduktivitas

semikonduktor tersebut , semakin banyak maka semakin mudah

menghantarkan arus listrik. Adanya konstanta pembanding resistivitas ( ρ )

juga mempengaruhi besarnya hambatan yang terdapat pada sebuah

rangkaian.

Suatu material yang memiliki hambatan listrik akan menghasilkan

panas / kalor bila dialiri arus listrik. Jumlah kalor yang dihasilkan sebanding

dengan beda potensal antara kedua ujung material tersebut, besar arus yang

mengalir dan lamanya waktu arus tersebut mengalir.

3

Dimana :

W

v

= energi listrik

= Tegangan listrik

( Joule )

( Volt )

i

t

= Arus listrik

= waktu / lama arliran

listrik

( Ampere )

( sekon )

Pada bahan semikonduktor, hole (kekosongan) den elektron berfungsi

sebagai pembawa muatan listrik (pengantar arus). Semikonduktor intrinsik

adalah semikonduktor yang belum disisipkan atom-atom lain (atom

pengotor). Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang sudah

dimasukkan sedikit ketidakmurnian (doping). Akibat doping ini maka

hambatan jenis semikonduktor mengalami penurunan. Semikonduktor jenis

ini terdiri dari dua macam, yaitu semikonduktor tipe-P (pembawa muatan

hole) dan tipe-N (pembawa muatan elektron).

Komponen semikonduktor:

1. Dioda, dapat berfungsi sebagai penyearah arus, stabilisasi tegangan

dan detektor.

2. Transistor, dapat berfungsi sebagai penguat arus/tegangan dan

saklar.Transistor terdiri dari dua jenis yaitu PNP dan NPN.

Semi konduktor pada umumnya bersifat isulator (tidak

menghantarkan arus listrik) pada suhu mendekati 00. Sementara pada keadaan

4

5

suhu kamar bersifat konduktor, makin tinggi suhunya makin bersifat

konduktor.

Material semikonduktor, seperti juga material-material lainnya terdiri

atas atom-atom yang berukuran sangat kecil. Atom-atom ini terdiri atas

nukleus (inti) yang dikelilingi oleh sejumlah elektron. Nukleus sendiri terdiri

atas neutron dan proton. Proton bermuatan positif, elektron bermuatan

negatif, sedangkan neutron netral. Elektron-elektron yang mengelilingi

nukleus ini tersebar pada beberapa lapisan kulit dengan jarak tertentu dari

nukleus, dimana energinya semakin meningkat seiring dengan meningkatnya

jarak dari setiap lapisan kulit terhadap nukleus. Elektron pada lapisan terluar

disebut elektron valensi. Aktifitas kimiawi dari sebuah unsur terutama

ditentukan oleh jumlah elektron valensi ini.

Unsur-unsur pada tabel periodik telah disusun sedemikian rupa

berdasarkan jumlah electron valensinya. Silikon (Si) dan Germanium (Ge)

berada pada Grup IV karena memiliki empat elektron valensi pada kulit

terluarnya, sehingga disebut juga semikonduktor dasar (elemental

semiconductor). Sedangkan Gallium Arsenik (GaAs) masing-masing berada

pada Grup III dan V, sehingga dinamakan semikonduktor gabungan

(compound semiconductor).

Atom-atom silikon yang berdiri sendiri dapat digambarkan sebagai

lambang unsur (Si) dengan empat buah garis kecil yang terpisah. Saat atom-

atom ini berdampingan cukup, elektron valensinya akan berinteraksi untuk

menghasilkan kristal. Struktur akhir kristalnya sendiri adalah dalam

konfigurasi thetahedral sehingga setiap atom memiliki empat atom lainnya

6

yang berdekatan. Elektron-elektron valensi dari setiap atom akan bergabung

dengan elektron valensi dari atom didekatnya, membentuk apa yang disebut

ikatan kovalen (covalent bonds). Salah satu sifat penting dari struktur ini

adalah bahwa elektron valensi selalu tersedia pada tepi luar kristal sehingga

atom-atom silikon lain dapat terus ditambahkan untuk membentuk kristal

yang lebih besar.

IV. Prosedur Eksperimen

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di

bagian bawah halaman ini.

1. Mengaktifkan Web cam dengan meng”klik” icon video pada halaman

web r-Lab.

2. Memperhatikan tampilan video dari peralatan yang digunakan.

3. Memberikan beda potensial dengan member tegangan V1.

4. Mengaktifkan power supply / baterai dengan meng”klik” radio button di

sebelahnya.

5. Mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan.

6. Mengulangi langkah 3 hingga 5 untuk beda potensial V2 hingga V8.

7

Aru

s Li

stri

k (

mA

)

V. Hasil dan Evaluasi

1. Nilai Rata-Rata Beda Potensial yang Terukur dan Arus yang terukur

untuk V1, V2, V3 hingga V8

Percobaan ke- Vrata-rata (Volt) I rata-rata (mA)

1 0.45 3.91

2 0.93 8.15

3 1.37 12.06

4 1.81 16.75

5 2.25 21.51

6 2.89 23.00

7 3.14 32.58

8 3.56 39.55

2. Grafik Hubungan V vs I

35.00

30.00

25.00

20.00

15.00

10.00

5.00

0.00

Grafik Hubungan V vs I

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

Beda Potensial ( Volt )

8

I

3. Bentuk Kurva Hubungan V dan I

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, bentuk kurva hubungan

antara beda potensial ( V ) dan kuat arus ( I ) adalah linear. Hal ini berarti

jika tegangan yang diberikan makin besar, maka arus yang dihasilkan

pada rangkaian tersebut juga bertambah besar.

4. Nilai Hambatan berdasarkan Kurva Grafik V vs I

Berdasarkan kurva di atas, saya dapat menghitung besarnya hambatan

pada semikonduktor tersebut dengan cara hukum ohm, yaitu :

V .R

Dimana :

V = Beda Potensial ( Volt )

I = Arus Listrik ( Ampere )

R = Hambatan ( Ohm )

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, nilai Vrata-rata dan I rata-rata dari

delapan buah percobaan tersebut adalah :

Vrata-rata = 2.07 Volt

I rata-rata = 16.51 Ampere

Maka hambatannya adalah :

R V 2.07 I 16.51

0.125

Pada semikonduktor dapat digunakan rumus pada hukum ohm karena

semikonduktor dapat bersifat baik sebagai isolator dan konduktor dan itu

semua bergantung pada suhu. Apabila sedang dalam kondisi sebagai

konduktor maka pada semikonduktor itu terdapat hambatan. Pengaruh

temperatur pada semikonduktor berpengaruh pada perhitungan

konsentrasi dari elektron bebas atau hole.

VI. Analisa

1. Percobaan

Percobaan ini dilakukan melalui remote lab untuk mengetahui

hubungan antara beda potensial dan kuat arus pada semi konduktor.

Skema percobaan dan susunan alat pada percobaan LR 03 adalah sebagai

berikut :

Percobaan tersebut dilakukan delapan kali dengan nilai beda potensial

yang berbeda-beda sehingga menghasilkan delapan buah kuat arus yang

berbeda-beda pula. Kekurangan pada percobaan yang dilakukan yaitu

9

tidak aktifnya web cam pada layar sehingga saya tidak dapat mengetahui

berapa besarnya tegangan yang terukur di voltmeter pada setiap saya

mengambil beberapa jenis tegangan yang berbeda. Padahal berdasarkan

instruksi yang ada, kita harus menunggu hingga tegangan yang muncul

pada web cam mendekati nol. Oleh karena itu, saya melakuakan

percobaan ini tanpa web cam.

Setelah itu, praktikan diminta untuk menghitung nilai hambatan pada

semikonduktor tersebut, karena semikonduktor merupakan bahan yang

dapat bersifat baik isolator maupun konduktor maka praktikan

menggunakan hukum ohm tentang hambatan seperti biasa. Temperatur

pada semikonduktor berpengaruh pada perhitungan konsentrasi dari

electron bebas atau hole yang terdapat didalamnya apabila dialiri arus

listrik. Hal ini tidak berpengaruh pada hambatan di semikonduktor.

2. Hasil

Setelah melakukan percobaan tersebut, saya memperoleh delapan

jenis besarnya kuat arus yang dihasilkan dengan besar tegangan yang

berbeda-beda pula. Kedelapan data kuat arus tersebut memiliki

kecenderungan naik seperti yang terlihat pada grafik hubungan beda

potensial dan kuat arus.

Data yang dihasilkan menunjukan bahwa beda potensial dan arus

listrik yang terukur tidak selalu konstan, dimana arus listrik pada

khususnya, sering kali mengalami perubahan pada pengukuran beda

potensial yang sama. Hal yang sama juga terjadi pada beda potensial

dimana terdapat beberapa perbedaan beda potensial pada pengukuran

10

Aru

s Li

stri

k (

mA

)

tertentu. Pada data yang didapatkan praktikan, fluktuatifnya nilai beda

potensial yang terjadi dan juga arus listrik yang terukur tidak sesuai

dengan bunyi hukum ohm dimana seharusnya jika beda potensial naik

maka arus listrik juga naik. Namun hal ini sering tidak s esuai dengan data

yang didapatkan oleh praktikan dimana data tidak menunjukan hal yang

sama.

Praktikan mencoba menganalisa kesalahan yang terjadi dimana pada

percobaan R-Lab yang dilakukan oleh praktikan, hal ini disebabkan oleh

tidak berfungsinya video pada RLab sehingga praktikan tidak dapat

mengetahui kondisi alat-alat yang digunakan pada saat praktikum.

3. Grafik

Grafik hubungan beda potensial / tegangan dengan kuat arus yang

saya peroleh berbentuk linear seperti grafik berikut :

35.00

30.00

25.00

20.00

15.00

10.00

5.00

0.00

Grafik Hubungan V vs I

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

Beda Potensial ( Volt )

11

Apabila kita menghubungkan titik-titik yang merepresentasikan

hubungan beda potensial (V) dan arus listrik (I), maka akan didapat garis

yang hampir linear. Hal ini menunjukkan bahwa hubungan beda potensial

(V) dengan arus listrik (I) adalah berbanding lurus. Hubungan tersebut

sesuai dengan hukum ohm tentang hambatan yaitu V = I R. Semakin besar

beda potensial yang diberikan pada semikonduktor maka semakin besar

pula nilai arus listrik yang dihasilkan.

VII. Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh berdasarkan percobaan LR 03 adalah

sebagai berikut :

Semikonduktor merupakan bahan yang dapat bersifat baik isolator

maupun konduktor.

Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik karena nilai

konduktansinya yang dapat diubah dengan menyuntikkan materi lain.

Nilai hambatan dari suatu bahan semikonduktor berkaitan dengan

suhu di sekelilingnya.

Semakin tinggi suhu maka akan semakin banyak electron yang

memiliki energi pada level konduksi. Jumlah electron pada level

konduksi akan mempengaruhi konduktivitas semikonduktor tersebut ,

semakin banyak maka semakin mudah menghantarkan arus listrik.

12

VIII. Referensi

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas

(terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

http://atophysics.files.wordpress.com/2008/11/materi-7.pdf

diakses pada 9 Oktober 2009 pukul 14.06

http://id.wikipedia.org/wiki/Semikonduktor

Diakses pada 9 Oktober 2009 pukul 14.07

http://cnt121.com/2007/11/14/semikonduktor/

Diakses pada 9 Oktober 2009 pukul 14.13

http://yb1zdx.arc.itb.ac.id/data/orari-diklat/teknik/elektronika/elektronika-

dasar-Iuniv-negeri-jember/bab01-arus-dan-tegangan-listrik.pdf

Diakses pada 9 Oktober 2009 pukul 14.29

IX. Lampiran

Data pengamatan hasil percobaan :

V (volt) I (mA)

0.45 3.91

0.45 3.91

0.45 3.91

0.45 3.91

0.45 3.91

0.93 8.15

0.93 8.15

13

0.93 8.15

0.93 8.15

0.93 8.15

1.37 12.06

1.37 12.06

1.37 12.06

1.37 12.06

1.37 12.06

1.81 16.62

1.81 16.62

1.81 16.62

1.81 16.94

1.81 16.94

2.26 20.85

2.26 21.18

2.25 21.51

2.25 21.51

2.25 21.83

2.84 27.70

2.83 28.02

2.83 28.35

2.83 28.67

2.83 28.67

3.15 31.61

14

3.14 32.58

3.14 32.26

3.13 32.91

3.13 33.56

3.57 38.77

3.57 38.77

3.56 39.43

3.55 40.08

3.54 40.73

15