LAPORAN PRAKTIKUM
Nama
: Ratri Kirana Prabaningtyas Prabaningtyas
NPM
: 1206202154
Grup
: A6
Fakultas
: Teknik
Departemen/Prodi
: Teknik Kimia/Teknik Kimia/Teknik Kimia
Nomor Percobaan
: LR 03
Nama Percobaan
: Karakteristik VI VI Semikonduktor
Minggu Percobaan
:2
Tanggal Percobaan
: 25 September 2013
Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD) UNIVERSITAS INDONESIA Depok
Karakteristik VI Semikonduktor I.
Tujuan Percobaan
Mempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan arus listrik (I) pada suatu semikonduktor.
II.
Peralatan
Peralatan yang digunakan pada percobaan ini yaitu : 1. Bahan semikonduktor 2. Amperemeter 3. Voltmeter 4. Variable Power Supply 5. Camcorder 6. Unit PC 7. DAQ dan perangkat kendali otomatis
III.
Prinsip Dasar
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara isolator dan konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan setengah penghantar listrik. Suatu semikonduktor bersifat sebagai isolator jika tidak diberi arus listrik dengan cara dan besaran arus tertentu, namun pada temperatur, arus tertentu, tatacara tertentu dan persyaratan kerja semikonduktor berfungsi sebagai konduktor, misal sebagai penguat arus, penguat tegangan dan penguat daya. Semikonduktor adalah atom yang berisi empat elektron valensi. Karena jumlah elektron valensi di dalam semikonduktor adalah ditengah antara satu (konduktor) dan delapan (isolator) maka atom semikonduktor bukan konduktor yang baik dan bukan isolator yang baik.Untuk menggunakan suatu semikonduktor supaya bisa berfungsi harus tahu spefikasi dan karakter semikonduktor itu, jika tidak memenuhi syarat operasinya maka akan tidak berfungsi
dan
rusak.
Bahan
semikonduktor
yang
banyak
digunakan
adalah silikon (Si), germanium (Ge), dan karbon (C). Silikon dan germanium digunakan untuk membuat komponen-komponen zat padat (solid state), sedangkan karbon terutama untuk membuat resistor dan potensiometer. Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya
yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut pendonor elektron).
Bila tidak ada gaya luar yang menyebabkan konduksi, cacah elektron dan proton adalah sama. Karena muatan elektron(negatif) dan proton (positif) adalah sama dan berlawanan maka muatan netto pada atom adalah nol. Bila atom kehilangan elektron valensi maka muatan atom menjadi positif, sebaliknya bila menerima elektron, muatan netto menjadi negatif. Semikonduktor terbagi atas dua yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik. 1. Semikonduktor Intrinsik Atom-atom semikonduktor yang mempunyai empat elektron valensi tersusun sebagai kristal tetrahedral oleh adanya ikatan kovalen dengan mekanisme hantarannya digunakan gambaran dua dimensi susunan kristalnya. Lingkaran dengan tanda +4 melukiskan ion semikonduktor yakni atom beserta elektronelektronnya selain empat elektron valensi. Ikatan kovalen dilukiskan dengan garis lengkung dengan dua elektron valensi di dalamnya. Pada suhu 0 K, elektron valensi terikat erat dengan ikatan kovalen dan tidak ada elektron bergerak bebas. Kalau suhu kristal dinaikkan sehingga ada elektron yang kenaikan tenaga termalnya melebihi celah tenaga maka elektron-elektron ini akan meloncat ke bidang konduksi menjadi elektron bebas.
Kalau pada suatu ikatan kovalen terbentuk lubang maka elektron valensi dari atom yang berdekatan akan melepaskan diri dari ikatan kovalen untuk mengisi lubang tersebut. Elektron ini akan meninggalkan lubang pada tempat yang ditinggalkan. Maka lubang akan bergerak dengan arah yang berlawanan dengan elektron. Maka semikonduktor intrinsik pada suhu 0K bersifat sebagai isolator, dan pada suhu yang sangat tinggi bersifat sebagai konduktor karena terjadi pembentukan pasangan elektron bebas dan lubang yang banyaknya sama dan berlaku sebagai pembawa muatan. 2. Semikonduktor Ekstrinsik Untuk menyusun peralatan elektronik diperlukan bahan yang kaya akan satu jenis pembawa muatan saja yaitu lubang saja atau elektron saja. Untuk itu diperlukan doping, yakni memasukkan atom asing bervalensi 5 atau 3 dengan prosentasi kecil sehinga dihasilkan semikonduktor ekstrinsik. Adapun semikonduktor terbagi atas 2 yaitu semikonduktor tipe n dan semi kondutor tipe p. Pada semikonduktor tipe n diperoleh dengan doping atom asing bervalensi 5, seperti fosfor(P), arsen(As), dan antimon(Sb), kedalam semikonduktor intrinsik. Atom valensi 5 ini disebut sebagai atom donor karena dalam membentuk ikatan kovalen dibebaskan kelebihan elektronnya. Atom donor setelah membebaskan satu elektron valensi menjadi ion positif yang terikat ditempat.Pada semikonduktor tipe p diperoleh dengan doping atom asing bervalensi 3, seperti boron (B), alumunium (Al) dan galim (Ga) ke dalam semikonduktor instrinsik. Atom bervalensi 3 ini disebut sebagai atom akseptor, karena untuk membentuk ikatan kovalen memperoleh sebuah elektron. Karena menerima sebuah elektron, maka atom akseptor ion menjadi elektron-elektron negatif yang terikat pada tempatnya masing-masing.
IV.
Cara Kerja
1. Untuk memulai praktikum Rlab ini, praktikan dapat meng-klik tombol “link ke RLAB” pada bagian bawah modul LR03. 2. Mengaktifkan video streaming untuk melihat tegangan awal 3. Memastikan tegangan mendekati nol saat akan mengambil data 4. Mengatur pemilihan tegangan supply rangkaian ke V1
5. Menghidupkan power supply
6. Mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan
7. Mengulangi langkah 3 hingga 5 untuk beda potensial V2 hingga V8 Catatan : Data yang diperoleh adalah data terakhir yang dihasilkan rangkaian apabila praktikan mengukur arus yang terukur beberapa kali dengan memberikan
tegangan supply yang sama pada interval waktu yang berbeda pada satu periode percobaan.
V.
Data Hasil Percobaan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, didapatkan data hasil percobaan berupa tabel tegangan dan arus Tegangan
V(volt)
I(mA)
V1
0.32 0.32 0.32 0.32 0.32
2.61 2.61 2.28 2.61 2.61
V2
0.77 0.77 0.77 0.77 0.77
5.87 5.87 5.54 5.54 5.54
V3
1.31 1.32 1.33 1.33 1.34
9.45 9.45 9.78 9.78 9.78
V4
1.89 1.89 1.89 1.89 1.89
14.01 13.69 14.01 14.34 14.34
V5
2.29 2.29 2.29 2.29 2.28
17.6 17.6 17.6 17.27 17.6
V6
2.89 2.88 2.88 2.88 2.87
22.81 22.81 22.81 23.13 23.46
V7
3.15 3.16 3.16 3.15 3.15
25.42 25.42 25.42 25.74 26.07
3.7 3.69 3.68 3.68 3.67
V8
VI.
30.95 31.28 31.93 32.26 32.58
Pengolahan Data dan Evaluasi
Berdasarkan data hasil percobaan yang diperoleh diatas, kita dapat melakukan pengolahan data. Dapat diketahui bahwa data yang dihasilkan adalah berupa 40 data arus listrik (I) dari delapan jenis tegangan yang berbeda (V), yang artinya dilakukan 5 kali pengukuran arus per tegangan. Namun, pada data terlihat bahwa pada beberapa penetapan terjadi perbedaan walaupun besarnya tidak signifikan. Oleh karena itu kita dapat menghitung nilai rata-rata masing-masing beda potensial dan arus yang dihasilkan dengan rumus Tegangan rata-rata
Arus rata-rata
A. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V1 V (Volt)
V rata-rata (Volt)
I (mA)
0.32
2.61
0.32
2.61
0.32
0.32
2.28
0.32
2.61
0.32
2.61
I rata-rata (mA)
2.54
B. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V2
V (Volt)
V rata-rata (Volt)
I (mA)
0.77
5.87
0.77
5.87
0.77
0.77
5.54
0.77
5.54
0.77
5.54
I rata-rata (mA)
5.67
C. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V3
V (Volt)
V rata-rata (Volt)
I (mA)
1.31
9.45
1.32
9.45
1.33
1.33
9.78
1.33
9.78
1.34
9.78
I rata-rata (mA)
9.65
D. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V4 V (Volt)
V rata-rata (Volt)
1.89
I rata-rata (mA)
14.01 13.69
1.89 1.89
I (mA)
1.89
14.01
1.89
14.34
1.89
14.34
14.08
E. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V5 V (Volt)
V rata-rata (Volt)
2.29
I rata-rata (mA)
17.6 17.6
2.29 2.29
I (mA)
2.29
17.6
2.29
17.27
2.28
17.6
17.53
F. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V6
V (Volt)
V rata-rata (Volt)
I (mA)
2.89
22.81
2.88
22.81
2.88
2.88
22.81
2.88
23.13
2.87
23.46
I rata-rata (mA)
23.00
G. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V7
V (Volt)
V rata-rata (Volt)
3.15
I (mA)
I rata-rata (mA)
25.42 25.42
3.16 3.16
25.42
3.15
3.15
25.74
3.15
26.07
25.61
H. Rata-rata tegangan (V) dan arus (I) untuk V8
V (Volt)
V rata-rata (Volt)
I (mA)
3.7
30.95
3.69
31.28
3.68
31.93
3.68
3.68
32.26
3.67
32.58
I rata-rata (mA)
31.80
Dari hasil pengolahan data diatas, kita dapat membuat grafik V vs I dengan memasukkan nilai rata-rata tegangan (V) dan arus (I) dari V1 sampai V8.
Grafik V vs I 35 y = 8.5731x - 1.2434 R² = 0.9925
30 25 ) A20 m ( s u r 15 A
10 5 0 0
0.5
1
1.5
2 Tegangan (V)
2.5
3
3.5
4
Grafik diatas menunjukkan adanya hubungan linier antara tegangan rata-rata dan arus rata-rata. Artinya, apabila kita mengubah tegangan menjadi semakin besar atau semakin kecil, arus juga akan mengikuti perubahan sesuai perubahan yang terjadi pada tegangan menjadi semakin besar atau semakin kecil. Hal ini sesuai dengan hubungan V dan I pada hukum Ohm :
dimana
Oleh karena itu, kita dapat menggunakan hukum Ohm untuk menghitung nilai hambatan percobaan dengan mengubah rumus menjadi
dengan R = Hambatan (Ω), V = Tegangan (Volt) dan I = Arus listrik (Ampere). Penghitungan ini menghasilkan data berupa hambatan V1- V8. V
V rata-rata (Volt)
I rata-rata(A)
R (Ω)
1
0.32
0.00254
125.98
2
0.77
0.00567
135.80
3
1.33
0.00965
137.82
4
1.89
0.01408
134.23
5
2.29
0.01753
130.63
6
2.88
0.023
125.22
7
3.15
0.02561
123.00
8
3.68
0.0318
115.72
Dengan menggunakan data hambatan V1-V8 dapat dihitung hambatan rata-rata seluruh percobaan dengan rumus
Ω
Terakhir, kita dapat menggunakan data V dan I rata-rata untuk menghitung kesalahan relatif selama melakukan percobaan. Praktikan menggunakan V rata-
rata (dalam Volt) sebagai koefisien X dan I rata-rata (dalam mA) sebagai koefisien Y. Maka dilakukan penghitungan sebagai ber ikut
Maka dapat diketahui tingkat kesalahan relatif percobaan ini adalah
VII.
Analisis
Pada bagian ini, praktikan akan menjelaskan mengenai analisis praktikum LR03 – Karakteristik VI Semikonduktor yang telah dilakukan. Analisis meliputi analisis percobaan, analisis hasil, analisis grafik, serta analisis kesalahan. A. Analisis Percobaan
Percobaan berjudul “Karakteristik VI Semikonduktor ” ini dilakukan dengan menggunakan fasilitas Remote Laboratory (R-Lab). Pada percobaan ini praktikan melakukan pengambilan data melalui media internet sehingga praktikan tidak memegang peralatan praktikum secara langsung tetapi hanya menekan sejumlah radio button yang tertera pada situs untuk melaksanakan praktikum. Percobaan dimulai dengan masuk ke link R-lab yaitu di http://sitrampil.ui.aci.id. Sesampainya di situs praktikan diminta untuk mengaktifkan plug-in Java Runtime Environment (JRE) untuk mengaktifkan fasilitas webcam agar pada kotak video terlihat gambar berupa rekaman webcam seperti berikut.
Gambar 1. Video yang muncul pada kotak video streaming
Gambar pada video ini merupakan rangkaian alat yang digunakan pada percobaan sesuai dengan ilutstrasi alat yang ada pada situs sitrampil.
Gambar 2. Ilustrasi rangkaian alat yang digunakan pada percobaan Langkah selanjutnya yang dilakukan adalah memastikan bahwa angka yang muncul pada alat yang tertera di video streaming mendekati atau bernilai 0. Setelah itu praktikan mengatur nilai tegangan yang akan diberikan pada kolom tegangan supply, pertama-tama praktikan memasukkan nilai tegangan V1. Lalu praktikan mengklik tombol ukur dan nantinya akan dihasilkan 5 buah data berupa tegangan (V) dan arus (I). Saat dilakukan pengukuran, alat pada video streaming akan menunjukkan perubahan pada angkanya menuju ke nilai V yang awalnya ditentukan. Praktikan melakukan percobaan ini untuk semua V yaitu V1 sampai V8 dan menghasilkan total keseluruhan 40 data tegangan supply dan arus yang bersesuaian. B. Analisis Hasil
Percobaan
karakteristik
semikonduktor
ini
dilakukan
dengan
tujuan
mempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan arus listrik (I) pada suatu semikonduktor. Dengan menganalisis hasil yang didapat dari data hasil percobaan berupa tabel yang berisi arus yang bersesuaian setiap dilakukan perubahan tegangan supply, dapat disimpulkan bahwa setiap terjadi kenaikan pada tegangan, arusnya juga akan ikut naik. Namun pada tabel ditunjukkan terjadinya sedikit perubahan terhadap V yang telah ditentukan, padahal
seharusnya pada pemilihan setiap V dihasilkan nilai t egangan yang sama. Pada tabel juga ditunjukkan bahwa pada beberapa nilai tegangan yang sama belum tentu menghasilkan nilai arus yang sama juga. Fakto r yang mempengaruhi halhal berikut akan dibahas lebih lanjut pada bagian analisis kesalahan.
Sesuai apa yang telah terjawab pada bagian pengolahan data dan evaluasi , penyesuaian perubahan arus yang berbanding lurus dengan perubahan tekanan merupakan aplikasi dari hukum Ohm. Dimana
Dimana V = Tegangan (Volt),
I =
Arus (Ampere),
dan R =
Hambatan/Resistensi (Ω).Persamaan ini apabila dilakukan beberapa operasi aritmatika
akan
menghasilkan
persamaan
baru
untuk
menghitung
hambatan/resistensi, yaitu
Dengan menggunakan rumus ini kita bisa menghitung nilai resistensi dari masing-masing tegangan supply yang kita masukkan pada percobaan (V1-V8) yang nantinya akan menghasilkan tabel berikut TABEL RESISTANSI TERHADAP PERUBAHAN V DAN I V
V rata-rata (Volt)
I rata-rata(A)
R (Ω)
1
0.32
0.00254
125.98
2
0.77
0.00567
135.80
3
1.33
0.00965
137.82
4
1.89
0.01408
134.23
5
2.29
0.01753
130.63
6
2.88
0.023
125.22
7
3.15
0.02561
123.00
8
3.68
0.0318
115.72
Dari tabel ini kita dapat menganalisis bahwa R berbanding terbalik dengan perubahan arus (I) tetapi berbanding lurus dengan perubahan tegangan (V), yang bisa dikatakan juga merupakan aplikasi dari hukum Ohm yang telah
dipaparkan diatas. Selain itu kita juga mendapatkan resistansi total percobaan sebesar
Resistansi rata-rata percobaan ini dinilai cukup besar, hal ini dapat disebabkan oleh sifat dari bahan-bahannya yang merupakan SEMIKONDUKTOR . 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 dapat berpengaruh pada perhitungan konsentrasi dari elektron bebas. C. Analisis Grafik
Dari grafik yang dihasilkan kita dapat melihat bahwa grafik tersebut merupakan grafik linier, yang artinya koefisien x dan y nya berbanding lurus satu sama lain. Dengan pembuatan grafik pada Ms. Excel, didapat persamaan grafik y = 8,5731 x - 1,2434 dengan kuat hubungan di antaranya r(xi,yi)= 0,9925. Nilai r menyatakan kuatnya hubungan V dan I, nilai r yang
besar (mendekati satu) berarti setiap perubahan I akan sangat mempengaruhi besarnya nilai V, begitu pula sebaliknya. Seperti yang terlihat, grafik tidak sepenuhnya sesuai dengan garis gradien yang seharusnya, deviasi tersebut diperngaruhi oleh beberapa faktor yang nantinya akan dijelaskan di analisis kesalahan. D. Analisis Kesalahan
Sesuai penghitungan pada bagian Pengolahan Data dan Evaluasi, diketahui tingkat kesalahan percobaan ini adalah 3.54% Kesalahan yang timbul pada data ini bisa terletak di beberapa hal. Pertama, kesalahan berupa penyimpangan nilai tegangan dari nilai yang seharusnya sehingga harus dihitung nilai rata-ratanya.Kedua, berdasarkan tabel data hasil percobaan, terlihat bahwa pada suatu nilai tegangan yang sama belum tentu arus keluarannya nilainya juga sama. Hal-hal inilah yang memperngaruhi gambar pada grafik sehingga apabila dilihat tidak sepenuhnya linier mengikuti garis gradien. Praktikan berfikir kejadian-kejadian ini dipengaruhi oleh beberapa faktor. Pertama, koneksi internet yang kurang baik saat praktikan mengambil data sehingga mungkin halaman situs remote laboratory melakukan reloading
tanpa sepengetahuan praktikan. Kedua, pada gambar alat di webcam, tidak semua nilai yang tertera pada alat di kotak video menunjukkan nilai 0, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Ketiga, dan kesa lahan yang paling mungkin terjadi adalah ketidaktelitian praktikan saat melakukan percobaan sehingga bisa saja praktikan melakukan dua kali percobaan dengan V yang sama tetapi menganggap masing-masing datanya berasal dari percobaan dengan V yang berbeda. VIII. Kesimpulan
Kesimpulan yang didapatkan dari percobaan “Karakteristik VI Semikonduktor” ini adalah: 1. Tegangan (V) berbanding lurus dengan arus listrik (I). Semakin besar tegangan yang digunakan maka akan semakin besar arus listrik yang diperoleh. 2. Pada semikonduktor kita dapat menghitung nilai hambatannya. Nilai hambatan pada semikonduktor dapat diketahui apabila diketahui beda potensial dan arus listrik berdasarkan persamaan hukum Ohm yaitu
Dimana V sama dengan beda potensial,(Volt), I sama dengan arus listrik(Ampere), dan R sama dengan hambatan (Ohm). 3. Grafik hubungan antara beda potensial dengan arus listrik pada semikonduktor berbentuk linear. 4. Beda potensial berbanding terbalik dengan hambatan. Begitu pula dengan arus listrik. 5. Hukum Ohm berlaku secara terbatas, hanya pada kondisi tertentu jika suhu pada semikonduktor praktis tidak berubah-ubah atau konstan 6. Semikonduktor dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu maka sifat konduktor menjadi lebih kuat, sebaliknya jika suhu rendah maka sifat isolator yang menjadi lebih kuat
IX.
Referensi
Giancoli, D.C. 2000. Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition. NJ: Prentice Hall Halliday, Resnick, David, Robert. 1984. Fisika Jilid 2. Edisi Ke-3. Jakarta: Erlangga.
Tipler, P,A,,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid II (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga
