2014 LABORATORIUM FISIKA MATERIAL IHFADNI NAZWA EFEK HALL. Ihfadni Nazwa, Darmawan, Diana, Hanu Lutvia, Imroatul Maghfiroh, Ratna Dewi Kumalasari

Transkripsi

1 2014 LAORATORIUM FISIKA MATERIAL IHFADNI NAZWA EFEK HALL Ihfadni Nazwa, Darmawan, Diana, Hanu Luvia, Imroaul Maghfiroh, Rana Dewi Kumalasari Laboraorium Fisika Maerial Jurusan Fisika, Deparemen Fisika Universias Airlangga Surabaya Absrac. Telah dilakukan percobaan Efek Hall dengan ujuan unuk mempelajari besaran karakerisik suau bahan semikondukor melalui penenuan kuanias-kuanias fisis bahan yaiu koefisien Hall R H, Resisivias ρ, dan pembawa muaan p aau n (hole dan elecron). Efek Hall sendiri merupakan perisiwa membeloknya arus lisrik dalam pela kondukor aau semikondukor karena adanya pengaruh medan magne. Percobaan ini dilakukan dengan memasang bahan semikondukor ipe n- Germanium dan ipe npn-germanium pada sebuah ala yang disebu dengan Modul Hall. Kemudian mengaur arus lisrik dengan cara memuar knop berpuar yang elah erpasang pada ala. Unuk semikondukor inrinsik arus dimulai dari -15 ma sampai dengan 15 ma dengan inerval 2 ma, sedangkan pada semikondukor eksrinsik dimulai dari -30 ma sampai dengan 30 ma dengan inerval sebesar 5A. Selain arus, besaran lain yang dicaa adalah egangan hall U H. Tegangan dapa dikeahui dengan memasang mulimeer pada Modul Hall. Seiap perubahan arus, maka egangan hallnya juga akan berubah. Dari daa yang didapa ersebu kemudian dibua grafik hubungan anara U H dengan I. Dan berdasarkan analisis dari daa yang diperoleh, didapakan besarnya koefisien Hall unuk bahan semikondukor inrinsik dan eksrinsik sebesar 2007,667 x 10 3 m. V/A dan 0,1588 m. V/A. T, sedangkan resisivias dan pembawa muaan p masing-masing adalah sebesar 0, m. V/A dan 3,113 x A. T/m. V. C unuk semikondukor inrinsik dan 0,04764 m. V/A dan 3,935 x A. T/m. V. C unuk semikondukor eksrinsik. Keywords: Efek Hall, Koefisien hall, Modul Hal, Resisivias, semikondukor. 1 Pendahuluan Kaa Semikondukor sanga idenik dengan peralaan elekronika yang kia pakai saa ini. Hampir seiap peralaan elekronika canggih seperi handphone, elevisi, kompuer merupakan hasil dari eknologi semikondukor. Komponen pening yang membenuk sebuah peralaan elekronika seperi ransisior, dioda, dan IC adalah komponen elekronika akif yang erbua dari semikondukor. Oleh karena iu bahan semikondukor memiliki pengaruh yang sanga besar erhadap perkembangan eknologi elekronika. ahan semikondukor adalah bahan penghanar lisrik yang mungkin idak sebaik kondukor eapi idak seburuk isolaor yang sama sekali idak bisa menghanarkan arus lisrik. Pada dasarnya kemampuan menghanarkan arus lisrik semikondukor berada dianara kondukor dan isolaor. Akan eapi semikondukor berbeda dengan resisor, karena semikondukor dapa menghanarkan lisrik aau berfungsi sebagai kondukor jika diberikan arus lisrik erenu, suhu erenu dan juga aa cara erenu. Sebenarnya banyak bahan-bahan dasar yang dapa digolongkan sebagai bahan semikondukor, eapi yang paling sering digunakan unu bahan dasar komponen elekronika hanya beberapa jenis saja, yaiu silicon, selenium, germanium dan meal oxides. Unuk memproses bahan-bahan semikondukor ersebu menjadi komponen elekronika perlu dilakukan doping yaiu proses menambahkan keidakmurnian pada semikondukor yang murni sehingga dapa merubah sifa aau karakerisik kelisrikannya. eberapa bahan yang digunakan unuk menambahkan keidakmurnian semikondukor anara lain arsenic, indium, dan animony. ahan ersebu sering disebu sebagai dopan, sedangkan semikondukor yang elah melalui proses doping disebu sebagai semikondukor eksrinsik. Adapun semikondukor yang masih murni aau belum dicampuri dengan unsur lain keika proses pembuaannya dinamakan dengan semikondukor inrinsik. Semikondukor ini aom-aomnya masih

2 2 Ihfadni Nazwa murni sau unsur saja. Pada suhu 0 K pia valesinya penuh, pia konduksi kosong sehingga bersifa isolaor. Pada suhu yang lebih inggi misal pada suhu kamar, ada elekron pada via valensi yang menyebabkan beda-beda poensial kecil V di anara sumbu x dan y. Secara keseluruhan fenomena ini lebih dikenal dengan sebuan efek Hall. yang energinya melebihi energi gapnya sehingga dapa melonca dari pia valensi ke pia konduksi menjadi elekron bebas dengan meninggalkan Formulasi kekosongan pada pia valensi. Kekosongan inilah yang dinamakan dengan hole (lubang) dan Koefisien hall R H dianggap bermuaan posiif sebesar muaan elekron. esaran karakerisik pada bahan semikondukor dapa diidenifikasi salah saunya dengan uji efek hall. Efek hall adalah gaya yang disebabkan oleh gaya pembawa muaan posiif dan pembawa muaan negaif akan cenderung mengarah ke kanan keika pembawa muaan ini hanyu di sepanjang pla logam aau semikondukor. Hal ini yang menyebabkan erjadinya beda poensial kecil (mv). Uji efek hall ini bisa digunakan unuk menenukan besar koefisien hall dari bahan semikondukor ersebu. sedangkan koefisien hall dapa digunakan unuk menghiung nilai-nilai besaran fisis karaker dari semikondukor sebagai pembanding anara semikondukor yang sau dengan yang lain. 2 Dasar Teori Jika medan magne dileakkan egak lurus pada suau pla logam (kondukor aau semikondukor) dengan cara menempakan pla ersebu dianara muka-muka kuub sebuah elekromagne. Medan ini mengarahkan gaya pembelok F pada pla sebagaimana dirumuskan dalam il x, yang menunjuk ke arah kanan seperi pada gambar 1. Resisivias ρ R H E y J x = U H I ρ E x J x = R H Pembawa muaan elecron/hole p = n = 1 er H Dimana e, j, E, dan esaran-besaran fundamenal dan,w dan L adalah dimensi volume dari sampel ( x l x w). 3 Ala dan ahan Adapun ala dan bahan yang digunakan pada eksperimen ini adalah sebagai beriku: a. Modul Hall b. Mulimeer L Oleh karena gaya yang mengarah ke samping pada pla ersebu adalah disebabkan oleh gaya pembawa muaan yaiu qv x. Pembawapembawa muaan posiif (hole) aau negaif akan cenderung mengarah ke kanan keika pembawa muaan ini hanyu sepanjang pla logam. Hal inilah w c. Pla Semikondukor inrinsik dan Eksrinsik d. Power Supply 4 Meode Eksperimen Pada eksperimen kali ini bahan yang digunakan adalah dua buah semikondukor yaiu semikondukor inrinsik dan semikondukor eksrinsik. 2 buah pla semikondukor ersebu secara berganian dipasang pada sebuah ala yang dinamakan dengan Modul Hall yang sebelumnya elah dipasangkan sebuah mulimeer unuk mengukur berapa egangan hallnya. Seelah semuanya elah erpasang dengan baik, kemudian

3 menyalakan modul hall dan mulai mengaur arusnya. Unuk semikondukor inrinsik, arus dimulai dari -15 ma sampai dengan 15 ma dengan inerval 2 ma. Sedangkan unuk semikondukor eksrinsik, arus dimulai dari -30 ma sampai 30 ma dengan inerval 5 ma. Kemudian mencaa arus dan egangan hallnya. arulah kemudian dilakukan analisis daa unuk mencapai ujuan eksperimen. 5 Daa Hasil Pengamaan (erlampir) 6 Analisis Daa (Terlampir) 7 Hasil dan Pembahasan Pada eksperimen kali ini kami mencoba melakukan uji efek hall erhadap dua buah semikondukor yang berbeda, yaiu semikondukor inrinsik dan eksrinsik dengan ujuan unuk mempelajari besaran karakerisik suau bahan semikondukor melalui penenuan kuaniaskuanias fisis bahan yaiu koefisien Hall R H, resisivias ρ dan pembawa muaan p aau n (hole aau elecron). Apabila sebuah semikondukor dikenai suau medan elekrik, maka elekron-elekron dalam pia konduksinya akan mencoba bergerak menuru arah berlawanan medan. Yang demikian ersebu mampu memberikan arus elekrik. Elekronelekron dalam pia valensi juga mencoba bergerak menuru arah yang berlawanan dengan medan, eapi unuk melakukannya seiap elekron harus berpindah dari sau keadaan erisi ke salah sau keadaan kosong pia valensi yang sediki. Pada saa medan elekrik menarik elekron-elekron ke salah sau ujung bahan semua kekosongan akhirnya akan erpusakan pada ujung lainnya. Kekosongan ini disebu sebagai lubang (hole). Dengan demikian, arus dalam semikondukor erdiri aas 2 bagian yaiu aliran elekron bermuaan negaif dalam pia konduksi dan aliran lubang bermuaan posiif dalam pia valensi. Pada percobaan ini daa yang dicaa adalah arus sera egangan hallnya. Kemudian dibualah grafik hubungan anara arus dan egangan hall ersebu. grafik yang diperoleh menunjukkan bahwa egangan hall yang dihasilkan berbanding lurus erhadap arusnya. Semakin besar arus maka egangan hall semakin besar pula. Hal ini disebabkan oleh karena hole yang bermuaan posiif bergerak searah dengan elekron mengalami gaya magne yang berbeda. Sehingga idak erkumpul pada salah sau sisi bahan saja. Akibanya semakin inggi arus dan medan magne yang diberikan maka egangan hall yang dihasilkan juga semakin besar. Dari grafik yang elah kami bua, kami mendapakan persamaan regresi linear. Unuk semikondukor inrinsik, didapakan regresi linearnya y = 602,3x 0,1555, sedangkan unuk semikondukor eksrinsik didapakan regresi linear y = 47,64x 0,042. Dari regresi ersebu diperoleh besarnya nilai gradien yang naninya digunakan unuk memperoleh koefisien hall, resisivias dan pembawa muaan. erdasarkan analisis perhiungan, unuk masingmasing semikondukor memiliki koefisien hall ersendiri. Unuk semikondukor inrinsik memiliki koefisien hall sebesar 2007,667 x 10 3 m. V/A dengan nilai resisivias sebesar 0, m. V/A dan pembawa muaan sebesar 3,113 x A. T/m. V. C. sedangkan unuk semikondukor eksrinsik, koefisien hallnya sebesar 0,1588 m. V/A. T dengan resisivias sebesar 0,04764 m. V/A dan pembawa muaannya sebesar 3,935 x A. T/m. V. C. Di dalam medan magneik 300 mt, koefisien hall unuk semikondukor inrinsik memiliki nilai yang jauh lebih besar dibandingkan dengan semikondukor eksrinsik. Hal ini dimungkinkan karena semikondukor inrinsik ersusun dari bahan yang masih murni dan belum ercampur dengan bahan-bahan lain. 8 Kesimpulan erdasarkan eksperimen yang elah dilakukan, dapa kami simpulkan bahwa seiap semikondukor memiliki nilai koefisien, resisivias dan pembawa muaan yang berbeda. Unuk semikondukor inrinsik memiliki koefisien hall sebesar 2007,667 x 10 3 m. V/A dengan nilai resisivias sebesar 0, m. V/A dan pembawa muaan sebesar 3,113 x A. T/ m. V. C. sedangkan unuk semikondukor eksrinsik, koefisien hallnya sebesar 0,1588 m. V/A. T dengan resisivias sebesar

4 4 Ihfadni Nazwa 0,04764 m. V/A dan pembawa muaannya sebesar 3,935 x A. T/m. V. C. 9 Dafar Pusaka [1] Saragih, Alber Daniel Analisis Fenomena Elekron ahan semikondukor Si dan Ge. Jakara : Erlangga. [2] Tim KK Fisika Maerial uku Peunjuk Fisika Ekpserimenal Lanju. Surabaya : Universias Airlangga [3] hp://eknikelekronika.com/prinsip-dasardan-pengerian-semikondukorsemiconducor/. Diakses anggal 15 November 2014

5 LAMPIRAN 1. Daa Hasil Pengamaan - Semikondukor inrinsik I (A) U H (V) -0,015-8,692-0,013-7,77-0,011-6,845-0,009-5,888-0,007-4,897-0,005-3,714-0,003-2,2788-0,001-1,2327 0,001 0,9321 0,003 2,1139 0,005 3,391 0,007 4,4865 0,009 5,787 0,011 6,452 0,013 7,52 0,015 8,147 - Semikondukor eksrinsik I(A) U H (V) -0,03-1,4651-0,025-1,2353-0,02-1,006-0,015-0,7733-0,01-0,5399-0,005-0, ,0079 0,005 0,2069 0,01 0,4705 0,015 0,6669 0,02 0,9236 0,025 1,1256 0,03 1, Analisis Daa Seelah diperoleh daa, maka langkah selanjunya adalah membua grafik hubungan anara U H dengan I dan dilanjukan dengan analisis unuk menenukan nilai koefisien hall, resisivias

6 UH (V) 6 Ihfadni Nazwa dan pembawa muaannya. eriku grafik yang kami dapakan unuk masing-masing semikondukor : - Semikondukor inrinsik Grafik Hubungan anara arus dan Tegangan Hall superkondukor inrinsik I (A) y = 602.3x R² = UH (V) Линейная (UH (V)) Dari grafik diperoleh persamaan regresi linear : y = 602,3x 0,155, sehingga jika dilakukan pendekaan dengan persamaan : R H = U H I U H = R H Maka m = R H, dengan demikian dapa dicari koefisien hall, resisivias dan pembawa muaannya dimana : m : gradien : Medan Magne (0,3 T) : ebal bahan (1mm=0,001 m) Koefisien Hall (R H ) : R H = m I R H = 602,3 x 0,001 0,3 R H = 2007,667 x 10 3 m. V/A. T Resisivias (ρ) :

7 UH (V) ρ = R H ρ = 0,3 x 2007,667 x 10 3 ρ = 0, m. V/A Pembawa Muaan p aau n p = n = 1 er H p = n = 1 1,6 x (2007,667 x 10 3 ) p = 3,113 x A. T/m. V. C - Semikondukor eksrinsik Grafik Hubungan anara Kua arus dengan egangan Hall Semikondukor eksrinsik I (A) y = 47.64x R² = UH (V) Линейная (UH (V)) Diperoleh persamaan regresi linear : y = 47,64x 0,042 sehingga jika dilakukan pendekaan dengan persamaan : R H = U H I U H = R H Maka m = R H, dengan demikian dapa dicari koefisien hall, resisivias dan pembawa muaannya, dimana : m : gradien : Medan Magne (0,3 T) : ebal bahan ( 1 mm = 0,001 m) I

8 8 Ihfadni Nazwa Koefisien Hall (R H ) : R H = m R H = 47,64 x 0,001 0,3 R H = 0,1588 m. V/A. T Resisivias (ρ) : ρ = R H ρ = 0,3 x 0,1588 ρ = 0,04764 m. V/A Pembawa Muaan p aau n p = n = 1 er H p = n = 1 1,6 x (0,1588) p = 3,935 x A. T/m. V. C