1. LAPORAN AWAL
PRAKTIKUM EKSPERIMEN IIA
BAND GAB GERMANIUM
Nama : Ririn Fitriana
NPM : 140310070010
Partner I : Paramita Dwi Mawanti
NPM : 140310070005
Partner II : Yolla Sukma H
NPM : 140310070042
Hari/Tgl Praktikum : Selasa/13 Oktober 2009
Asisten :
Laboratorium Fisika Lanjutan
Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Padjadjaran
2009

2. LEMBAR PENGESAHAN
BAND GAB GERMANIUM
Nama : Ririn Fitriana
NPM : 140310070010
Partner I : Paramita Dwi M
NPM : 140310070005
Partner II : Yolla Sukma H
NPM : 140310070042
Hari/Tgl Praktikum : Selasa, 13 Oktober 2009
Waktu Praktikum : 10.00 – Selesai
Asisten :
Nilai Jatinangor, 13 Oktober 2009
Asisten,
(……………….)

3. INTISARI PERCOBAAN
Semikonduktor adalah bahan yang memiliki sifat antara isolator dan konduktor.
Celah terlarang (band gap) pada semi konduktor lebih sempit dari pada isolator sehingga
apabila pada temperatur dinaikkan maka semikonduktor dapat menghantarkan arus
listrik. Bahan-bahan yang mempunyai sifat semikonduktor umumnya memiliki
konduktivitas listrik antara 10, dan energi gap lebih kecil dari 6 eV. Bahan
Semikonduktor dapat berupa bahan murni atau bahan paduan.
Germanium merupakan jenis semikonduktor yang sangat penting dalm elektronika.
Terletak pada kolom empat dalam table periodik dan mempunyai elektron valensi empat.
Struktur Kristal germanium berbentuk tetrahedral dengan setiap atom memakai bersama
sebuah elektron valensi dengan atom-atom tetangganya.
Konduktivitas bahan semikonduktor seperti germanium dipengaruhi oleh temperatur
secara karakteristik. Berdasarkan rentang temperatur, konduktivitas dapat dibedakan
menjadi konduktivitas ekstrinsik, Deplesi Impurity, dan Konduktivitas intrinsik.

4. BAND GAB GERMANIUM
I. Tujuan Percobaan
• Menentukan energi sela germanium.
II. Teori Dasar
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada
di antara isolator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator pada
temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur tinggi bersifat sebagai
konduktor. Bahansemi konduktor yang sering digunakan adalah silikon, germanium,
dan galium arsenide. Semikonduktor dapat diatur sedemikian rupa sehingga dapat
bersifat sebagai konduktor dan dapat pula bersifat sebagai isolator. Pada suhu kamar,
semikonduktor dapat bersifat sebagai penghantar arus listrik. Semakin besar suhu, maka
akan semakin bagus pula sifatnya sebagai bahan konduktor. Hal ini disebabkan karena
ketika suhu atau temperatur dinaikkan maka jarak antar pita valensi dan pita konduksi
(band gap) akan semakin kecil, sehingga makin banyak elektron yang berpindah dari
pita valensi ke pita konduksi.
• Semikonduktor Intrinsik
Semikonduktor instrinsik adalah semikonduktor yang belum disisipkan atom-
atom lain (atom pengotor). Semikonduktor jenis ini memiliki jumlah elektron dan
hole (pembawa muatan positif) yang sama. Konduktivitas semikonduktor intrinsik
sangat rendah, karena terbatasnya jumlah pembawa muatan hole maupun elektron
bebas. Elektron valensi pada germanium lebih mudah tereksitai termik menjadi
elektron bebas dari pada elektron valensi pada atom silikon, hal ini berhubungan
dengan adanya pita pita energi untuk elektron didalam kristal semikonduktor. Dalam
atom bebas elektron hanya dapat mempunyai nilai energi tertentu saja.
Dikatakan elektron hanya dapat berada pada tingkat energi tertentu dalam kristal
semikonduktor oleh karena atom-atom terletak berdekatan didalam susunan yang
berkala, maka elektron dapat berada pada pita-pita energi .Oleh adanya prinsip
Larangan Pauli yang menyatakan bahwa tiap keadan orbital atom hanya dapat berisi
dua buah elektron saja, maka untuk semikonduktor pita-pita enrgi yang bawah akan

5. terisi penuh hingga suatu pita energi tertentu. Oleh karena setiap atom mempunyai
empat buah elektron valensi, maka ada satu pita energi yang terisi penuh dan pita
energi berikutnya kosong.
• Semikonduktor Ekstrinsik
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). Semikonduktor intrinsik dapat diberi unsur tak murni tertentu sesuai
dengan karakteristik listrik yang dikehendaki. Atom yang tidak murni yang
bervalensi lebih tinggi dari atom semikonduktor murni akan befungsi sebagai donor
elektron konduksi dan menghasilkan semikonduktor ekstrinsik jenis–n. Atom tak
murni yang bervalensi kurang dari atom semikonduktor murni akan berfungsi
sebagai akseptor elektron atau penyumbang lubang konduksi dan menghasilkan
semikonduktor ekstrinsik jenis–p. Dalam semikonduktor jenis–n ,elektron dalam pita
konduksi merupakan pembawa mayoritas sedangkan dalam semikonduktor jenis-p
pembawa mayoritas adalah hole dalam pita valensi.
• Sifat bahan Semikonduktor
Bahan semikonduktor memiliki sifat hantaran listrik yang khusus, sangat
berlainan dengan bahan konduktor. Apabila logam-logam konduktor dipanaskan,
maka hambatan jenisnya bertambah secara linier dengan koefisien suhunya sangat
kecil. Sebaliknya jika bahan semikonduktor dipanaskan, hambatan jenisnya akan
berkurang. Hal ini disebabkan elektron-elektron pada pita valensi mendapatkan
energi termik yang cukup untuk meloncat ke pita konduksi. Semakin tinggi
temperatur akan semakin banyak elektron yang mendapatkan energi termik sehingga
semakin banyak pula elektron-elektron yang loncat ke pita konduksi. Dalam pita
konduksi ini elektron bergerak lincah sehingga dapat bertindak sebagai penghantar
listrik yang baik. Oleh sebab itu, hambatan jenis bahan semikonduktor turun dengan
cepat apabila terjadi kenaikan suhu.
Selain melalui pemanasan, hambatan jenis pada bahan semikonduktor dapat juga
diturunkan dengan memasukkan sedikit pengotor ke dalam bahan tersebut. Bahan

6. semikonduktor yang sudah dimasukkan sedikit pengotor ini disebut semikonduktor
ekstrinsik. Jenis atom pengotor yang dimasukkan ke dalam semikonduktor ada dua jenis,
yaitu atom pengotor yang memiliki kekurangan elektron (disebut atom akseptor) dan atom
pengotor yang memiliki kelebihan elektron (disebut atom donor). Oleh sebab itu, ada dua
jenis semikonduktor ekstrinsik karena perbedaan jenis atom pengotor yang dimasukkan ke
dalamnya, yaitu semikonduktor tipe-p (positif) dan semikonduktor tipe-n (negatif).
Semikonduktor tipe-p adalah semikonduktor yang dimasuki atom akseptor yang kekurangan
elektron. Semikonduktor ini dibuat dari atom yang memiliki empat elektron pada orbit
terluarnya, dimasuki atom pengotor yang memiliki tiga elektron pada orbit terluarnya.
Misalnya atom germanium (Ge) yang memiliki empat elektron pada orbit terluarnya
dicangkoki dengan boron (B) yang memiliki tiga elektron pada orbit terluarnya. Tiga
elektron dari atom B melakukan ikatan kovalen dengan elektron-elektron valensi atom Ge,
namun ada satu elektron dari atom Ge yang tidak mendapatkan pasangan sehingga
menimbulkan lubang seperti ditunjukkan pada Gambar 1(a).
Masuknya atom B pada kristal Ge memungkinkan diturunkannya hambatan jenis atom
Ge karena munculnya pita energi di dalam celah energi yang letaknya sedikit di atas pita
valensi seperti ditunjukkan pada Gambar 1(b). Pita energi ini berisi lubang-lubang yang
dapat menerima elektron sehingga disebut pita energi akseptor. Elektron-elektron dalam pita
valensi lebih mudah loncat ke pita energi akseptor sehingga meninggalkan lubang-lubang
pada pita valensi. Lubang yang terbentuk akibat loncatan elektron meninggalkan pita valensi
ini dapat bertindak sebagai pembawa aliran listrik. Karena pembawa aliran listriknya
bermuatan positif, maka bahannya disebut semikonduktor tipe-p.

7. Gambar 1 : Proses terbentuknya lubang sebagai pembawa aliran listrik pada semikonduktor
tipe-p.
Semikonduktor tipe-n adalah semikonduktor yang dimasuki atom donor yang kelebihan
elektron. Semikonduktor ini dibuat dari atom yang memiliki empat elektron pada orbit
terluarnya, dan dimasuki atom pengotor yang memiliki lima elektron pada orbit terluarnya.
Misal atom germanium (Ge) yang memiliki empat elektron pada orbit terluarnya dicangkoki
dengan arsen (As) yang memiliki lima elektron pada orbit terluarnya. Empat elektron dari
atom As melakukan ikatan kovalen dengan elektron-elektron valensi atom Ge, namun ada
satu elektron dari atom As yang tidak mendapatkan pasangan sehingga bersifat sebagai
elektron bebas seperti ditunjukkan pada Gambar 2(a). Masuknya atom As pada kristal Ge
memungkinkan diturunkannya hambatan jenis atom Ge karena munculnya pita energi di
dalam celah energi yang letaknya sedikit di bawah pita konduksi seperti ditunjukkan pada
Gambar 2(b). Pita energi ini berisi elektron-elektron bebas sehingga disebut pita energi
donor. Beda energi antara pita energi donor dan pita konduksi ini sangat kecil, kira-kira
hanya 0,05 eV. Sedang pencangkokan atom donor phosphor (P) ke dalam silikon dapat
menurunkan energi pemisah pita hingga mencapai 0,045 eV. Oleh sebab itu, elektron-
elektron dalam pita energi donor lebih mudah loncat ke pita valensi dan dapat bertindak
sebagai pembawa aliran listrik. Karena pembawa aliran listriknya bermuatan negatif, maka
bahannya disebut semikonduktor tipe-n.

8. Gambar 2 : Proses terbentuknya elektron bebas sebagai pembawa aliran listrik pada
semikonduktor tipe-n.
• Konduktivitas
Konduktivitas adalah kemampuan bahan untuk membawa arus listrik.
Konduktivitas bahan yang memiliki resistivitas ρ dan panjang l serta luas
penampang A didefinisikan sebagai :
1 l I
σ= =
ρ AV
Dimana I adalah arus dan V adalah tegangan. Konduktivitas bahan
semikonduktor seperti germanium dipengaruhi oleh temperatur secara karakteristik.
Berdasarkan rentang temperatur, konduktivitas dapat dibedakan sebagai berikut :
1. Konduktivitas ekstrinsik
Pada temperatur rendah yang terjadi adalah konduktivitas ekstrinsik. Pada
rentang ini kenaikan temperatur menyebabkan pembawa muatan dari impuriti
teraktivasi.
2. Deplesi Impurity
Pada rentang ini, kenaiakan temperatur tidak lagi menghasilkan aktivasi
impurity dan konduktivitas konstan.
3. Konduktivitas intrinsik
Pada temperatur tinggi pembawa muatan intrinsik mendominasi proses
konduksi. Pada rentang ini tambahan pembawa muatan diperoleh dari hasil
eksitasi termal dari pita valensi ke pita konduksi. Ketergantugan terhadap
temperatur dalam kasus ini dinyatakan dalam fungsi eksponensial
Eg
σ = σ 0 exp−
2kT
Eg adalah energi gap, k adalah konstanta Boltzman dan T adalah temperatur
absolute.
Logaritma dari persamaan ini :
Dengan y = ln dan x = 1/T ; sebuah persamaan linear pada dimana

9. merupakan kemiringan dari garis lurus.
Dengan mengukur konduktivitas sebagai fungsi temperatur, energi gap
germanium dapat ditentukan.
III. Hipotesis
Bagaimana kita dapat mengetahui pengaruh suhu terhadap bahan semikonduktor,
seperti pada suhu yang rendah dan juga pada suhu kamar. Dan dengan mengukur
konduktivitas sebagai fungsi temperatur, kita dapat menentukan energi gap dari
germanium.
IV. Kerangka Pemikiran
Bahan semikoduktor akan bersifat isolator pada suhu rendah, dan akan bersifat
konduktor pada suhu yang tinggi. Arus tegangan akan berubah sesuai dengan perubahan
suhu, semakin besar suhu yang diberikan maka konduktivitas dari bahan juga akan
meningkat.
V. Metode Eksperimen
Alat dan Bahan Percobaan :
• Hall effect module dengan sample Ge : 20x10x1 mm3
• Hall effect, undot Ge, carrier board
• Power Supply 0-12 V DC/6 V, 12 V AC
• Tripod base –PASS-
• Support rod –PASS-, square, 1 = 250 mm
• Right angle clamp –PASS-
• Connecting cord, 1 = 500 mm, black
• Cobra 3 Basic – Unit
• Power Supply universal, 12 V

10. Prosedur Percobaan :
Metode 1 (Menggunakan Cara Manual)
a. Memasang sample pada modul efek Hall
b. Menyusun peraatan seperti gambar 1 pada modul.
c. Menghubungkan modul efek Hall dengan power supply, 12 V melalui AC input di
bagian belakang modul
d. Menghubungkan Voltmeter melalui soket bagian atas sisi depan modul.
e. Menekan tombol selektor display untuk menunjukkan display arus dan putar rotary
switch sampai menunjukkan arus 5 mA.
f. Menekan kembali tombol selektor display untuk menunjukkan display temperature.
g. Menyalakan pemanas di belakang modul, mengatur mulai dari temperatur rendah
(temperatur kamar).
h. Memulai mencatat nilai arus dan tegangan yang melalui sampel Ge untuk setiap
kenaikan temperatur 30C sampai temperatur maksimum 1700C (pemanas dalam
keadaan off).

11. i. Melakukan pencatatan nilai arus dan tegangan yang melalui sampel Ge untuk setiap
penurunan temperatur 30C dari temperatur maksimum 1700C (pemanas dalam
keadaan off).
j. Mengulang mulai dari prosedur (e) untuk arus koil 5,2 mA ; 5,4 mA ; 5,6 mA ; dan
5,8 mA.
Metode 2 (Menggunakan Cobra-3)
a. Memasang sample pada modul efek hall.
b. Menyusun peralatan seperti gambar 2 pada modul.
c. Menghubungkan modul efek hall dengan power supply 12 V
d. Menghubungkan modul dengan cobra 3 basic unit.
e. Menghubungkan rangkaian dengan PC melalui RS-232 output port pada Cobra unit,
start program pengukuran efek hall (Cobra 3 hall effect).
f. Melakukan prosedur (e) sampai (j) pada metode 1.

12. Daftar pustaka
1. www.google.com
2. Http://id.wikipedia.org/wiki/semikonduktor
3. Http://www.its.ac.id/endi/semikonduktor.html
4. Petunjuk Praktikum Fisika Eksperimen IIA, Laboratorium Fisika Lanjutan, Jurusan
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran,
Jatinangor, 2008