35 BAB V
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 5.1 Uji Presisi dan Akurasi 4-PP
5.1.1 Data Voltmeter dan Display Tegangan Listrik
Data akurasi presisi voltmeter dan display tegangan serta sumber arus listrik diperoleh dengan membandingkan alat ukur arus listrik standar laboratorium SANWA CD 731a. Objek yang di ukur berupa batu baterai ABC Drycell SNI 04-205.2-2004, R205 IEC/UM-I/D Size 1,5 volt maksimal.
Berikut data uji presisi dan uji akurasi disajikan pada gambar 5.1:
1.17 1.171 1.172 1.173 1.174 1.175 0 2 4 6 8 10 SANWA(Volt) 4-PP(Volt) S A N W A (V ) Pengukuran ke
Gambar 5.1 Grafik Akurasi voltmeter dan display tegangan 4-PP versus SANWA
Terlihat pada grafik, tingkat akurasi voltmeter 4-PP sudah cukup baik, sebagai pembanding digunakan voltmeter digital standar SANWA CD 731a. Apabila dilihat dari nilai, hasil pengukuran 4-PP terhadap batu baterai mempunyai rata-rata 1,171 volt. Nilai ini sama dengan hasil pengukuran rata-rata voltmeter standar laboratorium sebesar 1,171 volt, artinya dengan pengukuran
36 sebanyak sepuluh kali, nilai akurasi 4-PP mencapai 100%. Nilai presisi 4-PP dapat dilihat dari data pengukuran dimana hasil pengukuran akan mengumpul pada nilai 1,172 volt. Standar deviasi yang menunjukkan nilai presisi ini memperlihatkan nilai σ = 0,00097, semakin kecil nilai deviasi standar dari sebuah instrument, maka semakin tinggi tingkat presisi instrument tersebut.
Uji Repeteabilitas juga dilakukan dengan cara mengukur pada satu titik pengukuran dengan cara dan kondisi yang sama dengan beban ukur yang berbeda(dibalik polaritas-nya) seperti terlihat pada gambar 5.2, dengan deviasi standar sebesar 0,000447 untuk pengukuran tegangan positif dan juga tegangan negatif.
Dengan penyimpangan data yang kecil tersebut, alat 4-PP menunjukkan tingkat presisi dan akurasi pengukuran yang besar, nilai akurasi pengukuran diperoleh dari nilai standar error data tersebut sebesar 0 %.
-0.01 -0.005 0 0.005 0.01 1 2 3 4 5 Tegangan(V+) Tegangan(V-) T e g a n g a n (V ) Pengukuran ke
Gambar 5.2 Grafik Akurasi dan presisi voltmeter atau display tegangan (+) dan (-) 4-PP
37 5.1.2 Data Uji Akurasi dan Presisi Sumber Arus Listrik dan Display Arus Listrik
Data akurasi dan presisi 4-PP diperoleh dengan membuat sebuah rangkaian listrik yang berisi catu daya dan beban dan display arus listrik dipasang secara seri dengan beban tersebut. Sebagai pembanding digunakan voltmeter SANWA CD 731a yang dipercaya mempunyai nilai akurasi dan presisi lebih tinggi dan tertelusur. Alat ukur laboratorium memiliki tingkat telusur lebih tinggi dari alat perancangan mandiri( Morris, 2001).
100 100.5 101 101.5 102 0 2 4 6 8 10 Sanwa(mA) 4-PP(mA) S anw a( mA ) Pengukuran ke
Gambar 5.3 Grafik akurasi dan presisi display arus listrik 4-PP Versus SANWA
Pada gambar 5.3 dengan pengolahan data grafik menggunakan program
excel diperoleh nilai rata-rata display arus listrik 4-PP sebesar 100,7 mA dan nilai
pengukuran voltmeter digital SANWA CD 731a rata-rata sebesar 101,47 mA, sehingga perbedaan rata-rata hasil pengukuran hanya sebesar 0,77 mA. Tingkat akurasi 4-PP dibandingkan dengan SANWA CD 731a mencapai 99,24% dengan ralat 0,76%. Dengan nilai standar deviasi 0,483 maka tingkat presisi alat 4-PP cukup baik.
38 5.1.3 Data Uji Stabilitas Sumber Arus listrik 4-PP
Uji stabilitas sumber arus listrik pada alat 4-PP dilakukan dengan melakukan uji repeatabilitas yaitu uji kedekatan hasil pengukuran terhadap harga rata-rata pengukurannya(Lestari, 2009). Uji ini menunjukkan kemampuan alat untuk menampilkan hasil yang sesuai di bawah kondisi pengujian konstan, ketika beban yang sama berulang kali ditempatkan ke dalam alat ukur.
Data uji stabilitas arus positif dan negatif pada beban dengan menggunakan alat ukur standar laboratorium HELES UX 35. Terlihat pada gambar 5.4, grafik salah satu titik pengukuran arus listrik pada beban, nilai arus listrik yang dihasilkan oleh sumber arus listrik alat 4-PP cukup stabil dengan nilai deviasi standar sangat kecil sebesar, σ = 0,00447 baik untuk arus positif maupun arus negatif . Pada uji repeatibilitas display arus listrik hanya berupa arus positif dan arus negatif pada beban, dikarenakan kebutuhan arus listrik pada beban dimungkinkan berupa arus positif dan negatif.
Kestabilan sumber arus listrik ini karena tingkat stabilitas catu daya dari sistem 4-PP, IC 7815 dan IC 7915 merupakan IC regulator yang sangat baik untuk mencatu tegangan dari sebuah rangkaian. Selain itu penggunaan transistor power menengah TIP 31 dan TIP 32 akan cukup memenuhi kebutuhan arus listrik yang akan dilewatkan terhadap material atau sampel uji. Jangkauan arus listrik yang mampu disediakan oleh alat ini dalam prakteknya mencapai jangkauan(span) dari -350 mA sampai dengan -350 mA.
Keterbatasan display pada 4-PP yang hanya menjangkau nilai 0 sampai 500 mA dapat diatasi dengan menggunakan fitur DC eksternal, yang mampu mengukur jangkauan sampai 5 ampere. Fitur DC eksternal 4-PP dirancang agar kompatibel dengan amperemeter luar baik digital maupun analog sesuai kebutuhan pengguna. Fitur ini menjadikan 4-PP sangat adaptif dengan kondisi sampel yang membutuhkan arus listrik yang tidak diketahui. Kebutuhan sampel akan arus listrik yang berbeda-beda sesuai jenis bahan sampel akan dapat terpenuhi dengan fitur Current Source External.
39 Grafik stabilitas arus listrik pada beban pada satu titik pengukuran disajikan pada gambar 5.4 berikut:
-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 1 2 3 4 5 Arus(I+) Arus(I-) A rus( A m p e re ) Pengukuran ke
Gambar 5.4 Grafik Stabilitas Sumber Arus Listrik (+) dan (-) 4-PP
Selain dengan uji repeatibilitas, untuk menguji kestabilan sumber arus listrik juga dilakukan dengan cara memberikan arus pada beban pada siklus interval waktu tertentu sejak arus mengalir pada beban( Stambuk, 2013).
Gambar 5.5 merupakan grafik data arus listrik pada beban selama 10 menit, arus keluaran 4-PP di ukur dengan menggunakan alat ukur standar laboratorium HELES UX35.
Pada gambar 5.5 tersebut, terlihat grafik pengukuran arus listrik keluaran 4-PP pada suatu beban tertentu pada 0,26 mA pada 4 menit sampai 10 menit, sedangkan pada 1 menit sampai 3 menit pertama, arus keluaran masih pada nilai 0,25 mA. Kestabilan arus keluaran mulai terjadi 7 menit terakhir dari interval 1 sampai 10 menit. Hasil ini sesuai dengan penelitian (Stambuk, 2011) yang merancang sumber arus listrik yang stabil pada menit ke 6. Deviasi standar pengukuran sebesar 0,0048 menunjukkan tingkat stabilitas arus listrik yang
40 dihasilkan sangat stabil. Sedangkan nilai eror hanya mencapai (0,26 mA± 0,015%). 0.245 0.25 0.255 0.26 2 4 6 8 10 Arus Listrik 4-PP A ru s L is tr ik 4-P P (A ) waktu ke ( menit) Gambar 5.5 Grafik Stabilitas Sumber Arus Listrik 4-PP
5.1.4 Uji Linearitas alat ukur 4-PP
Sebuah instrument harus mampu menunjukkan perubahan secara linear atau proposional apabila objek yang diukur nilainya berubah. Alat 4-PP yang di rancang ini merupakan sinergi dari sumber arus listrik yang akan ditunjukkan oleh display arus listrik, kemudian dilewatkan ke sebuah resistor atau sampel yang akan menimbulkan beda tegangan atau polaritas tegangan tertentu yang akan diukur oleh voltmeter dan ditunjukkan nilai-nya oleh display tegangan 4-PP. Setiap perubahan arus listrik yang dialirkan ke sampel, maka instrument harus menunjukkan perubahan nilai tegangan. Nilai tegangan ini haruslah proposional dengan nilai arus tersebut. Instrument menunjukkan performa yang bagus apabila grafik memiliki tingkat linearitas yang tinggi. Semakin tinggi nilai nilearitas sebuah instrument, maka instrument semakin sensitive dalam pengukuran tertentu.
41 Gambar 5.6 menunjukkan grafik linearitas arus versus tegangan yang dapat di ukur oleh voltmeter 4-PP.
1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Tegangan(x1000) V y = 1.0101 + 0.043407x R= 0.98377 T ega ng an(m V ) I(A)
Gambar 5.6 Grafik linearitas 4-PP
Dari grafik pada gambar 5.6 terlihat bahwa sensitivitas pengukuran 4-PP merupakan gradien dari persamaan garis lurus linearitas 4-PP sebesar 0,0434 yang memenuhi persamaan y = 1,0101+ 0,043407x , artinya senstivitas pengukuran alat 4-PP sebesar 0,0434 mV/A.
5.2 Data Uji Karakterisasi Resistor
Resistor yang diuji pada penelitian ini sebanyak 6 resistor dengan nilai resistansi pada jangkauan 1 Ω sampai dengan 1 MΩ.
Masing-masing resistor di uji pada kondisi yang sama. Kondisi yang dilakukan terhadap masing-masing resistor tersebut meliputi kondisi suhu 28,28ºC(Suhu kamar) dan Rh 55,65 %; suhu 40 ºC (suhu tinggi) dan Rh 55,65 % dan suhu rendah Suhu 5 ºC(suhu rendah) dan Rh 55,65 %. Pengkondisian resistor pada suhu tinggi dengan cara memberikan suhu eksternal ke resistor, kemudia mengukur suhu resistor tersebut secara langsung, sedangkan untuk pengkondisian resistor pada suhu rendah, dilakukan dengan cara memasukkan resistor pada sebuah pendingin sehingga benar-benar optimal dan mengukur V dan I.
42 5.2.1 Resistor dengan warna gelang coklat, hitam, emas, emas( R: 1 Ω ± 5%) 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 0 1 2 3 4 5 Suhu Kamar Suhu Tinggi Suhu Rendah R e si st a n si (o h m) Pengukuran ke
Gambar 5.7 Grafik Resistor (1 Ω± 5%) pada tiga suhu berbeda
Grafik pada gambar 5.7 menunjukkan nilai resistansi yang berbeda pada masing-masing kondisi. Apabila melihat nilai rata-rata resistansi pada suhu kamar, diperoleh nilai sebesar 1,222 Ω, pada suhu tinggi sebesar 1,244 Ω dan pada suhu rendah 1,078 Ω. Semakin bertambah suhu lingkungan dimana resistor itu berada maka nilai resistansi juga akan bertambah, hal ini disebabkan adanya gerakan vibrasi elektron dari bahan penyusun resistor sehingga akan menghalangi elektron pembawa muatan sebagai arus listrik. Resistor yang memiliki nilai resistansi sebelumnya akan bertambah dengan adanya gerakan vibrasi molekul-molekul akibat naiknya suhu.
Alat ukur 4-PP masih mampu menunjukkan performa yang cukup baik pada kondisi suhu tinggi dan suhu rendah dengan tingkat presisi yang tinggi. Standar deviasi pada dua kondisi tersebut nilainya sebesar 0,0036 dan 0,217. Sedangkan tingkat akurasi hasil pengukuran 4-PP sangat baik. Sebagai pembanding digunakan Ohmeter Digital SANWA CD 800a , yang mengukur nilai resistansi secara langsung. Nilai akurasi 4-PP mencapai 92,8 %.
43 5.2.2 Resistor dengan warna gelang coklat, hitam, coklat, emas( R : 100 Ω± 5%), 40 60 80 100 120 140 0 1 2 3 4 5 Suhu Kamar Suhu Tinggi Suhu Rendah R e si st a n s i( o h m ) Pengukuran ke
Gambar 5.8 Grafik Resistor (100 Ω ± 5%) pada tiga suhu berbeda Grafik pada gambar 5.8 memperlihatkan hasil pengukuran resistansi resistor menggunakan 4-PP dengan kode warna coklat, hitam, coklat dengan warna toleransi warna emas. Alat 4-PP meunjukkan tingkat akurasi yang cukup baik dengan pembanding alat ukur ohmmeter digital SANWA CD 800a sebesar 83,02 %. Penurunan tingkat akurasi dibandingkan pada saat pengkuran resistor 1 Ω diduga karena adanya bias pengukuran dari 4-PP, bias pengukuran ini muncul karena adanya fluktuasi input yang terbaca oleh ADC ICL 7107 CPL, ini dibuktikan pula dengan tingkat presisi yang menurun dilihat dari nilai standar deviasi yang mencapai 13,69 pada suhu kamar.
Secara umum alat 4-PP masih menunjukkan performa-nya dengan tetap mampu mengukur nilai pada kondisi yang berbeda. Alat juga masih mampu mengukur resistansi walapun pengukurannya pada kondisi yang berbeda, pada suhu tinggi dan rendah.
44 5.2.3Resistor dengan warna gelang coklat, Hitam, Merah, Emas( R : 1kΩ± 5%) 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 0 1 2 3 4 5 Suhu kamar Suhu Rendah Suhu Tinggi R e si st an s i (ki lo oh m ) Pengukuran ke
Gambar 5.9 Grafik Resistor (1 kΩ ± 5%) pada tiga suhu berbeda Pengukuran resistor 1 kΩ pada suhu rendah memiliki tingkat akurasi yang tinggi dengan melihat standar deviasi pada grafik, nilai deviasi pengukuran hanya sebesar 0,109. Nilai presisi pada suhu kamar sebesar 0,207 ini masih lebih bagus dibandingkan pada saat alat 4-PP mengukur resistor pada suhu tinggi dimana standar deviasinya sebesar 0,050. Hal ini diduga disebabkan ketika probe terkena aliran panas dari objek ukur, maka data yang terbaca akan menjadi bias. Tingkat presisi yang paling bagus pada resistor ini adalah pengukuran pada suhu rendah dengan nilai deviasi standar sebesar 0,109. Sebagai sebuah instrument, 4-PP telah menunjukkan performa dengan tingkat keakurasian pengukuran yang baik mencapai 92,93 % bila dibandingkan dengan instrument lain yang lebih tertelusur yaitu Voltmeter CD 800a.
45 5.2.4 Resistor dengan warna gelang coklat, hitam, orange, emas( R=10kΩ± 5%)
Grafik pengukuran R = (10 kΩ ± 5%) diperlihatkan oleh gambar 5.10:
8 8.5 9 9.5 10 10.5 0 1 2 3 4 5 Suhu Kamar Suhu Tinggi Suhu Rendah R e si st an s i( ki lo oh m ) Pengukuran ke
Gambar 5.10 Grafik Resistor (10 kΩ ± 5%) pada tiga kondisi berbeda Pada pengukuran resistor R= 10 kΩ, alat 4-PP memiliki tingkat akurasi sebesar 97,95 %. Pada pengukuran ini nilai rata-rata pengukuran dengan menggunakan 4-PP sebesar 9,94 kΩ, sedangkan pengukuran menggunakan ohmmeter digital SANWA CD 800a sebesar 9,74 kΩ, jadi perbedaan nilai antara dua alat ukur tersebut hanya sebesar 0,20 yang berarti ralatnya sebesar 2,05 %.
Tingkat presisi pengukuran 4-PP juga menunjukkan perfoma yang baik yaitu dengan nilai deviasi standar sebesar 0,063, 0,084 dan 0.161 untuk kondisi masing-masing suhu kamar, suhu tinggi dan suhu rendah.
5.2.5 Resistor dengan warna gelang coklat,hitam, kuning, emas(R: 100 kΩ± 5%)
46 Grafik pengukuran dengan R=100 Ω± 5% pada tiga kondisi berbeda diperlihatkan gambar 5.11 80 85 90 95 100 0 1 2 3 4 5 Suhu Tinggi Suhu Kamar Suhu Rendah R e si st a n s i ( ki lo o h m) Pengukuran ke
Gambar 5.11 Grafik Resistor (100 kΩ ± 5 %) pada tiga suhu berbeda Pengukuran resistansi resistor 4-PP pada gambar 5.11 memiliki tingkat akurasi 97,43 %, dengan rata-rata nilai resistansi pada suhu kamar sebesar 87,16 kΩ dengan deviasi standar pengukuran sebesar 0,251, sedangkan pengukuran menggunakan instrument standar merek SANWA CD 800a sebesar 89,5 kΩ. Nilai resistansi naik menjadi 96,44 kΩ pada suhu tinggi dan menurun pada suhu kamar menjadi 83,62 kΩ. Tingkat presisi pada dua kondisi tersebut masih baik masing-masing dengan nilai deviasi standar sebesar 1,558 dan 1,914. Pada pengukuran resistor ini performa alat ukur 4-PP cukup baik dengan melihat tingkat akurasi hasil pengukuran dan tingkat presisi pengukuran.
5.2.6 Resistor dengan warna gelang coklat, hitam, hijau, emas( R : 1 MΩ± 5%)
47 Pengukuran resistor (1 MΩ ± 5%) ditunjukkan oleh gambar 5.12 dibawah: 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0 1 2 3 4 5 Suhu Tinggi Suhu Kamar Suhu Rendah R e si st a n s i ( me g a o h m )) Pengukuan ke
Gambar 5.12 Grafik Resistor (1 MΩ ± 5%) pada tiga suhu berbeda
Pada pengukuran resistor 1 MΩ dengan alat 4-PP memiliki tingkat akurasi yang kurang baik sebesar 61,91 % , tingkat akurasi ini dibandingkan dengan nilai yang diperoleh dari SANWA D 800a. Nilai rata-rata resistansi menggunakan 4-PP sebesar 0,58 MΩ sedangkan nilai yang diperoleh dengan pengukuran menggunakan SANWA CD800a sebesar 0,42 MΩ. Ralat sebesar 38,09 % diduga akibat keterbatasan pembacaan nilai arus listrik yang menggunakan amperemeter eksternal. Tercatat arus listrik yang mampu dilewatkan ke resistor ini sangat kecil yaitu 2 μA. Diduga nilai arus yang kecil menyebabkan kemampuan membaca data oleh 4-PP menjadi menurun. Dugaan ini dibuktikan dengan tingkat presisi alat ukur yang masih baik dengan nilai standar deviasi yang kecil antara lain 0,0109 ; 0,0045 dan 0,0045. High precision tidak selalu menyebabkan high
accuracy, menurut( Morris : 2001) ini disebabkan adanya bias alat ukur pada
saat dipakai, dan bias ini dapat dihilangkan dengan kalibrasi ulang. Kalibrasi ulang alat ukur 4-PP disini dengan men-setting ulang variable resistor pada
48 voltmeter dan display tegangan. Kalibrasi ulang akan mengubah nilai tegangan referensi sebagaimana pada persamaan 4.1 sesuai setingan awal.
Tabel 5.1 menunjukkan perbandingan pengukuran resistansi resistor antara alat ukur 4-PP dengan mulimeter digital Merek Sanwa CD 800a. Multimeter yang merupakan alat ukur standar laboratorium memiliki tracebility atau tingkat ketelusuran lebih tinggi atau lebih dipercaya( Morris : 2001
Tabel 5.1 Perbandingan hasil pengukuran resistor SANWA dengan 4-PP:
No. SANWA CD800a 4- FPP Akurasi 4-PP 1. 1,10 Ω 1,12 Ω 98,20% 2. 98,3 Ω 115 Ω 83,02% 3. 0,99 kΩ 1,06 kΩ 92,93% 4. 9,74 kΩ 9,94 kΩ 97,95% 5. 89,5 kΩ 87,2 kΩ 97,43% 6. 0,42 MΩ 0,58 MΩ 61,91%
5.3 Data Pengukuran Karakterisasi semikonduktor Silikon
Uji repeatiblitas sampel silikon pada suhu kamar 28,28ºC dan Rh 55,65 %. Grafik pada gambar 5.13 menyajikan data repeatibilitas resistansi silikon. Data repeatibilitas diperoleh dengan cara mengukur V dan I pada sampel secara berulang-ulang sebanyak lima kali pengukuran. Uji repeatibilitas ini untuk mengetahui validitas sampel. Hasil pengukuran berupa tegangan dan arus ini, kemudian diolah menjadi data pengukuran resistansi dari Silikon tersebut.
49 0.938 0.94 0.942 0.944 0.946 0.948 0.95 0.952 0 1 2 3 4 5 Resistansi Si(Ohm) Re si sta ns i S i( ohm) Pengukuran ke
Gambar 5.13 Grafik repeatibilitas (0,942Ω ± 0,019%) 5.3.1 Penghitungan Resistansi dan Resistivitas sheet silikon
Sesuai dengan bab 4.2.4.1 tentang desain uji karakterisasi resistansi dan resistivitas Silikon, maka diperoleh data-data sebagaimana tertera pada tabel 5.2 sampai dengan tabel 5.9.
Tabel 5.2 Perhitungan nilai R14,23
No. I14(mA) V23(V)
1. 100 0,094 2. 100 0,095 3. 101 0,094 4. 100 0,094 5. 100 0.094 2 , 100 14 I mA V230,0942V 94 , 0 14 23 23 , 14 I V R Ω
50 Tabel 5.3 Perhitungan nilai R41,32
No. I41(mA) V32(V)
1. 100 0,090 2. 100 0,090 3. 101 0,090 4. 100 0,090 5. 100 0,091 2 , 100 41 I mA V320,0902V 90 , 0 41 32 32 , 41 I V R Ω
Tabel 5.4 Perhitungan nilai R23,14
No. I23(mA) V14(V)
1. 100 0,093 2. 100 0,093 3. 100 0,092 4. 100 0,091 5. 100 0.091 100 23 I mA V14 0,0920V 92 , 0 41 23 14 , 23 I V R Ω
51 Tabel 5.5 Perhitungan nilai R32,41
No. I32(mA) V41(V)
1. 100 0,090 2. 100 0,092 3. 100 0,091 4. 100 0,091 5. 100 0.091 100 32 I mA V410,0910V 91 , 0 32 41 41 , 32 I V R Ω
Tabel 5.6 Perhitungan nilai R43,12
No. I43(mA) V12(V)
1. 100 0,094 2. 100 0,094 3. 101 0,091 4. 100 0,092 5. 100 0.094 2 , 100 43 I mA V12 0,0930V 93 , 0 43 12 12 , 43 I V R Ω
52 5.7 Tabel Perhitungan R34,21
No. I34(mA) V21(V)
1. 100 0,092 2. 100 0,093 3. 101 0,094 4. 100 0,093 5. 100 0.092 2 , 100 34 I mA V210,0930V 93 , 0 21 34 21 , 34 I V R Ω 5.8 Tabel Perhitungan R12,43 No. I12(mA) V43(V) 1. 100 0,090 2. 100 0,091 3. 101 0,090 4. 100 0,091 5. 100 0.090 2 , 100 12 I mA V430,0904V 90 , 0 12 43 43 , 12 I V R Ω
53 5.9 Tabel Perhitungan R21,34
No. I21(mA) V34(V)
1. 100 0,091 2. 100 0,092 3. 101 0,094 4. 100 0,090 5. 100 0.090 2 , 100 21 I mA V34 0,0914 V 91 , 0 21 34 43 , 21 I V R Ω
Tabel 5.10 Perhitungan Resistansi, Resistivitas dan konduktivitas:
RA (persamaan 3.5) RB (persamaan 3.10) RS (persamaan 3.14) ρ (persamaan 3.15) σ (persamaan 3.16) 0,9175 Ω 0,9175 Ω 4,157 Ω 1,808x10-3 Ω.cm 5,53x10 2 S.cm-1
Dari perhitungan dan pengolahan data seperti yang tersaji pada tabel 5.10 diperoleh nilai resistansi sampel sebesar 4,157 Ω, resistivitas sampel sebesar 1,808x 10 -3 Ω.cm dan nilai konduktivitas sebesar 5,53 x 102 S.cm-1. Nilai RS merupakan nilai resistansi sampel sedangkan untuk menghitung
resistansi total RT maka nilai Rs di jumlahkan dengan nilai resistansi ohmik yaitu
resistansi probe dengan sampel. Nilai resistivitas 4-PP memiliki akurasi cukup tinggi sebesar 82,29 % dengan ralat sebesar 17,71 % dibandingkan dengan hasil pengukuran menggunakan Four Point Probe merek Veeco(FPP-500) milik Pusat Penelitian Bahan Murni dan Instrumentasi Nuklir, Instalasi Fasilitas Akselerator
54 BATAN Yogyakarta sebesar 1,536 x 10-3 Ω.cm. Nilai konduktivitas sampel silikon ini masih sesuai dengan nilai sebuah semikonduktor, secara umum resistivitas semikonduktor berada pada daerah 10-4 Ω.m sampai dengan 104 Ω.m. Diduga semikonduktor ini merupakan semikonduktor ekstrinsik dengan atom pengotor tipe p, ini dilihat dari nilai resistivitas nya sebesar 0,1278 Ω.cm yang jauh lebih kecil dari semikonduktor silikon murni yang mencapai 640 Ω.cm( Serway, 1998). Sebuah semikonduktor murni ketika berada pada suhu kamar maka semikonduktor ini akan berperilaku sebagi isolator. Resistivitas semikonduktor sangat tergantung dengan pengotoran/doping atom dan juga suhu eksternal yang mempengaruhinya.
5.3.2 Data dan Perhitungan Karakterisasi mobilitas
Sesuai dengan sub bab 4.2.4.2 tentang desain uji karakterisasi mobilitas Silikon, maka telah diperoleh data pengukuran seperti tertera pada tabel 5.11 sampai dengan tabel 5.18. Data-data pengukuran ini diperlukan untuk perhitungan mobilitas Silikon seperti tertera pada tabel 5.19. Data ini juga bisa digunakan untuk mengetahui tipe semikonduktor dengan melihat nilai VH.
Tabel 5.11 Pengukuran nilai V24N
No. I13(mA) V24N(x10-1 V)
1. 100 1,21 2. 100 1,20 3. 100 1,20 4. 100 1,19 5. 100 1,21 100 13 I mA V24N 1,202V
55 Tabel 5.12. Pengukuran nilai V42N
No. I31(mA) V42N(x10-1 V)
1. 100 1,41 2. 100 1,41 3. 100 1,41 4. 100 1,41 5. 100 1,41 100 31 I mA V42N 1,410V
Tabel 5.13 Pengukuran Nilai V13N
Tabel 5.14.Pengukuran V31N
No. I24(mA) V31N(x10-1 V)
1. 100 1,27
2. 100 1,26
No. I42(mA) V13N(x10-1 V)
1. 100 2,62 2. 100 2,62 3. 100 2,62 4. 100 2,63 5. 100 2,62 100 42 I mA V13N 2,622V
56 3. 100 1,26 4. 100 1,26 5. 100 1,26 100 24 I mA V31N 1,262V Tabel 5.15 Pengukuran V24P No. I13(mA) V24P(x10-1 V) 1. 100 1,00 2. 100 1,00 3. 100 1,01 4. 100 1,02 5. 100 0,99 100 13 I mA V24P 1,004V Tabel 5.16 Pengukuran V42P No. I31(mA) V42P(x10-1 V) 1. 100 1,35 2. 100 1,35 3. 100 1,35 4. 100 1,36 5. 100 1,37 100 13 I mA V24P 1,004V
57 Tabel 5.17 Pengukuran V13P No. I42(mA) V13P(x10-1 V) 1. 100 2,56 2. 100 2,58 3. 100 2,55 4. 100 2,56 5. 100 2,56 100 42 I mA V13P 2,562V Tabel 5.18 Pengukuran V31P No. I24(mA) V31P(x10-1 V) 1. 100 2,99 2. 100 2,99 3. 100 2,99 4. 100 2,88 5. 100 3,00 100 24 I mA V31P 2,970V
Perhitungan mobilitas elektron diperoleh dengan nilai B : 195 Gauss
R1 : 10 kΩ, R2 : 100 kΩ(nilai penguatan op-amp = 10x) t : 4,35x102 Ǻ : 4,35 x 10-4 cm
ρ : 1,808 x 10-3
Ω.cm
58 Tabel 5.19 Perhitungan VC,VD,VE,VF
VC (persamaan 3.17) VD (persamaan 3.18) VE (persamaan 3.19) VF (persamaan 3.20) -0,198x10-1V -0,060x10-1Volt -0,406x10-1 1,708x10-1V
Tabel 2.20 Perhitungan VH dan μH
VH(persamaan 3.21) μH(persamaan 3.22)
2,61 x 10-2 V 3,21 x 10-4 cm2 V-1S-1
Dari hasil perhitungan akhir diperoleh nilai VH bernilai positif
menunjukkan bahwa tipe semikonduktor merupakan tipe p dan ini sesuai dengan hasil pengukuran menggunakan alat ukur Veeco BATAN. Nilai mobilitas pembawa muatan pada silikon ini sebesar 3,21 x 10-4 cm2 V-1S-1, nilai ini dibandingkan nilai yang ada di referensi masih kecil. Hal ini di duga karena kesulitan kalibrasi akhir pada penguat op-amp IC 4558. Pada desain rangkaian op-amp masih digunakan komponen resistor variabel dari bahan karbon dengan tingkat presisi putaran yang rendah. Nilai-nilai tegangan output pada rangkaian op-amp mudah berubah apabila terkena goncangan. Variable resistor yang digunakan untuk kalibrasi( zero null offset), sangat disarankan menggunakan
variable resistor jenis chermet dengan tingkat presisi yang sangat bagus,
sehingga tegangan output penguat op-amp dipastikan bernilai nol pada saat tidak ada tegangan input yang masuk pada penguat op-amp tersebut.
Penggunaan resistor dengan daya listrik sebesar ½ watt juga diduga menyumbang tingkat akurasi pengukuran mobilitas menjadi rendah, resistor dengan daya listrik ½ watt akan menarik arus yang lebih besar daripada resistor dengan daya listrik ¼ watt, karena rating daya disipasinya menjadi lebih besar. Semakin tinggi rating daya, semakin besar pula kemungkinan arus yang terbuang karena disipasi tersebut.
Display arus listrik pada 4-PP yang menggunakan jarum defleksi juga diduga mempengaruhi hasil ini. Pengaruh nilai arus listrik pada penentuan
59 mobilitas hall pada sampel cukup signifikan. Untuk mengatasai permasalahan ini perlunya penggunaan display digital yang memiliki tingkat ketelitian pengukuran yang tinggi, sehingga akan lebih baik menggunakan amperemeter eksternal dengan impedansi tinggi yang tersedia pada fitur alat 4-PP.
5.4 Spesifikasi Teknis alat 4-PP
Berikut spesifikasi teknis 4-PP yang telah didesain dan di realisasi 1. Tegangan Input PLN 220-240 V, Frekuensi 60HZ AC.
2. Tegangan Catu daya alat simetri +5V,0,-5V dan +12V,0,-12V. 3. Voltmeter Digital dengan span 0 sampai dengan 1,999 V. 4. Amperemeter Defleksi(Jarum) 0-500 mA.
5. Open External Current Source max 5 Ampere. 6. Open External Voltmeter Digital/Analog. 7. Open External Ampere meter Digital/Analog.
8. Kompatibel dengan 2 metode pengukuran, segaris dan metode NIST.
5.5 Pengembangan Alat 4-PP
Alat ukur 4-PP sangat bermanfaat untuk karakterisasi material dan penelitian bahan material seperti pengurangan heterogenitas pembuatan sampel, peningkatan performa lapisan tipis atau bahan yang dibuat dan juga penelitian proses pembuatan bahan atau sampel yang optimum.
Ada beberapa hal yang perlu dikembangkan dari alat ini antara lain:
1. Merancang dan mendesain hot plate tempat dudukan sampel untuk penelitian efek variasi suhu atau temperatur eksternal terhadap berbagai karakter sampel.
2. Perancangan dan realisasi software sebagai akuisisi data, sehingga hasil pengukuran bisa terbaca dan di olah secara cepat.
3. Perancangan Vacuum Chuck tempat dudukan sampel untuk meminimalisir pengaruh besaran fisika eksternal terhadap sampel.
