Pengukuran Resistivitas Bahan Konduktor Menggunakan Metode 4-Point Probe ~ Laporan Praktikum

Laporan Praktikum Pengukuran Resistivitas Bahan Konduktor Menggunakan Metode 4-Point Probe

ABSTRAK

Praktikum ini bertujuan untuk mengukur resistivitas bahan konduktor menggunakan metode 4-point probe, sebuah teknik yang mengurangi error pengukuran akibat resistansi kontak. Pengukuran dilakukan dengan menempatkan empat probe sejajar pada permukaan sampel dan mengalirkan arus melalui dua probe eksternal sambil mengukur tegangan jatuh pada dua probe internal. Resistivitas ( $\rho$ ) dihitung dengan menggunakan persamaan:

\rho = \frac{\pi t}{\ln 2} \left(\frac{V}{I}\right) F

di mana $t$ adalah ketebalan sampel, $V$ adalah tegangan yang diukur, $I$ adalah arus yang diberikan, dan $F$ merupakan faktor koreksi yang bergantung pada geometri sampel. Hasil praktikum dibandingkan dengan nilai literatur untuk mengevaluasi keakuratan metode pengukuran.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat-Nya, sehingga praktikum ini dapat terlaksana dengan baik. Laporan praktikum ini disusun sebagai salah satu tugas pada mata kuliah Fisika Material/Praktikum Fisika. Kami mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing, asisten praktikum, dan seluruh pihak yang telah memberikan dukungan serta bantuan selama pelaksanaan eksperimen. Kritik dan saran yang konstruktif sangat kami harapkan untuk perbaikan laporan ini di masa mendatang.

DAFTAR ISI

Bab I: Pendahuluan
Bab II: Tinjauan Pustaka
Bab III: Metodologi Praktikum
Bab IV: Hasil dan Pembahasan
Bab V: Kesimpulan dan Saran
Daftar Pustaka
Lampiran

Bab I: Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Pengukuran resistivitas merupakan parameter penting dalam karakterisasi bahan konduktor. Metode 4-point probe dipilih karena mampu mengurangi pengaruh resistansi kontak antara probe dengan sampel yang sering mengganggu pengukuran dengan metode 2-point probe. Dengan metode ini, arus diberikan melalui dua probe eksternal sementara tegangan diukur melalui dua probe internal, sehingga diperoleh nilai $V/I$ yang lebih akurat untuk perhitungan resistivitas. Teknik ini banyak digunakan dalam analisis bahan semikonduktor dan logam.

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimana cara mengukur resistivitas bahan konduktor menggunakan metode 4-point probe?
Bagaimana pengaruh ketebalan sampel dan faktor koreksi geometri terhadap nilai resistivitas yang dihitung?
Apakah nilai resistivitas yang diperoleh sesuai dengan nilai literatur untuk bahan yang diuji?

1.3 Tujuan Praktikum

Mengukur tegangan jatuh dan arus melalui sampel menggunakan 4-point probe.
Menghitung resistivitas ( $\rho$ ) sampel dengan memasukkan nilai ketebalan, arus, dan tegangan ke dalam persamaan yang relevan.
Membandingkan hasil pengukuran dengan nilai literatur untuk menilai keakuratan metode.

1.4 Manfaat Praktikum

Memperdalam pemahaman mengenai teknik pengukuran resistivitas dan karakteristik bahan konduktor.
Melatih keterampilan praktis dalam penggunaan alat ukur dan analisis data eksperimen.
Menjadi dasar bagi aplikasi dalam pengembangan material dan penelitian teknologi semikonduktor.

1.5 Batasan Masalah

Pengukuran dilakukan pada sampel dengan ketebalan yang seragam dan diketahui.
Kondisi lingkungan selama pengukuran diasumsikan stabil (suhu ruang konstan).
Faktor koreksi $F$ diasumsikan sesuai dengan geometri sampel yang digunakan.

Bab II: Tinjauan Pustaka

2.1 Resistivitas dan Konduktivitas

Resistivitas ( $\rho$ ) merupakan ukuran seberapa besar suatu material menghambat aliran arus listrik, sedangkan konduktivitas adalah kebalikannya. Nilai resistivitas dapat dipengaruhi oleh struktur kristal, kemurnian, dan kondisi termal material.

2.2 Metode 4-Point Probe

Metode 4-point probe melibatkan empat probe yang ditempatkan secara linear di atas permukaan sampel. Arus dialirkan melalui dua probe luar, sedangkan tegangan diukur melalui dua probe dalam, sehingga memungkinkan pengukuran $V/I$ yang tidak terpengaruh oleh resistansi kontak. Persamaan umum untuk menghitung resistivitas pada sampel berbentuk lapisan tipis adalah:

\rho = \frac{\pi t}{\ln 2} \left(\frac{V}{I}\right) F

dengan $t$ sebagai ketebalan sampel dan $F$ sebagai faktor koreksi berdasarkan bentuk dan ukuran sampel.

2.3 Aplikasi dan Pentingnya Pengukuran Resistivitas

Pengukuran resistivitas sangat penting dalam penelitian material, pengembangan semikonduktor, dan kontrol kualitas dalam industri elektronik. Metode 4-point probe menyediakan hasil yang lebih akurat dibandingkan metode 2-point probe, sehingga banyak digunakan dalam laboratorium penelitian.

Bab III: Metodologi Praktikum

3.1 Alat dan Bahan

4-Point Probe setup (empat probe)
Sumber arus DC stabil
Multimeter atau voltmeter digital
Sampel bahan konduktor (misalnya, lembaran logam atau wafer semikonduktor)
Mikrometer untuk mengukur ketebalan sampel
Kabel penghubung dan breadboard (jika diperlukan)

3.2 Prosedur Praktikum

Persiapan Sampel:
- Ukur ketebalan sampel ( $t$ ) menggunakan mikrometer dan catat nilainya.
- Pastikan permukaan sampel bersih dan rata.
Pengaturan Alat:
- Pasang 4-point probe secara linear pada sampel dengan jarak antar probe sesuai spesifikasi.
- Hubungkan probe ke sumber arus dan alat pengukuran (voltmeter).
Pengukuran:
- Alirkan arus $I$ melalui dua probe luar sambil mengukur tegangan $V$ yang jatuh di antara dua probe dalam.
- Catat nilai $I$ dan $V$ untuk perhitungan resistivitas.
Perhitungan Resistivitas:
- Hitung rasio $V/I$ dan masukkan ke dalam persamaan: $\rho = \frac{\pi t}{\ln 2} \left(\frac{V}{I}\right) F$
- Gunakan faktor koreksi $F$ sesuai dengan geometri sampel.
Pengulangan:
- Ulangi pengukuran beberapa kali untuk memperoleh nilai rata-rata.

3.3 Metode Pengumpulan Data

Data dikumpulkan dengan mencatat nilai ketebalan sampel, arus $I$ , dan tegangan $V$ pada setiap percobaan. Data kemudian diolah untuk menghitung resistivitas sampel menggunakan persamaan di atas.

Bab IV: Hasil dan Pembahasan

4.1 Penyajian Data

Misalkan data pengukuran (nilai fiktif) sebagai berikut:

Parameter	Nilai	Satuan
Ketebalan sampel ( $t$ )	0.5	mm
Arus $I$	10	mA
Tegangan $V$	50	mV
Faktor koreksi $F$	1.0	–

Catatan: 0.5 mm = 0.0005 m, 10 mA = 0.01 A, 50 mV = 0.05 V.

4.2 Perhitungan

Pertama, hitung rasio $V/I$ :

\frac{V}{I} = \frac{0.05\,\text{V}}{0.01\,\text{A}} = 5\,\Omega

Kemudian, gunakan persamaan resistivitas:

\rho = \frac{\pi \, t}{\ln 2} \left(\frac{V}{I}\right) F

Substitusi nilai:

\rho = \frac{\pi \times 0.0005\,\text{m}}{0.693} \times 5\,\Omega \times 1.0 \approx \frac{0.00157}{0.693} \times 5 \approx 0.00226 \times 5 \approx 0.0113\,\Omega\cdot\text{m}

4.3 Analisis Data

Analisis Hasil:
Nilai resistivitas yang diperoleh adalah sekitar 0.0113 $\Omega\cdot\text{m}$ . Hasil ini dapat dibandingkan dengan nilai literatur untuk bahan yang diuji (misalnya, untuk tembaga nilai resistivitas sekitar $1.68 \times 10^{-8}\,\Omega\cdot\text{m}$ atau untuk material lain tergantung spesifikasinya). Perbedaan antara nilai eksperimen dan nilai literatur dapat diakibatkan oleh kondisi sampel, faktor koreksi, serta error pengukuran.
Evaluasi Sumber Kesalahan:
Potensi kesalahan meliputi ketidakakuratan pengukuran ketebalan sampel, fluktuasi arus dan tegangan, serta penyusunan probe yang tidak ideal. Pengulangan pengukuran dan kalibrasi peralatan dapat meningkatkan keakuratan hasil.

Bab V: Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

Metode 4-point probe berhasil digunakan untuk mengukur resistivitas bahan konduktor dengan mengurangi pengaruh resistansi kontak.
Berdasarkan data dan perhitungan, nilai resistivitas sampel dihitung sebesar 0.0113 $\Omega\cdot\text{m}$ .
Hasil pengukuran harus dibandingkan dengan nilai literatur untuk memastikan keakuratan, dengan mempertimbangkan faktor koreksi dan potensi error pengukuran.

5.2 Saran

Lakukan pengulangan pengukuran untuk memperoleh nilai rata-rata yang lebih akurat.
Pastikan alat ukur (mikrometer, multimeter) dikalibrasi secara berkala untuk mengurangi error.
Tingkatkan penyusunan dan penempatan probe agar kontak dengan sampel lebih konsisten dan minimalkan error resistansi kontak.

Daftar Pustaka

Schroder, D. K. (2006). Semiconductor Material and Device Characterization. Wiley.
Sze, S. M., & Ng, K. K. (2006). Physics of Semiconductor Devices. Wiley.
[Referensi tambahan sesuai dengan materi praktikum]

Lampiran

Data Mentah: Tabel lengkap pengukuran ketebalan sampel, arus, dan tegangan pada setiap percobaan.
Grafik: Plot nilai $V/I$ terhadap waktu atau percobaan (jika dilakukan pengulangan) untuk menunjukkan konsistensi data.
Foto Dokumentasi: Gambar setup 4-point probe, sampel, dan alat ukur yang digunakan.

Sekian artikel Pengukuran Resistivitas Bahan Konduktor Menggunakan Metode 4-Point Probe kali ini, mudah-mudahan bisa memberi manfaat untuk anda semua. baiklah, sampai jumpa di postingan artikel lainnya.

Anda sekarang membaca artikel Pengukuran Resistivitas Bahan Konduktor Menggunakan Metode 4-Point Probe dengan alamat link https://praktikum-laporan.blogspot.com/2025/02/pengukuran-resistivitas-bahan-konduktor.html