Volume 15 Nomor 1 Mei 2014
ISSN: 1411-8823
Pertumbuhan Kristal Dan Analisis Elemen Permukaan Material Multiferroic BiFeO
3Suharno, Bambang Soegiyono, Muhammad Hikam, Dwinanto
Sifat Optik Film Tipis GaAs Yang Ditumbuhkan Dengan Teknik MOCVD Vertikal Menggunakan TMGa
And TDMAAs
Andi Suhandi, Yuyu R. Tayubi dan Pepen Arifin
Sifat Optik Film Tipis GAN Yang Dideposisi Dengan Teknik Spincoating Di Atas Substrat Sapphire
Yuyu R. Tayubi dan Andi Suhandi
Batas Fasa Struktur Mesoskopik Superkonduktor Hibrid PB/AL
Elistia Liza Namigo , Nele Schildermans
Optimalisasi Sintesis Kitosan Dari Cangkang Kepiting Sebagai Adsorben Logam Berat Pb (II)
Nurul Asni, M. Arif Saadilah , Djonaedi Saleh
Pengaruh Medan Induksi Pada Sifat Magnet Material Nano Komposit BSHF / BST
Novizal, Musfira. C F. Elda Rayhana
Studi Pembalikan Polarisasi Dan Model Histerisis Pada Material Lapisan Tipis Barium Stronsium
(Ba
0,5Sr
0,5TiO
3) Didadah Pb, Mg dan Cu
Teguh Yoga Raksa, Muhammad Hikam
dan Yofentina Iriani
Kajian Perovskite LA
0,73CA
0,27MN
1-XCU
XO
3Dengan 0 <
X
< 0,19 Sebagai Katoda Bahan Oksida Padat
Y. E. Gunanto, K. Sinaga, A. Purwanto, B. Kurniawan, S. Poertadji, E. Steven, J. S. Brooks.
Pengamatan Strukturmikro Permukaan Baja yang Diirradiasi Ion Titanium Menggunakan TEM
Dwi Gustiono
Menentukan Peluang dan Periode Ulang Gempa dengan Magnitude Tertentu Berdasarkan Model
Guttenberg - Ritcher
Tati Zera
Efek Variasi Radius Nukleon Terhadap Persamaan Keadaan Bintang Neutron
Suparti,
A.Sulaksono, T.Mart
SPEKTRA
JURNAL FISIKA DAN APLIKASINYA
Volume 15 Nomor 1 Mei 2014
ISSN: 1411 – 8823
__________________________________________________________________________________________________________________
Pertumbuhan Kristal Dan Analisis Elemen Permukaan Material Multiferroic
BiFeO
3Suharno, Bambang Soegiyono, Muhammad Hikam, Dwinanto
1 - 5
Sifat Optik Film Tipis GaAs Yang Ditumbuhkan Dengan Teknik MOCVD Vertikal
Menggunakan TMGa And TDMAAs
Andi Suhandi, Yuyu R. Tayubi dan Pepen Arifin
6 – 9
Sifat Optik Film Tipis GAN Yang Dideposisi Dengan Teknik Spincoating Di Atas
Substrat Sapphire
Yuyu R. Tayubi dan Andi Suhandi
10 – 13
Batas Fasa Struktur Mesoskopik Superkonduktor Hibrid PB/AL
Elistia Liza Namigo , Nele Schildermans
14 – 17
Optimalisasi Sintesis Kitosan Dari Cangkang Kepiting Sebagai Adsorben Logam
Berat Pb (II)
Nurul Asni, M. Arif Saadilah , Djonaedi Saleh
18– 25
Pengaruh Medan Induksi Pada Sifat Magnet Material Nano Komposit BSHF / BST
Novizal, Musfira. C F. Elda Rayhana
26 - 30
Studi Pembalikan Polarisasi Dan Model Histerisis Pada Material Lapisan Tipis
Barium Stronsium (Ba
0,5Sr
0,5TiO
3) Didadah Pb, Mg dan Cu
Teguh Yoga Raksa, Muhammad Hikam
dan Yofentina Iriani
31 - 35
Kajian Perovskite LA
0,73CA
0,27MN
1-XCU
XO
3Dengan 0 <
X
< 0,19 Sebagai Katoda
Bahan Oksida Padat
Y. E. Gunanto, K. Sinaga, A. Purwanto, B. Kurniawan, S. Poertadji, E. Steven,
J. S. Brooks.
36 – 39
Pengamatan Strukturmikro Permukaan Baja yang Diirradiasi Ion Titanium
Menggunakan TEM
Dwi Gustiono
Menentukan Peluang dan Periode Ulang Gempa dengan Magnitude Tertentu
Berdasarkan Model
Guttenberg - Ritcher
Tati Zera
Efek Variasi Radius Nukleon Terhadap Persamaan Keadaan Bintang Neutron
Suparti,
A.Sulaksono, T.Mart
Diterbitkan oleh:
Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Jakarta
44-48
49-54
SPEKTRA
JURNAL FISIKA DAN APLIKASINYA
Volume 15 Nomor 1 Mei 2014
ISSN: 1411 – 8823
__________________________________________________________________________________________________________________
Penanggung jawab
Ketua Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Jakarta
Dewan Redaksi
Ketua
: Prof. Dr. Agus Setyo Budi, M.Sc
Sekretaris
: Teguh Budi Prayitno, M.Si
Anggota
: Hadi Nasbey, M.Si
Drs. Anggoro Budi Susilo, M.Si
Dr. I Made Astra, M.Si
Dr. Sunaryo, M.Si
Penyunting ahli
: Dr. Erlan Rosyadi (BPPT)
Dr. Artoto Arkundato (UNEJ)
Dr. Yudiakto Pramudya (UAD)
Dr. Supriyanto (UI)
Dr. Yoga Divayana (NTU)
Prof. Agus Setyo Budi, M.Sc (UNJ)
Dr. Mangasi A. Marpaung, M.Si (UNJ)
Dr. rer nat. Bambang Heru Iswanto, M.Si (UNJ)
Dr. Iwan Sugihartono, M.Si, Dipl.Sc (UNJ)
Dr. Esmar Budi (UNJ)
Dr. Erfan Handoko (UNJ)
Penyunting pelaksana
: Dr. Iwan Sugihartono, M.Si, Dipl.Sc
Teguh Budi Prayitno, M.Si
Sekretariat
: Umiatin, M.Si
Pengantar redaksi
Spektra merupakan jurnal Fisika dan aplikasinya terbit setahun dua kali dan dibuat untuk
mewadahi dan mempublikasikan hasil riset dan review yang belum pernah dipublikasikan
di terbitan lain.
Penerbit:
Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Jakarta
Kampus B Jl. Pemuda No. 10 Rawamangun Jakarta 13220
Telp. 021-29266285
PENGANTAR REDAKSI
Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, Spektra: Jurnal Fisika dan
Aplikasinya, 15 Nomor 1 Mei 2014
dapat diterbitkan. Spektra diterbitkan dua kali dalam
setahun dan berisi artikel-artikel ilmiah di bidang Fisika antara lain teori, material, medis,
geofisika, optik, instrumentasi serta hasil-hasil penelitian lain yang berhubungan dengan
fisika.
Kehadiran Spektra merupakan wadah publikasi hasil penelitian di bidang ilmu fisika
dan aplikasinya yang diharapkan mampu memberikan sumbangsih bagi perkembangan di
bidang fisika.
Ucapan terima kasih disampaikan kepada seluruh penulis artikel sehingga Spektra:
Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Volume 15 Nomor 1 Mei 2014 dapat diterbitkan.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
1
PERTUMBUHAN KRISTAL DAN ANALISIS ELEMEN PERMUKAAN
MATERIAL MULTIFERROIC BiFeO
3Suharno
1,2, Bambang Soegiyono
1, Muhammad Hikam
1, Dwinanto
3 1Ilmu Material Departemen Fisika Universitas Indonesia, Depok Indonesia 16424Telp.021-7872610, Fax.021-7863441
2Jurusan Fisika, Universitas Ahmad Dahlan, Yogyakarta, Indonesia 55161 Telp.0274-563515, Fax.0274-564604
3Departemen Fisika, Universitas Nasional Chungbuk, Cheongju, Korea Selatan 361-763 Email: harnosuharno81@yahoo.co.id
ABSTRAK
Sintesis material BiFeO3 doping Yttrium dibuat dengan metode sol-gel. Pertumbuhan kristal BiFeO3 pada temperature 600°C memperlihatkan adanya fasa BiFeO3 dan fasa kedua Bi25FeO39 dan Bi2Fe4O9 sebagai impuritas. Bertambahnya temperatur sintering, impuritas fasa Bi25FeO39 berkurang disertai hilangnya impuritas fasa Bi2Fe4O9. Morphologi material BiFeO3 memiliki ukuran butir 700.1 nm. Analisis elemen permukaan material BiFeO3 dengan spektroskopi photoelectron sinar X pada pengukuran energi binding 0 – 1400 eV memperlihatkan munculnya elemen permukaan Bi pada orbital 4f7/2 dan 4f5/2 dengan energi binding 158 eV dan 164 eV, elemen permukaan Fe orbital 2p3/2 dan 2p1/2 dengan energi binding 710 eV dan 724 eV, elemen permukaan O orbital 1s dengan energi binding 528 eV, dan elemen permukaan C orbital 1s sebagai elemen impuritas yang memiliki energi binding 284,5 eV.
Kata kunci : BiFeO3, Sol-gel, kristal, morphologi, photoelectron sinar X, sintering, impuritas, energi binding
ABSTRACT
Synthesis material BiFeO3 doping Yttrium by sol-gel combustion method. Crystal growth BiFeO3 material at 600°C show single phase BiFeO3 and secondly phase is Bi25FeO39, Bi2Fe4O9 as impurity. Increased sinter, second phase Bi25FeO39 decreased he follow loss pahse impurity Bi2Fe4O9. Morphology BiFeO3 material have grand size at 700.1 nm . The analysis surface element BiFeO3 at binding energy 0 – 1400 eV with XPS show peak element surface Bi 4f7/2 at binding energy 158 eV and 4f5/2 at binding energi 164 eV, furthermore there is peak element surface Fe 2p3/2 at binding energy 710 eV and 2p1/2 at binding energy 724 eV, element surface O1s at binding energy 528 eV, and element surface C1s as impurity element at binding energy 284,5 eV.
Key words : BiFeO3, sol-gel, crystal, morphology, XPS, sinter, impurity, binding energy
1.
Pendahuluan
Material multiferroic adalah senyawa yang
memperlihatkan sifat ferroic atau antiferroic, seperti ferromagnetic dan ferroelektrik pada fasa tunggal. Dengan kata lain material multiferroic di sini memiliki sifat ferroelektrik (antiferroelektrik) dan ferromagnetic
(antiferromagnetik) atau disebut juga material
magnetoelektrik. Sifat kopling material magnetoelektrik membuat sangat penting tidak hanya diterapkan di dunia industry tetapi juga untuk mendalami sifat fisika[1,2]. Material multiferroic memiliki sifat ferroic pada temperatur ruang atau di atas temperatur ruang.
Salah satu contoh material multiferroic adalah
Bismuth ferrite (BiFeO3). Bismuth ferrite
memperlihatkan antiferromagnetik type G di bawah temperature Neel TN = 643 K dan ferroelektrik di bawah 1103 K [3,4]. BiFeO3 dalam bentuk bulk memperlihatkan magnetisasi yang lemah [5].
Perubahan sifat magnetik dan sifat elektrik pada fasa tunggal BiFeO3 diperoleh dengan adanya doping pada site A (Bi) seperti unsur tanah jarang valensi 3+ seperti (La, Y, Gd) dan unsur alkali tanah valensi 2+ seperti Ca, Ba, Sr) sedangkan doping pada site B (Fe) adalah anggota logam transisi seperti (Cr, Mn, Zn, Ni)[6]. BiFeO3 doping Gd menunjukkan semakin besar material
doping memperkecil ukuran butir dan tidak
mempengaruhi energy binding elemen atom BiFeO3 tetapi muncul elemen baru dari material doping[7].
BiFeO3 disintesis dengan beberapa tehnik seperti sol-gel dan solid state reaction[8], sucrose, glycine nitrat combustion[9]. Nanopartikel BiFeO3 tidak hanya untuk memahami gejala magnetoelektrik tetapi juga diterapkan pada cahaya tampak fotokatalis, absorbsi gelombang mikro[10], dan sensor gas. Pertumbuhan kristal BiFeO3 ke arah fasa tunggal disertai dengan fasa kedua Bi25FeO39 dan Bi2Fe4O9 sebagai fasa impuritas[11].
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
2
2.
Eksperimen
Sintesis material
BiFeO3 dibuat dengan metode combustion menggunakan logam nitrat dan asam citric (sebagai fuel). Bismuth nitrat Bi(NO3)3.5H2O dan Ferri nitrat Fe(NO3)3.9H2O dibuat dalam bentuk larutan dengan penambahan asam citric C6H8O7 dicampur secara stoikiometri ke dalam gelas kimia dan dipanaskan pada suhu 80-90°C di atas hot-plate selama beberapa jam sampai diperoleh gel. Selanjutnya dikeringkan pada temperature 150°C selama 2 jam menjadi berwarna coklat. Perkusor digrounded menjadi powder menggunakan mortar dan postel. Perkusor powder dilakukan annealing pada suhu 750°C selama 3 jam ke dalam furnace dengan heating rate 40°C per jam dan secara perlahan didinginkan pada temperatur ruang
Karakterisasi
Powder yang sudah dipanaskan pada 750°C selama 3 jam dipress diameter 12 mm ketebalan 3 mm tekanan 7 ton selama 1 menit dan dikarakerisasi dengan difraksi sinar X (XRD) Cu-Kα λ = 1.54053 A type Philips. Studi Morphologi material menggunakan Scaning electron microscopy (SEM) menggunakan type Hitachi S-3400N. Studi komposisi material menggunakan EDAX TSL AMATEX-Advance microanalysis solution. Studi Elemen permukaan BiFeO3 menggunakan analisis XPS
type A VG ESCALAB 220i-XL.
Spektroskopi Photoelektron sinar X
Tehnik spektroskopi photoelectron sinar X adalah menembakkan foton ke permukaan atom dan energy dari energi dari photoelectron dideteksi dan diukur. Permukaan atom ditembak dengan energi rendah Kα sinar X dari sebuah sumber aluminium dan magnesium. Pada proses photoelectron sinar X permukaan atom ditembak foton dengan energy dan electron masuk dari suatu electron valensi atau sebuah inti electron. Energi injeksi electron diberikan :
(1)
dimana adalah frekuensi foton yang dating =
binding energy electron dan = fungsi kerja
spectrometer (3 – 4 eV). Pengukuran dan energy photoelectron diketahui maka binding energi dapat dihitung. Aplikasi dengan tehnik ini adalah studi reaksi kimia dimana dapat terjadi pada lapisan atom suatu material. Spektroscopy photoelectron sinar X (XPS) adalah sangat baik untuk mendeteksi elemen atom dari pengukuruan binding energi. Gambar 1 memperlihatkan interaksi electron ditembak oleh foton pada proses photoelectron sinar X (XPS).
Gb.1. Interaksi Foton dan Elektron pada photoelektron sinar X
XPS digunakan untuk memeriksa permukaan lapisan dan permukaan senyawa oksida. Pemeriksaan dengan XPS dengan binding energi 1 eV – 1200 eV. Komposisi elemen suatu material dapat dihitung dengan :
( ) ∑ ( ) (2)
Dimana adalah elemen atom, = area di bawah
puncak elemen pada spectrum dan = faktor
sensivitas elemen. Evaluasi grafik spectrum
menggunakan Surface Science Instrumen Software.
3.
Hasil dan Pembahasan
Pertumbuhan kristal
Gambar 2, hasil studi difraksi sinar X
memperlihatkan pertumbuhan kristal BiFeO3 murni dengan perbedaan calsinasi. Pada temperatur 650°C sudah mulai muncul fasa BiFeO3 tetapi fasa kedua Bi25FeO39 sebagai fasa impuritas juga ditemukan dalam jumlah yang banyak dan satu fasa impuritas lain yaitu Bi2Fe4O9. Pada temperatur 700°C menunjukkan kenaikan intensitas puncak fasa BiFeO3 yaitu pada sudut 22.473° dan fasa impuritas Bi25FeO39 juga masih ditemukan tetapi menunjukkan penurunan intensitas puncak difraksi, pada temperature ini juga memperlihatkan fasa impuritas Bi2Fe4O9 hilang. Pada temperatur 750°C terjadi penurunan intensitas puncak baik pada fasa BiFeO3 dan fasa impuritas Bi25FeO39.
Morphologi BiFeO3
Karakterisasi dengan SEM seperti ditunjukkan pada gambar 3 memperlihatkan bentuk dan ukuran butir BiFeO3. Ukuran butir BiFeO3 diamati 700.6 nm dengan lama penggerusan 30 menit. Penurunan ukuran butir mungkin akan tercapai dengan penggerusan yang lebih
lama.Karena semakin kecil ukuran butir akan
mempenaruhi sifat magnetik maupun sifat elektrik suatu material.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
3
Gb.2.Pertumbuhan kristal BiFeO3 dengan difraksi sinar XBiFeO3 ( ), Bi25FeO39 ( ), Bi2Fe4O9 ( ) Komposisi BiFeO3
Hasil karakterisasi BiFeO3dengan EDS seperti ditunjukkan pada tabel 1. Kandungan berat Bi pada BiFeO3 dominan yaitu sebesar 70.88% sedangkan kandungan berat Fe hanya 11.71%. Hal ini menunjukkan material BiFeO3 sifat elektriknya lebih kuat atau dominan dibanding sifat magnetinya, hal ini dikarenakan atomBi bersifat diamagnetik dan atom Fe bersifat ferromagnetik. Namun pada material BiFeO3 muncul unsur diluar campuran yang dibuat yaitu unsur carbon meskipun hanya 4.06%. Munculnya unsur Carbon dikarenakan alat pembuat pellet terdapat unsur carbon dan BiFeO3 bersifat menyerap unsur carbon tersebut.
Pada peper ini, sifat magnetik dan elektrik tidak dilaporkan. Komposisi unsur pembentuk material BiFeO3 diperlihatkan pada gambar 4.
Gb.3. Morphologi BiFeO3
Gb.4. Komposisi BiFeO3 dengan EDS Analisis Elemen Permukaan BiFeO3 dengan Photoelektron sinar X (XPS)
Senyawa kimia dan oksidasi dari Bi, Fe, O dianalisis dengan XPS pada interval spectrum 0 – 1400 eV seperti diperlihatkan pada gambar 5. Pada gambar 6, diamati adanya dua puncak dengaan energi binding 158 eV dan 164 eV berhubungan dengan elemen permukaan Bi4f7/2 dan Bi4f7/2. Pada gambar 7 ditemukan dua puncak pada energi binding 710 eV dan 724 eV dengan elemen permukaan Fe3+ 2p
3/2 dan 2p1/2. Pada proses ini, ketika sampel ditembak terjadi photoelectron dari sel 2p dan energy kinetik photoelectron telah berkurang selama elektron bergerak dari orbital 3d ke orbital 4s yang kosong dan hasilnya di sini sebuah puncak berhubungan dengan energy loss. Tidak ada tambahan puncak yang berhubungan oksidasi Fe2+ melalui studi XPS.
Pada gambar 8 puncak elemen permukaan O1s diamati pada 528 eV dalam bentuk oksida O2- dalam jumlah 13.35%. Hasil spectrum XPS dari campuran Bi, Fe, dan O ditemukan adanya atom C sebagai impuritas. Hal ini memperlihatkan BiFeO3 menyerap carbon meskipun dalam jumlah yang kecil. Puncak spectrum elemen permukaan C1s seperti diperlihatkan pada gambar 9 meskipun sebagai fasa impuritas memiliki komposisi 4.06% dari BiFeO3 diamati pada 284,5 eV. Selanjutnya tidak puncak elemen yang lain sebagai impuritas atau sebagai fasa kedua dari spektrum BiFeO3.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
4
Gb.5. Analisis spektrum BiFeO3 dengan XPSGb. 6. Elemen permukaan Bi4f
4.
Kesimpulan
Pertumbuhan Kristal BiFeO3 dipengaruhi oleh
temperatur. Semakin tinggi temperature pemanasan fasa tunggal BiFeO3 muncul secara dominan dan hilangnya fasa impuritas sebagai fasa kedua. Perlu dilakukan pemanasan lebih tinggi sampai ditemukan hilangnya fasa impuritas. Jumlah komposisi unsur pembentuk BiFeO3 mempengaruhi sifat magnetik dan elektrik. Penambahan
doping pada BiFeO3 dimungkinkan akan mempengaruhi perubahan spektrum dan puncak elemen permukaan Bi, Fe, dan O.
Penghargaan
Terima kasih Pengelola Laboratorium Departemen Fisika Universitas Indonesia dan Laboratorium Departemen
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
5
Fisika Universitas National Chungbuk, Cheongju KoreaSelatan
Daftar Referensi
[1] Fiebig,M. J.Phys.D:Appl.Phys,2005,38, R 123, DOI : 10.1088/0022-3727/38/8/R01
[2] Van Aken,B.B., Rivera,J., Schmid,H. Nature, 2007, 449,702. DOI : 10.1038/nature06139 [3] Kiselev, S.V., Ozerov, R.P., Zhandanov,G.S. Sov Phys Dokl. 1963,7,742
[4] Michel,C.,Moreau,J.M.,Achenback,G.D.,
Gerson,R., James,W.J., Solid State Commun, 1969, 7,701
[5] Cai, S. Bismuth-Containing Multiferroic; Synthesis, struktur and Magnetiic Properties, Chalmers University of Technology, Gothenburg Sweden, 2013
[6] Madhu,C., Bellakki,M.B., Mannivannan,V. Synthesis and Characterization of Cation-doped BiFeO3 material for photocatalytic applications, Indian Journal of Engineering and Material Sciences, vol.17(20100, pp.131-139
[7] Lotey,G.S., Verma,N.K, Structural, Magnetic, and Electric Properties of Gd-doped BiFeO3
nanoparticle with Reduced particle size, J Nanopart Res (2012)14:742.
DOI 10.1007/1s11051-012-0742-7
[8] Suresh,P., Srinath,S., A Comparative study of sol-gel and Solid state solution Prepared La3+ doped Multiferroic BiFeO3, Advanced Materials Letters, 2013, Hyderabad 500046, India, DOI : 10.5185/amlett.2013.fdm.34
[9] Layek,S., Vera,H.C., Magnetic and Dielectric properties of multiferroic BiFeO3 nanoparticles synthesized by a novel citrate combustion method, Adv.Mat.Lett.2012,3(6),533-538.
DOI : 10.5185/amlett.2012.icnano.242 [10] Zhi-Ling, H., Hai-Feng,Z., Yu-Qing,K., Enhanced Ferromagnetism and Microwave Dielectric properties of Bi0.95Y0.05FeO3 Nanocrystal, Chin.Phys.Lett.vol.28, No.3, 2011, 037702
[11] Bernado,M.S., Jardiel,T., Villegas,M., Sintering And microstructural characterization of W, Nb, and Ti Irron-substituted BiFeO3, Departement of Electroceramics, 2010, Madrid Spain
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
6
SIFAT OPTIK FILM TIPIS GaAs YANG DITUMBUHKAN DENGAN
TEKNIK MOCVD VERTIKALMENGGUNAKAN TMGa AND TDMAAs
Andi Suhandi
1*, Yuyu R. Tayubi
1dan Pepen Arifin
2 1. Prodi Fisika FPMIPA UPI, Jl. Dr. Setiabudhi No. 229, Bandung, 40154.2. Prodi Fisika FMIPA ITB, Jl. Ganesha 10, Bandung
* e-mail: a_bakrie@yahoo.com
Abstrak
Telah dilakukan studi eksperimen untuk meneliti pengaruh penggunaan sumber metalorganik baru yakni trimethylgallium (TMGa) dan trisdimethylaminoarsenic (TDMAAs) yang dikombinasi dengan variasi temperatur penumbuhan terhadap sifat optik film tipis GaAs yang ditumbuhkan dengan teknik vertical-metalorganic chemical vapor depositions (MOCVD-Vertikal) di atas substrat SI-GaAs. Pengukuran photoluminescence pada suhu ruang (RT-PL) telah dilakukan untuk menginvestigasi sifat optik film tipis GaAs hasil penumbuhan. Puncak spektrum PL pada suhu ruang untuk film tipis GaAs di atas substrat SI-GaAs terjadi pada panjang gelombang eksitasi sekitar 8725 Å. Panjang gelombang eksitasi ini bersesuaian dengan nilai celah pita energi optik (optical bandgap, Eg) GaAs hasil penumbuhan sekitar 1,43 eV. Puncak intensitas spektrum PL nilainya bervariasi terhadap temperatur penumbuhan. Dalam rentang temperatur penumbuhan yang digunakan dalam studi ini, puncak intensitas spektrum PL tertinggi terjadi pada film tipis GaAs yang ditumbuhkan dengan temperatur 580oC. Temperatur penumbuhan optimum ini lebih kecil dibanding temperatur penumbuhan optimum untuk film tipis GaAs yang ditumbuhkan dengan menggunakan sumber-sumber metalorganik konvensional. Hasil ini menunjukkan keefektifan penggunaan TDMAAs dalam mereduksi temperatur untuk penumbuhan film tipis GaAs dengan teknik MOCVD-Vertikal.
Kata Kunci: Sifat Optik, Film Tipis GaAs, MOCVD Vertikal, Temperatur Penumbuhan
Abstract
Experimental studies to examine the effect of using the new metalorganic sources trimethylgallium (TMGa) and trisdimethylaminoarsenic (TDMAAs ) in combination with variations in growth temperature on the optical properties of GaAs thin films are grown using a vertical - metalorganic chemical vapor depositions (vertical-MOCVD) technique on SI-GaAs substrate have been conducted. Photoluminescence measurements at room temperature (RT-PL) has been carried out to investigate the optical properties of grown GaAs thin films. PL spectrum peaks at room temperature for GaAs thin films on SI-GaAs substrate occurs at an excitation wavelength of about 8725 Å. This excitation wavelength corresponds to the value of the optical band gap (Eg ) of grown GaAs around 1.43 eV. The peak intensity of the PL spectrum value varies with the growth temperature. In the range growth temperature used in this study, the highest peak intensity of the PL spectrum was for GaAs thin films grown by temperature 580oC. The optimum growth temperature is lower than the optimum growth temperature for GaAs thin films grown using conventional metalorganic sources. These results indicate the effectiveness of the use of TDMAAs in reducing the growth temperature for GaAs thin films by Vertical-MOCVD technique.
Keywords : Optical Properties , GaAs Thin Film , Vertical-MOCVD, Growth Temperature
1. Pendahuluan
GaAs dan paduan ternary-nya merupakan marterial yang sangat potensial untuk aplikasi divais elektronik maupun optoelektronik. Bahan GaAs memiliki struktur celah pita energi dengan transisi langsung (direct bandgap) yang besarnya sekitar 1,42 eV. Kondisi ini membuat material GaAs berpotensi memiliki efisiensi konversi energi paling tinggi dibanding dengan bahan lain ketika dibuat divais sel surya [1]. Dan karena bahan ini juga memiliki ketahanan radiasi yang tinggi, maka sel surya dari bahan GaAs telah mendominasi untuk pemakaian di ruang angkasa sebagai sumber energi bagi satelit-satelit[2]. Untuk aplikasi divais-divais kuantum, material ini juga sangat kompatibel dibentuk dalam struktur hetero dengan material lain. Struktur sumur kuantum berbasis GaAs
potensial untuk aplikasi laser yang dapat mengemisikan panjang gelombang IR (infrared). Sumur kuantum AlGaAs/GaAs/AlGaAs telah diaplikasikan pada divais laser yang dapat mengemisikan panjang gelombang 827 nm [3], sumur kuantum GaAs/GaAsSb/GaAs memiliki potensi untuk aplikasi laser dan fotodetektor yang dapat beroperasi pada daerah panjang gelombang 1,3 - 1,55 m yang sangat dibutuhkan dalam sistem komunikasi yang menggunakan serat optik [4], sedangkan laser dengan struktur sumur kuantum InGaAs/GaAs dapat beroperasi pada panjang gelombang 1,2 m [5]. Disamping itu bahan GaAs juga dapat menunjukkan sifat magnetik ketika didadah dengan unsur-unsur magnetik seperti Mn yang dapat diaplikasikan untuk divais spintronik. Bahan (GaAs:Mn) menunjukkan sifat magnetik dengan temperatur Currie (Tc) tertinggi sekitar 110
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
7
K [6]. Sperlattice GaMnAs/GaAs memiliki sifatferomegnetik dengan temperatur currie 60 K[7]. Dalam bentuk film tipis, bahan GaAs dapat ditumbuhkan dengan berbagai metode, seperti Chemical Beam epitaxy (CBE) [8], Metalorganic Molecular Beam Epitaxy (MOMBE) [9], Molecular Beam Epitaxy (MBE) [10], maupun Metalorganic Chemical Vapour Deposition (MOCVD) [11]. Berbagai sumber metalorganik yang biasa digunakan dalam penumbuhan film GaAs dengan metode MOCVD antara lain adalah TMGa dan TEGa sebagai sumber Ga (golongan III) dan TMAs, TEAs, TBAs serta Arsine (AsH3) sebagai sumber As (golongan V) [12].
Terdapat kemajuan yang begitu pesat dalam pengembangan sumber-sumber metalorganik baru untuk mengganti sumber-sumber metalorganik konvensioanal, terutama bahan-bahan hidrida golongan V yang sangat beracun seperti arsin (AsH3). Trisdimethylaminoarsenic (TDMAAs) telah dilaporkan jauh lebih aman dibanding arsin. Temperatur dekomposisi bahan ini jauh lebih rendah dari temperatur dekomposisi arsin, ditambah lagi bahan ini memiliki tingkat kontaminasi karbon yang cukup rendah karena pada bahan ini tidak terdapat ikatan langsung antara As dengan C. Dengan menggunakan bahan TDMAAs, rentang temperatur penumbuhan dapat diperlebar hingga rentang 275-600oC. Temperatur dekomposisi dan nukleasi yang relatif rendah sangat menguntungkan untuk fabrikasi struktur nano dengan MOCVD [13]. TDMAAs dapat melepaskan atom-atom As pada temperatur yang cukup rendah (300-450oC) [14]. Hasil-hasil proses dekomposisi TDMAAs terdiri atas As, kelompok amino reaktif seperti N(CH3)2 dan aziridine (HN(CH2)2) serta atom-atom hidrogen. Kelompok amino yang sangat reaktif akan bereaksi dengan hidrokarbon reaktif yang lain (misalnya dari trimethylgallium TMGa atau dari triethylgallium TEGa) membentuk molekul-molekul volatile yang secara signifikan akan mereduksi kandungan ketakmurnian karbon yang terinkorporasi dalam film GaAs [9].
Untuk aplikasi piranti optoelektronik, film tipis semikonduktor harus memiliki sifat optik yang memadai. Salah satu sifat optik yang paling penting yang merupakan penciri material semikonduktor adalah celah pita energi optik (optical bandgap = Eg). Paper ini memaparkan sifat optik film tipis GaAs hasil penumbuhan dengan teknik MOCVD-Vertikal menggunakan sumber-sumber metalorganik TDMAAs dan TMGa dengan variasi pada temperatur penumbuhan. Dalam metode MOCVD, temperatur penumbuhan memegang peranan yang sangat penting karena sebagai suplai energi yang akan mengendalikan proses ikatan reaktan-reaktan pada permukaan substrat. Sifat optik yang ditinjau difokuskan pada nilai Eg hasil pengukuran spektrum photoluminescence (PL) pada temperatur ruang.
2. Metode Penelitian
Film tipis GaAs telah ditumbuhkan dengan metode MOCVD tipe vertikal pada basis tekanan reaksi sekitar 50 Torr. Melalui pipa-pipa stainless-steel reaktan-reaktan golongan III dan V dasalurkan secara terpisah, hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya reaksi parasitik. Sebagai gas pembawa digunakan hidrogen (H2) yang sebelumnya telah dimurnikan dengan cara didifusikan melalui membran palladium. Untuk mengontrol tekanan uap sumber-sumber metalorganik, TMGa dan TDMAAs disimpan dalam bubbler-bubbler yang temperaturnya dikontrol secara ketat, TMGa dikontrol pada temperatur -10oC hingga - 12oC , sedangkan TDMAAs pada temperatur 24oC.
Sebagai media tumbuh digunakan substrat Semi-Insulating GaAs (SI-GaAs) dengan orientasi (100). SI-GaAs dipilih sebagai substrat selain karena memiliki kecocokan parameter kisi dengan film GaAs yang ditumbuhkan juga sifat insulatingnya diperlukan pada saat karaketrisasi sifat listriknya. Sebelum dipergunakan, terlebih dahulu substrat dibersihkan dari debu dan lemak dengan cara dicuci menggunakan aseton, metanol, dan DI-Water, masing-masing 10 menit. Selanjutnya dilakukan pengetsaan menggunakan larutan H2SO4 : H2O2 : DI-Water dengan perbandingan 3 : 1 : 1 selama 2 menit. Setelah itu dibilas kembali dengan DI-Water dan dikeringkan dengan cara menyemprotkan gas nitrogen, kemudian dengan segera substrat dimasukan ke dalam tabung reaktor MOCVD agar terhindar dari oksidasi.Adapun paramter-parameter penumbuhan yang digunakan ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Parameter penumbuhan film Tipis GaAs
Rasio As/Ga dipilih tinggi (4,8) dengan tujuan mereduksi kontaminasi karbon (C) pada film GaAs yang bersumber dari TMGa. Pyrolisis TMGa akan menghasilkan radikal-radikal methyl yang dapat teradsorpsi pada permukaan substrat, dan jika spesies As jumlahnya kurang maka dekomposisi dari radikal-radikal ini akan menghasilkan spesies carbene (=CH2) yang memiliki ikatan kuat pada permukaan, sebagai akibatnya karbon akan terinkorporasi pada film dan berperilaku sebagai dopan tipe-p. Untuk mereduksi tingkat inkorporasi karbon ini dapat dilakukan dengan cara memperbesar rasio As/Ga [15].
Efek temperatur penumbuhan terhadap kualitas kristal dan sifat optik film tipis GaAs hasil
Sampel Temperatur penumbuhan Rasio As/Ga Dilusi H2 dan N2 #1 570oC 4,8 300 sccm #2 580oC 4,8 300 sccm #3 590oC 4,8 300 sccm
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
8
penumbuhan diinvestigasi melalui karakterisasistruktur kristal menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD) dan pengukuran nilai celah pita energi optik (Eg) menggunakan sistem Photoluminiscence (PL).
3. Hasil dan Pembahasan
Gambar 1 menunjukkan pola difraksi sinar-X untuk sampel film tipis GaAs yang ditumbuhkan di atas substrat SI-GaAs pada temperatur penumbuhan 580oC. Tampak bahwa film tipis GaAs yang ditumbuhkan dengan temperatur penumbuhan 580oC memiliki orientasi kristal tunggal yaitu pada bidang (200) dan (400) sesuai dengan orientasi kristal substrat SI-GaAs (100). Hal ini menunjukkan bahwa film tipis GaAs hasil penumbuhan merupakan lapisan yang epitaksial.
Gambar 1. Pola XRD film tipis GaAs yang ditumbuhkan pada temperatur 580oC Gambar 2 menunjukkan spektrum Photoluminescence dari film tipis GaAs hasil pengukuran pada temperatur ruang (300K). Tampak bahwa puncak spektrum PL terjadi pada panjang gelombang 8725 Å. Panjang gelombang ini bersesuaian dengan energi sebesar 1,43 eV. Hal ini menunjukkan bahwa film tipis GaAs hasil penumbuhan memiliki lebar celah pita energi sebesar 1,43 eV. Hasil ini sesuai dengan hasil-hasil pengukuran PL yang dilaporkan pada referensi [16]. Pada Gambar 2 tampak bahwa puncak intensitas spektrum PL meningkat ketika temperatur penumbuhan ditingkatkan dari 570oC menjadi 580oC, dan menurun kembali ketika temperatur penumbuhan ditingkatkan lagi menjadi 590oC. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat temperatur penumbuhan optimum untuk menghasilkan puncak intensitas spektrum PL film tipis GaAs yang ditumbuhkan dengan MOCVD vertikal menggunakan sumber-sumber TMGa dan TDMAAs yaitu 580oC.
Gambar 2. Spektrum PL pada temperatur ruang untuk film tipis GaAs yang ditumbuhkan pada
temperatur penumbuhan 570oC, 580oC dan 590oC
Berdasarkan hasil perhitungan dengan menggunakan software Macrocal Origin, diperoleh nilai Full Width at Half Maximum (FWHM) untuk setiap puncak intensitas spektrum PL untuk setiap temperatur penumbuhan seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Tampak bahwa nilai FWHM puncak intensitas spektrum PL nilainya menurun ketika temperatur deposisi ditingkatkan dari 570oC menjadi 580oC, dan meningkat kembali ketika temperatur penumbuhan ditingkatkan lagi menjadi 590oC. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat temperatur penumbuhan optimum untuk penumbuhan film tipis GaAs dengan teknik MOCVD-Vertikal. Temperatur optimum ini lebih rendah dibanding dengan temperatur optimum penumbuhan film tipis GaAs dengan teknik MOCVD menggunakan sumber-sumber metalorganik konvensional seperti arsine (AsH3), TEAs maupun TMAs. Ini menunjukkan keefektifan penggunaan TDMAAs dalam mereduksi temperatur penumbuhan film tipis GaAs dengan teknik MOCVD-Vertikal.
Gambar 3. FWHM Spektrum Photoluminescence (PL) untuk Film Tipis GaAs Yang Ditumbuhkan pada Temperatur 570oC,
580oCdan590oC
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengukuran spektrum Photoluminescence (PL) pada suhu ruang diperoleh nilai celah pita energi optik (Eg) film tipis GaAs hasil penumbuhan MOCVD-Vertikal sekitar 1,43
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
9
eV. Nilai Eg sebesar ini cukup memadai untuk filmtipis GaAs. Kualitas kristal film tipis GaAs meningkat ketika temperatur penumbuhan ditingkatkan dari 570oC menjadi 580oC dan menurun kembali ketika temperatur penumbuhan ditingkatkan lagi menjadi 590oC. Menunjukkan bahwa terdapat temperatur penumbuhan optimum untuk menumbuhkan film tipis GaAs dengan teknik MOCVD-Vertikal. Temperatur optimum ini lebih rendah dibanding penggunaan sumber-sumber metalorganik konvensional seperti arsine (AsH3), TEAs maupun TMAs. Ini menunjukkan keefektifan penggunaan TDMAAs dalam mereduksi temperatur penumbuhan film tipis GaAs dengan teknik MOCVD-Vertikal.
Daftar Acuan
[1] Gerardo L. Araujo, Compound Semiconductor Solar Cells, dalam Antonio Luque, Solar Cells and Optics for Photovoltaic Concentration, IOP Publishing Ltd, england, 1989.
[2] M. Meyer and R. A. Metzger, The Comercial Satelite Industry Convert to Compound Semiconductor Solar Cells, Compound Semiconductor, Nov/Dec. 1996.
[3] A. J. Stecki, P. Chen, X. Cao, H. E. Jackson, M. Kumar, J. T. Boyd, GaAs quantum well distributed Bragg reflection laser with AlGaAs/GaAs superlattice gratings fabricated by focused ion beam mixing, Appl. Phys. Lett. 67(2), 10, 1995. [4] D. S. Jiang, L. F. Bian, X. G. Liang, K. Chang,
B. Q. Sun, S. Johnson, Y. H. Zhang, Structural and optical properties of GaAsSb/GaAs heterostructure quantum wells, Journal of Crystal Growth 268, 2004, 336 - 341.
[5] T. K. Sharma, M. Zorn, F. Bugge, R. Huselwede, G. Elbert, M. Weyers, High-Power Highly Strained InGaAs Quantum Well Lasers Operating at 1,2 m, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 14, no. 7, 2002.
[6] H. Onno, A. Shen, F. Matsukura, A. Oiwa, A. Endo, S. Katsumoto, and Y. Iye, Appl. Phys. Lett. 69, 363 (1996).
[7] J. Sadowski, R. Mathieu, P. Svedlindh, M. Karlsteen, J. Kanski, Y. Fu, J. T. Domagala, W. Szuskiewicz, B. Hennion, D. K. Maude, R. Airey, G. Hill, Ferromagnetic GaMnAs/GaAs superlattices-MBE growth and magnetic properties, Thin Solid Film 412 (2002) 122-128.
[8] N. Putz, H. Heinecke, M. Heyen, P. Balk, M. Weyers, H. Luth, J. Crystal Growth, 1986, 74, 292.
[9] D. Marx, H. Asahi, X. F. Liu, M. Higashiwaki, A. B. Villaflor, K. Miki, K. Yamamoto, S. Gonda, S. Shimomura, S. Hiyamizu, Low temperature etching and improved morfology of GaAs grown by metalorganic molecular beam epitaxy using trisdimethylaminoersenic and triethylgallium, Journal of Crystal Growth 150 (1995) 551-556.
[10] T. Nishinaga, A. Yamashiki, Recent understanding of elementry growth processes in MBE of GaAs, Thin Solid film, 343-344 (1999) 495-499.
[11] S. P. Watkins, G. Haacke, Appl. Phys. Lett., 1991, 59, 2263.
[12] A. C. Jones, P. O‟Brien, CVD of Compound Semiconductors, VCH, 1997.
[13] H. Kuramochi, J. Cui, M.Ozeki, H. Uchida, H. Akinaga, H. Yoshida, N. Sanada, Y. Fukuda, Decomposition of TDMAAs and As Nucleation on GaAs (001)-2x4 at Low temperature, Appl. Phys. Lett., vol 81(1),2002, 132-134.
[14] K. Yamamoto, H. Asahi, T. Hayashi, K. Hidaka, S. Gonda, Selective area etching of III-V semiconductors using TDMAAs and TDMASb in metalorganic molecular beam epitaxy chamber, Journal of Crystal Growth 175/176 (1997) 1236-1241.
[15] C. R. Abernathy, S. J. Pearton, F. A. Baiocchi, T. Ambrose, A. S. Jordan, D. A.
Bohling, G. T. Muhr, J. Crystal Growth 1991, 110, 547.
[16] O. Madelung, Semiconductors-Basic Data, 2nd revised edition, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 1996.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
10
SIFAT OPTIK FILM TIPIS GAN YANG DIDEPOSISI DENGAN
TEKNIK SPINCOATING DI ATAS SUBSTRAT SAPPHIRE
Yuyu R. Tayubi* dan Andi Suhandi
Prodi Fisika FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia (UPI), Jl. Dr. Setiabudhi No. 229, Bandung, 40154 *e-mail: rtayubi@ymail.com
Abstrak
Telah dilakukan studi sifat optik film tipis Galium Nitrida (GaN) hasil deposisi dengan teknik spincoating di atas substrat sapphire menggunakan sumber gel gallium-citrate-amine dan gas Nitrogen. Sifat optik yang ditinjau mencakup penentuan celah pita energi optik melalui pengukuran spektroskopi UV-Vis dan spektrum fotoluminisensi pada suhu ruang (RT-PL). Hasil perhitungan dengan menggunakan metode Tauc-Plot yang didasarkan data pengukuran spektroskopi UV-Vis menghasilkan nilai celah pita energi optik film tipis GaN hasil deposisi sekitar 3,46 eV. Sedangkan dari pengukuran spektrum PL pada suhu ruang dihasilkan puncak intensitas spektrum PL untuk film tipis GaN terjadi pada panjang gelombang eksitasi sekitar 3617 nm. Panjang gelombang eksitasi ini bersesuaian dengan nilai celah pita energi (Eg) GaN sekitar 3,44 eV. FWHM dari puncak intensitas spektrum PL nilainya bervariasi terhadap temperatur deposisi. Dalam rentang temperatur deposisi yang digunakan, nilai FWHM puncak intensitas spektrum PL nilainya makinkecil ketika temperatur deposisi ditingkatkan hingga 1223 K.
Kata Kunci: Sifat Optik, Film Tipis GaN, Spincoating, Temperatur Deposisi
Abstract
Studies of optical properties of gallium nitride (GaN) thin films deposited by spincoating technique on sapphire substrates using the sources of gallium-citrate-amine gel and nitrogen gas have been done. Optical properties that are reviewed include the determination of the optical band gap by UV-Vis spectroscopy and photoluminescence spectrum at room temperature (RT-PL) measurements. The calculations results using the Tauc–Plot method based on UV - Vis spectroscopy data yield values of optical band gap of deposited GaN thin film about 3.46 eV. While the measurement of PL spectra at room temperature resulting peak intensity of PL spectra for GaN thin films at excitation wavelengths around 3617 Å. This excitation wavelength corresponds to the value of the optical band gap (Eg) of GaN thin film around 3.44 eV. FWHM of the peak intensity of the PL spectrum value varies with deposition temperature. In a deposition temperature range used in this work, the value of FWHM of the peak intensity of the PL spectrum decreased when the deposition temperature increased up to 1223 K.
Keywords : Optical properties , GaN Thin Films, Spincoating , Deposition Temperature
1. Pendahuluan
Galium Nitrida(GaN) merupakan bahan semikonduktor yang memiliki celah pita energi lebar (Eg = 3,45 eV pada temperatur ruang) dengan struktur celah pita energi langsung (direct) [1]. GaN dan aloy-nya (seperti AlGaN dan InGaN) telah banyak digunakan untuk fabrikasi piranti elektronik dan optoelektronik berefisiensi tinggi. GaN sangat potensial untuk aplikasi piranti optoelektronik yang beroperasipada daerah spektrum biru dan ultraviolet (UV). Penggunaan piranti optoelektronik yang dibuat dari bahan berbasis GaN telah sangat luas mulai dari piranti-piranti pada sistem satelit komunikasi hingga piranti-piranti pada sistem peralatan untuk survey kebumian yang tidak dapat diakses,displayblue light emitting diode (Blue LED) berintensitas
tinggi, detektor UV, dan unit penyimpan data optik dengan kapasitas penyimpanan jauh lebih tinggi dari yang telah difabrikasi sebelumnya. Selain itu, piranti optoelektronik yang dibuat dari bahan berbasis grup III-nitrida dapat dioperasikan padatemperatur yang lebih tinggi dibanding piranti sejenis yang dibuat dari bahan lain baik semikonduktor elemental maupun dari bahan paduan II-IV atau bahan paduan III-V lainnya, hal ini dikarenakan ikatan kimia unsur-unsurnya lebih kuat dan adanya sifat relative chemical inertness dari bahan ini [2, 3, 4, 5, 6, 7].
Film tipis GaN berkualitas tinggi telah berhasil dideposisi di atas berbagai substrat dengan menggunakan berbagai teknik deposisi. Beberapa diantaranya adalah teknik metalorganic vapor phase epitaxy di atas substrat GaN [8], teknik plasma-assisted molecular beam epitaxy di atas
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
11
substrat Al2O3 [9], teknik metalorganic chemicalvapor deposition di atas substrat Al2O3 dan substrat Silikon [10, 5, 11], teknik sputtering di atas substrat Al2O3 [12], teknik pulsed laser ablation depositiondiatas substrat Al2O3 [7], teknik nebulized spray pyrolysis dan sol-gel spincoating di atas substrat Al2O3 dan Silikon [13]. Meskipun, kualitas film tipis GaN hasil deposisi dengan teknik spincoating tidak bisa dibandingkan dengan hasil deposisi dengan MOCVD and MBE, terurama dalam hal morfologi permukaan dan homogenitasnya, tetapi teknik ini sangat sederhana dan murah biaya operasionalnya. Melalui proses optimalisasi kondisi dan parameter deposisi dimungkinkan untuk mendapatkan film tipis berkualitas baik dengan menggunakan teknik ini.
Untuk aplikasi piranti optoelektronik, film tipis semikonduktor harus memiliki sifat optik yang memadai. Salah satu sifat optik yang paling penting yang merupakan penciri material semikonduktor adalah celah pita energi optik (optical bandgap = Eg). Paper ini memaparkan sifat optik film tipis GaN hasil deposisi dengan teknik spincoating pada temperatur yang bervariasi. Sifat optik yang ditinjau difokuskan pada nilai Eg hasil pengukuran transmisi spektrum UV-Vis dengan menggunakan spektroskopi UV-Vis dan pengukuran spektrum fotoluminisensi (PL) pada temperatur ruang.
2. Metode Penelitian
Dalam penelitian ini film tipis GaN dideposisi dengan teknik spin-coating menggunakan gel gallium-citrate-aminedan gas Nitrogen. Kristal gallium-citrate-aminememiliki formula kimia (NH4)3[Ga(C6H5O7)2]4H2O. Kristal ini dipreparasi dengan cara yang sama seperti yang telah dilakukan oleh Sardar [13]. Serbuk kristal dilarutkan dalam ethylenediamine (1:3, w/v) untuk mendapatkan larutan bening, yang dapat bertahan hingga lebih dari 200 hari. Larutan ini digunakan untuk deposisi film tipis GaN dengan teknik spin-coating di atas substrat kristal tunggal Al2O3 (0001). Substrat sapphire (Al2O3) diletakkan di atas spincoater. Satu hingga dua tetes larutan ditempatkan di atas substrat sapphire dan kemudian substrat diputar pada laju putaran 1500 rpm selama 2 menit. Lapisan gel yang terbentuk kemudian dikeringkan pada suhu 373-423 K di atas hot plate, setelah itu dilakukan proses dekomposisi pada 673 K untuk mengeliminasi komponen-komponen organik pada lapisan. Film hasil dekomposisi kemudian ditempatkan pada programmable furnace untuk proses deposisi. Temperatur furnace dinaikkan secara perlahan hingga mencapai 1123 K dari suhu ruang dengan laju peningkatan suhu 10 K/min, selama proses peningkatan suhu furnace kedalamnya dialirkan nitrogen ultra high purity (UHP) dengan laju aliran yang konstan. Suhu
furnace ditahan 1123 K selama 3 jam untuk deposisi film tipis GaN. Setelah itu suhu furnace diturunkan kembali hingga mencapai suhu ruang untuk mendapatkan film tipis zat padat Galium Nitrida (GaN). Untuk melihat pengaruh temperatur deposisi terhadap sifat optik film tipis GaN hasil deposisi, maka temperatur deposisi divariasikan : 1123K, 1173K, dan 1223K.
Struktur kristal film tipis GaN dikarakterisasi dengan X-ray diffraction (XRD) sementara sifat optik film GaN diinvestigasi dengan spektroskopi transmitansi UV-Vis dan Photoluminescence (PL) pada temperatur ruang untuk menentukan celah pita energi (Eg) film tipis GaN hasil deposisi.
3. Hasil dan Pembahasan
Gambar 1 menunjukkan pola difraksi sinar-X untuk film tipis GaN hasil deposisi pada temperatur 1123K, 1173K dan 1223K. Dapat dilihat bahwa film tipis GaN hasil deposisi memiliki orientasi polikristal, yakni dalam arah bidang (1010), (0002), (1011), and (1120). Kualitas kristal film GaN meningkat ketika temperatur deposisi ditingkatkan, hal ini ditunjukkan oleh makin tingginya puncak intensitas orientasi bidang (0002) ketika temperatur deposisi ditingkatkan. Ketika temperatur deposisi ditingkatkan orientasi kristal film GaN mengarah pada kristal tunggal yaitu dalam arah (0002). Hal ini menunjukkan bahwa ketika temperatur deposisi ditingkatkan, energi yang disediakan untuk dekomposisi nitrogen dan untuk pembentukan ikatan antar unsur film GaN dan ikatan unsur GaN dengan substrat menjadi lebih memadai. Sehingga kualitas kristal film tipis GaN hasil deposisi makin meningkat.
Gambar 1. Pola Difraksi Sinar-X untuk Film Tipis GaN yang Dideposisi pada Temperatur:
a. 1123 K b. 1173 K c. 1223 K Gambar2 menunjukkan spektrum transmisi cahaya tampak-ultraviolet pada film tipis GaN yang dideposisi pada temperatur 1223K hasil
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
12
pengukuran spektroskopi UV-Vis. Berdasarkandata spektrum tersebut dapat ditentukan nilai celah pita energi film tipis GaN dengan metode Tauch-Plot. Dengan metode ini diperoleh bahwa film tipis GaN hasil deposisi memiliki lebar celah pita energi sebesar 3,46 eV, hampir sama dengan nilai celah pita energi untuk bahan GaN yang tertera dalam buku-buku referensi.
Gambar 2. Spektrum Transmisi dari Film Tipis GaN
Gambar3 menunjukkan spektrum Photoluminescence dari film tipis GaN hasil pengukuran pada temperatur ruang. Tampak bahwa puncak spektrum PL terjadi pada panjang gelombang 3617 Å. Panjang gelombang ini bersesuaian dengan energi sebesar 3,44 eV. Hal ini menunjukkan bahwa film tipis GaN hasil deposisi memiliki lebar celah pita energi sebesar 3,44 eV, hampir sama dengan nilai celah pita energi hasil pengukuran dengan spektroskopi UV-Vis. Pada Gambar 3 tampak bahwa puncak intensitas spektrum PL meningkat ketika temperatur deposisi ditingkatkan. Hasil ini sesuai dengan hasil-hasil pengukuran PL yang dilaporkan pada referensi [14, 15, 16].
Gambar 3. Spektrum Photoluminescence (PL) pada Suhu Ruang untuk Film Tipis GaN yang Dideposisi pada Temperatur: a. 1123 K b. 1173 K dan c. 1223 K
Berdasarkan hasil perhitungan dengan menggunakan software Macrocal Origin, diperoleh nilai Full Width at Half Maximum (FWHM) untuk setiap puncak intensitas spektrum PL untuk setiap
temperatur deposisi seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Tampak bahwa nilai FWHM puncak intensitas spektrum PL nilainya bertambah kecil ketika temperatur deposisi ditingkatkan. Hal ini menunjukkan bahwa ketika temperaturdeposisi ditingkatkan hingga 1223K, kualitas kristal film tipis GaN hasil deposisi bertambah baik.
Gambar 4. FWHM Spektrum Photoluminescence (PL) untuk Film Tipis GaN yang
Dideposisi pada Temperatur: a. 1123 K b. 1173 K c. 1223 K
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengukuran spektrum transmisi UV-Vis dan pengukuran spektrum Photoluminescence (PL) pada suhu ruang diperoleh nilai celah pita energi optik (Eg) film tipis GaN hasil spincoating sekitar 3,44 eV. Nilai Eg sebesar ini cukup memadai untuk film tipis GaN. Kualitas kristal film tipis GaN semakin meningkat ketika temperatur deposisi ditingkatkan dari 1123 K hingga 1223K, hal ini ditunjukkan oleh kecenderungan orientasi bidang kristal yang mengarah kepada orientasi kristal tunggal dan semakin tingginya puncak intensitas spektrum PL ketika temperatur deposisi ditingkatkan.
Daftar Acuan
[1] O. Madelung, Semiconductor Basic Data, 2nd edition, 1996.
[2] S. Nakamura, M. Senoh, T. Mukai, 1991,High-Power GaN P-N Junction Blue-Light-Emitting Diodes,Jpn. J. Appl. Phys., 30 (1991) L1998.
[3] M. Razeghi and Rogalski, Seniconductor ultraviolet detectors, A., J. Appl. Phys. 79 (1996) 10.
[4] E. Monroy, F. Calle, F, J. L. Pau, E. Munoz, F. Omnes, B. Beaumont, P. Gibart, Application and performance of GaN based UV detector, Phys. Stat. Sol. (a),185 (2001) 91.
[5] S. Nakamura, Y. Harada, M. Senoh, Novel metalorganic chemical vapor deposition system for GaN growth Appl. Phys. Lett., 58(18) (1997) 2021.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
13
[6] M. A. Khan, J. N. Kuznia, A. R. Bhattarai, D.T. Olson, High electron mobility transistor based on a GaN‐AlxGa1−xN heterojunction Appl. Phys. Lett., 9 (1993) 1214.
[7] D. Rusdiana, A. Suhandi, S. Karim, Sukirno, M. Budiman, M. Barmawi, Growth of GaN thin films by pulsed laser deposition and its application on ultraviolet detectors, ISTEC Journal, VI (2004) 35-44.
[8] T. Detchprohm, K. Hiramatsu, N. Sawaki, I. Akasaki, 1991, The homoepitaxy of GaN by metalorganic vapor phase epitaxy using GaN substrate, J. Cryst. Growth, 137 (1991) 171 [9] S. Yoshida, S. Misawa, S. Gonda,
Improvements on the electrical and luminescent properties of reactive molecular beam epitaxially grown GaN films by using AlN‐coated sapphire substrates, Appl. Phys. Lett., 42 (1983) 427.
[10]Sugianto, R. A. Sani, P. Arifin, M. Budiman, M. Barmawi, 2000, Growth of GaN films on a-plane sapphire substrate by plasma assisted MOCVD, J. Cryst. Growth, 221 (2000) 311. [11]T. Takeuchi, H. Amano, K. Hiramatsu, N.
Sawaki, I. Akasaki, 1991, Growth of single crystalline GaN film on Si substrate using 3C-SiC as an intermediate layer, J. Cryst. Growth, 115 (1991) 634.
[12]H. Okano, N. Tanaka, Y. Takahashi, T. Tanaka, K. Shiabata, S. Nakano, Preparation of aluminum nitride thin films by reactive sputtering and their applications to GHz-band surface acoustic wave devices,Appl. Phys. Lett., 64 (1994)166.
[13]K. Sardar, A. R. Raju, G. N. Subbanna, Epitaxial GaN films deposited on sapphire substrates prepared by the sol-gel method, Solid states communications, 125 (2003) 355-358.
[14]C. W. Lee, S. T. Kim and K. S. Lim, Photoluminescence Studies of GaN and InGaN/GaN Quantum Wells, Journal of the Korean Physical Society, 35 (1999), 280-285. [15] J. Cao, D. Pavlidis,a) and A. Eisenbach, A.
Philippe, C. Bru-Chevallier, and G. Guillot, Photoluminescence properties of GaN grown on compliant silicon-on-insulator substrates, Appl. Phys. Lett., 71 (26) (1997) 3880-3882. [16]D. K. Kim and C. B. Park, Photoluminescence
Studies of GaN Films on Si(111) Substrate by Using an AlN Buffer Control, Journal of the Korean Physical Society, 47 (2005)1006-1009.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
14
BATAS FASA STRUKTUR MESOSKOPIK SUPERKONDUKTOR
HIBRID PB/AL
Elistia Liza Namigo
1*, Nele Schildermans
21Jurusan Fisika Universitas Andalas, Kampus UNAND Limau Manis Padang 25163 2
INPAC, KU Leuven, Celestijnenlaan 200D Leuven, Belgium, 3001 *)Email:elistializanamigo@yahoo.com
Abstrak
Pengukuran dilakukan untuk menentukan batas fasa superkonduktor/normal pada struktur makroskopik dan struktur mikroskopik superkonduktor hibrid Pb/Al. Struktur terdiri lapisan Al setebal 50 nm dan 50 nm lapisan Pb yang (dideposisi di atas lapisan Al), diantara kedua lapisan dideposisikan Ge setebal 10 nm untuk memastikan bahwa Al dan Pb hanya terkopling secara magnetik. Istilah „makroskopik‟ dan „mesoskopik‟ didefinisikan masing-masing untuk struktur dengan diameter 4 μm dan 1,5 μm. Teknik deposisi yang digunakan adalah bi-layerlift-off e-beam lithography. Pengukuran dilakukan di dalam 3He bath cryostat dengan range temperatur berkisar mulai dari di bawah 1K sampai di bawah nilai Tc dari Pb yaitu 7.19 K. Arus sebesar 5μA diterapkan pada sampel pada saat melakukan pengukuran R(T) pada medan magnet konstan. Pengukuran dilakukan untuk beberapa nilai medan magnet dengan step 0.1 mT. Sebagai acuan, dilakukan juga pengukuran untuk sampel Al dengan radius 4 μm dan 1,5 μm dan ketebalan 50nm.. Batas fasa superkonduktor/normal dari struktur hibrid Pb/Al bergeser ke arah Pb yang mengindikasikan bahwa medan pada Al didominasi oleh Pb dan menunda munculnya vortex. Nilai Tc untuk sampel-sampel mesoskopik mengalami penurunan dibandingkan sampel-sampel makroskopik, hal ini mengindikasikan bahwa nukleasi superkonduktivitas dalam bahan sangat dipengaruhi oleh ukuran permukaan batas sampel.
Abstract
Investigation of the phase boundary of superconducting Pb/Al hybrid macroscopic and mesoscopic structures is conducted and reported. The structures consists of 50 nm thin Al circular disk with 50 nm Pb disk deposited on top of it and 10 nm Ge deposited in between as insulation layer. Radius of the disk is 4 μm for macroscopic and 1,5 μm for mesoscopic structures. Deposition process was carried out with bi-layer lift-off electronic beam lithography technique. The measurements are performed in a 3He bath cryostat with temperature range from below 1 K to less than 7.19 K (Tc of Pb). Current of 5μA is applied to the sample and the R(T) measurement is performed for constant magnetic field H. Measurements are done for several values of magnetic field with a step of 0.1 mT. Field cooled measurements on macroscopic Al disk with diameter 4 μm and 1,5 μm and 50 nm thickness were carried out for reference. Results indicates that Pb strongly screened the field of Al for both macroscopic and mesoscopic samples with Little-Parks oscillation observed for mesoscopic disk. Tc values of macroscopic and mesoscopic samples show that superconductivity nucleation is strongly dependant on samples‟ boundary surface.
Keywords: Coherence Length, Phase-Boundary, Little-Parks Oscillations.
1. Pendahuluan
Potensi pemanfaatan bahan superkonduktor untuk aplikasi mikro dan nano-elektronik telah menstimulasi banyaknya penelitian dibidang ini pada tiga dasawarsa terakhir. Karakteristik dari bahan superkonduktor (temperatur kritis Tc, medan magnet kritis Hc, arus kritis Ic, energi permukaan, kestabilan termal, dll) berubah secara dramatis ketika satu atau lebih dimensi ukur dari bahan tersebut lebih kecil dari panjang karakteristiknya (coherence length
(0)
dan London penetration depth λL) sebagai contoh : film tipis (2D)[1], nanowires (1D)[2] dan butir/granular (0D)[3]. Perubahan karakteristik ini terutama disebabkan oleh terbatasnya gerak elektron pada bahan akibat terbentuknya level-level energi diskret seiringberkurangnya panjang dimensi dari bahan (electronic confinement)[4]. Fenomena ini dikenal dengan istilah superconducting size-effect [5].
Superconducting proximity effect juga merupakan fenomena yang menarik pada superkonduktor dengan dimensi pada orde panjang karakteristiknya. Teori proximity-effect ini menyatakan bahwa jika suatu bahan superkonduktor (S) berada dekat atau kontak dengan bahan non-superkonduktor (N) , bahan isolator (I) ataupun bahan superkonduktor lain dengan Tc yang lebih rendah (S‟) maka akan terjadi induksi superkonduktivitas pada bahan N/I/S‟ akibat penetrasi fungsi gelombang S ke dalam bahan N/I/S‟ dan supresi Tc pada bahan S akibat pecahnya Cooper-pair (pair-breaking effect of Cooper pairs) [6,7]. Proximity-effect ini merupakan
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
15
dasar dari prinsip kerja Josephson tunnel junctionyang merupakan sistem S-I-S atau S-N-S[8]. Supresi Tc pada kurva H-T batas fasa (phase boundary) superkonduktor yang berada dalam pengaruh medan magnet luar juga disebabkan oleh kuantisasi fluxoid (medan magnet yang terperangkap di dalam superkonduktor terkuantisasi dalam satuan ) yang pada gilirannya akan menyebabkan osilasi periodik resistansi sebagai fungsi medan magnet yang diterapkan. Osilasi periodik dari resistansi/Tc ini disebut dengan osilasi Little-Parks [9].
Efek kuantisasi fluxoid telah diamati secara eksperimen untuk struktur mesoskopik Al dengan berbagai macam bentuk seperti cincin, piringan dan kawat. Batas fasa H-T berbeda-beda untuk sampel dengan bentuk yang berbeda, Osilasi R hanya teramati pada temperature sekitar Tc sangat bergantung pada bentuk sampel karena permukaan batas dari bentuk sampel menentukan „confinement geometry‟ Periode supresi Tc mengecil seiring pertambahan medan [10,11].
2. Metode Penelitian
Pada penelitian ini dilakukan karakterisasi struktur makroskopik dan mesoskopik superkonduktor hibrid S/S‟ - Pb/Al (yang terkopling secara magnetik) untuk melihat pengaruh Pb terhadap batas fasa Al sebagai basis untuk memahami mekanisme superkonduktivitas pada superkonduktor temperatur tinggi (High-Tc Superconductor) yang dapat diasumsikan merupakan stack S-N , S-I, atau S-S‟. Istilah „makroskopik‟ merujuk pada sampel berbentuk piringan dengan jari-jari 4 μm dan „mesoskopik‟ untuk piringan dengan jari-jari 1,5 μm. Sebagai bahan perbandingan dibuat sampel Al berbentuk piringan dengan jari-jari 4 μm dan 1.5 μm dengan ketebalan 50nm.
2.1 Persiapan sampel
Sample disiapkan melalui teknik lift-offbilayer maskselectronic beam lithography. Substrat Si (single crystalline) dilapisi dengan lapisan isolasi termal setebal 500 nm. Dua lapisan PMMA (polymethyl metaclyrate) setebal 180 nm dan 150 nm dideposisi di atas substrat dengan teknik spin-coating. Lapisan PMMA tersebut sebagai resist kemudian secara lokal dipapar terhadap electron beam sesuai dengan pola yang dikehendaki dan kemudian di- develop di dalam campuran larutan isopropyl alcohol dan methyl isobutyl ketone. Lapisan PMMA yang kedua larut lebih cepat menghasilkan profil overhang. Film tipis Al setebal 50 nm dideposisi di atas lapisan resist. Lapisan resist dan Al kemudian diangkat
melalui teknik lift-off. Proses ini diulang untuk mendeposisikan lapisan Pb setebal 50nm di atas Al dengan terlebih dahulu menambahkan lapisan Ge di antara kedua lapisan tersebut untuk memastikan Al dan Pb hanya terkopling secara magnetik namun terisolasi secara kelistrikan. Struktur akhir hasil deposisi dapat dilihat pada Gambar 1 dan spesifikasinya dapat dilihat pada Tabel 1.
Gambar 1. Struktur Al/Pb dengan empat kontak (a)Mikrograf SEM (b)Skema lapisan Tabel 1. Spesifikasi sampel
Al Hibrid Pb/Al Pb (Bulk) Radius Makro : 4 µm Meso : 1.5 µm Ketebalan : 50nm Makro ξ(0) = 178 nm Tc = 1.29 K Meso ξ(0) = 153 nm Tc = 1.02 K Radius Makro : 4 µm Meso : 1.5 µm Ketebalan : Pb : 50nm Ge : 10nm Al : 50nm ξ(0) = 83nm, Tc =7.19K
2.2. Teknik pengukuran
Sebagai langkah awal dilakukan pengukuran transport elektron (electron transport measurement) yang merupakan langkah standar untuk melihat performa sistem secara umum dan untuk menentukan parameter-parameter yang relevan (seperti range medan magnet, ukuran yang tepat, dll) untuk karakterisasi dan untuk optimisasi lebih lanjut. Pengukuran dilakukan pada kriostat 3He dengan range temperatur berkisar mulai dari di bawah 1K sampai di bawah nilai Tc dari Pb yaitu 7.19 K. Temperatur yang sangat rendah diperoleh dengan mengurangi tekanan gas dalam kriostat secara bertahap. Pengukuran transport dilakukan untuk menentukan batas fasa dari sampel superkonduktor hibrid Pb/Al. Arus sebesar 5
A
diterapkan pada sampel pada pengukuran resistansi sebagai fungsi temperatur R(T) pada medan magnet konstan. Kemudian dilakukan pengukuran R untuk beberapa nilai medan magnet dengan step 0.1 mT.
3. Hasil dan Pembahasan
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
16
3.1 Sampel Makroskopis
Dari hasil pengukuran, diperoleh plot batas fasa H-T untuk sampel makro hibrid Pb/Al yang dibandingkan dengan sampel Al berdimensi sama sebagai berikut (Gambar 2)
Gambar 2. Plot batas fasa sampel makroskopik Pb/Al dibandingkan dengan Al. Dari plot terlihat bahwa batas fasa Pb/Al bergeser ke arah Pb. Dari slop plot diperoleh Tc = 7 Kdan ξ(0) = 42 nm untuk struktur hibrid Pb/Al (untuk Al Tc = 1.29 K dan ξ(0) = 178 nm). Terjadi kenaikan Tc untuk Al sedangkan untuk Pb nilai Tc tetap. Fenomena ini merupakan perwujudan efek proximity (kopling magnetik) dimanamedanPb sebagai superkonduktor kopling kuat akan mendominasi (screening) medan pada Al yang merupakan superkonduktor kopling lemah dan mencegah masuknya vortex. Osilasi Tc terlihat jelas untuk sampel Pb/Al mulai T=1.5 mT.
Dari pengukuran magnetoresistansi pada beberapa nilai medan magnet terlihat bahwa resistansi berubah seiiring perubahan medan magnet (Gambar 3).
Gambar 3. Transisi resistif sampel makroskopik Al/Pb pada beberapa nilai H.
Untuk nilai H yang tinggi, kurva transisi terlihat lebih lebar dan terjadi pada beberapa jenjang, hal ini merupakan gambaran nukleasi superkonduktivitas yang pada awalnya terjadi terjadi pada kontak kemudian diikuti oleh nukleasi pada piringan. Untuk H=2.41 mT terlihat jelas
fluktuasi Tc akibat masuknya vortex sekaligus bersamaan pada batas struktur
3.2 Sampel Mesoskopis
Seperti telah dibahas sebelumnya, pada sampel mesoskopis diharapkan osilasi Little-Park akan terlihat. Osilasi terlihat untuk kedua sampel Pb/Al dan Al (Gambar 4).
Gambar 4. Plot batas fasa sampel mesoskopik Pb/Al dibandingkan dengan Al. Untuk piringan Al mesoskopik, osilasi Little-Park terjadi dengan perioda 0,5 mT. Untuk Pb/Al terlihat osilasi terjadi pada periode yang jauh lebih besar 2mT. Hal ini disebabkan terjadinya delay/penundaan masuknya vortex (vortex entrance) karena Pb masih mendominasi (screening) medan Al dengan kuat. Periode osilasi terlihat berkurang dengan kenaikan medan. Dari slop plot diperoleh Tc = 6.4 Kdan ξ(0)= 52 nm untuk struktur hibrid Pb/Al (untuk Al meso Tc = 1.02 K dan ξ(0) = 153 nm). Nilai Tc untuk sampel-sampel mesoskopik mengalami penurunan dibandingkan sampel-sampel makroskopik, hal ini mengindikasikan bahwa nukleasi superkonduktivitas dalam bahan sangat dipengaruhi oleh ukuran permukaan batas sampel.
Magnetoresistansi sebagai fungsi dari medan magnet untuk sampel mesoskopik prilakunya sama dengan sampel makroskopik. Nilai resistansi bervariasi seiring perubahan nilai medan magnet. Untuk H=4.95 mT profil transisi resistif lebar dengan jenjang-jenjang, hal ini kemungkinan disebabkan oleh medan kritis untuk kontak lebih besar dibandingkan dengan piringan (Gambar 5)
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 15 No. 1 Mei 2014
17
Gambar 5. Transisi resistif sampel makroskopikAl/Pb pada beberapa nilai H.
4. Kesimpulan
Telah dilakukan penentuan karakteristik transport elektron untuk struktur mesoskopik Al/Pb yang terkopling secara magnetik untuk melihat pengaruh Pb sebagai superkonduktor kopling kuat terhadap batas fasa Al yang merupakan superkonduktor kopling lemah. Dari hasil pengukuran diperoleh bahwa medan Pb mendominasi medan Al dengan kuat baik untuk sampel makro maupun mesoskopik. Osilasi Little-Park diamati dengan jelas pada sampel mesoskopik dengan penundaan masuknya vortex untuk sampel mesoskopik.
Dengan membandingkan hasil pengukuran sampel makroskopik dan mesoskopik disimpulkan bahwa untuk sampel-sampel yang ukurannya berada pada orde yang mendekati (comparable) panjang karakteristiknya, superkonduktivitas sangat bergantung pada topologi sampel (dalam hal ini jari-jari piringan) karena kondisi batas yang ditentukan oleh bentuk sampel menentukan geometri quantum-confinement dari elektron Investigasi lebih lanjut diperlukan (magnetisasi, pengukuran Hall dan visualisasi vortex untuk memahami apa yang terjadi pada level mikroskopik.
Ucapan Terimakasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Alejandro Silhanek dan Prof. V. Moshchalkov atas kesempatan penelitian dan diskusi ilmiahnya,
Daftar Acuan
[1] Y. Guo et al., Superconductivity Modulated by Quantum Size Effects, Science 306, (2004),
p.1915-17.
[2] A. Bezryadin et al., Quantum suppression of superconductivity in ultrathin nanowires. Nature, 404, (2000), p.971-74.
[3] W. H. Li et al., Quantum size effects on the superconducting parameters of zero-dimensional Pb nanoparticles, Phys. Rev. B
68, (2003), p.184507
[4] T.C. Chiang. Superconductivity in thin films, Science. 306 (2004), p.1900-1.
[5] Bose, Sangita. Size Effects in Nanostructured Superconductors. Ph.D. Thesis. Tata Institute of Fundamental Research : Mumbai (2007). [6] P. G. de Gennes, Boundary Effects in
Superconductors, Rev. Mod. Phys. 36, (1964). P. 225-237
[7] N. R. Werthamer, Theory of the Superconducting Transition Temperature and Energy Gap Function of Superposed Metal Films. Phys. Rev. 132, (1963). P.2440-45. [8] Golubov et al.,Proximity effect in
superconductor-insulator-superconductor Josephson tunnel junctions: Theory and experiment, Phys. Rev. B 51, 1073, (1995), p.1073-89.
[9] W.A. Little, R.D.Parks, Observation of Quantum Periodicity in the Transition Temperature of a Superconducting Cylinder Phys. Rev. Lett. 9, (1962), p.9-12.
[10] Y.Terai et al., Superconducting transition in nanoscale aluminum structures, Physica B 298
(2001),p. 536-40.
[11] A. Kanda et al., Suppression of the Little-Parks oscillation in a mesoscopic superconducting ring, Physica B 284 (2000) , p.1870-71.
![Gambar 1.1 Struktur kimia Kitin [13]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/2102887.2698994/24.892.482.802.119.180/gambar-struktur-kimia-kitin.webp)
