• Tidak ada hasil yang ditemukan

Sifat Optik Lapisan Tipis In 2 O 3 yang Ditumbuhkan dengan Metode MOCVD

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "Sifat Optik Lapisan Tipis In 2 O 3 yang Ditumbuhkan dengan Metode MOCVD"

Copied!
8
0
0

Teks penuh

(1)

85

Horasdia Saragih1), Hasniah Aliah2), Euis Sustini2), Albinur Limbong1), dan Albert Manggading Hutapea1)

1)

Laboratorium Teknologi Terapan, FMIPA, Universitas Advent Indonesia, Lembang

2)

Kelompok Keahlian Fisika Material Elektronik, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengatahuan Alam,

Institut Teknologi Bandung, Bandung e-mail: horas@dosen.fisika.net

Diterima 1 Maret 2010, disetujui untuk dipublikasikan 19 Maret 2010

Abstrak

Lapisan tipis In2O3 telah ditumbuhkan di atas substrat gelas dengan metode MOCVD menggunakan prekursor

metal organic In(TMHD)3. Parameter penumbuhan yang digunakan adalah: temperatur bubbler untuk menguapkan

In(TMHD)3 200oC, tekanan bubbler 260 Torr, temperatur substrat 300oC, laju alir gas Ar 50 sccm, laju alir gas O2

50 sccm, tekanan total penumbuhan 2x10-3 Torr, dan waktu penumbuhan 120-180 menit. Tiga jenis lapisan tipis In2O3 dihasilkan yang dibedakan oleh ketebalannya, yaitu 531, 434, dan 404 nm. Sifat optik lapisan diinvestigasi

dengan menggunakan alat Spectrophotometry UV-Vis. Diperoleh bahwa transmitansi ketiga lapisan pada rentang panjang gelombang sinar tampak rata-rata di atas 80%. Perbedaan ketebalan lapisan sekitar 127 nm tidak mempengaruhi secara signifikan karakteristik transmisi optiknya. Lebar celah pita energi ketiga lapisan In2O3

terentang dari 3,76-3,80 eV. Sementara lebar pita energi Urbach-nya terentang dari 0,20-0,22 eV. Ketiga lapisan tipis In2O3 yang tumbuh memiliki karakteristik transisi tidak langsung ke pita terlarang.

Kata kunci : Sifat optik; Lapisan tipis; In2O3; Metal organic; In(TMHD)3; MOCVD.

Abstract

The In2O3 thin films have been deposited on glass substrate by MOCVD method using In(TMHD)3 metal organic

precursor. The growth parameters, such as bubbler temperature 200oC, bubbler pressure 260 Torr, substrate temperature 300oC, flow rate of Ar gas 50 sccm, flow rate of O2 gas 50 sccm, chamber pressure 2x10-3 Torr, and

duration of growth from 120 to 180 minutes were used. Three In2O3 thin films with different thicknesses, i.e. 531,

434, and 404 nm were resulted. Optical transmissions of the thin films in the visible wavelength were above of 80%, and not significantly influenced by thickness difference up to about of 127 nm. The optical band gap and Urbach energy band of thin films were 3,76-3,80 eV and 0,20-0,22, respectively. The thin films deposited have indirect forbidden transition.

Keywords: Optical properties; Thin films; In2O3; Metal organic; In(TMHD)3; MOCVD 1. Pendahuluan

Teknologi penumbuhan lapisan tipis memberikan kontibusi yang sangat signifikan pada pengembangan divais mikroelekronika dan optoelektronika (Edwards et al., 2004). Karakteristik berbagai material, seperti metal, semikonduktor dan insulator, dianalisis dalam bentuk lapisan tipis. Pemahaman yang baik terhadap karakteristik material dalam bentuk lapisan tipis sangat dibutuhkan khususnya untuk mengembangkan peralatan elektronika yang saat ini telah didominasi oleh material berbentuk lapisan tipis. Untuk kebutuhan praktis, penyelidikan karakteristiknya dan pengembangan teknologi penumbuhannya terus dilakukan.

Lapisan tipis In2O3 adalah suatu material oksida yang dapat digunakan pada berbagai bidang terapan, seperti flat-panel display, smart window,

optical waveguide, dan sel surya (Edwards et al.,

2004). Pada seluruh terapan tersebut, In2O3 digunakan sebagai transparent conducting oxide

(TCO) karena sifatnya yang unik yang memiliki transparansi optik yang tinggi dan resistivitas listriknya yang rendah. Meningkatkan transparansi optik pada rentang panjang gelombang ultraviolet sampai ke infra merah dan menurunkan resistivitas listriknya adalah usaha yang harus dilakukan untuk meningkatkan kinerjanya (Shah et al., 2005; Koida et

al., 2007). Resistivitas listrik yang rendah dapat

diperoleh dengan meningkatkan konsentrasi dan mobilitas pembawa muatan. Pembawa muatan pada In2O3 dapat dibangkitkan oleh kekosongan oksigen dan atau kehadiran elemen dadah (Koida et al., 2007). Di lain pihak, transparansi optik ditentukan oleh perbandingan elemen logam dan oksigen sebagai penyusun lapisan, dimana lapisan yang kaya elemen logam (bersifat metalik) akan menghasilkan resistivitas yang rendah namun memiliki transparansi yang juga rendah. Transparansi optik dapat ditingkatkan dengan meningkatkan kandungan O dan kehalusan permukaan lapisan (Caglar et al., 2006). Kekosongan oksigen dan kehalusan permukaan

(2)

lapisan sangat bergantung pada teknik penumbuhan (Koida et al., 2007).

Salah satu metode penumbuhan lapisan tipis yang sangat populer dan banyak digunakan pada dunia industri adalah metal organic chemical vapor

deposition (MOCVD). Metode MOCVD memiliki

beberapa kelebihan (Wang et al., 2007; Babelon et

al., 1998; Sandell et al., 2002; Kim et al., 1994; Cho et al., 2002; Nami et al., 1997), yaitu (1) dapat

menumbuhkan lapisan secara uniform dengan permukaan yang sangat halus, (2) leluasa memanipulasi stoikiometri lapisan pada saat penumbuhan, (3) memiliki laju penumbuhan yang tinggi, (4) dapat menumbuhkan lapisan pada berbagai bentuk permukaan, dan (5) dapat melakukan penumbuhan pada tekanan yang relatif tinggi. Didasarkan pada kelebihan tersebut penumbuhan lapisan tipis In2O3 sangat tepat dilakukan dengan metode MOCVD. Pada makalah ini studi penumbuhan lapisan tipis In2O3 dengan metode MOCVD dan karakteristik optiknya, dilaporkan. 2. Eksperimen

Lapisan tipis In2O3 ditumbuhkan di atas substrat gelas dengan menggunakan reaktor MOCVD tipe cold-wall cylindrical vertical (Saragih et al., 2009). Tabung penguap (bubbler) digunakan sebagai wadah penguap bahan metal organic In(TMHD)3. Ruang penumbuhan dilengkapi dengan suatu dinding (wall) yang dapat didinginkan dengan suatu pendingin air untuk menghindari terjadinya reaksi kimia antara bahan prekursor dan dinding reaktor. Suatu sistim pemanas (heater) logam molybdenum (Mo) berbentuk lempeng (disk) digunakan sebagai tempat di mana substrat ditempelkan dan sekaligus berguna untuk memanaskan dan mengendalikan temperatur substrat. Alat ukur tekanan dan suatu termokopel dipasang masing-masing untuk mengukur tekanan ruang dan mengukur temperatur substrat pada saat penumbuhan. Gas Ar digunakan sebagai gas pembawa bahan uap prekursor. Pompa vakum digunakan untuk mengevakuasi ruang penumbuhan sampai ke tekanan sekitar 10-3 Torr. Beberapa pengontrol aliran massa (mass flow controller) dan katub (valve) digunakan masing-masing untuk mengontrol laju aliran massa bahan dan mengendalikan arah aliran. Pengontrol tekanan (pressure controller) digunakan untuk mengontrol tekanan di ruang penumbuhan.

Sebelum digunakan, substrat gelas dicuci dengan acetone selama 5 menit, kemudian dengan

methanol selama 5 menit dan diakhiri dengan 10%

HF dicampur dengan air (de-ionized water) selama 2 menit. Setelah pencucian selesai dilakukan, substrat disemprot dengan gas N2. Substrat ditempel dengan suatu pasta perak yang konduktif terhadap panas di permukaan plat pemanas Mo di dalam ruang penumbuhan. Prekursor metal organic In(TMHD)3 digunakan sebagai sumber logam In dan gas O2

digunakan sebagai sumber O pada stoikiometri lapisan In2O3.

Temperatur penguapan prekursor diinvestigasi melalui pengujian thermogravimetry-differential

thermal analysis (TG-DTA) dan digunakan sebagai

acuan untuk menetapkan temperatur bubbler pada saat penumbuhan untuk memproduksi uap prekursor

metal organic In(TMHD)3. Uap prekursor yang bersumber dari bubbler dialirkan ke ruang penumbuhan dengan menggunakan gas pembawa Ar. Pada saat penumbuhan, parameter-parameter yang dikontrol adalah: (1) temperatur bubbler In(TMHD)3 (Tb), (2) temperatur substrat (Ts), (3) tekanan di dalam bubbler (Pb), (4) laju aliran gas Ar yang membawa uap In(TMHD)3, (5) laju aliran gas O2, (6) tekanan total penumbuhan (Ptot), dan (7) waktu penumbuhan (t). Sifat optik lapisan tipis In2O3 yang dihasilkan diinvestigasi dari pengukuran transmitansi optik pada panjang gelombang 190 nm sampai 820 nm dengan alat Spectrophotometry UV-VIS HP 8452 Diode Array.

3. Hasil dan Diskusi

3.1 Penumbuhan lapisan tipis In2O3

Sifat termal prekursor In(TMHD)3 dianalisis dari data TG-DTA yang dilakukan pada lingkungan atmosfer gas Ar dan tekanan udara terbuka dengan laju pemanasan 5oC/menit. Hasilnya menunjukkan bahwa prekursor In(TMHD)3 menguap secara signifikan mulai pada temperatur 184oC. Kajian lengkap sifat termal prekursor In(TMHD)3 ini telah dilaporkan oleh Saragih et al. (2009). Mengacu pada hasil TG-DTA maka temperatur bubbler (Tb) pada saat penumbuhan ditetapkan sebesar 200oC.

Semua ikatan kimia grup organik TMHD terdisosiasi secara sempurna dari logam In pada temperatur 300oC sampai 400oC, dengan demikian temperatur substrat yang digunakan pada saat penumbuhan adalah 300oC. Beberapa parameter penumbuhan yang lain diuji coba dan dengan menggunakan besaran-besaran sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 1, suatu lapisan tipis In2O3 dapat dihasilkan. Menggunakan tekanan bubbler kurang dari 260 Torr dan laju aliran gas Ar kurang dari 50 sccm, tidak menghasilkan lapisan. Hal ini diduga disebabkan oleh pembentukan inti-inti penumbuhan butiran (nucleus) pada permukaan substrat belum sempurna. Dengan menggunakan laju aliran gas Ar 50 sccm dan laju aliran gas O2 50 sccm, menghasilkan tekanan total ruang penumbuhan sebesar 2x10-3 Torr. Untuk mendapatkan lapisan tipis dengan berbagai ketebalan, lama waktu penumbuhan divariasi. Lapisan tipis In2O3(#1), In2O3(#2) dan In2O3(#3) masing-masing ditumbuhkan selama 180 menit, 150 menit dan 120 menit.

3.2 Karakteristik Optik Lapisan Tipis In2O3

Tiga jenis lapisan tipis In2O3 (In2O3(#1), In2O3(#2) dan In2O3(#3)) telah dihasilkan dengan

(3)

Tabel 1. Parameter penumbuhan lapisan tipis In2O3 dari prekursor In(TMHD)3 Parameter Penumbuhan Besaran Satuan Temperatur bubbler In(TMHD)3 (Tb) 200oC

Tekanan di dalam bubbler (Pb) 260 Torr

Temperatur substrat (Ts) 300oC

Laju aliran gas Ar untuk membawa uap In(TMHD)3 50 sccm

Laju aliran gas O2 50 sccm

Tekanan total penumbuhan (PTot) 2x10-3 Torr

Waktu penumbuhan (t) (120 – 180) Menit

menggunakan parameter penumbuhan sebagaimana diuraikan pada Tabel 1. Masing-masing dibedakan oleh lamanya waktu penumbuhan. Transmisi optik masing-masing lapisan diukur pada sebaran panjang gelombang 190 nm sampai 820 nm. Hasilnya ditunjukkan pada gambar 1. Lapisan tipis yang tumbuh sangat transparan pada rentang panjang gelombang sinar tampak (400 nm sampai 800 nm) dengan transmitansi rata-rata di atas 80%. Tidak ditemukan perbedaan persentasi maksimum transmitansi yang signifikan pada ketiga jenis sampel. Terjadi suatu kenaikan persen transmitans yang tajam pada panjang gelombang sekitar 300 nm yang menunjukkan karakter absorpsi energi foton yang unik dari lapisan tipis In2O3. Peningkatan persen transmitans yang tajam pada rentang panjang gelombang yang sempit sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1 menunjukkan bahwa lapisan tipis disusun oleh material dengan stoikiometri kimia yang relatif homogen dan murni (Rusu et al., 2005).

Teramati adanya pola interferensi maksimum dan minimum pada spektrum yang terjadi pada rentang panjang gelombang 300-820 nm. Terbentuknya interferensi ini sebagai akibat dari adanya pengaruh pantulan ganda (multiple

replection) gelombang oleh permukaan lapisan tipis.

Pola interferensi hanya terjadi bila permukaan lapisan yang tumbuh cukup halus dan rata sebagaimana diharapkan dari lapisan yang ditumbuhkan dengan metode MOCVD sehingga tidak terjadi kehilangan gelombang oleh peristiwa hamburan di permukaan lapisan (Swanepoel, 1983).

Gambar 1. Spektrum transmitansi optik lapisan tipis In2O3 sebagai fungsi panjang gelombang. Pengukuran dilakukan pada rentang panjang gelombang 190 nm sampai 820 nm.

Ketebalan lapisan tipis In2O3 dapat dihitung dengan menggunakan data transmitans yang menunjukkan pola interferensi dengan rumus (Swanepoel 1983) : ) ( 2 1 2 2 1 2 1 n n d λ λ λ λ − = (1)

dimana d adalah ketebalan lapisan, λ1 dan λ2 adalah panjang gelombang pada masing-masing puncak (atau lembah) transmitans berurutan, sementara n1 dan n2 adalah indeks bias lapisan tipis pada masing-masing panjang gelombang λ1 dan λ2.

Gambar 2. Nilai TM dan Tm pada pola interferensi transmitans optik suatu lapisan tipis (Swanepoel 1983).

Indeks bias (n) lapisan tipis In2O3 dapat dihitung dengan rumus (Swanepoel 1983) :

2 2 s n N N n= + − dimana 2 1 2 2+ + − = s m M m M s n T T T T n N (2)

dan ns adalah indeks bias substrat (indeks bias gelas = 1.52). TM dan Tm masing-masing adalah nilai transmitans maksimum dan minimum yang telah dinormalisasi pada panjang gelombang dimana puncak atau lembah transmitans tersebut terjadi. Gambar 2 memperlihatkan cara menentukan nilai TM dan Tm pada suatu panjang gelombang tertentu (Swanepoel, 1983). Setelah suatu proses perhitungan dilakukan, masing-masing nilai λ, TM, Tm, n, dan d untuk masing-masing lapisan diperoleh dan dirangkumkan pada Tabel 2.

(4)

Tabel 2. Nilai λ, TM, Tm, n dan d yang diperoleh dari data spektrum transmitans gambar 2 serta lama waktu penumbuhan setiap lapisan

Lapisan Tipis λ(nm) TM Tm N d (nm) Waktu penumbuhan t (menit) 658 0.8635 0.8490 1.5844 In2O3(#1) 486 0.8738 0.8480 1.6279 531 180 690 0.8785 0.8490 1.6410 In2O3(#2) 476 0.8900 0.8489 1.6800 434 150 592 0.9010 0.8640 1.6623 In2O3(#3) 412 0.9000 0.8618 1.6668 404 120

Dari hasil perhitungan sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 2, diperoleh bahwa ketebalan lapisan (d) bertambah dengan bertambahnya waktu penumbuhan. Mengacu pada hasil spektrum transmitans yang diperoleh (gambar 1), persen transmitans rata-rata pada rentang panjang gelombang sinar tampak (400 nm sampai 800 nm) untuk setiap lapisan tipis, tidak berbeda secara signifikan. Yu et al. (2000) dan Negishi et al. (1995) melaporkan bahwa pada lapisan tipis TiO2 yang ditumbuhkan di atas substrat gelas dengan metode

pulsed laser deposition (PLD), transmitans optik

lapisan pada rentang panjang gelombang sinar tampak akan berkurang dengan bertambahnya ketebalan lapisan. Dengan menginvestigasi morfologi lapisan yang tumbuh, Yu et al. dan Negisi et al. menemukan bahwa pada saat ketebalan lapisan bertambah, diameter butir penyusun lapisan juga turut bertambah. Bertambahnya diameter butir penyusun lapisan ini mengakibatkan meningkatnya kekasaran permukaan, yang selanjutnya meningkatkan hamburan gelombang foton pada permukaan lapisan. Hal yang sama dilaporkan oleh Yakuphanoglu et al. (2007) pada lapisan tipis ZnO yang ditumbuhkan dengan metode spray pyrolysis. Pada eksperimen ini, lapisan tipis In2O3 yang ditumbuhkan dengan metode MOCVD pada beda ketebalan sekitar 127 nm menghasilkan transmitans optik yang hampir sama pada rentang panjang gelombang sinar tampak. Artinya, pada batas ketebalan tersebut lapisan tipis tidak menghasilkan penambahan hamburan foton yang berarti. Lapisan tipis bertumbuh tanpa menambah kekasaran permukaan yang berarti. Ini dibuktikan oleh hadirnya pola interferensi maksimum dan minimum pada spektrum transmitans (gambar 1) yang menunjukkan secara tidak langsung bahwa lapisan tipis tumbuh dengan permukan yang relatif halus.

Koefisien absorpsi (α) lapisan tipis In2O3 sebagai fungsi energi foton (E) dapat dihitung dari data transmitans dengan menggunakan hubungan (Swanepoel, 1983) : ) ln( 1 T d − = α (3)

dimana T adalah besarnya transmitans

(ternormalisasi) untuk setiap panjang gelombang λ. Hasilnya ditunjukkan pada gambar 3. Diperoleh bahwa koefisien absorpsi sebagai fungsi energi dari ketiga lapisan hampir sama. Pertambahan nilai absorpsi terjadi pada daerah 3,36 sampai 4,40 eV. Nilai α bertambah dari 0,41x104 sampai 3,32x104 cm-1 pada rentang energi 3,36 sampai 4,0 eV dan kemudian secara tajam dan kontiniu bertambah mencapai 13,21 x104 cm-1 pada energi 4,40 eV. Di bawah energi 3,36 eV koefisien absorpsi sangat kecil namun tidak nol. Absorpsi kecil ini disebut sebagai

absorption tail yang umumnya disebabkan oleh

hadirnya fraksi struktur amorf pada lapisan dan atau hadirnya unsur-unsur pengotor (impurity) (Chernyaev

et al., 1976).

Dikaitkan pada peremeter penumbuhan, fraksi

amorf pada lapisan terjadi sebagai akibat dari

kurangnya energi yang dimiliki oleh atom-atom, molekul-molekul atau kulster-kluster metal organik yang digunakan untuk berdifusi dan membentuk susunan atom oksida logam yang teratur dalam butiran (Saragih, 2006). Energi ini dikendalikan dengan mengatur besarnya temperatur substrat. Hal yang sama dalam kasus hadirnya unsur pengotor, di mana penggunaan prekursor In(C11H19O2)3 pada eksperimen ini berpeluang menghasilkan pengotor C jika temperatur penumbuhan (temperatur substrat) tidak cukup untuk mendekomposisi ligan TMHD secara sempurna dari logam In. Unsur pengotor ini dapat pula berkontribusi untuk menghasilkan fase

amorf pada batas antar butir penyusun lapisan

(Vanables, 1984). Dalam eksperimen ini, penggunaan temperatur penumbuhan (temperatur substrat) sebesar 300oC belum dapat menghasilkan lapisan tipis yang bebas dari fraksi struktur amorf sehingga suatu penambahan temperatur penumbuhan masih dibutuhkan untuk mereduksi absorption tail.

Tauc (Tauc, 1974) menyatakan bahwa, kita dapat membagi karakteristik absorpsi ini ke dalam tiga bagian. Pertama, absorpsi lemah (absorption tail, daerah A pada gambar 3) yaitu yang terjadi pada rentang energi < 3,36 eV yang berkaitan dengan hadirnya struktur amorf dan atau pengotor pada lapisan. Kedua, daerah eksponensial (daerah B pada gambar 3), yaitu yang terjadi pada rentang energi

(5)

3,36 eV sampai 4,00 eV yang berkaitan dengan keacakan struktur (structural randomness) penyusun lapisan. Ketiga, daerah absorpsi tinggi (daerah C pada gambar 3) yaitu yang terjadi pada rentang energi 4,00 eV sampai 4,40 eV yang berkaitan dengan lebar celah pita energi (band gap energy) lapisan tipis In2O3.

Gambar 3. Koefisien absorpsi (α) sebagai fungsi energi foton (E) lapisan tipis In2O3 yang

ditumbuhkan dengan teknik MOCVD.

Pada daerah eksponensial, besar koefisien absorpsi dapat didekati dengan perumusan Urbach (Urbach, 1953) : ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = e E E exp 0 α α (4)

dimana αo adalah suatu konstanta, E adalah energi foton dan Ee adalah suatu besaran yang menyatakan lebar pita energi (energi Urbach) yang dibangun oleh keadaan terlokalisasi (localized states) pada celah pita energi In2O3 sebagai akibat dari keacakan struktur penyusun lapisan dan ditambah oleh hadirnya unsur pengotor C. Lebar pita energi Ee ini secara eksperimental dapat dikendalikan melalui temperatur penumbuhan. Temperatur penumbuhan yang tinggi akan mengurangi kehadiran fraksi amorf dan temperatur penumbuhan yang tinggi akan menghasilkan proses dekomposisi sempurna ligan TMHD sehingga jumlah pengotor yang terperangkap di dalam lapisan menjadi terkurangi (Saragih, 2006). Mengacu pada persamaan 4, besar energi Urbach Ee untuk ketiga lapisan tipis In2O3 dapat diperoleh dengan mencari kemiringan kurva linier hubungan ln α terhadap E sebagaimana ditunjukkan pada gambar 4.

(A) (B) (C)

Gambar 4. Kurva hubungan ln α terhadap energi foton E lapisan tipis (A) In2O3(#1), (B) In2O3(#2), dan (C) In2O3(#3).

Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa Ee1 = 0,22 eV (lapisan tipis In2O3(#1)), Ee2 = 0,20 eV (lapisan tipis In2O3(#2)) dan Ee3 = 0,21 eV (lapisan tipis In2O3(#3)). Hasil ini menunjukkan bahwa lebar pita yang dibangun oleh keadaan lokalisasi pada setiap lapisan semakin besar dengan bertambahnya tebal lapisan. Hal ini dapat difahami karena semakin tebal lapisan yang tumbuh akan semakin memperbesar fraksi keacakan struktur dan kandungan unsur pengotor penyusun lapisan (Vanables, 1984).

Pada daerah absorpsi tinggi (daerah C pada gambar 3), koefisien absorpsi α direpresentasikan oleh hubungan (Pankove, 1971; Tauch, 1974) :

E E E B( − g)p = α (5)

dimana B adalah suatu konstanta yang bergantung pada probabilitas transisi. Eg adalah celah pita energi (band gap energy) dan p adalah suatu indeks yang mencirikan proses absorpsi optik lapisan yang secara teoritik memiliki nilai: 2 untuk proses transisi tidak langsung (indirect transition), ½ untuk proses transisi langsung (direct transition), 3 untuk proses transisi tidak langsung ke pita terlarang (indirect forbidden

transition), dan 3/2 untuk proses transisi langsung ke

(6)

Gambar 5. Grafik hubungan (αE)1/p sebagai fungsi energi foton E untuk nilai : (A) p = 2; (B) p = 3; (C) p = 3/2; dan (D) p = ½ untuk masing-masing lapisan tipis In2O3(#1), In2O3(#2), dan In2O3(#3).

Dengan menggunakan hubungan yang dinyatakan oleh persamaan 5, besar celah pita energi Eg dapat dicari dari ekstrapolasi grafik linier hubungan (αE)1/p

terhadap energi foton E. Untuk seluruh nilai p, grafik hubungan (αE)1/p

terhadap energi foton E ketiga lapisan tipis In2O3 ditunjukkan pada gambar 5. Dari gambar 5 terlihat bahwa kurva linier dengan rentang energi yang paling lebar ditunjukkan oleh gambar 5B, yaitu yang menggunakan nilai p = 3. Ini menyatakan bahwa absorpsi energi foton oleh material lapisan tipis In2O3 digunakan untuk suatu proses yang didominasi oleh transisi elektron secara tidak langsung ke keadaan terlokalisasi di pita terlarang (indirect forbidden

transition) yang tak lain adalah ke pita energi

Urbach. Dengan mengambil titik potong kurva linier pada sumbu E, lebar celah pita energi masing-masing lapisan dapat ditentukan, yaitu: Eg1 = 3,76 eV (lapisan tipis In2O3(#1)), Eg2 = 3,78 eV (lapisan tipis In2O3(#2)) dan Eg3 = 3,80 eV (lapisan tipis In2O3(#3)). Perbedaan celah pita energi untuk setiap lapisan yang ketebalannya berbeda-beda, tidak signifikan. Hasil yang hampir sama, yaitu Eg = 3,75 eV juga dilaporkan oleh Hamberg et al. (1984).

(A) (B)

(7)

4. Kesimpulan

Lapisan tipis In2O3 telah ditumbuhkan di atas substrat gelas dengan metode MOCVD menggunakan prekursor In(TMHD)3. Tiga variasi ketebalan lapisan, yaitu : 531 nm, 434 nm dan 404 nm ditumbuhkan dengan waktu penumbuhan yang berbeda-beda. Seluruh lapisan memiliki tingkat transparansi yang tinggi yaitu rata-rata di atas 80% pada rentang panjang gelombang sinar tampak. Karakteristik transparansi lapisan tidak berubah secara signifikan pada beda ketebalan 127 nm. Peningkatan transmitans yang tajam yang dimulai pada panjang gelombang 300 nm dan dengan rentang panjang gelombang yang sempit dihasilkan oleh seluruh lapisan. Hal ini menunjukkan secara tidak langsung bahwa lapisan tipis yang tumbuh disusun oleh material dengan stoikiometri kimia yang relatif homogen dan murni. Lebar celah pita energi lapisan terentang dari 3,76 eV sampai 3,80 eV. Lebar pita energi Urbach-nya terentang dari 0,20 eV sampai 0,22 eV. Ketiga lapisan tipis In2O3 yang tumbuh memiliki karakter transisi tidak langsung ke pita terlarang (indirect forbidden transition).

Ucapan Terimakasih

Terimakasih sebanyak-banyaknya disampai-kan kepada Direktorat Jenderal Pendididisampai-kan Tinggi, Kementerian Pendidikan Nasional dan Institut Teknologi Bandung, atas bantuan pendanaannya masing-masing melalui program penelitian Hibah Bersaing Tahun 2010 dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian Nomor : 064/SP2H/PP/DP2M/III/2010 dan Riset KK ITB Tahun 2009.

Daftar Pustaka

Babelon, P., A. S. Dequiedt, H. M. Sba, S. Bourgeois, P. Sibillot, and M. Sacilotti, 1998, SEM and XPS studies of titanium dioxide thin films grown by MOCVD, Thin

Solid Films 322, 63.

Caglar, M., Y. Caglar, and S. Ilican, 2006, The determination of the thickness and optical constants of the ZnO crystalline thin film by using envelope method, J. Optoelectron

Adv. M., 8:4, 1410-1413.

Chernyaev, V. N. and V. F. Korzo, 1976, Some properties of high temperature amorphous dielectric films, Thin Solid Films, 37, L63-L66.

Cho, S.I., C. H. Chung, and S. H. Moon, 2002, Surface decomposition mechanism of Ti(OC

3H7)4 on a platinum surface, Thin

Solid Films, 409, 98.

Edwards, P.P., A. Porch, M. O. Jones, D. V. Morgan, and R. M. Perks, 2004, Basic materials physics of transparent conducting oxides,

Dalton Transactions Journal, 19, 2995.

Hamberg, I., C. G. Granqvist, K. F. Berggren, B. E. Sernelius, and L. Engstrom, 1984, Band-gap widening in heavily Sn-doped In2O3, Phys.

Rev. B., 30, 3240.

Kim, T. W., M. Jung, H. J. Kim, T. H. Park, Y. S. Yoon, W. N. Kang, S. S. Yom, and H. K. Na, 1994, Optical and electrical properties of titanium dioxide films with a high magnitude dielectric constant grown on p-Si by metalorganic chemical vapor deposition at low temperature, Appl. Phys. Lett., 64, 1407.

Koida, T. and M. Kondo, 2007, Comparative studies of transparent conductive Ti-, Zr- and Sn-doped In2O3 using a combinatorial approach,

J. Appl. Phys., 101, 063713.

Nami, Z., O. Misman, A. Erbil, and G. S. May, 1997, Computer simulation study of the MOCVD growth of titanium dioxide films, J. Cryst.

Growth, 171, 154.

Negishi, N., T. Iyoda, K. Hashimoto, and A. Fujishima, 1995, Preparation of transparent TiO2 thin film photocatalyst and its photocatalytic activity, Chem. Lett., 24:9, 841.

Pankove, J. I., 1971, Optical Processes in

Semiconductors, New Jersey, Prentice-Hall,

USA.

Rusu, G.I., Prepelita, P., Apetroaei, N. and Popa, G., 2005, On the electronic transport and optical properties of ZnTe thins films, J.

Optoelectron Adv. M., 7:2, 829-835.

Sandell, A., M. P. Anderson, Y. Alfedsson, M. K. J. Johansson, J. Schnadt, H. Rensmo, H. Siegbahn, and P. Uvdal, 2002, Titanium dioxide thin-film growth on silicon (111) by chemical vapor deposition of titanium(IV) isopropoxide, J. Appl. Phys., 92, 3381. Saragih, H., A. Hasniah, E. Sustini, dan Sukirno,

2009, Studi sifat termal prekursor In(TMHD)3 untuk menumbuhkan lapisan tipis In2O3 dengan teknik MOCVD, Jurnal

Matematika dan Sains ITB, 14:4, 119-126.

Saragih, H., 2006, Penumbuhan film tipis semikonduktor Ti1-xCoxO2 rutil feromagnetik dengan metode metal organic chemical vapor deposition dan karakterisasinya, Disertasi Doktor, Institut Teknologi Bandung, Bandung.

Shah, M.R., M. K. Alam, M. R. Karim, and M. A. Sobhan, 2005, Study of optical properties of indium oxide (In2O3) thin films, Proceedings

of the International Conference on Mechanical Engineering 2005, 28-30

December 2005, Dhaka, Bangladesh, TH-10.

Swanepoel, R., 1983, Determination of thickness and optical constants of amorphous silicon,

Journal Physics E: Science and Instrument.,

(8)

Syarif, D.G., A. Miyashita, T. Yamaki, T. Sumita, Y. Choi, and H. Itoh, 2002, Preparation of anatase and rutile thin films by controlling oxygen partial pressure, Appl. Surf. Sci., 193, 287-292.

Tauc, J., 1974, Amorphous and Liquid

Semiconductors, New York, Plenum, USA.

Urbach, F., 1953, The Long-Wavelength Edge of Photographic Sensitivity and of the Electronic Absorption of Solids, Phys. Rev., 92, 1324.

Vanables, J.A., G. D. T. Spiller, and M. Hanbucken, 1984, Nucleation and growth of thin films,

Rep. Prog. Phys., 47, 399.

Wang, C., V. Cimalla, G. Cherkashinin, H. Romanus, M. Ali, and O. Ambacher, 2007, Transparent

conducting indium oxide thin films grown by low-temperatur metal organic chemical vapor deposition, Thin Solid Films, 515, 2921.

Yu, J., X. Zhao, and Q. Zhao, 2000, Effect of surface structure on photocatalytic activity of TiO2 thin films prepared by sol-gel method, Thin

Solid Films, 379, 7.

Yakuphanoglu, F., S. Ilican, M. Caglar, and Y. Caglar, 2007, The determination of the optical band and optical constants of non-crytalline and crystalline ZnO thin films deposited by spray pyrolysis, J.

Gambar

Gambar 1. Spektrum transmitansi optik lapisan tipis  In 2 O 3  sebagai fungsi panjang gelombang
Tabel 2. Nilai λ, T M , T m , n dan d yang diperoleh dari data spektrum transmitans gambar 2 serta lama waktu  penumbuhan setiap lapisan
Gambar 3. Koefisien absorpsi (α) sebagai fungsi  energi foton (E) lapisan tipis In 2 O 3  yang
Gambar 5.  Grafik hubungan (αE) 1/p  sebagai fungsi energi foton E untuk nilai : (A) p = 2; (B) p = 3; (C) p = 3/2;

Referensi

Dokumen terkait

a. Sorting dan Editing. Sorting yaitu proses memilah dan memilih serta mengurutkan data sesuai kebutuhan agar lebih mudah pengolahanya. Sedangkan editing yaitu proses

KEPUTUSAN MENTERI PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN TENTANG PANITIA NASIONAL UJI KOMPETENSI MAHASISWA PENDIDIKAN PROFESI GURU TAHUN 2021.. Menetapkan panitia nasional uji

dalam skripsi ini untuk membahas mengenai tindakan gangguan terhadap hak atas tanah yang menyebabkan terjadinya perbuatan melawan hukum terhadap seseorang. Penulis akan

Dalam penelitian ini diajukan sebuah metode optimasi media pembelajaran dengan menggunakan scaffolding pada aplikasi e-learning Mahasiswa dalam memahami definisi materi

Hasil penelitian diperoleh penggunaan media pembelajaran interaktif berbasis Microsoft Excel pada materi titrasi asam basa dapat meningkatkan keterampilan proses siswa SMAN 2 Banda

Hasil analisis mengenai ibu-ibu di wilayah X menunjuk- kan bahwa ibu-ibu yang anaknya memiliki riwayat diare tiga bulan terakhir menunjukkan tingkat self-efficacy tinggi

Bantuan pengadaan alat music arisca Desa Sarimulyo Kec Cluring musik banyuwangi agar banyak di kenal masyarakat umum P1 B pelestarian budaya daerah musik banyuwani 46 Belanja

Di setiap negara, cokelat bahkan menjadi sesuatu yang bukan hanya sekedar dipasarkan, bahkan dapat menjadi daya tarik wisata dan dijadikan museum.. Berikut