PENDAHULUAN 2. Jwnlah ketakmurnian yang ditambahkan dapat diamati dengan mengukur besarnya arus berkas

V%me 2. NomoI' 1. N°l!.ember 2000 ISSN 1411-/349

EFEK

IMPLANT ASI

ELEKTRIK

BAHAN

TIPE-N

ION

BORON

TERHADAP

SIFAT

SEMIKONDUKTOR

GERMANIUM

Elin Nuraini, Sudjatmoko, Tjipto Sujitno P3TM-Batan, Yogyakarta

ABSTRAK

EFEK IMPLANTASI ION BORON TERHADAP SIFAT ELEKTRIK BAHAN SEMIKONDUKTOR GERMANIUM TIPE N. Te/ah di/akukan implantasi ion dopan boron pada semikondulaor germanium tipe N dengan dosis 0,149 )( 1016ion/em' sampai dengan 2,236 )( 1016ion/em' pada energi 60 keY dan 90 keY. Sambungan P.N hasil implantasi tersebut akan ditentukan tegangan dadalnya. Pengukuran resistivitas bahan (pr) dilakukan pada bahan yang belum dUmp/alltasi.sesudah dUmplantasidan setelah dianil den1{an menggunakan metoda probe empat titik. Dari hasi/ pellgukuran didapatkan udanya kecendrungan bahwa semalcinbesar dosis don energi ion, maka nilai resistivitas bahan yang dihasilkan akan semak/n rendah. Penurunan resist/vitas bahan palinK baik mell/capai50.82 % terjadi pada dari.r 1.342 )( 1016ionlcm' clem energi 90 keY. sedallgkan legangan dadal pada do~'i~'1.342 )( 10/6 ionlclll dan energi 90 keY mell,'apai hasil yang paling baile,yaitu sebesar -8 volt.

ABSTRACT

THE ELECTIUCAL PROPERTIES OF N TYPE GERMANIUM SEMICONDUCTOR AFTER IMPLANTED BY BORON ION. Boron ion implantalion into N type germanium semiconductor at ion dose from 0.149 x }OI6ion/em' up to 2.236)( 1016ion/em' at ion energyfrom 60 keY up to 90 keY have been carried out. The breakdown voltage of peNjunction as a result of implantationprocess was determined. The measuremellt of the resistivity of the materials before and after implalltation and annealing proce.rs have been done using four point probe method. From the measuremenl resl//t. it has beenfound that there was a tendency Ihat al the higher dose and ion energy. the sheet resistivity was decreasing. The best resistivity was 50.82 %, this was achieved at ion dose of 1.342 x 10/6 ionlcm' and energy of90 keY. At this condition the best breakdown voltage was -8 volt.

PENDAHULUAN

2. Jwnlah ketakmurnian yang ditambahkan dapat

diamati dengan mengukur besarnya arus berkas ion yaitu dengan mengatur arus ion.

3. Konsentrasi dari ion yang diimplantasikan

sangat Wtiform.

4. Kedalaman dari penelusupanatomketakmurni-an dapat diatur, dengpenelusupanatomketakmurni-an pengaturpenelusupanatomketakmurni-an energi ion. [2)

Sellin mempW1yai keW1ggulan tersebut, teknik implantasi mempW1yai kelemahan yaitu menghasilkan kerusakan yang tersisa pads lapisan yang diimplantasi. Bentuk nyata dari kerusakan belwn diketahui dengan pasti, bisa terdiri dari intertisi (sisipan), yaitu atom yang berpindah keposisi imertisi dalam kist, kekosongan yaitu lubang yang ditinggalkan atau dislokasi yaitu cacat kristal dengan sebaris atom tidak berada pads posisi yang seharusnya.l')Kerusakanyang diakibatkan oleh implantasi tersebut menurut Reka Rio clan lids

.

dapat dieliminasi dengan cars memanasi cuplikan antara 600-1000oC. Pads penelitian ini diall1ati pengaruh dosis clan energi dopan terhadap pembentukan sambungan peN, maupun tegangan dadalnya. Keping germaniwn diimplantasi dengan variasi waktu antara 5 sampai dengan 90 meDii clan I variasi energi 60 keY clan 90 keY. Tujuan dari

EFEK IMPLAN1'ASIBORON TEJUiADAPSIFAT EI.EK71UKBAHAN 116

SBMIKONIJUK7VR GERMAN/lJM 71J>E.N Will NI/railli, dick.

I

mPlantasi ion merupakan metode yang banyak digW1akanW1tukmenghasilkan semikonduktor ekstrinsik. Teknik implantasi ion telah dikembangkan seeara balk dalam industri maupW1 riser, misalnya : implantasi dalam semikonduktor, fisika ZIt padat, fisika nuklir clan kimia radiasi. Jenis semikonduktor yang sering digW1akanadalah silikon daDgermaniwn.

Atom sUikon din germaniwn perlu disisipi atom-atom ketidakmurnian, agar sifat-sifat kelistrikannya sesuai dengan yang dikehendaki. Proses penyisipan tersebut dinamakan doping daD atom ketidakmurniannyadisebut dopan. [I)

Implantasi ion mempW1yai banyak keuntW1gan bila dibandingkan dengan metodc konvensional (difusi, coating), diantaranya:

1. MempW1yaikemurnian yang tinggi radii bahan yang diimplantasikan, karena implantor ion dilengkapi dengan pemisah massa, maka dapat dipilih ion-ion tertentu.

Volorne 2, Nomor J. Nopember 2000 ISSN 1411-J349

pcnclitian ini adalah untuk mendapatkansambungan

P-N dati semikonduktor dengan metode implantasi

ion dan menentukan tegangan dadal semikonduktor Germanium basil implantasi ion. Dari penelitian ini diharapkan akan dihasilkan sambungan paN daTi bahan semikonduktor germanium dengan tegangan dadal optimum.

TEOR!

Semikonduktor

Semikonduktor hila ditinjau daTi tahanan jenisnya mempunyai nilai di antara konduktor clan isolator, yaitu antara 10's nem sampai dengan 10s nem. Ada dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor murni atau disebut semikonduktor intrinsik yang sifat kelistrikannya ditentukan oleh sifat-sifat alam yang melekat pads unsur itu sendiri clanyang lain adalah semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor yang sifat kelistrikannya ditentukan oleh sifat-sifat clanjumlah pengotor yang diberikan pads bahan itu.[2JSifat listrik daTi semikonduktor yang mempunyai ikatan kovalen dipengaruhi oleh keadaan ikatannya. Sebuah kristal yang masih murni adalah isolator karena semua elektronnya membuat ikatan. apabila subu naik maka atom-atom dalam keadaan bergetar oleh panas, yang memberikan energi pads elektron dIn menyebabkan elektron-elektron bebas dari ikatannya sehingga konduksi

listriknya naik. [3]

Semikonduktor Germanium

Atom germanium seluruhnya mempunyai 32 elektron yang diatur dalam kulit-kulit. Setiap atom-atom germanium dalam kristal menywnbangkan 4 elektron, jadi atom tersebut adalah tetravalen (valensi empat). Ion germanium mempunyai muatan listrik +4 dalam satuan muatan listrik elektron. Gaya ikat antara atom yang bertetangga berasal daTi kenyataan bahwa setiap elektron valensi dimiliki bersama dengan sebuah dari empat atom germanium yang bertetangga dekat. Pasangan elektron ini atau ikatan kovalen ditunjukkan oleh dua garis patah-patah yang menghubungkan dengan setiap atom dengan tetangganya(Gambarl).

Pads temperatur yang rendah, kristal mempunyaistruktur yang ideal seperti pads Gambar I a clankristal akan berlaku sebagai isolator, karena tidak ads pembawa listrik yang tersedia. Tetapi pads temperatur kamar, beberapa ikatan kovalen akIn patah karena energi panas yang diberikan kepada kristal. Keadaan ini dilukiskan dalam Gambar 1b Energi yang diperlukan untuk mematahkan ikatan kovalen tersebut adalah sekitar 0,72 eV untuk germanium clan 1,leV untuk silikon pads temperaturkamar. [4J But& ~11\10000¯'~"" II..~. C,

A

..1",,1 c..

~:!

~

.

.-~

.

to. It

)

I ,. \. . \

\.

~.

£.

.a;.

Ie.

"\ ..-/' ""-",

\

t

l~L.J .)

Got ;"~.~_!...c.

_{, ""',~.-.}

6t .---(a) (b)

Gambar 1(a). Struktur kristal Ge dilukiskan dalam dua dimensi

(b). Kristal germanium dengan satu ikatan kovalen yang patah'

Gambar 2. Germaniumyang diberi ketidakmurnian boron.

Bila yang mengadakan ikatan itu adalah daTi golongan V atau golongan III daTi tIbet periodik seperti misalnya atom boron, yang mempunyai elekton valensi maka 3 elektron valensi daTiatom boron akIn berikatan dengan 3 dari atom germanium yang berdekatan. Empat elektron atom germanium yang berdekatan juga akan digunakan dalam proses pengikatan dengan atom boron, tetapi atom boron tersebut tidak akIn mempunyai 4 elektron untuk melengkapi proses pengikatan in!. Elektron akan lepas dalam proses pengikatan ini ditunjukkanoleh garis-saris pads Gambar 2. Sambungan P-N

Hubungan paN tidak hiss dibentuk hanya dengan menghubungkan semikonduktor tipe-P clan tipe-N begitu saja. Hubungan paN akan didapat hila sebagian dari substrat kristal diubah menjadi tipe-N dengan menambah donor clan bagian yang lain menjadi tipe-P dengan menambah akseptor. Dengan kIts lain harns mempunyai struktur kristal yang kontinyu. Donor clanakseptor tidak dapat berpindah bebas pads temperatur normal.

Proseding Seminar Nasiona/ Teknologi Akseleralor don

Aplikasinya

Vol. 2, No. J, Nopember 2000

117

--Va/orne 2. Nomor 1,1I°E.ember 2000

,"

Implantasi Ion

Implantasi ion adalah metode lU1tuk menempatkan atom ke dalam suatu bahan dengan cars pengionan atom, pemercepatan didalam medan listrik dan penembakan ke permukaan bahan. Dengan implantasi ion dapat dihasilkan bahan yang sifatnya baru tanpa mengubah struktur bahan yang diimplantasi. Teknik implantasi ion dapat dilakukan kontrol yang akurat terhadap dosis ion dopan dan jangkauan penetrasi ion dopan dalam bahan serta dapat diproduksi kembali dengan akurat untuk setiap kombinasi ion. [I]

Prinsip kerja implantasi ion adalah sebagai bcriklli. Slm1ber ion ditempatknn dalllll1 tabling alumina. Untuk menghasilkan ion diperlukan swnber days yang memberi aliran arus pads maIDen yang Icrbuat dari kawat tlU1gstenberbentllkspiral. Dengan memberikan tegangan pads katoda daDanode maka elektron akan mendapatkan energi sehingga mampu mengionisasi atom atau molekul uap bahan. Selanjutnya ion-ion yang dihasilkan akan didorong keluar dari ruang ionisasi oleh elektrode pendorong yang diberi tegangan positif. Kemudian berkas ion tersebut difokuskan dengan medan listrik yang dihasilkan oleh elektrode pemfokus yang selanjutnya akan dipercepat ke luar dari sistem melalui celah sumber ion daD kemudian ditangkap oleh sasaran yang berupa mangkok Faraday. Kemudian besamya keluaran arus ion dapat diukur dengan menghubungkan mangkok Faraday dengan amperemeter. Ada beberapa hal yang mempengaruhi basil dari implantasi ion, antara lain: energi, jenis ion dopan, dan kuat arus ion dopan serta jenis material target. [S]

Dosis Ion Dopan

Dosis ion dopan didefinisikan sebagai jumlah ion yang diimplantasikan kedalam bahan persatuan luas tingkap. Dosis ion dopan (Cs) dapat dihitung denganpetsamaan

Cs

=

j

ldt =.!.! ionlcm2

0

neA

dengan

1= arus ion dopan (ampere) t

=

waktu implantasi (detik) n

=

jumlah muatan ion

e

=

1,602 x 10019coulomb A

=

luas tingkap (cm2)

Penganilan ( Annealing)

lSSN 1411-13./9

anil diperlukan untuk membuat ion-ion yang diimplantasi memiliki aktivasi listrik. Proses aniI biasanya dilakukan dalam kurun waktu 10-30 menil. Pads dosis ion dopan yang menyebabkan lapisan semikonduktor menjadi amore, suhu anil yang relatif rendah (antara 500oC

-

600°C) cukup lU1luk mencapai aktivasi penuh. Hal ini terjadi karena ion-ion pads lapisan amorf akan mengalami rekristalisasi pada suhu tersebut. Perlakuan anil pads lapisan terimplantasi pads kebanyakan kasus sangat bergantung pads dosis implantasi. Dengan bertambahnya dosis maka akan diikuti dengan naiknya konsentrasi ion, dan suhu anil yang tinggi sering diperlukan untuk mencapai tingkat aktif Iistrik.[I]Menurut Reka Rio daD Iida,[2]suhu anil cukup buik untaru 600°C

-

1000llC, scc.1ungkan

menurut Sansbury[6]suhu yang biasanya dipakai lU1tukpenganilan biasanya bervariasi antal's 450°<::

-looooe dengan lama 15

-

30 meDiI.

Resistivitas

Resistivitas keping merupakan salah satu sifat kelistrikan yang akan diteliti. Pengukuran resistivitas yang sering digunakan adalah metode probe empat titik yang dikembangkan oleh Valdes, Smits, dan Severin, metode efek Hall oleh Van der Pauw, menggunakan struktur resistor, dan metode

breakdown oleh GardeI', Brownson, Frank daD

Schuman.[I]Probe empat titik terdiri dari empat balang logam yang terpisah sarna jaraknya ditekankan pads permukaan keping semikonduktor. Batang-batang tersebut disusun dalam bentuk Baris lurus. Pengukuran nilai resistivitas keping semikonduktor ini didasarkan pads konsentrasi ketidakmurnian yang dicangkokkan ke dalamnya yaitu konsentrasi ion-ion donor dan akseptor.(2]

Rumus untuk menghitung resistivitas menggunakan probe empat titik dengan faktor koreksi trek geometri adalah

PI

=

C x (VII) dengan

PI

=

resistivitas keping (ohm/cm2)

C

=

faktor koreksi geometri cuplikan

yang bergantung pads ketebalan lapisan (x), dimensi cuplikan daD jarak antarprobe,

V dan I = tegangan dan arus yang diukur

dengan metode probe empat titik.

Tegangan Dadal

Tegangan dadal adalah besamya tegangan balik (reserve bias) yang diberikan pads hublU1gan N-P dan pads saul itu terjadi arus maksimum (arus dadal). Bila diberikan tegangan melebihi besar tegangan dadal maka bahan tersebut akan rusak, oleh Proses anil adalah proses laku panas di mana

bahan mengalami pemanasan yang agak lama disusul dengan pendinginan perlahan-lahan.[3]Proses

EFEK IMPLANTASI BORON TERHA.DAPSIFAT ELEKTRlK BAHAN SEMIKONDUKTOR GERMANIUM TIPE-N

E/in Nura/ni,dklc.

Volome 2. Nomor 1, Nopember 2000 1SSN 1411-1349 karena itu tegangan yang dipakai tidak belch

melebihi tegangan dadalnya.

Alat clan Bahan Alat:

1. Mesin implanter ion 100keV/1 mA

2. Probe empat titik FPP-5000 buatan Veeeo

3. Pemanasyang beroperasi pads tegangan 220 V / 50-60 Hz dengan suhu yang dapat dicapai sampat 1500° C

4. Multimeter 5. Gerinda Bahan:

1. Keping germaniumtire N,

~=

1,5 em 2. Padatan boron nitrida

3. Pasta intan 4. Alkohol 90 % 5. Gas N2

6. Aluminiumserbuk

CARA KERJA

Pcnclitian dilakukan dalam bcbcrapa tahap, yaitu lahar persiapan substrat,' implantasi ion, penganilan, pengukuran resistivitas, coaffn~ clan pcncntuantegangan dada!.

Preparasi substrat

Keping germanium terlebih dahulu di gerinda sampat halus, kemudian di poles sampat mengkilat dengan menggunakan pasta intan. Selanjutnya dibersihkan dengan alkohol 90 % untuk menghilangkan kotoran yang menempel pacta permukaanbahan.

Implantasi ion

Substrat yang sudah bersih selanjutnya diperlakukan proses implantasi. Adapun earanya adalah sebagai berikut: Cuplikan dipasang pacta cawan Faraday.

...

.

Sistem implantor ion dihampakan. ... GeneratorAC 220 volt dihidupkao. ... Filamen pemanas dihidupkan

menguapkan sumber ion padat.

... Tegangan anode, magnet kumparan, tegangan celah clan tegangan pendorong dihidupkan.

... Generator akselerator tegangan tinggi

dihidupkan.

... Besarnya tegangan akselerator diatur sesuai dengan energi ion yang diinginkan.

... Kemudian dilakukan implantasi untUkberbagai variasi waktU clan energi.

untUk

Penganilan

Substrat yang telah dimplantasi diproses anil pacta sOOu450°C selama 30 menit dengan tujuan untUkmengembalikan kerosakan yang terjadi akibat implantasi.

Pengukuran resistivitas

Pengukuran resistivitas dilakukan pacta keping germanium sebelum clan sesudah diimplantasi clanjuga setelah dianil.

Pelapisan (coating)

Bahan yang sudah dianil dan diukur resistivitasnya diberi kontak ohmik. Kontak ohmik diperlukan untuk menempelkan suatU penghubung dengan sernikonduktor. Setiap euplikan diberi lapisan aluminium dengan cars karburasi pacta permukaan aktlfnya untuk mendapatkan kontak listrik pada permukaan bahan.

Pengukuran tegangan dadal

Tegangan dadal diukur setelah substrat diberi kontak ohmik. Tegangan dadal ini didapatkan dengan memberi vnriasi tegangan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pacta penelitian ini dilakukan pengukuran nilai resistivitas bahan sebelum diimplantasi, sesudah diimplantasi clan setelah dianil Pengukuran resistivitas bahan dengan menggunakanprobe empat titik untuk berbagai kondisi disajikan pactaTabel I, 2dan3

Pacta Tabel 1, 2 clan 3 terlihat bahwa penurunan resistivitas bahan pactaenergi 60 keY clan 90 keY tidak selalu meningkat seiring dengan bertambahnya dosis. Tetapi pads energi 90 keY prosentase penurunan resistivitas bahan cenderung lebih besar jika dibandingkandengan energi 60 keY. Hal tersebut disebabkan karena untUk dosis yang sarna pacta energl yang berbeda ion-ion yang mempunyai energi lebih besar akan masuk ke dalam bahan lebih dalam daripada ion-ion yang berenergi rendah, sehlngga kerosakan akibat dosis yang besar dengan energi yang besar akan semakin parah. 10n-ion yang mempunyai energi yang besar akan menimbulkanroans yang leblh besar di dalnm bnhan sehingga akan mengakibatkan nila resistivitas bahan yang lebih keeil dart pada yang dihasilkan ion yang berenergi rendah. Selain itu karena massa germanium lebih besar dart pads massa boron, maka dengan energi yang keeil ion-ion boron yang diimplantasikan tidak dapat masuk ke dalam germanium, tetapi akan terpental sehingga ketidakmumian yang masuk ke dalam germanium menjadi lebih sedikit.

Proseding Seminar Nasional Teknologi Akselerafo/' dall Aplikasfnya

Vol. 2, No.1, Nopember 2000

Y%rne 2. Nornor I. N°l?ernber 2000 ISSN 14]]-1349 Tabell Hasil pengukurannUairesistivitasbahan (0hm/em2) pactaenergi 60 keY.

Tabel2: Hasil pengukurannilai resistivitas bahan (0hm/em2)pactaenergi 90 keY.

Tabel3. Penurunan nilai resistivitas baban (oI1ln/cm2) sebelum diimplantasi dan setelah dianil.

Adanya nilai resistivitas bahan setelah dianil yang lebih besar daripada nilai resistivitas bahan sebelum diimplantasi, kemungkinan euplikan tersebut sudah mengalami eaeat bawaan atau caeat komplek seperti dislokasi sehingga dengan penambahan ketidakmurnian maka penumpukan atom-atom akan bertambah. Atom-atom target yang didesak oleh ion-ion dopan akan mendesak

atom-atom tetangganya, sehingga akan menyebabkan

..

.

.

kerusakan pads struktur atom-atom target. Pacta

I

.

Setelah proses Im~lantasl Ion, selanjutn6'.a d

.

1342 . 1016 t..'n/ 2 _d .

90 k V dllakukan proses pengamlan pacta suhu 450 C

OSIS, )( OIU em an energl e

EFEK IMPLANTASI BORON TEIUlADAP SIFA1' ELEKTlUK BAHAN 120

SEMIKONDUKI'OR GERMANIUM TIPE-N

ElinHurDini. dkk.

terjadi penurunan resistivitas bahan terbesar 50,82 %. Hal ini dikarenakan dengan naiknya dosis make konsentrasi boron yang masuk ke dalam germanium menjadi lebih besar sehingga pembawa muatan yang berdifusi akan semakin banyak. Hal tersebut akan menyebabkan pita valensi akan turun dun pita konduksi akan naik sehingga resistivitas bahan akan semakin kecil.

Dosis ion Resistivitas bahan Resistivitas bahan Resistivitas bahan

(xlOI6 ion/cm2) sebelum setelah setelah dianil

No. _{diimplantasi Tip} diimplantasi Tipe (ohmlcm2) Tipe

(ohmlcm2) e (ohmlcm2) I 0,149 97,28:1:0,08 N 77 ,92:1:0,1 NP 97,4:1:0,07 NP 2 0,447 102:1:0,13 N 97,5:1:0,08 NP 82,42:1:0,04 NP 3 0,895 78,2:1:0,06 N 59,96:1:0,07 NP 39,4:tO,07 P 4 1,342 70,62:1:0,01 N 76,62:1:0,06 NP 77,24:1:0,1 NP 5 2,236 120,92:1:0,05 N 82,48:1:0,09 NP 67,12:1:0,08 NP

Dosis ion Resistivitas Resistivitas Resistivitas bahan

No. (xl016 bahan sebelum _Tipe bahan setelah _Tipe setelah dianil Tipe

ionlcm2) diimplan diimplantasi (ohm/em)

tasi (ohm/em) (ohm/em)

1 0,149 148,08:1:0,15 N 88,98:1:0,15 NP 86,71:1:0,1 P

2 0,447 127,5:1:0,02 N 82,68:1:0,1 NP _77,9:1:0,08 NP

3 0,895 149,34:1:0,02 N 98,7:1:0,09 NP 94,22:1:0,02 NP

4 _{1,342 133,46:1:0,06} N _91,7:1:0,05 NP _66,30:1:0,03 NP

5 2,236 87,24:1:0,08 N 77 ,88:1:0,07 NP 77,82:1:0,08 NP

Energi Dosis ion Resistivitas bahan Resistivitas bahan Prosentase % penurunan No. (keV) (xl016 ionlcm2) sebelum diimplantasi setelah dianil resistivitas bahan

(0hm/em2) (0hm/em2) I 60 0,149 97,28:1:0,08 97,4:1:0,07 3,36 2 60 _{0,447 102:1:0,13 82,42:1:0,04} 14 3 60 0,895 78,2:1:0,06 39,4:1:0,07 49,6 4 60 1,342 70,62:1:0,0I 77,24:1:0,1 9,3 5 60 2,236 120,92:1:0,05 67,12:1:0,08 44,69 6 90 0,149 148,08:1:0,15 86,71:1:0,1 41,46 7 90 0,447 127,5:1:0,02 77,9:1:0,08 38,9 8 90 0,895 149,34:1:0,02 94,22:1:0,02 36,9 9 90 1,342 133,46:1:0,06 66,30:1:0,03 50,82 10 90 _{2,236 87,24:1:0,08 77 ,82:1:0,08 1,9}

Volome 2, Nomor I, Nopember 2000 ISSN /411-1349 selama 30 menit, karena menurut teori bahwa

rekristalisasi akan terjadi pacta 0,3 san:p,ai0,6 titik leleh (titik leleh dari germanium 960 C). Proses anil tersebut bertujuan agar SUSlUlantruktUr kristal pacta Germanium yang sudah rusak akibat proses implantasi terbentuk kembali, sehingga akan memplUlyaisifat yang lebih bagus.

Dalam penelitian ini tidak dilakukan variasi suhu anil lUltuk melihat pengaruhnya terhadap penunman resistivitas bahan semlkonduktor, walauplUl pacta Tabel 3 dapat dilihat adanya perbedaan nilai resistivitas bahan sebelum diimplantasi dengan yang sudah dianil. Penunman yang tajam dapat dilihat pacta dosis 0,895 x 1016 ohmlcm2clan2,236 x 1016ohmlcm2pactaenergi 60 keY Berta dosis 1,342 x 1016ohmlcm2pacta energi 90 keY. Hal ini dapat dijelaskan bahwa pacta suhu 450°C tersebut ion-Ion sudah mengalaml aktivasi listrik. Pads dosis 1,342 x 1016 ohmlcm2 dan energi 60 keY terjadi kenaikan nilai resistivitas bahan sebesar 9,3 %. Hal tersebut mlUlgkinkarena pacta awalnya cuplikan tersebut sudah mengalami kerusakan stall juga karena adanya cacat kristal seperti dislokasi yang menghambat aktivasi listrik. PactaTabel 1 clan 2 dap~t dilihat adanya perubahan tipe semikonduktor clannilai resistivitas bahan. Hal tersebut menlUljukkanbahwa sudah terjadi proses implantasi. Hasil dart implantasi boron terhadap germanium diharapkan aksu terbentuk sambungan P-N, karena germanium yang diglUlakanadalah tipe N clandidoping dengan boron tipe P.

Terjadinya samblUlgan P-N ini dapat dijelaskan sebagai berikut germanium yang bertipe N pacta gnat didoping dengan boron bertipe P aksu mengalami rekombinasi antar ion. Karena lubang

(hole) pacta boron lebih tinggi konsentrasinya

daripada lubang (hole) pacta germanium, maka lubang (hole) itu aksu berdifusi dart boron ke germanium, begitu juga dengan elektron-elektron yang actapacta germanium akan berdifusi ke boron. Scbuah akseptor aksu diionisasikan negatlf dalam boron yang bertipe P sehingga membentuk muatan roang negatif clanpads germanium aksu membentl.lk dacrah muatan ruang positlf sehingga menyebabkan aliran lubang (hole) dari boron ke germanium clan aliran elektron dari germanium ke boron. Aliran ini aksu terhenti setelah terdapat keseimbangan antara keduanya. Dengan jumlah ion yang bertanlbah, makin banyak pula elektron bebas clanlubang (hole) yang menghilangdi sekitar samblUlgan.

Adanya basil yang kurang diinginkan, yaitu mlUlculnya semikonduktor yang bertipe P disebabkan pacta gnat proses implantasi tingkat kevakumannya kurang stall juga karena kotak sasarannya kurang bersih dalam artian masih acta sign-sign ion yang menempel pacta implantasi sebelumnya, sehingga pads gnat implantasi berlangslUlg ion-ion yang menempel pads kotak sasaran akan lepas clan menempel pacta cuplikan. Selain itu, dosls dan energi Ion dopan.juga aksu mempengaruhi pembentukan samblUlgan P-N. Apabila dosis clan energi terlampaui besar, maka ketidakmumian yang ditambahkan pacta cuplikan aksu lebih masuk terlalu jauh ke dalam bahan. Akibatnya semikonduktor tersebut lebih banyak didominasi oleh ion-ion dari boron yang bertipe P, sedangkan ion-ion germanium akan terdesak. Hal ini akan menyebabkan semikonduktor tersebut cendenmg bertipe P. KalauplUlterjadi samblUlgan P-N, maka hasilnyaplUlkurang bagus, begitu juga sebaliknya. Jadi diperlukan dosis dan energi yang tepat dalam pembentukan samblUlgan P-N yang balk. Dari 10 cuplikan yang acta tegangan dadal terbesar terjadi pacta energi 90 keY dosis 1,342 x 1016ohmlcm2yaitu -8 volt (lihat Tabel 4). Tegangan dadal yang besar tersebut disebabkan karena pacta: implantas! dengan energi 90 keY clandosis 1,342 x 1016 ohmlcm2 akan mengakibatkan terjadinya samblUlganP-N yang memplUlyairesistivitas bahan kecil clan beda potensial antar samblUlgan yang besar. Hal itu dapat dijelaskan sebagai berikut. Bila suatu elektron memasuki daerah P, elektron ini akan menjadi pembawa minoritas. Dengan dikelilingi oleh lubang (hole) yang berjumlah besar, pembawa minoritas tersebut akan masuk dalam lubang (hole) yang berada disekitamya. Apabila hat ini terjadi maka elektron bebas tersebut akan menjadi elektron valensi. Dengan adanya penyebaran elektron-elektron yang melalui persamblUlgan clan proses rekombinasi maka akan dihasilkan ion-ion positif dart negatif. Dengan jumlah ion yang bertambah, makin banyak pula elektron bebas dart hole yang menghilang disekitar persamblUlgan. lni akan menyebabkan pengosongan, pacta persambungan akan tcrjadi bcda potensial yang disebabkan olch kehadiran ion-ion positif clan negatif yang akhimya heclapotensial hecla potensial ini cukup besar lUltuk menghalangi proses penyeberangan difusi daTi elektron-elektron bebas. Beda potensial yang besar ini akan mempengaruhibesamya tegangan dads!.

,-Proseding Seminar Nasional Teknologi Akseleralor don Aplikasinya

Vol. 2. No. I. Nopember 2000

V%me 2. Nomor 1, N°2.ember 2000

Tabel 4. Nilai tegangan dadal untuk berbagai variasi dosis dan energi ion

KESIMPULAN

1. Dengan semakin besar dosis dan energi ion dopan maka nilai resistivitas bahan yang dihasilkan akan semakin rendah. Pactapenelitian ini dosis yang baik adalah 1,342 x 1016ionlcm2

pactaenergi 90 keY. .

2. Adanya kecenderungan dengan bertambahnya dosis dan energi ion dopan maka akan dihasilkan tegangan dadal yang rendah.

Tegangandadal terendahpactadosis2.236x 1016ionlcm2pactaenergi 90 keY yaitu sebesar-3.5 volt.

DAFfAR PUSTAKA

1. RYSSEL AND RUGE, INGOLF., "Ion Implantation",John Wiles & Sons, London, 1986.

2, REKA RIO dan LIDA,M,"Fisika Dan Teknologi Semikonduktor", Pradnya Paranita,Jakarta,1982

3. LAURENCE H VAN VALACK, "Ihou Dan Teknologi Bahan ", Erlangga, Jakarta, 1992 4. MALVINO, "Prinsip-Prinsip Elektronika",

Erlangga, Jakarta,1985.

ISSN 141/-1349

5. AMIR SUPRIYANTO dan SUDJATMOKO, "Pengaruh Arus Ion Dopan Pacta Implantasi Terhadap sifat Kelistrikan Semikonduktor", Prosiding PPI PPNY BATAN, Yogyakarta, 25-27 April 1995.

6. SANSBURY,]., "Ion Implantation and Its Contribution to Device and Integrated Circuit Technology", Varian SpA, Italy, 1978.

TANYAJAWAB M, ToiCur

* Apa yang mendasari dipilih germanium lipe N, apa nilai tambahnyadipilih tipe ini.

* Pactahasil didapatkanadanya kecenderungan

bcsat' dash; dun bcsar encrgi ion, maka 'nilai resistivitas akan semakin rendah, mengapaJ mekanismenyabagaimana.

EIiDNuraini

* Dipilih germanium fiFe N karena bahan

tersebut te/ah ada.

* Dosis don energi ion besar menyebabkan nilai

resistivilas rendah. Ha/ ini karena dengan

naiknya dosis konsen/rasi boron yang masuk ke

do/am germanium menjadi /ebih besar

sehingga pembawa muatan yang berdifusi

makin banyak don menyebabkan pila va/ensi turun don pila konduksi naik,

Sri SuIamdari

* Unit akselerator implantasi ion dengan magnet pembelok atau tidak.

.

Mengapa memakai tenaga 90 keY dan 60 keV, EIiDNuraiDi

. Tidak memak(llmagnet pemhe/ok

.

Menuru/ literatur yang sera baca un/uk Ge

dosi.)'yang dlgunakan 101 ion/em', untllk 1//1 agar dipero/eh dos/s /ersebll/ perlll dlvClrlCl,lj wak/u imp/antasi( 5 - 75 menil) don arus ion dibuatte/ap 10 pA (da/a yang dipakai do/am

peneli/ian). Energi 60 dan 90 ke V dlpakClj

karena dengan program TRIM energi yanx optimum dieapaipada /enaga tersebu/.

EFEK IMPLANTASI BORON TE1UfADAP SIFAT ELEKTlUK BAHAN SEMIKONDUKTOR GERMANIUM TIPE-N

EUn Nurainf, dkk.

122 No. Energi Dosis ion Tegangan

(keV) (xl016ionlcm2) dadal (Volt)

1 60 0,149 -4,5 2 60 0,447 -3,5 3 60 0,895 -4 60 1,342 -5,5 5 60 2,236 -6 6 90 0,149

-7

90 _0,447 -4 8 90 0,895 -5 9 90 1,342 -8 10 90 2,236 -3,5