BAB II TINJAUAN PUSTAKA

4 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Material Semikonduktor.

Semikonduktor termasuk dari material yang memiliki sifat konduktivitasnya berada diantara material konduktor maupun isolator. Material semikonduktor memiliki nilai konduktivitas sebesar 𝟏𝟎^−𝟔 sampai 𝟏𝟎^−𝟒 𝜴^−𝟏. Karakteristik dari semikonduktor memiliki struktur pita energi yang dibanding dengan isolator, akan tetapi energi gap isolator lebih besar dari semikonduktor [10]. Hal inilah yang menyebabkan karakteristik dari perbedaan dengan material isolator. Sifat listrik dari sebuah material bergantung pada struktur pita energi dan perilaku elektron dalam menempati pita energi tersebut. Pita energi pada material terdapat beberapa bagian seperti berikut:

1. Pita Valensi

Pita valensi terbentuk karena adanya ikatan atom atom yang saling mengikat pada kristal. Pada pita valensi elektron akan melepaskan ikatannya dari atom jika mendapatkan energi.

2. Pita Konduksi

Pita konduksi merupakan tempat dari elektron elektron bergerak bebas. Pada pita konduksi ini gaya tarik inti tidak terlalu diperhatikan lagi yang mengakibatkan elektron dapat bebas menghantarkan listrik.

3. Energi fermi

Batas energi maksimal yang ditempati elektron pada keadaan dasar.

4. Energi gap

Energi gap adalah energi yang dibutuhkan elektron untuk bisa memecahkan ikatan kovalen sehingga, dapat terjadinya perpindahan dari pita valensi ke pita konduksi.

.

5

Gambar 2.1. Pita energi pada material isolator, semikonduktor, dan konduktor.

Lebar atau sempitnya jarak antara pita konduksi dengan pita valensi pada material berpengaruh pada pergerakan elektron. Pada material isolator digambarkan pada Gambar 2.1. jarak antara pita konduksi dengan pita valensi yang lebar yang menjelaskan elektron sangat sulit untuk mencapai pita konduksi. Pada semikonduktor jarak antara pita konduksi dengan pita valensi yang lebih sempit dibanding dengan isolator hal ini dapat memudahkan perpindahan dari elektron. Pada konduktor pita valensi dan konduksi saling tumpang tindih yang menyebabkan perpindahan elektron menjadi sangat mudah. Kombinasi dari penggabungan dua jenis material semikonduktor tipe-n dan tipe-p akan menyebabkan terbentuknya persimpangan p-n [11].

2.2. Persimpangan P-N ( P-N Junction)

Dalam material semikonduktor dikenal dengan konsep material tipe-p dan tipe-n.

Material tipe-p adalah tipe semikonduktor yang dimana muatan listriknya positif dikarenakan jumlah elektronnya sedikit. Saat mendapat tegangan elektron mengisi sisi hole kemudian hole tersebut secara terus menerus bergerak menurun.

Pita Konduksi

Pita Valensi

Semikonduktor

Pita Konduksi Pita Valensi Pita Valensi

Pita Konduksi

Isolator Konduktor

Energi Fermi Energi

Gap

Energi Gap

6

Arus listriknya mengalir melalui hole yang ada di dalam semikonduktor tipe ini. Tipe- n adalah tipe semikonduktor yang muatan listriknya negatif dikarenakan jumlah elektronnya yang lebih dominan [12]. Agar suatu bahan bisa mempunyai perilaku yang berbeda dan khas, kedua tipe bahan tersebut dapat digabungkan menjadi satu bentuk bahan semikonduktor baru sehingga menciptakan p-n junction. Persambuang p-n adalah batas pertemuan antara kedua bahan semikonduktor tipe-p dan tipe-n yang ada didalam sebuah kristal semikonduktor. Saat kedua jenis bahan tersebut digabungkan, maka akan terbentuk satu komponen dengan muatan yang berbeda pada masing masing sisi. Ilustrasi terjadinya persimpangan p-n terdapat pada Gambar 2.2. [8].

Pada salah satu wilayah mempunyai kelebihan elektron (bermuatan negatif) sementara yang satunya lagi kelebihan hole (muatan positif). Persambungan p-n terbentuk dikarenakan elektron bebas pada semikonduktor tipe n mengisi hole (muatan positif) pada semikonduktor tipe-p. Area pertemuan ini disebut dengan depletion region (area penipisan). Ketika persimpangan p-n terbentuk terdapat beberapa elektron bebas dari area tipe-n yang berhasil mencapai pita konduksi bebas akan menyebar dan mengisi hole pada area tipe-p [12].

Pada keadaan tidak adanya arus eksternal proses difusi pada semikonduktor tidak dapat berlanjut. Pada elektron yang berdifusi dari wilayah tipe-n yang menyebabkan atom donor bermuatan positif tetap berada pada wilayah tipe-n demikian pada lubang yang berdifusi dari daerah tipe-p atom bertemu dengan akseptor yang bermuatan negatif.

Type-n Type-p

+ -

𝑁_𝑑 (Donor) 𝑁𝑎 (Acceptor)

Gambar 2.2. Ilustrasi persambungan p-n.

7

Muatan positif ataupun negatif pada daerah tipe-n dan tipe-p menginduksi medan listrik di dekat persimpangan dalam arah dari positif ke negatif. Kemudian sebuah ruang pengisian muatan terbangun yang menciptakan daerah penipisan yang kemudian menghambat perpindahan elektron lanjut kecuali, dibantu dengan meletakkan bias maju di persimpangan. Pada kondisi tidak diberikannya tegangan (zero bias) maka, dipersimpangan dalam kondisi keseimbangan termal yang menyebabkan energi fermi konstan di seluruh sistem. Pemberian bias lurus (forward bias) ketika tegangan bias maju di terapkan pada persambungan pn arus akan diinduksi pada perangkat.

Pemberian bias terbalik (reverse bias) tidak akan memicu pergerakan elektron di dalam semikonduktor sehingga membuat komponen semikonduktor hanya bisa dialiri arus satu arah saja. Skema dari keadaan zero bias, forward bias, reverse biar dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Energi pita konduksi dan pita valensi berbentuk melengkung saat melewati wilayah muatan ruang (charge region). Karena posisi relatif dari pita konduksi dan valensi sehubungan dengan perubahan energi fermi antar daerah p-n [12]. Elektron di pita konduksi wilayah tipe -n merespon penghalang potensial masuk mencoba untuk pindah ke pita konduksi wilayah tipe-p. Penghalang potensial ini disebut sebagai penghalang

P n P n

P n

W

E

-

+

𝑽_𝑹

W

E

(a). (b).

W

(c).

Gambar 2.3. Keadaan pn junction (a). Zero bias, (b). Reverse bias, dan (c). Forward bias.

8

potensial bawaan dan dilambangkan dengan 𝑉_𝑏𝑖. Penghalang bawaan potensial mempertahankan keseimbangan antara elektron pembawa mayoritas di daerah tipe-n dan elektron pembawa minoritas di daerah tipe-p demikian dengan mayoritas lubang pembawa di wilayah tipe-p dan lubang pembawa minoritas di wilayah tipe-n. Beda potensial di persimpangan ini tidak dapat diukur dengan voltmeter karena penghalang potensial baru akan terbentuk antara probe dan semikonduktor. Persamaan penghalang potensial bawaan untuk persimpangan dapat dirumuskan dengan persamaan 2.1 berikut [12].

𝑉_𝑏𝑖 = 𝐾𝑇

𝑒 ln (𝑁_𝑎𝑁_𝑑

𝑛_𝑖² ) = 𝑉_𝑡𝑙𝑛 (𝑁_𝑎𝑁_𝑑

𝑛_𝑖² ) , (2.1).

dengan 𝑉_𝑏𝑖 merupakan tegangan penghalang potensial sedangkan 𝑉_𝑡 adalah tegangan termal, 𝑛_𝑖 adalah pembawa intrinsik, 𝑛_𝑎 adalah pembawa donor, 𝑛_𝑑 adalah konsentrasi pengotor. Energi pita konduksi melalui persambungan p-n dalam keseimbangan panas di wilayah tipe-n mengandung lebih banyak elektron di pita konduksi daripada di wilayah tipe-p. Penghalang potensial bawaan mencegah elektron mengalir ke wilayah tipe-p dengan kata lain penghalang potensial bawaan ini dapat mempertahankan keseimbangan distribusi antara pembawa di kedua sisi persimpangan.

Pada kesetimbangan termal elektron pembawa mayoritas di wilayah tipe-p dapat dirumuskan pada persamaan 2.2.

𝑛_𝑝𝑜 = 𝑛_𝑖²

𝑛_𝑎. (2.2).

Untuk konsentrasi pada kesetimbangan termal elektron pembawa minoritas dapat dirumuskan pada persamaan 2.3.

𝑛_𝑝𝑜 = 𝑛_𝑛𝑜 𝑒𝑥𝑝 (^{−𝑒𝑉𝑏𝑖}

𝐾𝑇 ). (2.3).

Dari persamaan ini menghubungkan konsentrasi elektron pembawa minoritas di wilayah persimpangan ke konsentrasi elektron pembawa mayoritas di wilayah persimpangan n pada kondisi kesetimbangan termal [13].

9 2.3. Material ZnO & CuO.

2.3.1.Material Cupric Oxide (CuO).

Cupric oxide (CuO) sebagai semikonduktor tipe-p dengan celah pita sempit sebesar 1,2 hingga 1,6 eV. Struktur Kristal pada CuO adalah monoklinik dengan parameter kisinya a = 4,684 Å, b = 3,425 Å, c = 5,129 Å, α = 90°, β = 99,54°, γ = 90 ° yang dapat dilihat pada Gambar 2.4. [14]. Secara umum tembaga memiliki dua tipe utama oksida yaitu Cupric oxide (CuO) dan Cuprous oxide (𝑪𝒖_𝟐𝑶) kedua oksida ini adalah semikonduktor tipe p tetapi memiliki sifat fisik yang berbeda seperti warna, struktur kristal, celah pita, sifat kimia dan elektroniknya [14]. Dari beberapa perbedaan itu dapat daplikasikan pada berbagai bidang teknologi dan sains seperti baterai lithium, bahan dasar dielektrik microwave, fotodetektor, dan sensor gas [15].

Teknik penumbuhan penting untuk memperhatikan beberapa kondisi pertumbuhan yang dimana dapat menghasilkan fasa oksida campuran. Film tipis Cu yang memiliki fasa tunggal oksida dapat diaplikasikan dengan baik pada perangkat fotovoltaik dan aplikasi sensornya [16]. Dalam penumbuhan lapisan tipis CuO kali ini menggunakan prekursor copper chloride dihydrate dengan larutan aquadest. Adapun proses kimia yang terjadi saat proses penumbuhan lapisan tipis dapat dilihat pada persamaan kimia.

Pada pemberian panas sebesar 400 ℃ terdapat senyawa yang sebelum mencapai substrat, senyawa tersebut sudah mencapai titik didihnya yang mengakibatkan, senyawa tersebut menguap sebelum mencapai substrat.

Gambar 2.4. Struktur kristal CuO.

Cu

Cu Cu Cu Cu Cu

O O

O

O O O

10 2.3.2. Material Zinc Oxide (ZnO).

Zinc Oxide (ZnO) adalah II – VI semikonduktor tipe-n senyawa dengan celah pita langsung lebar 3,37 eV. Film tipis ZnO mempunyai struktur heksagonal dengan tipe kristal wurtzite, parameter kisi pada sumbu a = 3,2495Å dan sumbu c = 5,2069 Å, bentuk dari struktur kristal ZnO dapat dilihat pada Gambar 2.5.. Sifat unik lain dari ZnO adalah anisotropi dalam struktur kristal dan struktur cacat non-stoichiometric [17].

Film tipis ZnO merupakan material yang menarik untuk dikembangkan karena sifat fisis transparan yang tinggi pada daerah spektrum visible dan near ultraviolet, rentang konduktivitas yang lebar dan konduktivitas dapat mengalami perubahan di bawah kondisi fotoreduksi dan oksidasi [18].

ZnO terdiri dari cacat titik asli seperti oxygen vacancy (𝑉_𝑜) dan Zinc interstitial (𝑍_𝑖) yang membuat ZnO secara alami bertipe n. Karena kondisi kecacatannya ini ZnO tidak hanya dapat memancarkan foton di wilayah cahaya ultraviolet tetapi juga di wilayah cahaya tampak [19]. Sifat ZnO yang memiliki energi band gap yang mirip dengan 𝑇𝑖𝑂₂ dan memiliki mobilitas elektron yang tinggi dibanding dengan material 𝑇𝑖𝑂₂ [20].

Gambar 2.5. Struktur kristal ZnO.

11 2.4. Detektor Cahaya

Detektor cahaya merupakan detektor yang dapat mengukur intensitas radiasi insiden, dengan mengukur perubahan sinyal listrik pada penyerapan foton yang datang . Performa yang ideal dari detektor diantanya memiliki rasio signal-to-noise yang tinggi, kecepatan respons yang tinggi, dan konsumsi energi yang lebih sedikit dari sumber daya listrik, detektor cahaya yang banyak digunakan saat ini memiliki selektivitas rendah (200-1100 nm) dan membutuhkan tegangan yang tinggi [22].

Detektor cahaya dapat diaplikasikan pada berbagai bidang seperti bidang medis biasanya dimanfaatkan untuk sterilisasi air, militer untuk deteksi rudal, biologi untuk penelitian lingkungan, astronomi untuk mengamati ketebalan dari lapisan ozon yang menghalangi radiasi UV matahari yang berbahaya bagi kehidupan manusia [23].

Detektor cahaya yang berbasis semikonduktor terdapat insiden dari foton yang mengeksitasi elektron dari valensi ke pita konduksi sehingga membentuk pasangan elektron (𝒆⁻ ) dan lubang (𝒉⁺) [24]. Pasangan dari elektron dan lubang dapat dipisahkan oleh medan listrik yang dibentuk oleh sambungan p-n dan penghalang Schottky. Semikonduktor yang sedang banyak diteliti salah satunya adalah ZnO.

Detektor berbasis ZnO dapat dibuat dalam berbagai konfigurasi perangkat yang berbeda. Struktur perangkat yang berbeda adalah fotokonduktor, logam semikonduktor logam, foto dioda Schotkky, fotodioda sambungan p-n.

2.4.1 Mekanisme deteksi cahaya semikonduktor berbasis ZnO.

Ketika material semikonduktor dalam keadaan ruang dan tidak terkena cahaya maka oksigen dari atmosfer akan teradsorbsi pada permukaan. Oksigen yang teradsorbsi pada permukaan kemudian mengikat elektron bebas, adapun skema dari proses adsorbsi oksigen pada permukaan dapat dilihat pada Gambar 2.6.. Hal ini yang menciptakan daerah penipisan di sekitar permukaan. Adapun reaksi kimia dari pengikatan oksigen pada permukaan lapisan tipis ditunjukkan pada persamaan berikut:

𝑂₂ + 𝑒⁻ → 𝑂⁻ (𝑎𝑑), (2.4)

𝑂₂ + 2𝑒⁻ → 𝑂₂²⁻ (𝑎𝑑). (2.5)

12

Elektron bebas yang difotogenerasi oleh cahaya dapat meningkatkan konsentrasi pembawa di dalam struktur material. Oleh karena itu, konsentrasi pembawa didalam struktur lebih tinggi dibanding dengan konsentrasi pembawa di lapisan. Perbedaan konsentrasi ini yang menyebabkan pembawa berdifusi. Pada kondisi ini akan meningkatkan arus dan kenaikan arus berbanding lurus dengan intensitas sinar cahaya yang datang [25].

2.5. Metode Spray Pyrolysis

Spray pyrolysis pertama kali dikenalkan pada tahun 1980-an sebagai metode untuk mensintesis bahan yang berbentuk bubuk dan lapisan tipis dari larutan dengan hasil material yang homogen dan berstruktur nano. Dalam pengembangannya metode spray pyrolysis dapat digunakan untuk menghasilkan lapisan tipis semikonduktor, bubuk superkonduktor, dan bahan elektroda. Proses dari spray pyrolysis dalam sintesis material dengan mengatomisasi dari larutan prekursor menjadi tetesan aerosol oleh nebulizer kemudian mengalami rangkaian reaksi kimia seperti penguapan pelarut, pengeringan dan dekomposisi [26]. Dalam proses atomisasi terdapat tiga jenis yaitu:

ultrasonic, pneumatic, dan elektrostatik. Dalam penelitian kali ini proses atomisasi pada metode spray pyrolysis dengan menggunakan ultrasonic. Metode ultrasonic

ITO ZnO

Ag Ag O2- O₂^-

Vo Vo

O₂^-

ZnO

ITO

Ag Ag

e^- h⁺

Gambar 2.6. Skema mekanisme adsorbsi oksigen lapisan tipis pada (a). kondisi gelap dan (b). terang [20].

(a). (b).

13

spray pyrolysis merupakan metode pembentukan tetesan yang diinduksi oleh gelombang ultrasonic [27]. Beberapa sifat yang menarik dari metode ini diantaranya penggunaannya yang sederhana, efektivitas biaya, deposisi yang merata, kemampuan untuk menyimpan di daerah permukaan yang luas dan ukuran dari tetesan yang diperoleh rata rata kurang dari 20 µm [28]. Ukuran tetesan dari aerosol yang dapat menentukan kualitas film yang diperoleh biasanya bergantung pada metode atomisasi.

Ada tiga metode atomisasi utama yaitu elektrostatis, air blast dan ultrasonic.

Penumbuhan lapisan tipis menggunakan metode ultrasonic spray pyrolysis dilakukan dengan menyemprotkan larutan awal di atas substrat panas. Tetesan yang disemprotkan mengenai permukaan substrat dan akan terbentuk lapisan tipis. Skema dari proses penumbuhan lapisan tipis menggunakan metode spray pyrolysis dapat dilihat pada Gambar 2.7.. Keuntungan dari metode ultrasonic spray pyrolysis ini adalah kemampuannya dalam mensintesis partikel yang diinginkan secara tepat bergantung pada prekursor yang digunakan, temperatur, jarak dari penyemprotan ke substrat, dan ada proses penguapan pada tetesan yang akan disintesis sebelum mencapai substrat [29]. Penggunaan metode spray pyrolysis dalam mendeposisikan lapisan tipis telah dilakukan untuk mendeposisikan ZnO yang didoping dengan Cu menggunakan spray pyrolysis didapatkan hasil lapisan tipis ZnO dalam kurun waktu pendeposisian sekitar 30 detik dan ZnO dapat mengkristal dengan baik pada bidang (100) dan (101) dan kristal sangan berorientasi pada bidang (002). Dan lapisan tipis menunjukkan sensitivitas UV yang baik pada beberapa parameter konsentrasi dopingnya [30].

14 2.6. X-Ray Diffraction (XRD).

X-Ray Diffraction (XRD) telah banyak digunakan untuk pengujian dari lapisan tipis penggunaannya yang efektif pada pengujian fase kristal, struktur kristal, dan derajat kekristalan dari lapisan tipis. Metode analisis pada karakterisasi ini memanfaatkan interaksi antara sinar-X dengan atom yang tersusun dalam sebuah sistem kristal. Karakterisasi dengan XRD menggunakan instumen uji yaitu difraktogram. Adapun skema dari alat uji difraktogram teradapat pada Gambar 2.8.. Informasi yang didapat dari karakterisasi ini dapat berupa struktur kristal, fase, orientasi kristal, kristalinitas, regangan, dan cacat kristal. Prinsip analisis dari XRD dilandaskan pada atom atom yang terdapat disetiap struktur bahan yang didifraksikan pada panjang gelombang tertentu pada sudut sudut (2θ).

375 0

℃ 𝑅𝑃𝑀

Gambar 2.7. Skema proses deposisi lapisan tipis menggunakan spray pyrolysis.

15

Tiap pola yang muncul pada pola XRD dapat menggambarkan satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu [26]. Dalam suatu kristal terdapat pola tertentu pada susunan atomnya. Ketika bidang kristal ditembakan sinar-X maka sinar akan dipantulkan atau difraksi. Fenomena difraksi terdapat sinar yang saling menguatkan dan melemahkan atau difraksi konstruktif, dan difraksi destruktif. Hukum Bragg yang dirumuskan pada persamaan berikut ini,

dengan 𝜆 panjang gelombang sinar-X (nm), d adalah jarak antar planar yang menghasilkan difraksi (nm), dan 𝜃 adalah sudut difraksi (°), n adalah bilangan bulat (1,2,3,..) bilangan bulat ini menyatakan orde dari berkas hambur (revisi point 6).

Hukum ini berkaitan dengan panjang gelombang radiasi elektromagnetik dengan sudut difraksi dan jarak kisi dalam sampel kristal. Sinar-X yang terdifraksi kemudian akan

AB + BC = n𝜆, (2.6)

d sin 𝜃 + d sin 𝜃 = 𝑛 𝜆, (2.7)

2d sin 𝜃 = 𝑛𝜆 , (2.8)

Lintasan pengukur Sampel Tabung sinar-X

θ

2θ

detektor

Gambar 2.8. Skema pengukuran XRD.

16

ditangkap oleh detektor, yang kemudian merekam puncak intensitas pada sudut tertentu, sehingga dapat menunjukkan sistem kristal [30]. Pola difraksi yang terdeteksi pada sudut (2𝜃) akan menunjukkan titik puncaknya. Pada titik puncak ini menunjukkan salah satu bidang kristal yang memiliki orientasi dalam tiga dimensi.

Ilustrasi dari fenomena hukum Bragg terdapat pada Gambar 2.9.

Hukum Bragg menghubungkan sudut difraksi 2 𝜃 dan d. Jarak pada bidang menghasilkan puncak difraksi pada sudut 2𝜃. Jarak antar bidang bidang kristal adalah d. Jika sinar-x yang memiliki panjang gelombang tertentu kemudian, diarahkan pada permukaan kristal dengan sudut 𝜃 maka, sinar tersebut akan dihamburkan oleh bidang atom kristal yang menghasilkan puncak difraksi. Puncak tertinggi pada grafik XRD dapat menentukan ukuran bulir kristal. Penentuan ukuran bulir kristal dengan menghubungkan ukuran kristal dengan Full Width at Half Maximum (FWHM). Untuk menentukan ukuran bulir kristal dapat menggunakan persamaan Debye-Scherrer, yang terdapat pada persamaan (2.7), dimana:

𝐷 = 𝑘 𝜆

𝛽 cos 𝜃 , (2.7)

Gambar 2.9. Ilustrasi fenomena yang memenuhi hukum Bragg.

θ

θ

d

𝜆₁

𝜆₂

A .

B C . .

B

17

pada persamaan tersebut D (nm) adalah ukuran butir kristal, k merupakan konstanta Scherrer yaitu 0,94, 𝜆 (nm) adalah panjang gelombang, 𝛽 (radian) nilai FWHM, 𝜃 (°) adalah sudut difraksi [31] .

2.7. Spektrofotometri Ultraviolet-Visible (UV-VIS)

Spektrofotometri UV-Vis merupakan pengujian dari sampel untuk melihat sifat optiknya. Ketika cahaya ditembakkan pada suatu material maka, sebagian cahaya akan dipantulkan, diserap, dan sisanya di teruskan. Spektrofotometri UV-Vis menggunakan instrumen uji spektrofotometer. Spektrofotometer merupakan alat uji untuk pengujian dari suatu material yang terdiri dari spektrometer dan fotometer, adapun skema dari spektrofotometer terdapat pada Gambar 2.10..

Spektrofotometer merupakan instrumen yang dapat menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang gelombang tertentu, pada cahaya tampak terdapat beberapa jenis cahaya dan memiliki panjang gelombang yang berbeda yang dapat dilihat pada Tabel 2.1 [32]. Fotometer merupakan alat yang dapat mengukur intensitas cahaya yang diabsorbsi maupun ditransmisi. Nilai absorbansi dapat menentukan karakter dari suatu senyawa. Puncak puncak absorbansi yang muncul dikarenakan adanya pancaran energi dari perpindahan elektron ke orbital asal [33].

Sumber Cahaya

Monokromator

Spektrum cahaya

Pintu cahaya

Lapisan tipis

Kuvet

Detektor

Komputer

Gambar 2.10. Skema pengukuran pada alat spektrofotometer UV-VIS.

18 Tabel 2.1.Spektrum cahaya tampak.

Panjang Gelombang (nm) Warna Cahaya tampak

400 - 435 Violet

435 – 480 Biru

480 – 490 Hijau – Biru

490 – 500 Hijau

560 – 580 Kuning – Hijau

580 – 595 Kuning

595 – 610 Oranye

610 – 750 Merah

Serapan cahaya ultra-violet (UV) atau cahaya tampak mengakibatkan transisi elektronik yaitu, keadan elektron elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke keadaan tereksitasi berenergi lebih tinggi. Pada keadaan ini detektor dapat mengukur intensitas cahaya yang dipancarkan secara tidak langsung dari cahaya yang diabsorbsi. Pada spektrum absorbsi akan didapatkan bentuk spektrum hubungan antara absorbansi maksimum dengan panjang gelombang dari suatu unsur. Nilai absorbansi bersifat linier terhadap jarak dan ketebalan dari lapisan tipis, yang biasa dirumuskan dalam hukum Lambert-Beer pada persamaan (2.8)

𝐴 = 𝛼 × 𝑏 × 𝑐, (2.8)

dalam persamaan tersebut A adalah nilai absorbansi, 𝑎 adalah koefisien absorbsi, b ketebalan sampel, dan c adalah konsentrasi. Koefisien absorbsi (𝛼) didapatkan dari data absorbansi atau transmitansi untuk setiap panjang gelombang yang dapat dirumuskan pada persamaan (2.9)

𝐼_𝑖 = 𝐼_𝑜 𝑒^{(−𝛼𝑡)}, (2.9)

19

dengan 𝐼_𝑖 merupakan nilai dari intensitas cahaya yang di transmisikan, 𝐼_𝑜 nilai intensitas cahaya datang dan 𝑡 ketebalan dari sampel uji. Nilai koefisien absorbsi dapat menentukan nilai band gap dengan menggunakan metode Tauc plot. Metode ini menghubungkan grafik nilai koefisien absorbsi (𝛼ℎ𝑣) pada sumbu –y dengan energi foton (ℎ𝑣) pada sumbu –x. Untuk mendapatkan nilai band gap dilakukan ekstrapolasi pada daerah linier. Relasi antara koefisien absorbsi dengan band gap dapat dirumuskan pada persamaan (2.8).

dalam persamaan tersebut C merupakan konstanta, ℎ𝑣 energi foton, αhv koefisien absorbsi, 𝐸_𝑔 nilai band gap, dan 𝑛 merupakan parameter dari jenis transisi dalam bahan, yang terbagi menjadi dua yaitu: 1/2 (direct allowed transition), 2 (indirect allowed transition).

2.8. Pengukuran arus – tegangan ( I-V) .

Pengukuran arus-tegangan (I-V) adalah pengukuran dari material semikonduktor yang membentuk p-n junction untuk melihat sifat kelistrikannya. Dari pengukuran ini dapat digunakan bentuk dari grafik yang antara arus dengan tegangan. Bentuk kurva dapat ditentukan dengan perpindahan dari muatan pembawa yang melalui daerah deplesi pada p-n junction dari material semikonduktor yang berbeda. Sifat listrik pada bahan dapat ditinjau pada nilai resistivitas dan konduktivitas yang merupakan parameter utama dari bahan semikonduktor. Nilai yang dapat menentukan kualitas dari lapisan tipis dengan p-n junction adalah faktor idealitas. Faktor idealtas merupakan nilai dari karakteristik dari dioda yang ideal, yang dapat dilihat dari persamaan

𝐧 =

_{𝟐,𝟑.𝐤𝐓𝐣}^𝐪

,

^(2.11)

yang didefinisikan q adalah muatan elektron (1.61 × 𝟏𝟎^−𝟏𝟗), 𝐤 konstantan Boltzmann, dan 𝐓 adalah suhu mutlak, 𝐣 merupakan kemiringan yang didapat dari ekstrapolasi grafik Log I-V. Nilai faktor idealitas akan rendah apabila potensial penghalangnya besar sehingga lapisan tipis bersifat isolator, sedangkan saat nilainya tinggi

(𝛼ℎ𝑣)^1/𝑛 = 𝐶 (ℎ𝑣 − 𝐸_𝑔), (2.10)

20

dikarenakan potenial penghalangnya yang kecil sehingga lapisan tipis relatif sebagai konduktor.

Teknik dalam penentuan sifat listrik dalam material terdapat berbagai metode salah satu diantaranya yang paling tepat adalah metode two point phrobe (metode dua titik).

Metode ini menggunakan dua titik pengukuran yang dihubungkan dengan kabel penghubung kek power supply dan multimeter. Pada pengukuran I-V akan didapatkan kurva I-V yang dapat diolah untuk mendapatkan informasi nilai sensitivitas dari lapisan tipis CuO/ZnO terhadap cahaya. Sensitivitas merupakan salah satu parameter yang mempengaruhi kinerja dari fotodetektor. Sensitivitas diapatkan dari rasio antara selisih arus terang dan gelap terhadap arus gelap, yang dirumuskan pada persamaan (2.10) [34].

S = ^{𝐈𝒍𝒊𝒈𝒉𝒕− 𝑰𝒅𝒂𝒓𝒌}

𝑰𝒅𝒂𝒓𝒌 . (2.10)

Pada persamaan (2.10) S didefinisikan sebagai sensitivitas, 𝐈_{𝐥𝐢𝐠𝐡𝐭} merupakan arus saat diberikan cahaya, 𝐈_{𝒅𝒂𝒓𝒌} merupakan arus saat tidak diberikan cahaya. Nilai sensitivitas yang tinggi memiliki arus terang yang besar, dan arus gelap yang kecil [35].

21