PENGARUH KONSENTRASI PENDADAH NIOBIUM PADA
LAPISAN n-LiTaO3 TERHADAP SIFAT LISTRIK FOTODIODE
p-Si / n-LiTaO3:Nb YANG DIBUAT DENGAN METODE CHEMICAL
SOLUTION DEPOSITION TEKNIK SPIN COATING
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian dari Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI
Oleh
ANDIRA MUTTAKIM 0700044
PROGRAM STUDI FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA
Pengaruh Konsentrasi Pendadah Niobium pada
Lapisan n-LiTaO
3terhadap Sifat Listrik Fotodiode
p-Si / n-LiTaO
3:Nb yang Dibuat dengan Metode
Chemical
Solution Deposition
Teknik
Spin Coating
Oleh Andira Muttakim
Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana pada Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
© Andira Muttakim 2014 Universitas Pendidikan Indonesia
Januari 2014
Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhnya atau sebagian,
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
ANDIRA MUTTAKIM
0700044
PENGARUH KONSENTRASI PENDADAH NIOBIUM PADA
LAPISAN n-LiTaO3 TERHADAP SIFAT LISTRIK FOTODIODE
p-Si / n-LiTaO3:Nb YANG DIBUAT DENGAN METODE CHEMICAL
SOLUTION DEPOSITION TEKNIK SPIN COATING
Disetujui dan disahkan oleh,
Pembimbing 1
Dr. Andi Suhandi, S.Pd., M.Si. NIP. 196908171994031003
Pembimbing 2
Drs. H. R. Aam Hamdani, M.T. NIP. 196601111991011001
Mengetahui,
PENGARUH KONSENTRASI PENDADAH NIOBIUM
PADA LAPISAN n-LiTaO3 TERHADAP SIFAT LISTRIK FOTODIODE
p-Si / n-LiTaO3:Nb YANG DIBUAT DENGAN METODE CHEMICAL
SOLUTION DEPOSITION TEKNIK SPIN COATING
Andira Muttakim; 0700044; Dr. Andi Suhandi, S.Pd., M.Si.; Drs. H. R. Aam Hamdani, M.T.; Fisika; 2014
ABSTRAK
Telah dibuat prototipe fotodiode p-Si / n-LiTaO3:Nb dengan variasi pendadah Nb
dengan konsentrasi 0 %, 2.5 %, 5 %, dan 7.5 %. Deposisi LiTaO3:Nb di atas p-Si
dilakukan dengan metode Chemical Solution Deposition (CSD) menggunakan teknik Spin Coating. Massa molar LiTaO3:Nb adalah 1,00 M dengan pelarut 2-Methoxyethanol. Fotodiode p-Si / n-LiTaO3:Nb dipanaskan (annealed) pada
temperatur konstan sebesar 1000 °C selama delapan jam. Temperatur dinaikkan dari temperatur ruang hingga 1000 °C selama satu jam. Karakteristik I-V pada fotodiode p-Si / n-LiTaO3:Nb diukur dengan menggunakan alat Keithley I-V meter
dalam keadaan tanpa penyinaran dan dengan penyinaran untuk menentukan nilai
photocurrent, breakdown voltage, dan shunt resistance. Hasil penelitian
menunjukkan fotodiode p-Si / n-LiTaO3:Nb yang dibuat masih belum bisa
memenuhi karakteristik fotodiode yang telah beredar di pasaran. Nilai
photocurrent, breakdown voltage, dan shunt resistance untuk fotodiode yang
beredar di pasaran memiliki nilai sekitar 100 μA, 50-100 V, dan 10-1000 MΩ, sedangkan dalam penelitian ini nilai optimumnya masing-masing hanya 2.73 μA, 4.95 V, dan 0.23 MΩ. Pada fotodiode p-Si / n-LiTaO3:Nb, nilai photocurrent
cenderung menurun seiring dengan penambahan konsentrasi Nb hingga 5 %, nilai
photocurrent meningkat kembali ketika konsentrasi Nb ditambahkan menjadi 7.5
%. Nilai breakdown voltage pada fotodiode meningkat seiring dengan penambahan konsentrasi Nb hingga 5 %, nilai breakdown voltage menurun kembali ketika konsentrasi Nb ditambahkan menjadi 7.5 %. Nilai shunt resistance meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi Nb hingga konsentrasi 7.5 %.
EFFECT OF NIOBIUM DOPING CONCENTRATION IN THE n-LiTaO3
LAYER BASED ON ELECTRICAL PROPERTIES OF PHOTODIODE
p-Si / n-LiTaO3:Nb FABRICATED BY CHEMICAL SOLUTION
DEPOSITION METHOD SPIN COATING TECHNIQUE
Andira Muttakim; 0700044; Dr. Andi Suhandi, S.Pd., M.Si.; Drs. H. R. Aam Hamdani, M.T.; Physics; 2014
ABSTRACT
Prototype p-Si / n-LiTaO3:Nb photodiode has been made with 0 %, 2.5 %, 5 %,
and 7.5 % Nb doped concentrations. LiTaO3:Nb was deposited on the top of p-Si
by Chemical Solution Deposition (CSD) method, using Spin Coating technique. LiTaO3:Nb has molar mass 1.00 M with 2-Methoxyethanol solvent. Anneal has
been done at constant temperature of 1000 °C for eight hours. The temperature was raised from room temperature to 1000 °C for one hour. I-V characteristic of p-Si / n-LiTaO3:Nb photodiode was measured by using Keithley I-V meter in
darken and illuminated condition to determine the value of photocurrent, breakdown voltage, and shunt resistance. The results show that p-Si / n-LiTaO3:Nb photodiode still cannot meet photodiode characteristics that have been
commercialized in the market. For photodiode in the market, it has photocurrent, breakdown voltage, and shunts resistance value about 100 μA, 50-100 V, and 10-1000 MΩ respectively, whilst this study only has these value of 2.73 μA, 4.95 V, and 0.23 MΩ respectively. In p-Si / n-LiTaO3:Nb photodiode, photocurrent value
decreases along with addition of Nb concentration up to 5 %, photocurrent value increases when the Nb concentration was increased to 7.5 %. Breakdown voltage value increases along with addition of Nb concentration up to 5 %, Breakdown voltage value decreases when the Nb concentration was increased to 7.5 %. Shunt resistance value increases along with addition of Nb concentration up to 7.5 %.
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... Error! Bookmark not defined.
ABSTRACT ... Error! Bookmark not defined.
KATA PENGANTAR ... Error! Bookmark not defined.
UCAPAN TERIMA KASIH ... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR LAMPIRAN ... x
BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined.
1.1 Latar Belakang Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.2 Rumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.3 Batasan Masalah... Error! Bookmark not defined. 1.4 Tujuan Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined.
2.1 Fotodiode ... Error! Bookmark not defined. 2.2 Generasi Pembawa Muatan pada Semikonduktor... Error!
Bookmark not defined.
2.7 Chemical Solution Deposition (CSD) ... Error! Bookmark not
defined.
2.8 Spin Coating ... Error! Bookmark not defined.1 2.9 Pemanasan (Annealing) ... Error! Bookmark not defined. 2.10 Karakteristik I-V ... Error! Bookmark not defined.
BAB III METODE PENELITIAN ... Error! Bookmark not defined.
3.1 Jenis Penelitian ... Error! Bookmark not defined. 3.2 Tempat Penelitian... Error! Bookmark not defined. 3.3 Alat dan Bahan ... Error! Bookmark not defined. 3.4 Prosedur Penelitian... Error! Bookmark not defined. 3.4.1 Persiapan Kristal Silikon Error! Bookmark not defined. 3.4.2 Persiapan Larutan ... Error! Bookmark not defined. 3.4.3 Deposisi ... Error! Bookmark not defined. 3.4.4 Pemasangan Kontak ... Error! Bookmark not defined. 3.4.5 Karaterisasi Sifat Listrik Error! Bookmark not defined.
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .... Error! Bookmark not
defined.
4.1 Photocurrent ... Error! Bookmark not defined. 4.2 Breakdown Voltage ... Error! Bookmark not defined. 4.3 Shunt Resistance... Error! Bookmark not defined.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined.
LAMPIRAN-LAMPIRAN ... Error! Bookmark not defined.
RIWAYAT HIDUP PENULIS ... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik litium tantalat... Error! Bookmark not defined.
Tabel 2.2 Karakteristik atom tantalum dan niobium .. Error! Bookmark not
defined.
Tabel 3.1 Tempat penelitian ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3.2 Alat dan bahan... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3.3 Perhitungan massa ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 4.1 Konsentrasi niobium dari hasil EDX ... Error! Bookmark not
defined.
Tabel 4.2 Karakteristik fotodiode untuk berbagai tingkat pendadah ... Error!
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram pita energi dalam kondisi panjar mundur ... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2.2 Model fotodiode persambungan P-N ... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 2.3 Skema generasi muatan pembawa Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.4 Bagian rata dari penampang kristal silikon Error! Bookmark not
defined.
Gambar 2.5 Model dari LiTaO3 ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.6 Struktur kristal litium tantalat ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.7 Dua material dengan konstanta kisi yang sedikit berbeda ... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2.8 Perbedaaan tipe pita energi heterojunction Error! Bookmark not
defined.
Gambar 2.9 Proses spin coating ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.10 Karakteristik I-V dari empat perangkat ... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 3.1 Langkah-langkah penelitian ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.2 Langkah-langkah pencucian kristal silikon Error! Bookmark not
defined.
Gambar 3.4 Grafik proses pemanasan sampel . Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.5 Sketsa pemasangan kontak ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.6 Proses karakterisasi I-V... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.7 Menentukan photocurrent ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.8 Menentukan breakdown voltage .. Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.9 Menentukan shunt resistance ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.1 Karakteristik I-V untuk p-Si / n-LiTaO3:Nb 0 % ... Error!
Gambar 4.5 Fitting kurva karakteristik I-V dengan penyinaran ... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4.6 Grafik kecenderungan photocurrent ... Error! Bookmark not
defined.
Gambar 4.7 Fitting kurva karakteristik I-V dengan penyinaran ... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 4.8 Grafik kecenderungan breakdown voltage. Error! Bookmark not
Gambar 4.9 Grafik kecenderungan shunt resistance ... Error! Bookmark not
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Perhitungan Massa ... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 2 Data EDX (Energy-Dispersive X-ray spectroscopy) ... Error!
Bookmark not defined.
BAB I
1 PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG MASALAH
Fotodiode merupakan sebuah peranti semikonduktor yang memiliki
kemampuan mengubah bentuk radiasi cahaya menjadi sinyal listrik. Radiasi yang
dapat diterima dapat berupa radiasi panas maupun radiasi elektromagnetik pada
spektrum ultraviolet, cahaya tampak, dan gelombang infra merah. Gelombang
elektromagnetik yang diterima, akan memindahkan elektron dari tingkat energi
valensi ke konduksi, elektron tersebut yang kemudian akan menjadi sinyal listrik.
Fotodiode memiliki kemampuan yang tidak dimiliki oleh peranti deteksi
cahaya lain, seperti keluaran arus yang sangat linear terhadap masukkan cahaya,
waktu respons yang sangat kecil, ukuran yang kecil, tingkat gangguan rendah, dan
stabilitas hasil pengukuran (Betta, 2011). Dengan kemampuan seperti ini,
fotodiode tidak hanya dapat dimanfaatkan sebagai detektor cahaya pada lampu
otomatis, akan tetapi dapat juga dimanfaatkan untuk penggunaan yang kompleks,
seperti sistem penyimpanan optik, spektroskop, fotografi, detektor gelombang
laser, dan komunikasi fiber optik (OSI Optoelectronics, 2007).
Fotodiode dibuat dari standar P-N diode yang dimulai pada tahun 1940.
Jenis ini merupakan persambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Pada tahun
1959 struktur P-I-N telah dijelaskan dalam publikasi ilmiah oleh Gartner. Struktur
penambahan semikonduktor intrinsik menjadikan fotodiode lebih efisien dalam
pengumpulan foton dan kapasitansi daerah persambungan lebih kecil (Poole,
2004).
Jenis fotodiode yang biasa digunakan adalah jenis persambungan P-N, jenis
ini adalah yang paling mudah dibuat karena hanya terdiri dari satu sambungan.
Selain itu, fotodiode ini memiliki waktu respons yang sangat kecil dengan orde
sampai 10-11 detik (Sze & Kwok, 2007).
Bahan yang baik untuk dijadikan sebagai peranti fotodiode adalah bahan
yang memiliki efisiensi kuantum tinggi, waktu respons kecil, dan gangguan
(noise) rendah (Sze & Kwok, 2007). Efisiensi kuantum pada fotodiode sangat
dipengaruhi oleh arus yang dihasilkan pada saat fotodiode disinari oleh cahaya
(photocurrent). Breakdown voltage mempengaruhi konstanta waktu RC yang
kemudian berdampak pada waktu respons fotodiode. Sedangkan gangguan (noise)
dipengaruhi oleh nilai shunt resistance.
Silikon (Si) adalah bahan yang paling banyak dibuat untuk fotodiode, walau
demikian bahan lain juga dapat digunakan, seperti penggunaan germanium (Ge)
pada fotodiode yang pertama kali dipublikasikan oleh Riesz pada tahun 1962
(Poole, 2004). Silikon dapat digunakan pada panjang gelombang 400-1000 nm,
gangguan (noise) yang rendah, dan waktu respons yang kecil. Sedangkan
germanium dapat bekerja pada panjang gelombang 900-1600 nm, tetapi memiliki
tingkat gangguan yang cukup tinggi dan waktu respons yang besar. Bahan lain
dapat beroperasi pada panjang gelombang 800-1800 nm, tingkat gangguan yang
rendah, dan waktu respons yang kecil (Thorlabs, 1999).
Bahan lain yang dapat dimanfaatkan sebagai fotodiode adalah litium tantalat
(Salam, 2010), bahan ini memiliki band-gap sebesar 4 eV, sehingga dapat
dimanfaatkan untuk mendeteksi cahaya dengan panjang gelombang sekitar 310
nm (ultraviolet). Selain itu bahan ini juga memiliki rentang transparansi yang
tinggi dan sifat optiknya tidak mudah rusak (Almaz Optics & Viswanathan,
2012).
Litium tantalat (LiTaO3) memiliki sifat feroelektrik pada temperatur ruang
(Poghosyan, 2003). Sifat penting dari feroelektrik adalah dapat menghasilkan
polarisasi listrik secara spontan (Material Innovation and Growth Team, 2006).
Litium tantalat memiliki susunan anion dan kation seperti pada kristal perovskite,
di mana polarisasi listrik secara spontan lebih mudah terjadi pada struktur kristal
perovskite (Uchino, 2000). Material feroelektrik biasa digunakan sebagai peranti
dalam kehidupan sehari-hari seperti pembuatan NVFRAM, DRAM, sensor
inframerah dan juga dapat dijadikan peranti sakelar cahaya. Walau demikian,
material feroelektrik sering kali gagal dikomersialisasikan sebagai sensor cahaya
karena kurangnya penelitian mengenai jenis material ini (Uchino, 2000).
Untuk menghasilkan fotodiode p-Si / n-LiTaO3 yang memiliki sensitivitas
tinggi dan waktu respons yang kecil, dapat dilakukan dengan menambahkan
dadah niobium (Nb). Atom niobium akan mengurangi konsentrasi pembawa
(Irzaman, Maddu, Syafutra, & Ismangil, 2010). Diharapkan dengan dilakukan
pendadahan pada litium tantalat oleh niobium dapat memberikan sifat listrik yang
lebih optimal sebagai peranti fotodiode dilihat dari photocurrent, breakdown
voltage, dan shunt resistance.
Pembuatan fotodiode p-Si / n-LiTaO3:Nb dapat dilakukan dengan berbagai
metode, seperti: Sputtering, Metal Organic Chemical Vapor Deposition
(MOCVD), atau Chemical Solution Deposition (CSD). Metode CSD merupakan
metode yang paling mudah dilakukan, walaupun harus teliti dalam perhitungan
stoikiometrinya. Deposisi dilakukan dengan cara menempatkan larutan di atas
permukaan substrat yang telah dipersiapkan, kemudian diputar dengan alat Spin
Coater dengan kecepatan putar tertentu (biasanya 3000 rpm). Cara ini merupakan
cara yang mudah dan efektif untuk melakukan deposisi bahan di atas substrat
yang rata (Irzaman, et al., 2011).
1.2 RUMUSAN MASALAH
Bertitik tolak dari latar belakang tersebut, maka rumusan masalah dalam
penelitian adalah, bagaimana pengaruh konsentrasi pendadah niobium pada
lapisan LiTaO3 terhadap sifat listrik fotodiode p-Si / n-LiTaO3:Nb yang dibuat
dengan metode Chemical Solution Deposition dengan teknik Spin Coating?
Pendadah niobium yang diberikan pada lapisan LiTaO3 memiliki
konsentrasi sebesar 0 %, 2½ %, 5 %, dan 7½ %. Dari sampel yang terbentuk,
dilakukan pengujian sifat listrik. Sifat listrik yang penting pada fotodiode adalah
sensitivitas yang nilainya dipengaruhi oleh photocurrent, waktu respons yang
kecil yang nilainya dipengaruhi oleh breakdown voltage, dan Noise Equivalent
Power (N.E.P.) yang nilainya dipengaruhi oleh shunt resistance. Nilai
photocurrent, breakdown voltage, dan shunt resistance dilihat dari karakteristik
I-V yang terbentuk.
1.4 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dalam penelitian ini adalah untuk mendapatkan gambaran
mengenai pengaruh variasi konsentrasi pendadahan niobium (Nb) pada lapisan
LiTaO3 terhadap nilai photocurrent, breakdown voltage, dan shunt resistance
fotodiode p-Si / n-LiTaO3:Nb yang dibuat dengan metode Chemical Solution
BAB III
3 METODE PENELITIAN
3.1 JENIS PENELITIAN
Metode penelitian yang dilakukan melalui eksperimen yang di laboratorium.
Deposisi larutan LiTaO3:Nb dilakukan dengan metode Chemical Solution
Deposition (CSD) menggunakan teknik spin coating. Perlakuan khusus diberikan
pada beberapa sampel, kemudian dibandingkan hasil yang didapat.
3.2 TEMPAT PENELITIAN
Penelitian dilakukan di beberapa tempat seperti dijelaskan dalam Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Tempat penelitian.
Pengerjaan Tempat
Pemotongan silikon (100) tipe-p
Laboratorium Fisika IPB (Institut Pertanian Bogor) Persiapan larutan LiTaO3:Nb
Deposisi larutan LiTaO3:Nb
Pemanasan (Annealing) Laboratorium Teknik Mesin UPI (Universitas Pendidikan Indonesia) Penimbangan sampel B4T (Balai Besar Bahan dan Barang
Teknik) Bandung
Penganyaman sampel Laboratorium Fisika Material UPI Pemasangan kontak metal Laboratorium Fisika ITB
3.3 ALAT DAN BAHAN
Peralatan dan bahan yang digunakan untuk membuat sampel fotodiode p-Si
/ n-LiTaO3:Nb dicantumkan dalam Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Alat dan bahan.
Alat proses - Alat pemotong dengan mata intan - Aluminum foil
- Kaca preparat
- Timbangan digital dengan ketelitian empat digit - Alat pengaduk/penggetar Bransonic
- Spin coater
- Tungku pemanas hingga 1000 °C
Bahan baku - Litium asetat (LiO2C2H3)
- Kristal silikon (100) tipe-p - Pasta perak
Alat
karakterisasi
- EDX (Energy-Dispersive X-ray spectroscopy) - Lampu 100 watt
3.4 PROSEDUR PENELITIAN
Langkah-langkah penelitian dapat direpresentasikan melalui bagan sebagai
berikut,
Gambar 3.1 Langkah-langkah penelitian.
3.4.1 PERSIAPAN KRISTAL SILIKON
Silikon yang digunakan dalam penelitian ini adalah kristal Si (100) tipe-p,
silikon ini digunakan karena kita ingin membuat fotodiode persambungan P-N.
Bahan silikon Si (100) tipe-p dipilih karena akan dibuat sambungan P-N dengan
LiTaO3 yang merupakan semikonduktor tipe-n. Selain itu konstanta kisi antara
material kristal silikon (5,430710 Å) dengan litium tantalat (5,154 Å) juga hampir
bersesuaian, sehingga memenuhi syarat persambungan P-N.
Persiapan kristal silikon tipe-p Persiapan larutan
Deposisi larutan LNT di atas kristal Si (100) tipe-p
Karakterisasi EDX (Energy-Dispersive X-ray spectroscopy)
Pemasangan kontak untuk memudahkan proses karakterisasi
Kristal silikon yang digunakan adalah sama untuk semua sampel. Kristal
silikon ini dipotong dengan ukuran 0,5 x 0,5 cm dengan menggunakan mata intan.
Pemotongan dilakukan dengan sangat hati-hati dan dijaga agar tidak mengotori
permukaan kristal silikon. Kemudian kristal silikon dicuci dengan prosedur
standar yang telah ditetapkan.
Gambar 3.2 Langkah-langkah pencucian kristal silikon.
Berikut adalah langkah-langkah pencucian kristal silikon: kristal silikon
yang telah dipotong-potong direndam dalam larutan aseton kemudian digetarkan
dengan alat Bransonic selama 10 menit. Selanjutnya, kristal silikon direndam
dalam dye water dan digetarkan dengan alat Bransonic selama 10 menit.
Selanjutnya, kristal silikon direndam dalam metanol dan digetarkan dengan alat
Bransonic selama 10 menit. Selanjutnya, kristal silikon direndam dalam larutan
HF + dye water dengan perbandingan campuran (1:5) selama sekitar 30 detik.
Kristal silikon direndam dalam aseton dan digetarkan dengan Bransonic selama 10 menit
Kristal silikon direndam dalam dye water dan digetarkan dengan
Bransonic selama 10 menit
Kristal silikon direndam dalam HF + dye water (1:5) selama ±30 detik
Kristal silikon direndam dalam metanol dan digetarkan dengan Bransonic selama 10 menit
Kristal silikon direndam dalam dye water dan digetarkan dengan
Langkah terakhir, kristal silikon direndam dalam dye water dan digetarkan dengan
alat Bransonic selama 10 menit. Setiap penggantian jenis larutan, kristal silikon
dikeluarkan dan dikeringkan. Indikator bersih adalah permukaan kristal silikon
yang terlihat mengkilap.
3.4.2 PERSIAPAN LARUTAN
Fotodiode berbahan litium tantalat dengan pendadah niobium yang memiliki
persambungan P-N dengan kristal silikon tipe-p dibuat dengan metode CSD
(Chemical Solution Deposition). Untuk itu dibuat terlebih dahulu larutan litium
tantalat dengan pendadah niobium dengan pelarut 2-Methoxyethanol (C3H8O2).
Gambar 3.3 Langkah pembuatan larutan.
Persamaan reaksi litium asetat dengan tantalum pentoxide menjadi litium
tantalat dijelaskan melalui reaksi kimia berikut,
(3.1)
Untuk membuat larutan litium tantalat 1,00 M dengan pelarut 1,25 mL
2-Methoxyethanol, maka massa yang dapat dijelaskan dalam Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Perhitungan massa untuk membuat 1,00 M larutan litium tantalat.
Litium asetat Tantalum pentoxide Niobium pentoxide
Litium asetat Tantalum
pentoxide
Niobium
pentoxide 2-Methoxyethanol
(LiO2C2H3) (Ta2O5) (Nb2O5)
0,0 %
0,164960355 g 0,552365971 g
-
2,5 % 0,014742883 g
5,0 % 0,029485766 g
7,5 % 0,044228649 g
Pencampuran bahan dilakukan berdasarkan stoikiometri yang telah dihitung
sebelumnya. Berat masing-masing bahan ditimbang dengan ketelitian empat digit.
Setelah bahan dicampur dengan larutan pelarut, kemudian dikocok selama satu
jam dengan alat Bransonic agar bahan tercampur dengan merata dan siap untuk
dilakukan deposisi.
3.4.3 DEPOSISI
Selanjutnya adalah melakukan deposisi larutan yang telah disiapkan di atas
kristal silikon. Proses ini menggunakan alat Spin Coater. Piringan Spin Coater
diberi double-tip di tengahnya, kemudian kristal silikon ditempelkan di atasnya.
Perlakuan ini diberikan agar kristal silikon tidak terlepas saat piringan berputar.
Selanjutnya, larutan yang telah disiapkan diteteskan menggunakan pipet sebanyak
saru sampai dua tetes. Kemudian alat Spin Coater diputar dengan kecepatan
konstan sekitar 3000 rpm selama 30 detik. Proses penetesan dilakukan sebanyak
tiga kali dengan jeda 60 detik setiap selesai satu sesi putaran.
Selanjutnya dilakukan pemanasan (annealing) pada sampel. Proses ini
sehingga meningkatkan konduktivitas listriknya. Proses ini dilakukan pada
temperatur konstan 1000 °C selama delapan jam dengan kenaikan temperatur dari
temperatur ruang mencapai 1000 °C selama satu jam. Kemudian sampel
didinginkan secara alami hingga mendekati temperatur ruang. Sampel dipanaskan
satu kali untuk setiap konsentrasi yang berbeda, hal ini dilakukan agar tidak
tercampurnya bahan untuk setiap konsentrasi yang berbeda.
Gambar 3.4 Grafik proses pemanasan sampel (tidak berdasarkan skala).
3.4.4 PEMASANGAN KONTAK
Pemasangan kontak dilakukan berdasarkan sketsa berikut,
Setelah selesai dilakukan proses pemanasan untuk semua sampel,
selanjutnya adalah persiapan pembuatan kontak yang meliputi proses
penganyaman fotodiode menggunakan aluminum foil. Bahan kontak yang dipilih
adalah perak, dikarenakan perak memiliki konduktivitas yang cukup baik,
sehingga diharapkan mengurangi series resistance pada fotodiode. Setelah kontak
terbentuk maka proses selanjutnya adalah pemasangan kawat tembaga pada
kontak dengan menggunakan pasta perak, agar proses karakterisasi fotodiode
dapat dilakukan dengan mudah.
3.4.5 KARATERISASI SIFAT LISTRIK
Karakterisasi kurva V ini dilakukan dengan menggunakan alat Keithley
I-V meter.
Gambar 3.6 Proses karakterisasi I-V.
Data keluaran dari alat I-V meter merupakan nilai arus dan tegangan yang
kemudian dapat dibuat grafik hubungan tegangan dan arus menggunakan software
Microsoft Office Excel 2013. Arus berada pada sumbu vertikal dan tegangan yang
pada sumbu horizontal merupakan variabel bebas. Sampel diberikan tegangan
masukkan antara -10 volt sampai 10 volt. Karakterisasi I-V dilakukan pada dua
polychromatic berdaya 100 watt pada jarak ±5 cm dari sampel. Setelah kurva I-V
didapatkan, perhitungan photocurrent, breakdown voltage, dan shunt resistance
dapat dilakukan.
Photocurrent merupakan besar arus yang dihasilkan saat fotodiode disinari
cahaya, arus ini merupakan hasil electron-hole generation. Data ini didapatkan
ketika tegangan pada fotodiode sama dengan nol pada grafik I-V, atau dapat juga
disebut short-circuit current (Honsberg & Bowden, 2013).
Gambar 3.7 Menentukan photocurrent.
Breakdown voltage merupakan tegangan sebelum proses avalanche terjadi,
dan merupakan batas aman tegangan balik tertinggi yang dapat diberikan pada
fotodiode. Untuk peranti yang cukup kecil breakdown voltage terjadi pada saat
Gambar 3.8 Menentukan breakdown voltage.
Sementara shunt resistance menunjukkan seberapa tahan fotodiode yang
terbentuk terhadap cacat internal yang menyebabkan aliran arus listrik yang tidak
diinginkan. Nilai ini didapatkan dengan melihat kemiringan kurva di dekat titik
pusat (0,0) (Thompson & Larason, 2001).
(3.2)
Gambar 3.9 Menentukan shunt resistance (Keithley Instruments, 2013).
Sebagai perbandingan, fotodiode yang beredar di pasaran sebagai
pendeteksi spektrum cahaya tampak memiliki nilai photocurrent sekitar 100 μA
(Stotlar, 2000), breakdown voltage berkisar antara 50-100 V (United Detector of
Technology, 2004), dan shunt resistance berkisar antara 10-1000 MΩ bergantung
BAB V
5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Penelitian ini menunjukkan bahwa fotodiode p-Si / n-LiTaO3:Nb yang telah
dibuat masih belum bisa memenuhi karakteristik fotodiode yang telah beredar di
pasaran. Adapun nilai photocurrent pada fotodiode p-Si / n-LiTaO3:Nb cenderung
menurun seiring dengan penambahan konsentrasi pendadah Nb hingga 5 %, nilai
photocurrent meningkat kembali ketika konsentrasi pendadah Nb ditingkatkan
menjadi 7,5 %. Nilai breakdown voltage pada fotodiode cenderung meningkat
seiring dengan penambahan konsentrasi pendadah Nb hingga 5 %, nilai
breakdown voltage menurun kembali ketika konsentrasi pendadah Nb
ditingkatkan menjadi 7,5 %. Nilai shunt resistance meningkat seiring dengan
bertambahnya konsentrasi Nb hingga konsentrasi 7,5 %.
5.2 SARAN
Adapun saran berdasarkan pelaksanaan penelitian ini antara lain,
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai sensitivitas fotodiode p-Si /
n-LiTaO3:Nb yang disinari oleh cahaya dengan panjang gelombang tertentu.
2. Perlu dilakukan pengukuran waktu respons fotodiode p-Si / n-LiTaO3:Nb
3. Perlu dilakukan karakterisasi Ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis)
DAFTAR PUSTAKA
Adams, T., & Layton, R. (2010). Introductory MEMS Fabrications and
Applications. Berlin: Springer. Dipetik September 19, 2013, dari
http://www.springer.com/978-0-387-09510-3
Almaz Optics, & Viswanathan, B. (2012). Band Edge Data of Oxide and Sulphide
Semiconductors, Lithium Tantalate. (Almaz Optics, Inc.) Dipetik
September 20, 2013, dari Catalysis Database, Almaz Optics: http://www.almazoptics.com/LiTaO3.html,
http://catalysis.eprints.iitm.ac.in/2205/1/band_edge_data.pdf
Beiser, A. (1992). Konsep Fisika Modern (4th ed.). (H. Liong, Penerj.) Bandung, Jawa Barat, Indonesia: Erlangga.
Betta, G.-F. D. (2011). Advances in Photodiodes. Rijeka, Croatia: InTech.
Byrnes, S. (2011, Desember 18). Four I-V Curves. (Harvard University) Dipetik September 24, 2013, dari Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Current– voltage_characteristic
Doherty, R., Hughes, D., Humphreys, F., Jonas, J., Jensen, D. J., Kassner, M., . . . Rollett, A. (1997, April 11). Current Issues in Recrystallization: A Review. Materials Science and Engineering(A238), 219-274. Dipetik September 2013, 2013, dari
http://science.energy.gov/~/media/bes/mse/pdf/reports-and-activities/DohertyMatSciEngA238.pdf
Entner, R. (2007). Modeling and Simulation of Negative Bias Temperature
Instability. Technischen Universität Wien, Fakultät für Elektrotechnik und
Freshney, P. (2013, Juli 2). Periodic Table Explorer. PTE. Diambil kembali dari ed.). New York, United States of America: Marcel Dekker, Inc.
Honsberg, C., & Bowden, S. (2013, Maret 28). Short-Circuit Current. (PV Education) Dipetik November 27, 2013, dari PV Education: http://pveducation.org/pvcdrom/solar-cell-operation/short-circuit-current
Humphreys, F., & Hatherly, M. (2004). Recrystallization and Related Annealing
Phenomena (2nd ed.). Oxford: Elsevier. Dipetik Desember 1, 2013
Irzaman, Maddu, A., Syafutra, H., & Ismangil, A. (2010). Uji Konduktivitas Listrik dan Dielektrik Film Tipis Lithium Tantalate ( LiTaO3) yang
Didadah Niobium Pentaoksida (Nb2O5) Menggunakan Metode Chemical
Solution Deposition. Prosiding Seminar Nasional Fisika 2010, 175-183.
Irzaman, Syafutra, H., Darmasetiawan, H., Hardhienata, H., Erviansyah, R., Huriawati, F., . . . Arifin, P. (2011). Electrical Properties of Photodiode Ba0.25Sr0.75TiO3 (BST) Thin Film Doped with Ferric Oxide on p-type Si
(100) Substrate using Chemical Solution Deposition Method. Atom
Indonesia, 37(3), 133-138. Diambil kembali dari http://aij.batan.go.id/index.php/aij/article/view/81/60
Kooij, E., Hamoumi, M., Kelly, J., & Schropp, R. (1997, Oktober). Photoselective Metal Deposition on Amorphous Silicon p-i-n Solar Cells.
Electrochemical Society Letters, CXLIV(10), 271-272.
Lei, H., Xingning, Y., & Xingbi, C. (2003, Januari 1). Increasing Breakdown Voltage of LDMOST Using Buried Layer. Journal of Electronics, XX(1), 29-32. doi:10.1007/s11767-003-0083-x
M. C. Hales, & J. W. Burgess. (1976). Wide Band Monolithic Crystal Filters Using Lithium Tantalate. Electrocomponent Science and Technology, III, 43-49.
Material Innovation and Growth Team. (2006). Functional Material. United Kingdom: Material UK.
Mbodji, S., Ly, I., Diallo, H., Dione, M., Diasse, O., & Sissoko, G. (2012, Januari 1). Modeling Study of N+/P Solar Cell Resistances from Single I-V Characteristic Curve Considering the Junction Recombination Velocity (Sf). Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology,
IV(1), 1-7. Dipetik November 22, 2013
Milton, R. (2009, Mei 28). Annealing & Metallurgy: The Different Stages and
Processes. Dipetik Desember 2013, 1, dari SearchWarp:
http://searchwarp.com/swa485416-Annealing-And-Metallurgy-The-Different-Stages-And-Processes.htm
Obradors, X., Puig, T., Pomar, A., Sandiumenge, F., Pinol, S., Mestres, N., . . . Tendeloo, G. v. (2004, Juni 18). Chemical Solution Deposition: A Path Towards Low Cost Coated Conductors. Superconductor Science and
O'Mara, W., Herring, R., & Lee, P. (1990). Handbook of Semiconductor Silicon
Technology. New Jersey, USA: Noyes Publications.
OSI Optoelectronics. (2007, Agustus 17). Photodiode Characteristics and
Applications. Dipetik Oktober 10, 2013, dari OSI Optoelectronics:
http://www.osioptoelectronics.com/application-notes/AN-Photodiode-Parameters-Characteristics.pdf
Peeters, T., & Remoortere, B. v. (2008, Juni 10). Spin Coating. (Fontys Hogenscholen) Dipetik September 22, 2013, dari DAS Core 46 Coatings: http://home.wanadoo.nl/tom.peeters/Subpaginas/spin%20coating.htm
Poghosyan, A. R. (2003, September). Optical Control of Domain Structures in Lithium Tantalate Crystals. Journal of Optoelectronics and Advanced
Materials, V(3), 735 - 740.
Polster, M. (2001, Oktober). Introducing Lithium Tantalate. Crystal Illuminations, hal. 1.
Poole, I. (2004). Photodiode Technology. Dipetik Desember 5, 2013, dari Radio-Electronics: http://www.radio-electronics.com/info/data/semicond/photo_diode/photo_diode.php
Rubiyanto, A., Endarko, & Pramono, Y. (2001). Pengukuran Derajat Koherensi Cahaya Menggunakan Kristal LiTaO3. KAPPA, II(2), 1-4.
Sahu, N., Parija, B., & Panigrahi, S. (2009). Fundamental Understanding and Modeling of Spin Coating Process: A Review. Indian Journal of Physics, 193-502.
Setiawan, A. (2008). Uji Sifat Listrik dan Optik Ba0.25Sr0.75TiO3 yang Didadah Niobium (BSNT) Ditumbuhkan di Atas Substrat Silikon Tipe-P dan Gelas
Korning dengan Penerapannya sebagai Fotodiode. Fisika. Bogor: Institut
Pertanian Bogor.
Smallman, R. E., & Bishop, R. (2000). Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa
Material (6th ed.). (S. Djaprie, Penerj.) Jakarta: Penerbit Erlangga.
Stotlar, S. C. (2000). Visible Detectors. Dalam R. W. Waynant, & M. N. Ediger,
Electro-Optics Handbook (2nd ed., hal. 16.1-16.21). McGraw-Hill
Handbooks.
Sutanto, H., Nurhasanah, I., Marhaendrajaya, I., Taufani, A., L., L., Badriyah, & Ambikawati, W. (2008). Penumbuhan Lapisan Tipis Semikonduktor GaN di Atas Substrat Silikon dengan Metode Sol-Gel. Prosiding Seminar
Nasional Rekayasa Kimia dan Proses 2008, 1-5.
Sze, S., & Kwok, K. (2007). Physics of Semiconductor Devices (3rd ed.). New Jersey: Wiley Interscience.
Thompson, P. R., & Larason, T. C. (2001, Januari). Method of Measuring Shunt Resistance in Photodiodes. Measurement Science Conference. Dipetik
UDT Sensors. (2002). Silicon Photodiodes Physics and Technology. Hawthorne, California, United States of America. Diambil kembali dari http://measure.feld.cvut.cz/system/files/files/cs/vyuka/predmety/A3M38V
BM/app_notes_02_Silicon_Photodiode_-%20Physics_and_Technology.pdf
United Detector of Technology. (2004). Characteristics and Use of Photodiodes. California. Dipetik November 21, 2013, dari http://unicorn.ps.uci.edu/H2A/handouts/PDFs/photodiode.pdf
University of British Columbia. (2006, September 24). Sol-Gel Deposition. Columbia, Canada. Dipetik Desember 21, 2013, dari
Virginia Semiconductor. (2002). The General Properties of Si, Ge, SiGe, SiO2 and Si3N4. Virginia: Virginia Semiconductor. Diambil kembali dari
http://www.virginiasemi.com/pdf/generalpropertiessi62002.pdf
Volk, T., & Wöhlecke, M. (2008). Lithium Niobate - Defects, Photorefraction and
Ferroelectric Switching. (R. Hull, R. Osgood, Jr., J. Parisi, & H.
Warlimont, Penyunt.) Moscow, Russia: Springer.
Yadav, A. (2008). Solid State Devices and Circuits (1st ed.). New Delhi, India: University Science Press.
