PENGARUH KONSENTRASI PENDADAH

BAB I
1
1.1
PENDAHULUAN
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
P-I-N memiliki semikonduktor intrinsik di antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n,
Andira Muttakim, 2014
PENGARUH KONSENTRASI PENDADAH NIOBIUM PADA
LAPISAN N-LITAO 3 TERHADAP SIFAT LISTRIK FOTODIODE
P-SI / N-LITAO 3:NB YANG DIBUAT DENGAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION TEKNIK
SPIN COATING
Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu
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
yang berhasil dioptimalisasi adalah Indium Gallium Arsenide (InGaAs) yang
Andira Muttakim, 2014
PENGARUH KONSENTRASI PENDADAH NIOBIUM PADA
LAPISAN N-LITAO 3 TERHADAP SIFAT LISTRIK FOTODIODE
P-SI / N-LITAO 3:NB YANG DIBUAT DENGAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION TEKNIK
SPIN COATING
Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu
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
muatan positif, yang menyebabkan medan listrik dalam daerah deplesi bertambah
Andira Muttakim, 2014
PENGARUH KONSENTRASI PENDADAH NIOBIUM PADA
LAPISAN N-LITAO 3 TERHADAP SIFAT LISTRIK FOTODIODE
P-SI / N-LITAO 3:NB YANG DIBUAT DENGAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION TEKNIK
SPIN COATING
Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu
(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?
1.3
BATASAN MASALAH
Andira Muttakim, 2014
PENGARUH KONSENTRASI PENDADAH NIOBIUM PADA
LAPISAN N-LITAO 3 TERHADAP SIFAT LISTRIK FOTODIODE
P-SI / N-LITAO 3:NB YANG DIBUAT DENGAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION TEKNIK
SPIN COATING
Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu
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 IV 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
Deposition dengan teknik Spin Coating.
Andira Muttakim, 2014
PENGARUH KONSENTRASI PENDADAH NIOBIUM PADA
LAPISAN N-LITAO 3 TERHADAP SIFAT LISTRIK FOTODIODE
P-SI / N-LITAO 3:NB YANG DIBUAT DENGAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION TEKNIK
SPIN COATING
Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu