Gambar 3.4 Film LiTaO
3
tampak samping
3.3.5 Perhitungan ketebalan film LiTaO
3
Film LiTaO
3
setelah proses annealing dihitung
ketebalannya dengan
metode volumetrik menggunakan persamaan 2.1.
Substrat silikon yang telah dicuci kemudian ditimbang sebagai massa awal m
1
. Substrat silikon yang telah ditumbuhkan film LiTaO
3
di permukaannya setelah proses annealing
kemudian ditimbang sebagai massa akhir m
2
. Luas film LiTaO
3
di permukaan silikon diukur menggunakan penggaris. Perhitungan lengkap
ketebalan film LiTaO
3
dapat dilihat pada Lampiran 1.
3.3.6 Pembuatan
kontak pada
film LiTaO
3
Proses selanjutnya adalah pembuatan kontak. Diawali dengan cara membuat pola
kontak pada film yang berukuran 1 mm x 1 mm menggunakan aluminium foil. Setelah
itu dilakukan proses metalisasi di Lab MOCVD Fisika ITB menggunakan bahan
kontak aluminium 99,99 . Selanjutnya pemasangan
kawat tembaga
halus menggunakan pasta perak pada kontak. Film
LiTaO
3
tampak samping
yang telah
ditumbuhkan pada substrat Si tipe-p dan telah dipasang kontak dapat dilihat pada
Gambar 3.4.
3.3.7 Karakterisasi film LiTaO
3
3.3.7.1 Karakterisasi sifat listrik
Karakterisasi sifat listrik yang dilakukan adalah karakterisasi arus-tegangan.
Pengukuran hubungan arus-tegangan film menggunakan
I-V meter
Keithleys SourceMeter
family model 2400. Data keluaran dari I-V meter merupakan nilai arus
dan tegangan. Dari data tersebut kemudian dibuat grafik hubungan arus dan tegangan
menggunakan microsoft excel. Pada grafik terlihat adanya pergeseran antara kurva yang
diperoleh pada kondisi gelap dan kondisi terang serta yang menggunakan filter. Hal ini
menunjukkan besar sensitivitas film tersebut.
3.3.7.2 Karakterisasi sifat optik
Karakterisasi sifat optik dilakukan untuk mempelajari tingkat absorbansi dan
reflektansi film
LiTaO
3
menggunakan Spectrophotometer UV-VIS ocean optics USB
1000 oceanoptic. Data yang diperoleh berupa kurva absorbansi terhadap panjang gelombang
dan reflektansi terhadap panjang gelombang. Dari data tersebut dapat dianalisa dan dihitung
nilai energi bandgap.
3.3.7.3 Karakterisasi XRD
Karakterisasi XRD
merupakan metode untuk mengidentifikasi struktur kristal
film LiTaO
3
.Karakterisasi XRD menggunakan Shimadzu
XRD-7000. Sifat-sifat material film LiTaO
3
dapat ditentukan jika telah diketahui struktur kristalnya. Data hasil karakterisasi
XRD diolah menggunakan sofware sigmaplot. Data tersebut digunakan untuk menentukan
indeks Miller dari pola difraksi sinar-x dan menghitung parameter kisi film LiTaO
3
.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pembuatan Film LiTaO
3
Pembuatan film LiTaO
3
dimulai dengan persiapan substrat Si 100 tipe-p yang
dipotong membentuk segiempat berukuran 1 cm x 1 cm. Kemudian substrat dicuci
menggunakan proses pencucian seperti yang telah dijelaskan pada hlm 4. Bahan dasar
pembuatan film LiTaO
3
adalah litium asetat LiO
2
C
2
H
3
ditambah tantalum oksida Ta
2
O
5
. Berikut
ini persamaan
reaksi untuk
menghasilkan LiTaO
3
murni: 2 LiO
2
C
2
H
3
+ Ta
2
O
5
+ 4O
2
2 LiTaO
3
+ 3 H
2
O + 4 CO
2
. Komposisi massa masing-masing bahan
ditentukan dengan perhitungan stoikiometri. Bahan-bahan tersebut direaksikan dalam
tabung reaksi dengan menambahkan pelarut 2-metoksietanol sebanyak 2,5 ml. Film
LiTaO
3
ditumbuhkan pada permukaan substrat Si 100 tipe-p menggunakan metode CSD
dengan teknik spin coating. Reaktor spin coater diatur pada kecepatan 3000 rpm selama
30 detik setiap penetesan larutan LiTaO
3
. Setelah film LiTaO
3
ditumbuhkan di permukaan substrat Si tipe-p, kemudian
dilakukan proses annealing dengan variasi suhu dan waktu annealing. Suhu annealing
yang digunakan adalah 800
o
C, 850
o
C dan 900
o
C. Sedangkan waktu annealing yang digunakan adalah 1 jam, 8 jam, 15 jam dan
22 jam. Hubungan suhu dan waktu selama proses
annealing dapat
dilihat pada
Gambar 3.3. Film LiTaO
3
setelah proses annealing
dihitung ketebalannya dengan metode volumetrik menggunakan persamaan
2.1. Perhitungan lengkap ketebalan film dapat dilihat pada Lampiran 1. Ketebalan film
LiTaO
3
berkisar antara 1,07- 3,80 m. Proses
selanjutnya adalah pembuatan kontak. Film LiTaO
3
tampak samping yang ditumbuhkan pada permukaan substrat Si tipe-p dan telah
dipasang kontak
dapat dilihat
pada Gambar 3.4.
4.2 Karakterisasi Sifat Listrik
Karakterisasi sifat listrik yang dilakukan adalah karakterisasi arus-tegangan.
Karakterisasi ini untuk melihat sifat dominan dari film LiTaO
3
, apakah bersifat dioda, fotodioda,
resistor atau
fotoresistor. Pengukuran arus-tegangan dilakukan pada
kondisi gelap dan kondisi terang serta pada kondisi terang yang memakai filter warna
merah, kuning dan hijau yang disinari lampu dengan intensitas cahaya 3000 lux pada semua
kombinasi kontak setiap film. Tegangan catu yang diberikan adalah -15 volt sampai 15 volt
dengan kenaikan 0,05 volt.
Gambar 4.1 menunjukkan hubungan arus-tegangan pada kondisi gelap-terang pada
suhu annealing 800
o
C selama 1 jam, 8 jam, 15 jam dan 22 jam. Gambar 4.2 menunjukkan
hubungan arus-tegangan pada kondisi gelap- terang pada suhu annealing 850
o
C selama 1 jam, 8 jam, 15 jam dan 22 jam. Gambar 4.3
menunjukkan hubungan arus-tegangan pada kondisi gelap-terang pada suhu annealing
900
o
C selama 1 jam, 8 jam, 15 jam dan 22 jam. Pada suhu annealing 800
o
C, nilai arus kondisi terang yang tertinggi terdapat pada
waktu annealing 8 jam dan 15 jam sebesar 2 mA. Pada suhu annealing 850
o
C, nilai arus yang tertinggi pada waktu annealing 1 jam dan
8 jam sebesar 1,4 mA. Pada suhu annealing 900
o
C, nilai arus tertingginya hanya pada waktu annealing 8 jam sebesar 0,8 mA.
Gambar 4.1 Hubungan arus-tegangan kondisi gelap-terang film LiTaO
3
pada suhu dan waktu annealing
a 800
o
C, 1 jam b 800
o
C, 8 jam c 800
o
C, 15 jam d 800
o
C, 22 jam
Gambar 4.2 Hubungan arus-tegangan kondisi gelap-terang film LiTaO
3
pada suhu dan waktu annealing
a 850
o
C, 1 jam b 850
o
C, 8 jam c 850
o
C, 15 jam d 850
o
C, 22 jam Berdasarkan data tersebut, suhu dan
waktu annealing telah mempengaruhi nilai arus maksimum dari film LiTaO
3
yang diberi tegangan sampai 15 volt. Hubungan arus-
tegangan menunjukkan film LiTaO
3
yang ditumbuhkan pada substrat Si 100 tipe-p
memiliki sifat yang mirip dengan dioda. Adanya perbedaan antara nilai arus pada
kondisi gelap dan terang juga menunjukkan bahwa film yang dibuat mempunyai sifat
sebagai fotodioda.
Film LiTaO
3
mempunyai sifat sebagai fotodioda karena menghasilkan arus
ketika dikenai cahaya. Film LiTaO
3
yang merupakan semikonduktor tipe-n dan substrat
silikon tipe-p membentuk sambungan p-n. Elektron bebas pada bahan tipe-n berdifusi
melalui sambungan, masuk ke dalam bahan tipe-p dan terjadi rekombinasi dengan hole.
Sebaliknya juga terjadi, yaitu hole bahan p berdifusi masuk ke dalam bahan n dan
berekombinasi dengan elektron serta saling meniadakan muatan. Akibatnya, tepat pada
sambungan p-n terjadi daerah tanpa muatan bebas yang disebut depletion region. Oleh
karena itu, muatan positif terpisah dari muatan negatif, maka di dalam depletion region terjadi
medan listrik yang melawan proses difusi selanjutnya. Dengan adanya medan listrik ini
terjadi beda potensial listrik antara bagian p dan bagian n dalam depletion region.
14
Agar elektron dalam film LiTaO
3
dapat berdifusi masuk ke dalam bahan p, maka elektron tersebut harus memiliki energi yang
lebih besar daripada beda potensial antara bagian p dan bagian n dalam depletion region.
Dalam hal ini, energi foton dapat memberikan energi yang cukup untuk difusi elektron.
Pemberian cahaya menyebabkan film LiTaO
3
menjadi lebih konduktif. Hal inilah yang mengakibatkan adanya perbedaan nilai arus
pada kondisi gelap dan terang pada pengukuran karakterisasi arus-tegangan. Arus
pada kondisi terang lebih tinggi daripada arus pada kondisi gelap.
Film LiTaO
3
setelah proses annealing pada suhu 800
o
C selama 8 jam memberikan respon yang paling baik terhadap intensitas
cahaya yang mengenainya. Hal ini ditunjukkan oleh selisih nilai arus pada kondisi terang dan
gelap saat dikenai tegangan 15 volt yaitu sebesar 0,5 mA. Selisih nilai arus kondisi
gelap dan terang untuk seluruh film LiTaO
3
dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Selisih nilai arus kondisi gelap dan terang film LiTaO
3
setelah proses annealing
Gambar 4.3 Hubungan arus-tegangan kondisi gelap-terang film LiTaO
3
pada suhu dan waktu annealing
a 900
o
C, 1 jam b 900
o
C, 8 jam c 900
o
C, 15 jam d 900
o
C, 22 jam
Tabel 4.2 Tegangan knee film LiTaO
3
setelah proses annealing
Gambar 4.4 Hubungan arus-tegangan kondisi gelap-terang dan filter merah, hijau, kuning film LiTaO
3
pada suhu dan waktu annealing a 800
o
C, 1 jam b 800
o
C, 8 jam c 800
o
C, 15 jam d 800
o
C, 22 jam biru
: gelap, pink
: terang, merah
: filter merah, hijau
: filter hijau, kuning
: filter kuning
Gambar 4.5 Hubungan arus-tegangan kondisi gelap-terang dan filter merah, hijau, kuning film LiTaO
3
pada suhu dan waktu annealing a 850
o
C, 1 jam b 850
o
C, 8 jam c 850
o
C, 15 jam d 850
o
C, 22 jam biru
: gelap, pink
: terang, merah
: filter merah, hijau
: filter hijau, kuning
: filter kuning.
Gambar 4.6 Hubungan arus-tegangan kondisi gelap-terang dan filter merah, hijau, kuning film LiTaO
3
pada suhu dan waktu annealing a 900
o
C, 1 jam b 900
o
C, 8 jam c 900
o
C, 15 jam d 900
o
C, 22 jam biru
: gelap, pink
: terang, merah
: filter merah, hijau
: filter hijau, kuning
: filter kuning.
Tegangan yang menyebabkan arus mulai naik saat pengukuran karakterisasi
arus-tegangan disebut tegangan knee. Nilai tegangan knee film LiTaO
3
setelah proses annealing
ditunjukkan pada Tabel 4.2. Berdasarkan data yang diperoleh, suhu dan
waktu annealing mempengaruhi nilai tegangan knee. Pada film LiTaO
3
setelah proses annealing pada suhu 800
o
C selama 15 jam menunjukkan nilai tegangan knee
yang paling rendah yaitu sebesar 1 volt. Karakterisasi sifat listrik dan material
mikrostruktur banyak dipengaruhi oleh metode pembuatan film, suhu annealing dan
ukuran grain
.
22
Perubahan suhu
mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk lengkung ciri dioda pada tegangan knee dan
arus breakdown. Jika suhu dinaikkan maka tegangan knee berkurang, tetapi arus
breakdown
bertambah dan kemiringan lengkung ciri pada tegangan mundur pun
bertambah.
13
Namun berdasarkan Tabel 4.2, terjadi fluktuasi nilai tegangan knee. Hal ini
terjadi karena adanya pengaruh waktu annealing
. Film LiTaO
3
ini dapat diaplikasikan sebagai sensor warna. Terlihat dari
Gambar 4.4 yang menunjukkan hubungan arus-tegangan pada kondisi yang diberi filter
untuk film LiTaO
3
setelah proses annealing pada suhu 800
o
C. Semakin meningkatnya suhu dan waktu annealing, sensitivitasnya
semakin berkurang ditunjukkan oleh grafik yang berimpit seperti pada Gambar 4.5 dan
Gambar 4.6 untuk film LiTaO
3
setelah proses annealing pada suhu 850
o
C dan 900
o
C.
4.3 Karakterisasi Sifat Optik
Kategori