Uji sifat listrik dan optik Ba0.25Sr0.75TiO3 yang didadah Niobium (BNST) ditumbuhkan di atas subtrat silikon tipe-p dan gelas korning dengan penerapanya sebagai foto dioda

UJI SIFAT LISTRIK DAN OPTIK Ba0.25Sr0.75TiO3 YANG DIDADAH
NIOBIUM (BSNT) DITUMBUHKAN DI ATAS SUBTRAI SILIKON TIPE-P
DAN GELAS KORNING DENGAN PENERAPANNYA SEBAGAI
FOTODIODA

AEP SETIAWAN

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2008

UJI SIFAT LISTRIK DAN OPTIK Ba0.25Sr0.75TiO3 YANG DIDADAH NIOBIUM (BSNT)
DITUMBIHKAN DIATAS SUBTRAT SILIKON TIPE-P DAN GELAS KORNING DENGAN
PENERAPANNYA SEBAGAI FOTODIODA

Irzaman1, A. Arief1, A. Setiawan1
1

Departemen Fisika FMIPA IPB, Kampus IPB Darmaga Bogor 16680

Abstrak
Telah dilakukan penumbuhan film tipis Ba0.25Sr0.75TiO3 (BST) Doping Nb2O5 di atas substrat silikon tipep dan gelas korning. Metode yang digunakan adalah metode chemichal solution deposition (CSD) dengan
teknik spin coating pada kecepatan putar 3000 rpm dalam waktu 30 detik. Pelapisan dilakukan sebanyak 1
lapisan. Dibuat film tipis BST dengan konsentrasi 1 M dan annealing pada suhu 850 oC, 900 oC dan 950 oC
pada subtrat silokon tipe-p dan 400 oC, 450 oC dan 500 oC pada subtrat gelas korning.. Uji sifat foto
konduktivitas listrik dilakukan dengan alat LCR meter, uji I-V dengan menggunakan I-V meter, dan uji
UV-Vis dengan menggunakan spektrofotometer. Hasil uji sifat konduktivitas listrik menunjukan bahwa
film tipis yang dibuat memiliki sifat fotokonduktivitas, hal ini dapat dilihat dari perlakukan ketika diberikan
cahaya lampu 100 watt, 25 watt, dan ruang gelap menunjukan nilai konduktivitas listrik yang berbeda.
Hasil karakterisasi I-V menunjukan film tipis yang dibuat memiliki sifat fotodioda, dapat dilihat dari grafik
I-V dimana ketika diberikan cahaya lampu 60 watt arus yang dihasilkan lebih cepat muncul. Hasil
karakterisasi UV-Vis didapatkan nilai transmitansi dari film tipis. Dari nilai transmitansi didapatkan nilai
koefisien absorpsi (α) dari hasil perhitungan dengan diketahuinya ketebalan dari film tipis. Plot Touc dapat
dilakukan jika nilai α ≥ 10 cm . Dari kurva hubungan antara hv dan
gap film tipis dengan menggunakan metode plot Touc.
3

−1

αhυ dapat diketahui nilai energi

Kata kunci :, CSD, annealing, fotokonduktivitas,fotodioda, plot Touc, energi gap

UJI SIFAT LISTRIK DAN OPTIK Ba0.25Sr0.75TiO3 YANG DIDADAH NIOBIUM (BSNT)
DITUMBIHKAN DIATAS SUBTRAT SILIKON TIPE-P DAN GELAS KORNING DENGAN
PENERAPANNYA SEBAGAI FOTODIODA

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor

Oleh:
Aep Setiawan
G74104007

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2008

Judul
Nama
NRP

: Uji sifat listrik dan optik Ba0.25Sr0.75TiO3 yang didadah Niobium (BNST) ditumbuhkan di atas
subtrat silikon tipe-p dan gelas korning dengan penerapanya sebagai foto dioda
: Aep Setiawan
: G74104007

Menyetujui

Pembimbing 1

Pembimbing II

Dr. Irzaman
NIP. 132 133 395

Ardian Arief, M. Si
NIP. 132 321 392

Mengetahui :
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor

Dr. Drh. Hasim, DEA
NIP. 131 578806

Tanggal Lulus :

PRAKATA
Assalamualaikum Wr.Wb
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan
karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “ Uji Sifat Listrik dan Optik
Ba0.25Sr0.75TiO3 yang didadah Niobium ditumbhkan di atas subtrat Si tipe-P dan gelas korning dengan
penerapannya sebagai fotodioda.” Hasil penelitian ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan
program pendidikan Sarjana Sains (S.Si) di Departemen Fisika, Fakultas matematika dan Ilmu pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor. Sholawat serta salam semoga tetap tercurah kepada Nabi Muhammad SAW

beserta keluarga, sahabat dan umatnya sampai akhir zaman
Penelitian dilaksanakan dari bulan Juni 2007 – Maret 2008. Penulis mengucapkan terima kasih
kepada Bapak Dr. Irzaman dan Bapak Ardian Arif, M.Si sebagai dosen pembimbing yang telah
memberikan bimbingan, motivasi dan arahan demi kelancaran penelitian ini. Kepada .Kepada Bapak
Akhiriddin Maddu dan Bapak Drs. Siddik Rubadipramudito selaku dosen penguji yang banyak
memberikan saran yang bermanfaat. Terimakasih penulis ucapkan kepada . Kepada mama, apa, kakak dan
adikku dirumah serta seluruh keluarga besar atas doa dan motivasinya yang selalu menyertai setiap langkah
ku. Ucapan terimakasih penulis ucapkan kepada Nenk (AdikQueh) yang selalu memberikan semangat,
Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan untuk teman satu tim penelitian (Agung, Erdi, Heri, dan
Romzie), rekan-rekan di laboratorium Material (Ana, Rina, Fuji, Casnan, Mba Ica, Rahma), teman-teman
fisika 41, 40, 42 dan 43 yang selalu mendorong dan memberi semangat kepada penulis. Penulis berharap
semoga penelitian ini bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.
Wassalamualaikum Wr. Wb.

Bogor, Agustus 2008

Aep Setiawan

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Garut pada tanggal 2 Nopember 1985 dari pasangan Bapak

Aji dan Ibu Uneh. Penulis merupakan putra ketiga dari empat bersaudara. Penulis
menempuh pendidikan di SDN Cinagara 2 (1992 – 1998), SLTPN 2 CiawiTasikmalaya (1998 – 2001), SMUN 1 Malangbong-Garut (2001 – 2004) dan
tahun 2004 penulis masuk ke Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor melalui
jalur USMI. Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah aktif sebagai staff
Departemen PSDM HIMAFI 2005 – 2006, Ketua Departemen PSDM HIMAFI
2006 – 2007. Penulis pernah menjadi asisten praktikum Fisika dasar pada tahun
2007 – 2008, asisten praktikum Eksperimen Fisika 1 dan Eksperimen Fisika 11,
Penulis juga aktif mengajar Fisika di Bimbingan Belajar mahasiswa , SMA dan
SMP.

DAFTAR ISI

Halaman
DAFTAR TABEL .................................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR................................................................................................................. viii
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................................. ix
PENDAHULUAN..................................................................................................................... 1
Latar Belakang ................................................................................................................ 1
Tujuan Penelitian.............................................................................................................. 1
Hipotesis........................................................................................................................... 1

TINJAUAN PUSTAKA............................................................................................................
Bahan barium Stronsium Titanat (BST) ..........................................................................
Bahan Pendadah ...............................................................................................................
Metode Chemical Solution Deposition (CSD)..................................................................
Koefisien Absorpsi ...........................................................................................................
Metode Plot Touc .............................................................................................................
P-N Junction .....................................................................................................................
Fotodioda..........................................................................................................................
Konduktivitas Listrik........................................................................................................

1
1
2
2
2
3
4
4
4

BAHAN DAN METODE..........................................................................................................
Tempat dan Waktu Penelitian...........................................................................................
Alat dan Bahan .................................................................................................................
Pembuatan Larutan BST dan BNST.................................................................................
Persiapan Substrat Silikon tipe-P dan gelas korning ........................................................
Proses Penumbuhan Film Tipis ........................................................................................
Proses Annealing ..............................................................................................................
Karakterisasi.....................................................................................................................
Pengukuran Konduktivitas dan Resisitansi ......................................................................
Pengukuran I-V ................................................................................................................
Pengukuran UV-Vis .........................................................................................................

5
5
5
5
5
5
6
6

6
6
6

HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................................. 7
Sifat Optik Film Tipis BST dan BSNT ............................................................................ 7
Karakterisasi Fotodioda.................................................................................................... 10
Karakterisasi Konduktivitas Listrik dan Resistansi .......................................................... 12
KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................................. 13
Kesimpulan....................................................................................................................... 13
Saran................................................................................................................................. 13
DAFTAR PUSTAKA................................................................................................................ 13
LAMPIRAN .............................................................................................................................. 15

DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 3.1. Persiapan Subtrat ........................................................................................................ 5
DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8.
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12

Gambar 4.13.
Gambar 4.14.
Gambar 4.15.
Gambar 4.16.
Gambar 4.17.
Gambar 4.18.
Gambar 4.19.

Transisi Langsung Eksitasi Elektron ...................................................................
Transisi Tidak Langsung Eksitasi Elektron .........................................................
Kurva Koefisien Absorpsi Optik .........................................................................
Sel Surya p-n Semikonduktor ketika disinari ......................................................
Spektrum Konduktivitas Listrk Suatu Bahan ......................................................
Hasil Penumbuhan Film Tipis .............................................................................
Diagram Alir Penelitian.......................................................................................
Proses Annealing ................................................................................................
Hubungan Panjang Gelombang dan transmitansi Film Tipis BST tanpa Doping
dengan variasi suhu Annealing .............................................................................
Hubungan Panjang Gelombang dan transmitansi Film Tipis BST Doping 5%
Nb2O5 dengan variasi suhu Annealing................................................................
Kurva Panjang Gelombang film tipis terhadap koefisien absorpsi (α) tanpa
Doping dengan variasi suhu Annealing ..............................................................
Kurva Panjang Gelombang film tipis terhadap koefisien absorpsi (α)
Doping 5% Nb2O5 dengan variasi suhu Annealing.............................................
Plot Touc untuk film tipis BST diannealing 4000 C ............................................
Plot Touc untuk film tipis BST diannealing 4500 C ............................................
Plot Touc untuk film tipis BST diannealing 5000 C ............................................
Plot Touc untuk film tipis BNST diannealing 4000 C .........................................
Plot Touc untuk film tipis BNST diannealing 4500 C .........................................
Plot Touc untuk film tipis BNST diannealing 5000 C .........................................
Celah Pita energi (energi gap) terhadap variasi temperatur Annealing dan
Dilihat dari pengaruh doping dan tanpa doping ..................................................
Hasil Pengukuran I-V untuk Film Tipis tanpa doping dengan suhu Annealing
8500C ....................................................................................................................
Hasil Pengukuran I-V untuk Film Tipis tanpa doping dengan suhu Annealing
9000C ...................................................................................................................
Hasil Pengukuran I-V untuk Film Tipis tanpa doping dengan suhu Annealing
9500C ...................................................................................................................
Hasil Pengukuran nilai I-V untuk Film Tipis 5% doping Nb2O5 dengan suhu
Annealing 8500 C ..................................................................................................
Hasil Pengukuran nilai I-V untuk Film Tipis 5% doping Nb2O5 dengan suhu
Annealing 9000 C .................................................................................................
Hasil Pengukuran nilai I-V untuk Film Tipis 5% doping Nb2O5 dengan suhu
Annealing 9500 C ..................................................................................
Hasil Perhitungan Konduktivitas Listrik Film Tipis dengan Suhu Annealing
8500C, 9000C dan 9500C .....................................................................................
Hasil Perhitungan Resisitansi Film Tipis dengan Suhu Annealing
8500C, 9000C dan 9500C .......................................................................................

2
3
3
4
4
5
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
9
9
9
11
11
11
11
11
11
12
13

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Nilai Konduktivitas dan Resisitansi Film Tipis .................................................... 15

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Film tipis merupakan materal yang
memberikan
harapan
baru
dalam
pengembangan devais sel surya agar
memenuhi persyaratan, diantaranya biaya
rendah dan stabilitas material yang baik [1].
Pembuatan lapisan tipis sudah banyak
dikembangkan
dengan
menggunakan
metode tertentu. Metode pembuatan lapisan
tipis secara umum dikelompokan menjadi
dua yaitu metode vakum dan non-vakum.
Untuk metode vakum terdiri dari PVD,
Laser Ablasi, Ion Planting, dan CVD.
Sedangkan untuk metode non vakum yaitu
Elektrodeposisi, Dip Coating, Spin Coating,
Elektroforesis, Screen Printing, dan Spray
Pyrolisis [2]. Metode dalam penelitian ini
menggunakan metode nonvakum yaitu CSD
(chemical solution Deposition).
Film tipis yang dikembangkan sebagai
devais sel surya memiliki efisiensi yang
cukup baik. Berdasarkan data yang
diperoleh pembuatan sel surya dengan bahan
silikon memiliki efisiensi diatas 20% [3].
Piranti yang dapat menghasilkan efek
fotovoltaik bahan dasarnya merupakan
bahan semikonduktor.
Pembuatan film tipis BST diharapkan
bisa menjadi devais sel surya dan fotodioda.
Sifat yang diuji dari film tipis tersebut
adalah sifat listrik dan optik. Pengujian sifat
listrik dilihat dari kurva hubungan tegangan
-arus dan konduktivitas listrik. Sedangkan
untuk sifat optik dapat dilihat dari sifat
absorpsi.
Subtrat yang digunakan adalah silikon
tipe-p dan gelas korning. Subtrat yang
digunakan untuk melihat hubungan I-V dan
konduktivitas
adalah
silikon
tipe-p,
sedangkan untuk energi gap menggunakan
subtrat gelas korning. Variasi suhu yang
digunakan ; subtrat Si tipe-p suhu 8500C,
9000C
dan
9500C,
gelas
korning
menggunakan suhu 4000C, 4500C, dan
5000C. Pembuatan film tipis ada dua variasi
yaitu film tipis tanpa doping dan didoping.
Bahan doping yang digunakan pada
penelitian ini adalah Niobium Pentaoksida
(NbO5).
Tujuan Penelitian
Tujuan umum dari penelitian ini adalah
untuk
menumbuhkan
film
tipis
Ba0.25Sr0.75TiO3 pada subtrat silikon tipe-p
dan korning gelas tanpa doping dan
didoping
Niobium Pentaoksida(NbO5),

kemudian diuji sifat listrik dan optik dari
film tipis yang dibuat.
Tujuan khusus dari penelitian adalah :
1. Menganalisis celah energi atau energi
gap film tipis tanpa doping
dan
didoping Niobium Pentaoksida (NbO5)
pada subtrat gelas korning.
2. Menguji hubungan tegangan (V) dan
arus (I) melalui kurva I-V film tipis
tanpa doping dan didoping Niobium
Pentaoksida (NbO5)
pada subtrat
silikon tipe-p.
3. Menguji konduktivitas listrik film tipis
tanpa doping dan didoping Niobium
Pentaoksida (NbO5)
pada subtrat
silikon tipe-p.
HIPOTESIS
Kenaikan suhu annealing dan pemberian
doping diharapkan dapat memperkecil
energi gap, serta konduktivitas listrik dan
fotodioda menjadi lebih baik.
TINJAUAN PUSTAKA
Barium Stronsium Titanat (BST)
Material
yang
digunakan
dalam
pembuatan lapisan tipis ini
adalah
BaxSr1-xTiO3 (BST). Barium Stronsium
Titanat (BST) merupakan bahan yang
memiliki konstanta dielektrik yang tinggi,
serta kapasitas penyimpanan muatan yang
tinggi (high charge storage capacity) [4].
Pembuatan BST menggunakan peralatan
yang cukup sederhana, biaya murah, dan
dilakukan dalam waktu yang relatif singkat.
Bahan Barium Stronsium Titanat (BST)
memiliki potensi untuk menggantikan film
tipis SiO2 pada sirkuit metal oxide
semikonduktor (MOS). Namun konstanta
dielektrik yang dimiliki oleh BST tersebut
masih rendah dibandingkan dengan bentuk
bulknya. Hal ini berkaitan dengan mikro
butir yang baik, tingkat tekanan yang baik,
kekosongan oksigen, formasi lapisan
interfacial
dan oksidasi pada bottom
elektrode atau Si (Silikon) [5].
Struktur
BST
berbentuk
kubus.
Temperatur Curie barium titanat murni
sebesar 130 0C. Dengan penambahan
stronsium temperatur barium titanat
menurun menjadi temperatur kamar [6].
Pembuatan film tipis BST dapat dibuat
dengan
berbagai
teknik
diantaranya
Chemical Solution Deposition Sputtering,
laser ablasi, MOCVD dan proses sol gel [7].
Berikut ini merupakan persamaan reaksi
untuk BST

2

0.25Ba(CH3COO)2+0.75Sr(CH3COO)2+
Ti(C12O4H28)+22O2
Ba0.25Sr0.75TiO3+17H2O+16CO2
(2.1)
Bahan Pendadah
Bahan Barium Stronsium Titanat (BST)
menjadi baik
sifat semikonduktornya
dengan menambahkan bahan pendadah
tertentu.
Semikonduktor
BST
dapat
dihasilkan melalui pendadahan donor
dengan ion-ion pentavalan contohnya
Niobium atau Tantalum pada site ion Ti4+
[8]. Pendadahan ion-ion pentavalen pada
bahan pyroelektrik bersifat menyerupai
semikonduktor tipe-n [9.5]. Substitusi ion
pentavalen menghasilkan level donor yang
dangkal dan menyebabkan elektron dapat
tereksitasi menuju pita konduksi [10].
Penambahan
pendadah
akan
menyebabkan perubahan sifat material,
diantaranya parameter kisi, konstanta
dielektrik,
sifat
elektrokimia,
sifat
elektrooptik, dan sifat pyroelektrik dari
lapisan tipis [11]. Bahan pendadah material
dibedakan menjadi dua jenis yaitu soft
dopan dan hard dopan. Soft dopan disebut
juga dengan istilah donor dopan, karena
menyumbang valensi yang berlebih pada
struktur kristal BST. Sedangkan hard dopan
disebut juga dengan istilah acceptor dopan
karena menerima valansi yang berlebih di
dalam strutur kristal BST [12].
Karakterisasi yang muncul dengan
penambahan ion pentavalen menyebabkan
soft dopan pada lapisan tipis yang dibuat.
Sifat yang dihasilkan dari film tipis menjadi
soften artinya koefisien elastis menjadi lebih
tinggi, sifat medan koersif yang lebih
rendah, faktor kualitas mekanik rendah dan
kualitas listrik rendah. Sedangkan ion hard
dopan
dapat
menghasilkan
material
ferroelektrik menjadi lebih hardness, seperti
loss dielektric, bulk resistivitas lebih rendah,
faktor kualitas mekanik lebih tinggi, dan
faktor kualitas listrik menjadi lebih tinggi
[13].
Metode Chemical Solution Deposition
(CSD)
Pembuatan lapisan tipis dapat dilakukan
dengan
cara Sputtering, metal organik
vapour deposition (MOCVD) dan metode
chemical solution deposition (CSD) [14.7].
Metode chemical solution deposition (CSD)
merupakan metode pembuatan lapisan tipis
dengan cara pendeposisian larutan kimia di
atas subtrat, kemudian dipreparasi dengan

menggunakan spin coating pada kecepatan
putaran tertentu [15]. Metode CSD memiliki
kontrol stokiometri yang baik, mudah
dalam pembuatannya serta sintesisnya
terjadi pada temperatur rendah [16].
Proses spin coating ini merupakan
reologi atau prilaku aliran larutan pada
piringan yang berputar. Mula-mula aliran
volumetrik cairan dengan arah radial pada
subtrat diasumsikan bervariasi terhadap
waktu. Pada saat t = 0, penggenangan awal
dan pembasahan menyeluruh pada subtrat
(tegangan permukaan diminimalisasi yakni
tidak adanya getaran, tidak ada noda kering
dan sebagainya). Piringan kemudian
dipercepat dengan kecepatan rotasi yang
spesifik sehingga menyebabkan bulk dari
cairan terdistribusi merata [17].
Koefisien Absorpsi
Koefisien absopsi (α) merupakan fraksi
yang diserap dalam satuan jarak yang dilalui
dan merupakan karakteristik suatu medium
dalam
panjang
gelombang
tertentu.
Koefisien absorpsi dapat dinyatakan dalam
persamaan sebagai berikut:

1
d

 Tλ (%) 

 100 

α λ = ln

(2.2)

Absorpsi foton tergantung pada sifat
bahan
semikonduktor
dan
panjang
gelombang cahaya yang datang. Arus yang
dihasilkan oleh sebuah sel surya bergantung
pada panjang gelombang cahaya datang
yang merupakan karakteristik dari bahan
semikonduktor [3]. Absorpsi suatu bahan
semikonduktor menyebabkan terjadinya
eksitasi elektron dari pita valensi ke pita
konduksi [18]. Proses transisi elektron dari
pita valensi ke pita konduksi terdiri dari
transisi langsung (direct transition) dan
transisi
tidak
langsung
(indirect
transition)[8].

Gambar 2.1 Transisi Langsung
Eksitasi Elektron [8]

UJI SIFAT LISTRIK DAN OPTIK Ba0.25Sr0.75TiO3 YANG DIDADAH
NIOBIUM (BSNT) DITUMBUHKAN DI ATAS SUBTRAI SILIKON TIPE-P
DAN GELAS KORNING DENGAN PENERAPANNYA SEBAGAI
FOTODIODA

AEP SETIAWAN

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2008

UJI SIFAT LISTRIK DAN OPTIK Ba0.25Sr0.75TiO3 YANG DIDADAH NIOBIUM (BSNT)
DITUMBIHKAN DIATAS SUBTRAT SILIKON TIPE-P DAN GELAS KORNING DENGAN
PENERAPANNYA SEBAGAI FOTODIODA

Irzaman1, A. Arief1, A. Setiawan1
1

Departemen Fisika FMIPA IPB, Kampus IPB Darmaga Bogor 16680

Abstrak
Telah dilakukan penumbuhan film tipis Ba0.25Sr0.75TiO3 (BST) Doping Nb2O5 di atas substrat silikon tipep dan gelas korning. Metode yang digunakan adalah metode chemichal solution deposition (CSD) dengan
teknik spin coating pada kecepatan putar 3000 rpm dalam waktu 30 detik. Pelapisan dilakukan sebanyak 1
lapisan. Dibuat film tipis BST dengan konsentrasi 1 M dan annealing pada suhu 850 oC, 900 oC dan 950 oC
pada subtrat silokon tipe-p dan 400 oC, 450 oC dan 500 oC pada subtrat gelas korning.. Uji sifat foto
konduktivitas listrik dilakukan dengan alat LCR meter, uji I-V dengan menggunakan I-V meter, dan uji
UV-Vis dengan menggunakan spektrofotometer. Hasil uji sifat konduktivitas listrik menunjukan bahwa
film tipis yang dibuat memiliki sifat fotokonduktivitas, hal ini dapat dilihat dari perlakukan ketika diberikan
cahaya lampu 100 watt, 25 watt, dan ruang gelap menunjukan nilai konduktivitas listrik yang berbeda.
Hasil karakterisasi I-V menunjukan film tipis yang dibuat memiliki sifat fotodioda, dapat dilihat dari grafik
I-V dimana ketika diberikan cahaya lampu 60 watt arus yang dihasilkan lebih cepat muncul. Hasil
karakterisasi UV-Vis didapatkan nilai transmitansi dari film tipis. Dari nilai transmitansi didapatkan nilai
koefisien absorpsi (α) dari hasil perhitungan dengan diketahuinya ketebalan dari film tipis. Plot Touc dapat
dilakukan jika nilai α ≥ 10 cm . Dari kurva hubungan antara hv dan
gap film tipis dengan menggunakan metode plot Touc.
3

−1

αhυ dapat diketahui nilai energi

Kata kunci :, CSD, annealing, fotokonduktivitas,fotodioda, plot Touc, energi gap

UJI SIFAT LISTRIK DAN OPTIK Ba0.25Sr0.75TiO3 YANG DIDADAH NIOBIUM (BSNT)
DITUMBIHKAN DIATAS SUBTRAT SILIKON TIPE-P DAN GELAS KORNING DENGAN
PENERAPANNYA SEBAGAI FOTODIODA

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor

Oleh:
Aep Setiawan
G74104007

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2008

Judul
Nama
NRP

: Uji sifat listrik dan optik Ba0.25Sr0.75TiO3 yang didadah Niobium (BNST) ditumbuhkan di atas
subtrat silikon tipe-p dan gelas korning dengan penerapanya sebagai foto dioda
: Aep Setiawan
: G74104007

Menyetujui

Pembimbing 1

Pembimbing II

Dr. Irzaman
NIP. 132 133 395

Ardian Arief, M. Si
NIP. 132 321 392

Mengetahui :
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor

Dr. Drh. Hasim, DEA
NIP. 131 578806

Tanggal Lulus :

PRAKATA
Assalamualaikum Wr.Wb
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan
karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “ Uji Sifat Listrik dan Optik
Ba0.25Sr0.75TiO3 yang didadah Niobium ditumbhkan di atas subtrat Si tipe-P dan gelas korning dengan
penerapannya sebagai fotodioda.” Hasil penelitian ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan
program pendidikan Sarjana Sains (S.Si) di Departemen Fisika, Fakultas matematika dan Ilmu pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor. Sholawat serta salam semoga tetap tercurah kepada Nabi Muhammad SAW
beserta keluarga, sahabat dan umatnya sampai akhir zaman
Penelitian dilaksanakan dari bulan Juni 2007 – Maret 2008. Penulis mengucapkan terima kasih
kepada Bapak Dr. Irzaman dan Bapak Ardian Arif, M.Si sebagai dosen pembimbing yang telah
memberikan bimbingan, motivasi dan arahan demi kelancaran penelitian ini. Kepada .Kepada Bapak
Akhiriddin Maddu dan Bapak Drs. Siddik Rubadipramudito selaku dosen penguji yang banyak
memberikan saran yang bermanfaat. Terimakasih penulis ucapkan kepada . Kepada mama, apa, kakak dan
adikku dirumah serta seluruh keluarga besar atas doa dan motivasinya yang selalu menyertai setiap langkah
ku. Ucapan terimakasih penulis ucapkan kepada Nenk (AdikQueh) yang selalu memberikan semangat,
Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan untuk teman satu tim penelitian (Agung, Erdi, Heri, dan
Romzie), rekan-rekan di laboratorium Material (Ana, Rina, Fuji, Casnan, Mba Ica, Rahma), teman-teman
fisika 41, 40, 42 dan 43 yang selalu mendorong dan memberi semangat kepada penulis. Penulis berharap
semoga penelitian ini bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.
Wassalamualaikum Wr. Wb.

Bogor, Agustus 2008

Aep Setiawan

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Garut pada tanggal 2 Nopember 1985 dari pasangan Bapak
Aji dan Ibu Uneh. Penulis merupakan putra ketiga dari empat bersaudara. Penulis
menempuh pendidikan di SDN Cinagara 2 (1992 – 1998), SLTPN 2 CiawiTasikmalaya (1998 – 2001), SMUN 1 Malangbong-Garut (2001 – 2004) dan
tahun 2004 penulis masuk ke Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor melalui
jalur USMI. Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah aktif sebagai staff
Departemen PSDM HIMAFI 2005 – 2006, Ketua Departemen PSDM HIMAFI
2006 – 2007. Penulis pernah menjadi asisten praktikum Fisika dasar pada tahun
2007 – 2008, asisten praktikum Eksperimen Fisika 1 dan Eksperimen Fisika 11,
Penulis juga aktif mengajar Fisika di Bimbingan Belajar mahasiswa , SMA dan
SMP.

DAFTAR ISI

Halaman
DAFTAR TABEL .................................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR................................................................................................................. viii
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................................. ix
PENDAHULUAN..................................................................................................................... 1
Latar Belakang ................................................................................................................ 1
Tujuan Penelitian.............................................................................................................. 1
Hipotesis........................................................................................................................... 1
TINJAUAN PUSTAKA............................................................................................................
Bahan barium Stronsium Titanat (BST) ..........................................................................
Bahan Pendadah ...............................................................................................................
Metode Chemical Solution Deposition (CSD)..................................................................
Koefisien Absorpsi ...........................................................................................................
Metode Plot Touc .............................................................................................................
P-N Junction .....................................................................................................................
Fotodioda..........................................................................................................................
Konduktivitas Listrik........................................................................................................

1
1
2
2
2
3
4
4
4

BAHAN DAN METODE..........................................................................................................
Tempat dan Waktu Penelitian...........................................................................................
Alat dan Bahan .................................................................................................................
Pembuatan Larutan BST dan BNST.................................................................................
Persiapan Substrat Silikon tipe-P dan gelas korning ........................................................
Proses Penumbuhan Film Tipis ........................................................................................
Proses Annealing ..............................................................................................................
Karakterisasi.....................................................................................................................
Pengukuran Konduktivitas dan Resisitansi ......................................................................
Pengukuran I-V ................................................................................................................
Pengukuran UV-Vis .........................................................................................................

5
5
5
5
5
5
6
6
6
6
6

HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................................. 7
Sifat Optik Film Tipis BST dan BSNT ............................................................................ 7
Karakterisasi Fotodioda.................................................................................................... 10
Karakterisasi Konduktivitas Listrik dan Resistansi .......................................................... 12
KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................................. 13
Kesimpulan....................................................................................................................... 13
Saran................................................................................................................................. 13
DAFTAR PUSTAKA................................................................................................................ 13
LAMPIRAN .............................................................................................................................. 15

DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 3.1. Persiapan Subtrat ........................................................................................................ 5
DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8.
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13.
Gambar 4.14.
Gambar 4.15.
Gambar 4.16.
Gambar 4.17.
Gambar 4.18.
Gambar 4.19.

Transisi Langsung Eksitasi Elektron ...................................................................
Transisi Tidak Langsung Eksitasi Elektron .........................................................
Kurva Koefisien Absorpsi Optik .........................................................................
Sel Surya p-n Semikonduktor ketika disinari ......................................................
Spektrum Konduktivitas Listrk Suatu Bahan ......................................................
Hasil Penumbuhan Film Tipis .............................................................................
Diagram Alir Penelitian.......................................................................................
Proses Annealing ................................................................................................
Hubungan Panjang Gelombang dan transmitansi Film Tipis BST tanpa Doping
dengan variasi suhu Annealing .............................................................................
Hubungan Panjang Gelombang dan transmitansi Film Tipis BST Doping 5%
Nb2O5 dengan variasi suhu Annealing................................................................
Kurva Panjang Gelombang film tipis terhadap koefisien absorpsi (α) tanpa
Doping dengan variasi suhu Annealing ..............................................................
Kurva Panjang Gelombang film tipis terhadap koefisien absorpsi (α)
Doping 5% Nb2O5 dengan variasi suhu Annealing.............................................
Plot Touc untuk film tipis BST diannealing 4000 C ............................................
Plot Touc untuk film tipis BST diannealing 4500 C ............................................
Plot Touc untuk film tipis BST diannealing 5000 C ............................................
Plot Touc untuk film tipis BNST diannealing 4000 C .........................................
Plot Touc untuk film tipis BNST diannealing 4500 C .........................................
Plot Touc untuk film tipis BNST diannealing 5000 C .........................................
Celah Pita energi (energi gap) terhadap variasi temperatur Annealing dan
Dilihat dari pengaruh doping dan tanpa doping ..................................................
Hasil Pengukuran I-V untuk Film Tipis tanpa doping dengan suhu Annealing
8500C ....................................................................................................................
Hasil Pengukuran I-V untuk Film Tipis tanpa doping dengan suhu Annealing
9000C ...................................................................................................................
Hasil Pengukuran I-V untuk Film Tipis tanpa doping dengan suhu Annealing
9500C ...................................................................................................................
Hasil Pengukuran nilai I-V untuk Film Tipis 5% doping Nb2O5 dengan suhu
Annealing 8500 C ..................................................................................................
Hasil Pengukuran nilai I-V untuk Film Tipis 5% doping Nb2O5 dengan suhu
Annealing 9000 C .................................................................................................
Hasil Pengukuran nilai I-V untuk Film Tipis 5% doping Nb2O5 dengan suhu
Annealing 9500 C ..................................................................................
Hasil Perhitungan Konduktivitas Listrik Film Tipis dengan Suhu Annealing
8500C, 9000C dan 9500C .....................................................................................
Hasil Perhitungan Resisitansi Film Tipis dengan Suhu Annealing
8500C, 9000C dan 9500C .......................................................................................

2
3
3
4
4
5
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
9
9
9
11
11
11
11
11
11
12
13

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Nilai Konduktivitas dan Resisitansi Film Tipis .................................................... 15

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Film tipis merupakan materal yang
memberikan
harapan
baru
dalam
pengembangan devais sel surya agar
memenuhi persyaratan, diantaranya biaya
rendah dan stabilitas material yang baik [1].
Pembuatan lapisan tipis sudah banyak
dikembangkan
dengan
menggunakan
metode tertentu. Metode pembuatan lapisan
tipis secara umum dikelompokan menjadi
dua yaitu metode vakum dan non-vakum.
Untuk metode vakum terdiri dari PVD,
Laser Ablasi, Ion Planting, dan CVD.
Sedangkan untuk metode non vakum yaitu
Elektrodeposisi, Dip Coating, Spin Coating,
Elektroforesis, Screen Printing, dan Spray
Pyrolisis [2]. Metode dalam penelitian ini
menggunakan metode nonvakum yaitu CSD
(chemical solution Deposition).
Film tipis yang dikembangkan sebagai
devais sel surya memiliki efisiensi yang
cukup baik. Berdasarkan data yang
diperoleh pembuatan sel surya dengan bahan
silikon memiliki efisiensi diatas 20% [3].
Piranti yang dapat menghasilkan efek
fotovoltaik bahan dasarnya merupakan
bahan semikonduktor.
Pembuatan film tipis BST diharapkan
bisa menjadi devais sel surya dan fotodioda.
Sifat yang diuji dari film tipis tersebut
adalah sifat listrik dan optik. Pengujian sifat
listrik dilihat dari kurva hubungan tegangan
-arus dan konduktivitas listrik. Sedangkan
untuk sifat optik dapat dilihat dari sifat
absorpsi.
Subtrat yang digunakan adalah silikon
tipe-p dan gelas korning. Subtrat yang
digunakan untuk melihat hubungan I-V dan
konduktivitas
adalah
silikon
tipe-p,
sedangkan untuk energi gap menggunakan
subtrat gelas korning. Variasi suhu yang
digunakan ; subtrat Si tipe-p suhu 8500C,
9000C
dan
9500C,
gelas
korning
menggunakan suhu 4000C, 4500C, dan
5000C. Pembuatan film tipis ada dua variasi
yaitu film tipis tanpa doping dan didoping.
Bahan doping yang digunakan pada
penelitian ini adalah Niobium Pentaoksida
(NbO5).
Tujuan Penelitian
Tujuan umum dari penelitian ini adalah
untuk
menumbuhkan
film
tipis
Ba0.25Sr0.75TiO3 pada subtrat silikon tipe-p
dan korning gelas tanpa doping dan
didoping
Niobium Pentaoksida(NbO5),

kemudian diuji sifat listrik dan optik dari
film tipis yang dibuat.
Tujuan khusus dari penelitian adalah :
1. Menganalisis celah energi atau energi
gap film tipis tanpa doping
dan
didoping Niobium Pentaoksida (NbO5)
pada subtrat gelas korning.
2. Menguji hubungan tegangan (V) dan
arus (I) melalui kurva I-V film tipis
tanpa doping dan didoping Niobium
Pentaoksida (NbO5)
pada subtrat
silikon tipe-p.
3. Menguji konduktivitas listrik film tipis
tanpa doping dan didoping Niobium
Pentaoksida (NbO5)
pada subtrat
silikon tipe-p.
HIPOTESIS
Kenaikan suhu annealing dan pemberian
doping diharapkan dapat memperkecil
energi gap, serta konduktivitas listrik dan
fotodioda menjadi lebih baik.
TINJAUAN PUSTAKA
Barium Stronsium Titanat (BST)
Material
yang
digunakan
dalam
pembuatan lapisan tipis ini
adalah
BaxSr1-xTiO3 (BST). Barium Stronsium
Titanat (BST) merupakan bahan yang
memiliki konstanta dielektrik yang tinggi,
serta kapasitas penyimpanan muatan yang
tinggi (high charge storage capacity) [4].
Pembuatan BST menggunakan peralatan
yang cukup sederhana, biaya murah, dan
dilakukan dalam waktu yang relatif singkat.
Bahan Barium Stronsium Titanat (BST)
memiliki potensi untuk menggantikan film
tipis SiO2 pada sirkuit metal oxide
semikonduktor (MOS). Namun konstanta
dielektrik yang dimiliki oleh BST tersebut
masih rendah dibandingkan dengan bentuk
bulknya. Hal ini berkaitan dengan mikro
butir yang baik, tingkat tekanan yang baik,
kekosongan oksigen, formasi lapisan
interfacial
dan oksidasi pada bottom
elektrode atau Si (Silikon) [5].
Struktur
BST
berbentuk
kubus.
Temperatur Curie barium titanat murni
sebesar 130 0C. Dengan penambahan
stronsium temperatur barium titanat
menurun menjadi temperatur kamar [6].
Pembuatan film tipis BST dapat dibuat
dengan
berbagai
teknik
diantaranya
Chemical Solution Deposition Sputtering,
laser ablasi, MOCVD dan proses sol gel [7].
Berikut ini merupakan persamaan reaksi
untuk BST

2

0.25Ba(CH3COO)2+0.75Sr(CH3COO)2+
Ti(C12O4H28)+22O2
Ba0.25Sr0.75TiO3+17H2O+16CO2
(2.1)
Bahan Pendadah
Bahan Barium Stronsium Titanat (BST)
menjadi baik
sifat semikonduktornya
dengan menambahkan bahan pendadah
tertentu.
Semikonduktor
BST
dapat
dihasilkan melalui pendadahan donor
dengan ion-ion pentavalan contohnya
Niobium atau Tantalum pada site ion Ti4+
[8]. Pendadahan ion-ion pentavalen pada
bahan pyroelektrik bersifat menyerupai
semikonduktor tipe-n [9.5]. Substitusi ion
pentavalen menghasilkan level donor yang
dangkal dan menyebabkan elektron dapat
tereksitasi menuju pita konduksi [10].
Penambahan
pendadah
akan
menyebabkan perubahan sifat material,
diantaranya parameter kisi, konstanta
dielektrik,
sifat
elektrokimia,
sifat
elektrooptik, dan sifat pyroelektrik dari
lapisan tipis [11]. Bahan pendadah material
dibedakan menjadi dua jenis yaitu soft
dopan dan hard dopan. Soft dopan disebut
juga dengan istilah donor dopan, karena
menyumbang valensi yang berlebih pada
struktur kristal BST. Sedangkan hard dopan
disebut juga dengan istilah acceptor dopan
karena menerima valansi yang berlebih di
dalam strutur kristal BST [12].
Karakterisasi yang muncul dengan
penambahan ion pentavalen menyebabkan
soft dopan pada lapisan tipis yang dibuat.
Sifat yang dihasilkan dari film tipis menjadi
soften artinya koefisien elastis menjadi lebih
tinggi, sifat medan koersif yang lebih
rendah, faktor kualitas mekanik rendah dan
kualitas listrik rendah. Sedangkan ion hard
dopan
dapat
menghasilkan
material
ferroelektrik menjadi lebih hardness, seperti
loss dielektric, bulk resistivitas lebih rendah,
faktor kualitas mekanik lebih tinggi, dan
faktor kualitas listrik menjadi lebih tinggi
[13].
Metode Chemical Solution Deposition
(CSD)
Pembuatan lapisan tipis dapat dilakukan
dengan
cara Sputtering, metal organik
vapour deposition (MOCVD) dan metode
chemical solution deposition (CSD) [14.7].
Metode chemical solution deposition (CSD)
merupakan metode pembuatan lapisan tipis
dengan cara pendeposisian larutan kimia di
atas subtrat, kemudian dipreparasi dengan

menggunakan spin coating pada kecepatan
putaran tertentu [15]. Metode CSD memiliki
kontrol stokiometri yang baik, mudah
dalam pembuatannya serta sintesisnya
terjadi pada temperatur rendah [16].
Proses spin coating ini merupakan
reologi atau prilaku aliran larutan pada
piringan yang berputar. Mula-mula aliran
volumetrik cairan dengan arah radial pada
subtrat diasumsikan bervariasi terhadap
waktu. Pada saat t = 0, penggenangan awal
dan pembasahan menyeluruh pada subtrat
(tegangan permukaan diminimalisasi yakni
tidak adanya getaran, tidak ada noda kering
dan sebagainya). Piringan kemudian
dipercepat dengan kecepatan rotasi yang
spesifik sehingga menyebabkan bulk dari
cairan terdistribusi merata [17].
Koefisien Absorpsi
Koefisien absopsi (α) merupakan fraksi
yang diserap dalam satuan jarak yang dilalui
dan merupakan karakteristik suatu medium
dalam
panjang
gelombang
tertentu.
Koefisien absorpsi dapat dinyatakan dalam
persamaan sebagai berikut:

1
d

 Tλ (%) 

 100 

α λ = ln

(2.2)

Absorpsi foton tergantung pada sifat
bahan
semikonduktor
dan
panjang
gelombang cahaya yang datang. Arus yang
dihasilkan oleh sebuah sel surya bergantung
pada panjang gelombang cahaya datang
yang merupakan karakteristik dari bahan
semikonduktor [3]. Absorpsi suatu bahan
semikonduktor menyebabkan terjadinya
eksitasi elektron dari pita valensi ke pita
konduksi [18]. Proses transisi elektron dari
pita valensi ke pita konduksi terdiri dari
transisi langsung (direct transition) dan
transisi
tidak
langsung
(indirect
transition)[8].

Gambar 2.1 Transisi Langsung
Eksitasi Elektron [8]

3

Eg + Ep
Eg - Ep

E
k

Gambar 2.2 Transisi Tidak Langsung
Eksitasi Elektron. [8]
Transisi untuk bahan semikonduktor dapat
dituliskan dengan persamaan :

α (hυ ) = C (hυ − E g ) n

(2.3)

dimana :
α = koefisien absorpsi
C = konstanta
hv = energi foton
Eg = energi gap
n = ½ untuk transisi langsung
n = 2 untuk transisi tidak langsung

Gambar 2.3 Kurva Koefisien
Absorpsi Optik [8]
Metode Plot Tauc
Transisi
optik

Gambar transisi langsung dapat dilihat
pada Gambar 2.2 , sedangkan gambar untuk
transisi tidak langsung dapat dilihat pada
Gambar 2.3. Untuk menentukan Transisi
langsung atau tidak langsung suatu elektron
dalam
suatu
bahan
semikonduktor
diperlukan perhitungan analisis dan teknik
tertentu. Jika metode plot Touc digunakan
untuk penentuan celah energi (energi gap),
maka transisi elektron dari semikonduktor
tersebut harus secara langsung [19].
Kurva absorpsi optik semikonduktor
dapat dibagi menjadi tiga daerah dan dapat
dilihat pada Gambar 2.3
1.

2.

Daerah A disebut sebagai daerah
absorpsi tail untuk nilai α ≤ 1 cm-1.
Daerah B disebut sebagai daerah
Urbach atau daerah eksponensial.
Daerah
ini
nilai

3.

alphanya 1cm ≤ α ≤ 10 cm .
Daerah C disebut daerah pangkat, α
pada daerah ini mengikuti hokum
−1

α (hυ ) = C (hυ − E g ) n ,

pangkat atau
nilai
adalah

−1

3

alpha
:

pada

daerah

α ≥ 10 cm
3

−1

.

ini

pada

daerah

α ≥ 10 cm
dapat ditentukan energi
gapnya dengan membuat plot linier dari
kurva alpha terhadap energi. Metode plot
berlaku untuk beberapa semikonduktor
termasuk BST [14]. Metode plot Tauc dapat
dijelaskan sebagai berikut :
1. Data yang keluar adalah transmitansi
(%) terhadap panjang gelombang (nm)
2. Kemudian dibuat gambar grafik
hubungan α1/2 terhadap energi foton
3. Dengan melakukan ekstrapolasi bagian
linier kurva α1/2 vs E memotong absis,
diperoleh nilai energi yang dinamakan
celah energi (Eg).
Ekstrapolasi dilakukan pada daerah kurva
yang meningkat tajam, dimana daerah
tersebut menyatakan terjadinya transisi
langsung [19].
3

−1

P-N Junction
P-N Junction adalah daerah pertemuan
yang terjadi, apabila simikonduktor tipe-p
dan semikonduktor tipe-n
dipertemukan.
Nama
lain
untuk
persambungan
semikonduktor tipe-p dan simikonduktor
tipe-n yang membentuk kristal adalah dioda
[20]. (kata dioda diambil dari dari dua
elektroda
dimana
di
berarti dua).
Karakteristik dioda dapat dilihat dari
hubungan antara arus dioda dan beda
tegangan antara kedua ujung dioda [20].

4

Bias diode adalah cara pemberian tegangan
luar ke terminal diode. Apabila Anoda diberi
tegangan positif dan Katoda diberi tegangan
negatif maka bias tersebut dikatakan bias
maju (forward bias). Pada kondisi bias ini
akan terjadi aliran arus dengan ketentuan
beda tegangan yang diberikan ke diode dan
nilainya selalu positif. Sebaliknya apabila
Anoda diberi tegangan negatif dan Katoda
diberi tegangan positif, arus yang mengalir
jauh lebih kecil dari pada kondisi bias maju.
Bias ini dinamakan bias mundur (reverse
bias) [21].
Fotodioda
Fotodioda adalah sambungan p-n yang
bekerja melibatkan pemancaran cahaya dan
penyerapan cahaya [22]. Sebuah elektron
dalam pita valensi dapat menyerap foton dan
elektron tersebut dapat bertransisi ke pita
konduksi. Energi yang didapatkan elektron
dari penyerapan foton tersebut harus lebih
besar dari energi gap dari atom.
Fotodioda
memiliki
wilayah
semikonduktor terdeplesi dengan medan
listrik tinggi yang memisahkan pasangan
elektron- hole yang muncul karena pengaruh
cahaya. [23]. Daerah deplesi tersebut harus
dapat dilewati oleh energi foton yang
diserap elektron, sehingga elektron tersebut
dapat bertransisi. Medan listrik besar yang
timbul dalam daerah deplesi dapat
mendorong hole ke sisi p dan lektron ke sisi
n. Apabila elektron bergerak melalui sebuah
rangkaian luar untuk bergabung dengan
sebuah hole dalam bahan tipe-p, maka akan
ada arus listrik yang muncul.
Dioda ideal arus yang muncul pada
tegangan knee tertentu, ketika di bias maju.
Adanya cahaya luar yang datang pada
persambungan p-n ketika dibias maju, akan
dihasilkan pasangan elektron-hole dalam
lapisan pengosongan. Semakin kuat cahaya
yang datang, makin banyak jumlah
pembawa yang dihasilkan cahaya dan makin
cepat arus yang dihasilkan [24].
Ketika sel surya menyerap foton dengan
energi hv lebih besar dari lebar celah energi
(Eg) semikonduktor, maka elektron-elektron
akan tereksitasi dari level valensi ke level
konduksi dan menjadi elektron bebas
(Gambar 2.4). Karena adanya medan
elektrostatik pada persambungan, maka
elektron-elektron tersebut akan menuju sisi n
(pada pita konduksi), sedangkan hole-hole
yang ditinggalkan pada level valensi akan
mengalir pada sisi p (pada pita valensi),

Gambar 2.4 Sel Surya p-n semikonduktor
ketika disinari [3]
Masing-masing elektron dan hole menuju
kontak arus, ketika disambungkan dengan
rangkaian luar muatan-muatan pembawa
tersebut akan mengalir dengan arah yang
berlawanan
dan
akhirnya
saling
berekombinasi
kembali
pada
bahan
semikonduktor.
Aliran
muatan-muatan
pembawa tersebut menghasilkan arus listrik
yang dapat diukur dengan alat-alat ukur
listrik [3].
Konduktivitas Listrik
Material alami maupun buatan dapat
diklasifikasikan
menjadi
tiga
yaitu
konduktor, isolator, dan semikonduktor.
Nilai dari konduktivitas listrik ketiga
material
tersebut
berbeda.
Material
semikonduktor
mempunyai
nilai
konduktivitas antara (10-8 - 103 )S/cm.

Gambar 2.5 Spektrum Konduktivitas
Listrik Suatu Bahan [5]

5

Nilai konduktivitas suatu material
tergantung dari s