Sifat Konduktivitas Listrik Penentuan Koefisien Difusi Bahan Semikonduktor Lithium Tantalat (LiTaO3) di atas Substrat Silikon (100) Tipe-p pada Variasi Suhu

17 berbanding terbalik dengan resistansinya. Konduktivitas listrik akan meningkat jika resistansi suatu bahan material menurun. Material yang bersifat isolator konduktivitas listriknya akan meningkat jika suhunya ditingkatkan. Pada material yang bersifat konduktor sebaliknya jika suhunya ditingkatkan maka nilai konduktivitasnya menurun. Konduktivitas listrik dari masing-masing sampel dengan variasi suhu annealing dapat dihitung menggunakan persamaan 3.1. Luas kontak A dan jarak antar kontak l pada setiap sampel berpengaruh untuk perhitungan konduktivitas listrik. Material semikonduktor mempunyai nilai konduktivitas listrik pada selang antara 10 -8 sampai 10 3 Scm. Nilai konduktivitas listrik film LiTaO 3 yang diperoleh berkisar antara 10 -6 Scm sampai 10 -5 Scm. Hal ini menunjukkan bahwa film LiTaO 3 adalah material semikonduktor. Semikonduktor merupakan bahan dengan konduktivitas listrik yang berada diantara isolator dan konduktor. Sifat bahan baik konduktor, isolator, maupun semikonduktor terletak pada struktur jalur atau pita energi atom-atomnya, yang membedakan apakah bahan itu termasuk konduktor, isolator, atau semikonduktor adalah energi Gap Eg Kwok, 1995. Pengaruh temperatur terhadap nilai konduktivitas listrik memiliki hubungan yang berbanding lurus, artinya peningkatan suhu annealing menimbulkan kenaikan nilai konduktivitas listrik. Hal ini terjadi akibat peningkatan suhu annealing menyebabkan peningkatan evaporasi lapisan film tipis sehingga ketebalan lapisan film tipis berkurang dan cacat strukturnya menurun. Kenaikan konduktivitas listrik akibat elektron yang mengalir akan meningkat karena terjadinya hamburan dengan cacat kristal yang cenderung menurun. Pada pengukuran resistansi dan konduktivitas listrik sebelumnya telah diketahui bahwa film tipis LiTaO 3 yang digunakan merupakan bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor yang membentuk persambungan p-n memungkinkan untuk menghasilkan arus dan tegangan ketika diberikan energi yang sesuai bagi elektron dan hole berdifusi. Gambar 4.4 Hubungan konduktivitas listrik terhadap Intensitas cahaya Intensitas Cahaya Lux 1000 2000 3000 4000 Ko nd uk tiv ita s Li st rik µ S cm 2 4 6 8 10 12 550 °C 600 °C 650 °C 700 °C 750 °C 800 °C 18 Gambar 4.4 menunjukkan kurva konduktivitas listrik film tipis LiTaO 3 sebagai fungsi dari intensitas cahaya. Kurva konduktivitas listrik tersebut menunjukkan konduktivitas listrik relatif naik sebagai fungsi intensitas cahaya yang akan meningkatkan nilai konduktivitas listrik. Adapun nilai konduktivitas listrik suatu material bergantung dari sifat material tersebut. Nilai konduktivitas listrik suatu material dapat meningkat karena bahan tersebut menghantarkan arus listrik. Nilai konduktivitas listrik film LiTaO 3 yang diperoleh berkisar antara 10 -6 Scm sampai 10 -5 Scm. Hal ini menunjukkan bahwa film LiTaO 3 adalah material semikonduktor. Pengaruh temperatur terhadap nilai konduktivitas listrik memiliki hubungan yang berbanding lurus, artinya peningkatan suhu annealing menimbulkan kenaikan nilai konduktivitas listrik. Hal ini terjadi akibat peningkatan suhu annealing menyebabkan peningkatan evaporasi film tipis sehingga ketebalan lapisan film tipis berkurang dan cacat strukturnya menurun. Kenaikan konduktivitas listrik akibat elektron yang mengalir akan meningkat karena terjadinya hamburan dengan cacat kristal yang cenderung menurun. Pengaruh suhu annealing terhadap nilai konduktivitas listrik optimal ketika suhu annealing 800°C namun nilai konduktivitas listrik menurun ketika suhu annealing dilakukan pada suhu 750°C. Penurunan nilai konduktivitas listrik terkait dengan suhu annealing disebabkan oleh penguapan yang dialami oleh film tipis LiTaO 3 . Atom-atom yang telah tersusun ketika proses pendeposisian mengalami penguapan dan menyebabkan penurunan kualitas kristal.

4.3 Koefisien Difusi

Proses difusi dapat terjadi dalam keadaan gas, cair, maupun padat sehingga proses pendifusian ini dapat terjadi pada film lithium tantalat. Difusi merupakan peristiwa mengalirnyaberpindahnya suatu zat dalam pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua larutan disebut gradien konsentrasi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel tersebar luas secara merata atau mencapai keadaan kesetimbangan dimana perpindahan molekul tetap terjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi. Secara garis besar proses difusi terjadi karena adanya perpindahan struktur atom akibat pergerakan energi, dalam hal ini pergerakan atom-atom tersebut dipercepat pada saat film lithium tantalat berada dalam temperatur tinggi. Pada temperatur tinggi akan mengakibatkan terjadinya peregangan dan pergerakan pada struktur atom sehingga mengakibatkan terjadinya kekosongan antara atom induk dengan atom-atom tetangga. Dengan bantuan proses perlakuan permukaan, kekosongan yang terjadi antara atom induk dan atom tetangga akan terisi oleh atom- atom lainnya akibat dari proses perlakuan permukaan, baik itu secara difusi interstisial maupun difusi vacancy Milton, 1991. Mekanisme pendifusian atom dengan cara perpindahan atom-atom terhadap posisi dari pendifusian atom tersebut. Difusi vacancy merupakan mekanisme perpindahan atom karena adanya kekosongan tempat dalam struktur atom. Kekosongan tersebut akan di isi oleh atom-atom yang mengalami pergerakan akibat 19 adanya pergerakan energi dalam temperatur tinggi. Sedangkan difusi interstisi mekanisme perpindahan atom akibat adanya gerakan atom dalam rongga atom. Difusi intertisi ini terjadi apabila atom yang mengalami pergerakan memiliki ukuran jari-jari atom yang jauh lebih kecil dari atom induk. Atom-atom yang terinterstisi tersebut akan bergerak masuk kedalam rongga atom yang tercipta oleh atom besar. Kecepatan dari proses difusi ini tergantung pada ukuran partikel, temperatur, luas area atom. Semakin kecil ukuran atom yang terdapat pada film lithium tantalat, maka akan semakin cepat terjadinya proses difusi pada atom. Dan semakin tinggi temperatur pada saat film tipis diberi perlakuan panas, maka energi yang bergerak pada partikel juga akan semakin cepat sehingga kecepatan pada saat terjadi difusi juga akan semakin tinggi. Serta semakin besar luas area yang memisahkan antara satu atom dengan atom lainnya, maka akan semakin cepat terjadi pergerakan atom sehingga akan menyebabkan kecepatan proses difusi meningkat. Dalam struktur kristal, adanya kekosongan posisi atom memungkinkan atom di sebelahnya bergerak mengisi kekosongan tersebut sementara ia sendiri meninggalkan tempat semula yang ia isi menjadi kosong. Posisi kosong yang baru terbentuk akan memberikan kemungkinan untuk diisi oleh atom di sebelahnya; dan demikian seterusnya. Mekanisme ini merupakan mekanisme yang paling mungkin untuk terjadinya difusi internal. Kemungkinan lain adalah adanya atom yang lepas dari kisi kristalnya dan menjadi atom interstisial dan menjadi mudah bergerak. Tabel 4.1 Koefisien difusi terhadap variasi suhu dan intensitas Suhu Annealing o C Koefisien Difusi nm 2 s Intensitas 0 lux Intensitas 10 3 lux Intensitas 2 10 3 lux Intensitas 3 10 3 lux Intensitas 4 10 3 lux 550 600 650 700 750 800 57 79 89 134 103 174 91 107 158 202 98 325 116 118 180 236 86 342 100 109 91 260 156 376 128 142 114 308 166 391 Berdasarkan persamaan 3.2 dan gambar 4.4 diperoleh hasil koefisien difusi sesuai table 4.1. Semakin tinggi temperatur pada saat film LiTaO 3 diberi perlakuan annealing pada suhu 550 o C, 600 o C, 650 o C, 700 o C, 750 o C dan 800 o C maka energi yang bergerak pada partikel juga akan semakin cepat sehingga kecepatan pada saat terjadinya difusi juga akan semakin tinggi. Tetapi pada suhu annealing 750 o C proses difusi terjadi penuruna yang dilanjutkan kenaikan pada suhu 800 o C.