Substrat Silikon Si Litium Tantalat LiTaO

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan zaman, ilmu pengetahuan dan teknologi semakin berkembang. Salah satu ilmu untuk mengembangkan dunia teknologi adalah ilmu fisika diantaranya fisika material. Fisika material mengkaji sifat-sifat dan struktur material. Sifat suatu material ferroelectric dimanfaatkan untuk kebutuhan perangkat elektronika. Peranan bahan ferroelectric LiTaO 3 sangat menarik untuk diteliti karena dalam penerapannya dapat digunakan sebagai sel surya. LiTaO 3 merupakan objek yang diteliti secara intensif selama beberapa tahun terakhir karena memiliki sifat yang unik. LiTaO 3 bersifat ferroelectric pada suhu kamar. Dari beberapa hasil kajian, LiTaO 3 merupakan material optik, optoelectric serta piezoelectric yang penting karena bahan LiTaO 3 memiliki kemampuan untuk merubah fase dari ferroelectric menjadi paraelectric. LiTaO 3 memiliki konstanta dielektrik yang tinggi serta kapasitas penyimpan muatan yang tinggi juga. 1 Selain itu LiTaO 3 merupakan kristal non-hygroskopis yang tidak mudah rusak sifat optiknya, sifat ini yang menjadikan bahan LiTaO 3 unggul dari bahan lainnya. Penumbuhan film LiTaO 3 dibuat menggunakan metode chemical solution deposition CSD . Keunggulan teknik ini adalah dapat mengontrol stoikiometri film dengan kualitas yang baik, prosedur yang mudah dan membutuhkan biaya yang relatif murah. 2,3 Substrat yang digunakan dalam penumbuhan film LiTaO 3 ini adalah substrat silikon tipe-p. Pada penelitian dilakukan uji sifat kristal pada suhu annealing 850°C, 900°C selama 8 jam dan 15 jam serta uji sifat listrik pada suhu annealing 800°C, 850°C, 900°C selama 1 jam, 8 jam, 15 jam dan 22 jam.

1.2 Tujuan Penelitian

1. Membuktikan terjadinya perubahan struktur kristal LiTaO 3 rhombohedral menjadi LiTaSiO 5 monoclinic pada suhu annealing 850°C, 900°C selama 8 jam dan 15 jam dengan karakterisasi XRD X-ray diffraction . 2. Menguji konduktivitas listrik film LiTaSiO 5. 3. Menghitung nilai konstanta dielektrik film LiTaSiO 5.

1.3 Perumusan Masalah

1. Apakah terjadi perubahan struktur kristal LiTaO 3 rhombohedral menjadi LiTaSiO 5 monoclinic pada suhu annealing 850°C, 900°C selama 8 jam dan 15 jam? 2. Bagaimana konduktivitas listrik film LiTaSiO 5 ? 3. Bagaimana konstanta dielektrik film LiTaSiO 5 ? 1.4 Hipotesis 1. Terjadi perubahan struktur kristal LiTaO 3 rhombohedral menjadi LiTaSiO 5 monoclinic pada suhu annealing 850°C, 900°C selama 8 jam dan 15 jam. 2. LiTaSiO 5 merupakan material semikonduktor. 3. Nilai konduktivitas listrik dan konstanta dielektrik film LiTaSiO 5 akan berbeda berdasarkan suhu annealing dan waktu annealing nya.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Substrat Silikon Si

Silikon adalah suatu unsur kimia yang memiliki lambang Si dan nomor atom 14. Si merupakan unsur terbanyak kedua di bumi dan unsur dari golongan IV A dalam sistem periodik unsur-unsur. Sebagian besar unsur bebas Si tidak ditemukan di alam. Oleh karena itu Si dihasilkan dengan mereduksi kuarsa dan pasir dengan karbon yang berkualitas tinggi. Silikon untuk penggunaan semikonduktor dimurnikan lebih lanjut dengan metode pelelehan berzona kristal czochralski. Kristal Si ini memiliki kilap logam dan mengkristal dengan struktur intan. 4 Silikon adalah semikonduktor pengganti germanium. Sebuah atom Si terisolasi mempunyai 14 proton dan 14 elektron. 5 Setiap atom Si mempunyai empat buah elektron valensi. Atom Si menempati kisi-kisi dalam kristal. Setiap atom Si terikat dengan empat buah atom Si lain membentuk ikatan kovalen. Kristal Si merupakan semikonduktor intrinsik, yaitu semikonduktor murni yang belum dicampur atau dikotori dengan atom lain. Pada suhu 0°K, kristal Si bersifat sebagai isolator karena memiliki pita konduksi yang kosong. Namun ketika dipanaskan elektron mendapat energi, hal ini mengakibatkan adanya perpindahan elektron ke pita konduksi sehingga dapat bersifat sebagai konduktor. 6

2.2 Litium Tantalat LiTaO

3 Litium tantalat LiTaO 3 merupakan suatu bahan yang memiliki keunikan dari segi sifat pyroelectric dan piezoelectric yang terpadu dengan stabilitas mekanik dan kimia yang baik. Oleh karena itu LiTaO 3 sering digunakan untuk beberapa aplikasi misalnya modulator electro-optical dan detektor pyroelectric. LiTaO 3 merupakan kristal non-hygroskopis, tidak berwarna, larut dalam air, memiliki tingkat transmisi yang tinggi dan tidak mudah rusak sifat optiknya. LiTaO 3 merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi serta kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi. 7 Pembuatan LiTaO 3 menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam waktu relatif singkat. LiTaO 3 merupakan campuran hasil reaksi antara Litium asetat [LiO 2 C 2 H 3 , 99,9] dan Tantalum oksida [Ta 2 O 5 , 99,9]. Berikut ini persamaan reaksi menghasilkan LiTaO 3 : 2 LiO 2 C 2 H 3 + Ta 2 O 5 + 4O 2 2 LiTaO 3 + 3 H 2 O + 4 CO 2 LiTaO 3 merupakan kristal ferroelectric yang mengalami proses suhu currie tinggi sebesar 601±5,5 o C. Massa jenis LiTaO 3 sebesar 7,45 gcm 3 yang digunakan untuk menghitung ketebalan film. 8 LiTaO 3 merupakan objek yang diteliti secara intensif selama beberapa tahun terakhir karena memiliki sifat yang unik. Berdasarkan penelitian, bahan LiTaO 3 merupakan semikonduktor tipe-n karena konsentrasi elektron yang dimiliki oleh material LiTaO 3 tersebut lebih banyak dibandingkan dengan konsentrasi hole-nya.

2.3 P-N Junction