Litium Tantalat LiTaO Silikon Si

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Penelitian terhadap material ferroelectric semikonduktor mendapat banyak perhatian. Hal ini didorong oleh potensi aplikasinya yang sangat luas. Beberapa aplikasi diantaranya sebagai lapisan penyangga buffer layer, transduser, saklar, sensor, kapasitor dan sebagai memori. 1 Pada perkembangannya, tahun 60-an sampai 70-an bahan ferroelectric banyak dibuat dalam bentuk kristal tunggal maupun bulk . Namun sepuluh tahun terakhir terjadi paradigma baru dalam fabrikasi, yaitu dalam bentuk lapisan film. 2 Beberapa metode yang dapat digunakan untuk penumbuhan film diantaranya chemical vapor deposition CVD, pulse laser ablation deposition PLAD, solution gelation Sol-gel, metalorganic chemical vapor deposition MOCVD, sputtering dan lain-lain. 3 Pada penelitian ini, penumbuhan film litium tantalat LiTaO 3 dibuat dengan menggunakan metode chemical solution deposition CSD dengan teknik spin coating. Keunggulan metode ini dapat mengontrol stokiometri film dengan kualitas yang baik, prosedur yang mudah, dilakukan pada suhu rendah dan biaya yang relatif murah. 4,5 Substrat yang digunakan dalam penumbuhan film ini adalah silikon 100 tipe-p. Sedangkan material yang digunakan adalah litium tantalat LiTaO 3 , bahan material yang memiliki sifat ferroelectric , piezoelectric dan pyroelectric. 6 Pada penelitian ini dilakukan uji sifat listrik dari setiap film dengan mengukur arus- tegangan I-V, uji sifat optik yang melihat sifat absorbansi dan reflektansi serta struktur kristal LiTaO 3 terhadap variasi suhu dan waktu annealing. Pembuatan film LiTaO 3 diharapkan bisa menjadi device fotodioda dan sensor warna.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan umum penelitian ini adalah untuk menumbuhkan film litium tantalat LiTaO 3 pada substrat Si 100 tipe-p dengan variasi suhu dan waktu annealing, kemudian diuji sifat listrik, optik dan struktur kristal dari setiap film yang telah dibuat. Tujuan khusus penelitian ini adalah 1. Penumbuhan film LiTaO 3 murni di permukaan substrat Si 100 tipe-p dengan variasi suhu dan waktu annealing. 2. Melakukan karakterisasi terhadap arus- tegangan I-V pada setiap film LiTaO 3 . 3. Melakukan karakterisasi sifat optik antara lain sifat absorbansi dan reflektansi pada setiap film LiTaO 3 . 4. Melakukan karakterisasi XRD pada setiap film LiTaO 3 .

1.3 Perumusan Masalah

Pada penelitian ini bahan LiTaO 3 ditumbuhkan di permukaan substrat silikon dengan metode CSD dengan memperhatikan pengaruh suhu dan waktu annealing dengan variasi 800 o C, 850 o C, 900 o C selama 1 jam, 8 jam, 15 jam dan 22 jam. Kemudian film diuji sifat listrik, optik dan struktur kristal.

1.4 Hipotesis

1. Pembuatan larutan LiTaO 3 dari bahan litium asetat LiO 2 C 2 H 3 ditambah tantalum oksida Ta 2 O 5 sebagai bahan dasar pembuatan film yang ditumbuhkan pada permukaan substrat silikon 100 tipe-p menggunakan metode CSD dengan teknik spin coating pada kecepatan 3000 rpm dan diameter luar ujung pipet 1 mm akan memiliki ketebalan antara 1-10 m. 2. Film LiTaO 3 memiliki sifat yang mirip dioda dan dapat diaplikasikan sebagai fotodioda dan sensor warna. 3. Film LiTaO 3 memiliki energi bandgap yang cukup besar antara 3-4 eV.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Litium Tantalat LiTaO

3 Litium tantalat LiTaO 3 merupakan bahan yang mempunyai sifat elektro-optik dan koefisien nonlinier optik yang tinggi. 7-9 LiTaO 3 juga merupakan bahan pyroelectric dan piezoelectric yang mempunyai stabilitas mekanik dan kimia yang baik. Oleh karena itu, LiTaO 3 sering digunakan untuk beberapa aplikasi termasuk electro-optic modulators, pyroelectric detectors , piezoelectric transducer dan lain-lain. 5,10 LiTaO 3 merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, serta kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi. 11 Pembuatan LiTaO 3 dengan metode Irzaman et al dan Hikam et al menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam waktu yang relatif singkat. 4,5 LiTaO 3 merupakan campuran dari hasil reaksi antara litium asetat [LiO 2 C 2 H 3 99,99 ] dan tantalum oksida [Ta 2 O 5 99 ]. Berikut ini persamaan reaksi untuk menghasilkan LiTaO 3 . 2LiO 2 C 2 H 3 + Ta 2 O 5 + 4O 2  2LiTaO 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. 12

2.2 Silikon Si

Silikon Si adalah unsur yang banyak terdapat di bumi ini. Silikon adalah semikonduktor pengganti germanium. Sebuah atom silikon terisolasi mempunyai14 proton dan 14 elektron. 13 Bahan semikonduktor yang paling banyak adalah kristal silikon, yang merupakan unsur dari kelompok IVA dalam sistem periodik unsur-unsur. Kristal semikonduktor intrinsic terdiri atas atom silikon seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1. Tiap atom silikon mempunyai 4 buah elektron valensi. Atom silikon menempati kisi-kisi dalam kristal. Tiap atom Si terikat dengan 4 buah atom Si lain membentuk ikatan kovalen. 14 Kristal silikon merupakan semikonduktor intrinsic , yaitu semikonduktor murni yang belum dicampur atau dikotori oleh atom lain. Pada suhu 0 K, kristal silikon bersifat sebagai isolator karena memiliki pita konduksi yang kosong. Namun, ketika dipanaskan, elektron mendapat energi. Hal ini mengakibatkan perpindahan elektron dari pita valensi ke pita konduksi sehingga dapat bersifat sebagai konduktor. 14

2.3 Metode chemical solution deposition