4
2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bahan Ferroelektrik
Film tipis ferroelektrik banyak digunakan dalam aplikasi untuk piranti elektrooptik dan elektronik. Bahan pyroelektrik dan piezoelektrik merupakan sub
kelompok dari bahan ferroelektrik. Bahan ferroelektrik tercangkup didalamnya pyroelektrik seperti LiTaO
3.
Ferroelektrik menunjukkan bahwa kelompok material dielektrik yang dapat terpolarisasi listrik secara internal pada rentang temperatur
tertentu. Polarisasi terjadi di dalam dielektrik sebagai akibat adanya medan listrik dari luar dan simetri pada struktur kristalografi di dalam sel satuan. Jika pada
material ferroelektrik dikenakan
medan listrik, maka atom-atom tertentu mengalami pergeseran dan menimbulkan
momen dipol listrik. Momen dipol ini yang menyebabkan polarisasi. Momen dipol
per-satuan volume disebut sebagai polarisai dielektrik Seo, 2004.
Ferroelektrik adalah gejala terjadinya perubahan polarisasi listrik secara spontan pada material tanpa gangguan medan listrik dari luar. Ferroelektrivitas
merupakan fenomena yang ditunjukkan oleh kristal dengan suatu polarisasi spontan dan efek histerisis yang berkaitan dengan perubahan dielektrik dalam menanggapi
penerapan medan listrik. Sifat histeresis dan konstanta dielektrik yang tinggi dapat diterapkan pada sel memori Dynamic Random Acsess Memory DRAM dengan
kapasitas penyimpanan melampaui 1 Gbit, pada lapisan dielektrik semikonduktor diharuskan ukuran sel direduksi besar-besaran, sehingga dianggap tidak praktis lagi,
sifat piezoelektrik dapat digunakan sebagai mikroaktuator dan sensor, sifat pyroelektrik dapat diterapkan pada switch termal infra merah, sifat polaryzability
dapat diterapkan sebagai Non Volatile Ferroelektrik Random Acsess Memory NVFRAM Irzaman et al 2010.
2.2 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 Saito et al 1996.
Silikon adalah semikonduktor pengganti germanium. Sebuah atom Si terisolasi mempunyai 14 proton dan 14 elektron Malvino, 1990.
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 Sutrisno,
1986.
5
2.3 Lithium Tantalat LiTaO
3
Lithium tantalat LiTaO
3
merupakan suatu bahan ferroelectric 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 Seo et al 2004.
Pembuatan LiTaO
3
menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam waktu relatif singkat. LiTaO
3
merupakan campuran hasil reaksi antara lithium 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 Paula et al 2014. Massa jenis LiTaO
3
sebesar 7,45 gcm
3
yang digunakan untuk menghitung ketebalan film Irzaman et al 2003. 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.
2.4 P-N Junction
Cara kerja sebagian besar piranti semikonduktor berlandaskan pada sifat sambungan antara bahan tipe-n dan tipe-p. Sambungan seperti itu dapat dibuat
dengan beberapa cara misalnya pendifusian ketidakmurnian dalam bentuk uap ke dalam wafer semikonduktor. Sifat penting sambungan semikonduktor p-n adalah
arus listrik dapat melewatinya lebih mudah pada suatu arah tertentu dari pada arah yang berlawanan dengan arah itu. Bahan semikonduktor tipe-p terdiri atas unsur-
unsur dalam golongan IVA pada sistem periodik seperti Si. Bahan semikonduktor tipe-n terdiri atas unsur-unsur dalam golongan V dan golongan III pada sistem
periodik
P-N junction adalah daerah pertemuan yang terjadi apabila semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n dipertemukan. Nama lain untuk persambungan
semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n yang membentuk kristal adalah dioda Kwok, 1995. Dioda adalah suatu komponen elektronik yang dapat
melewatkan arus pada satu arah saja. Dioda memegang peranan penting dalam elektronika, antara lain untuk menghasilkan tegangan searah dari tegangan bolak-
balik, untuk membuat berbagai bentuk gelombang isyarat, untuk mengatur tegangan searah agar tidak berubah dengan beban maupun dengan perubahan
tegangan, untuk saklar elektronik, LED, laser semikonduktor Sutrisno, 1986.
