Bankskripsi.com™

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.   Latar Belakang

Teknologi semikonduktor mengalami perkembangan yang pesat, mulai dari penemuan bahan, teknik pembuatan maupun aplikasinya di bidang elektronika dan optoelektronik. Penemuan bahan semikonduktor yang paling sederhana dimulai dengan ditemukannya silikon, germanium  sampai dengan ditemukannya bahan semikonduktor paduan.

Film tipis adalah suatu film yang sangat tipis dari bahan organik ataupun inorganik, metal maupun campuran metal organik yang memiliki sifat-sifat konduktor, semikonduktor maupun isolator (Sudjatmoko, 2003:3). Film tipis yang dibuat dengan teknik penumbuhan atom atau partikel pada permukaan substrat dengan   ketebalan   sampai    orde    mikrometer    semakin    banyak    diteliti    dan dimanfaatkan. Sifat umum film tipis dari suatu bahan berbeda dengan bahan padatan, karena proses preparasi (misalnya: evaporasi, sputtering), geometri (ukuran panjang, tebal dan lebar) komposisi dan strukturnya (Atmono, 2003:2). Sifat-sifat film tipis yang ditumbuhkan dapat dimodifikasi sesuai dengan tujuan penerapannya.

Material  golongan  III-nitrida  seperti AlN (6,2 eV ) , GaN (3,4 eV ) dan InN (1,95 eV ) merupakan trio semikonduktor yang unik karena material tersebut mempunyai  celah  pita  energi     langsung  (direct  bandgap).  Apabila  di  antara mereka    membentuk    semikonduktor    paduan    seperti    ternary, Al x Ga1? x N , Inx Ga1? x N dan quartenary InGaAlN maka celah energinya dapat diatur mulai  1,95 eV sampai 6,2 eV . Al x Ga1? x N merupakan material paduan penting dalam piranti nitrida, khususnya sebagai lapisan penghalang (barrier) dalam struktur hetero dan sumur kuantum dengan lapisan aktif GaN atau Inx Ga1? x N .

Pada saat ini telah dikembangkan transistor efek medan berbasiskan struktur hetero Al x Ga1? x N / GaN (HFET ) yang sering juga disebut sebagai high electron mobility    transistor (HEMT ).  Selain itu Al x Ga1? x N juga dapat diaplikasikan dalam  bidang  optoelektronik  seperti  LED  (Light  Emitting  Diode),  LD  (Laser Diode) (Dridi et al, 2002) dan detektor UV (L.S.Yu et all, 1999). Aplikasi lain dari film tipis Al x Ga1? x N / Si (111) yakni pada sensor ultaviolet solar blind.

Prinsip  kerja  dari  sensor  ultraviolet  ialah  mengubah  radiasi  elektromagnetik (sinar)  kedalam  bentuk  sinyal  listrik  (arus  maupun  tegangan).  Film  tipis Al x Ga1? x N dengan nilai efisiensi yang tinggi seperti dalam photodetector UV dapat digunakan dalam aplikasi dalam bidang militer maupun sipil, misalnya pada alat  pengamat  ozon/  tingkat  polusi,  UV astronomi,  sensor  pada  pemadam kebakaran, dan lain-lain. Al x Ga1? x N merupakan  material  paduan  penting  dalam  piranti  nitrida, khususnya  sebagai  lapisan  penghalang  (barrier)  dalam      struktur-hetero     dan sumur kuantum dengan lapisan aktif GaN atau Inx Ga1? x N . HFET berbasiskan struktur-hetero AlGaAs / GaAs atau InAlAs / InGaAs telah   dikembangkan sebelumnya.  Struktur-hetero Al x Ga1? x N / GaN mempunyai  conduction  band-offset lebih tinggi sehingga dapat menampung rapat muatan 2DEG (two dimension electron gas) dalam jumlah yang lebih tinggi. Struktur-hetero Al x Ga1? x N / GaN juga menghasilkan efek piezoelektrik yang tinggi karena adanya ketidak-sesuaian konstanta kisi antara lapisan Al x Ga1? x N dan lapisan GaN .

Material III-nitrida mempunyai konstanta dielektrik yang tinggi sepanjang arah bidang (0001) sehingga ketika ditumbuhkan di atas lapisan GaN yang tebal maka strain yang terjadi akan menimbulkan adanya medan piezoelektrik induksi dalam struktur-hetero Al x Ga1? x N / GaN . Sebagai hasilnya terdapat rapat muatan (2DEG)  yang  tinggi  pada  daerah  antarmuka  struktur-hetero  tanpa  melakukan doping.  Peningkatan  rapat  muatan  (2DEG)  juga  dikarenakan  adanya  medan polarisasi   spontan   (polarisasi   pada   saat   strain nol)   dalam   struktur-hetero Al x Ga1? x N / GaN (Hsu  &  Walukieiwicz,  2001).  Rapat  muatan  2DEG dan mobilitas yang tinggi dalam struktur-hetero ini penting untuk meningkatkan kerja dari  HFET  untuk  aplikasi  devais  elektronik  yang  bekerja  pada  daya  dan temperatur tinggi seperti pada microwave.

Penumbuhan  lapisan  tipis Al x Ga1? x N telah  banyak  dilakukan  dengan beberapa metode seperti MOCVD (Metal Organic Vapour Deposition) (Shan et al, 1999), MBE (Molecular Beam Epitaxy) (Kim et al, 2001), LP-MVPE (Low Pressure  Metalorganic  Vapour  Phase  Epitaxy)  (Harmer  et  al,  2003).  Target Al x Ga1? x N dengan fraksi molar Al (x) tertentu  diharapkan dapat menghasilkan film  tipis Al x Ga1? x N dengan  (x)  yang  sesuai  pada  metode  dc  magnetron sputtering. Kebergantungan  besarnya energi bandgap terhadap fraksi mol Al ( x) pada    penumbuhan    film    tipis Al x Ga1? x N menunjukkan    adanya    deviasi melengkung menurun (downward bowing) dari sifat linier yang dapat dinyatakan dengan parameter bowing.

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dc magnetron sputtering. Substrat  Si  (111)  merupakan  substrat  alternatif,  selain simetri kristalnya  serupa  dengan  GaN  juga  harganya  jauh  lebih  murah  dibandingkan substrat   SiC   maupun sapphire. Resdianto  (2006) melaporkan film tipis Al x Ga1? x N telah berhasil ditumbuhkan di atas substrat Si (111) dengan metode dc magnetron sputtering di laboratorium Fisika Material FMIPA Unnes. Metode sputtering merupakan salah satu metode penumbuhan film tipis yang sederhana dengan biaya operasional lebih murah dibanding MBE dan MOCVD.

XRD dapat digunakan untuk mengetahui kualitas kristal suatu bahan, mengetahui jenis-jenis unsur dan senyawa yang terkandung dalam material walaupun  secara  kualitatif  (Purwaningsih,  2003).  Informasi  langsung  yang diperoleh dari uji struktur kristal dengan menggunakan XRD adalah spektrum sudut hamburan (2? ) yang digambarkan sepanjang sumbu datar  dan intensitas (I) sebagai sumbu vertikal. Dari informasi sudut hamburan dapat ditentukan jarak antar bidang dhkl, yang selanjutnya digunakan untuk menghitung parameter kisi. Sedangkan dari informasi intensitas  dapat  diketahui  posisi atom-atom penyusunnya (Sujitno, 2003).

1.2.   Permasalahan

Permasalahan  yang  dikaji  pada  penelitian  ini  adalah  bagaimana  cara menentukan  strain melalui  analisis   XRD dan  mengkaji  besarnya  parameter bowing (b) pada film tipis Al x Ga1? x N .

Trackback This Post | Subscribe to the comments through RSS Feed