sambungan p-n zno dioda dengan metoda deposisi larutan
DESCRIPTION
dioda sambungan p-n dari ZnO menggunakan teknik deposisi larutan dioda sebagai devais untuk menyelaraskan arus listrik, juga sebagai dioda pemancar cahaya (DPC/LED) yung sangat berpotensi untuk alternatif sumber cahaya yang murah dan mudah dibuat.penelitian ini baru sampai kepada dioda, metoda penumbuhan yang lebih baik dapat mendorong untuk diaplikasikannya dioda ini menjadi LED.TRANSCRIPT
-
Fabrikasi Sambungan p-n dan p-i-n Semikonduktor Dioda
ZnO dengan Metoda Deposisi Larutan dan
Karakterisasinya
SKRIPSI
Alif Nur Patriya Sussardi
NIM 10509040
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2013
-
Fabrikasi Sambungan p-n dan p-i-n Semikonduktor Dioda
ZnO dengan Metoda Deposisi Larutan dan
Karakterisasinya
Fabrication of p-n and p-i-n Homojunction of ZnO
Semiconductor by Means of Solution Deposition Method
and Its Characterization
SKRIPSI
Alif Nur Patriya Sussardi
NIM 10509040
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2013
-
ii
Abstract
ZnO have potential aplications for electroluminescence semiconductors devices.
Electroluminescence effect can be produced by semiconductor which have the p-n junction
and p-i-n junction diode arrangement. ZnO diode fabrication was carried out using solution
deposition method with Zn(NO3)2 100 mM as a Zn2+ source and hexamethylenetetramine 100
mM as a base. ZnO layers were grown on ITO (Indium Tin Oxide) glass with electric field
from outside as high as 2400 V/cm. Al from AlCl3 5% mol was used as dopant to make n-
type ZnO and Li from LiCl 5% mol was used as dopant to make p-type ZnO. X-Ray
Diffraction (XRD) characterization shows that crystall growth through c axis dominantly
And its confirmed by Scanning Electron Microscope (SEM) characterization. Cross section
observation by SEM shows 3 layers of p-n junction and 4 layers of p-i-n junction. In current-
voltage measurement obtained curent-voltage curve which the extrapolation shows the
bandgap energy. For p-n junction bandgap is 1,27 eV and for p-i-n junction bandgap is 1,97
eV. The curve show the unic current-voltage curve dor diode. But the bandgap is still far
from ZnO single crystall bandgap, 3,3 eV, because the quality of the junction is not good
enough. In order to enhance the junction quiality, p-n junction was annealed. Annealing was
performed at a various temperature and time at 200 C, 6 hours; 300 C, 2 hours; 300 C, 6
hours; 400 C, 2 hours and 400 C for 6 hours, after annealing, the current-voltage
measurement indicate a semiconductor gap of 0,49 eV; 1,46 eV; 0,70 eV; 0,97 eV are 0,74
eV respectively.
Keywords : semiconductor, ZnO thin film, solution deposition, p-n homojunction, p-i-n homojunction
-
iii
Abstrak
ZnO memiliki prospek yang baik sebagai semikonduktor untuk aplikasi elektroluminesensi.
Elektroluminesensi dapat dihasilkan oleh semikonduktor yang membentuk susunan dioda
yaitu tipe sambungan p-n atau tipe sambungan p-i-n. Fabrikasi dioda ZnO menggunakan
metoda deposisi larutan dengan Zn(NO3)2 100 mM sebagai sumber Zn2+ dan
heksametilentetramin 100 mM sebagai basa, ditumbuhkan pada kaca ITO (Indium Tin
Oxide) dengan adanya medan listrik dari luar sebesar 2400 V/cm . Dopan yang digunakan
pada n-ZnO adalah Al dari AlCl3 sebanyak 5% mol, sedangkan pada p-ZnO adalah Li dari
LiCl sebanyak 5% mol. Karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) yang
menunjukkan pertumbuhan kristal yang dominan pada sumbu c. Karakterisasi menggunakan
Scanning Electron Microscope (SEM) juga menunjukkan pertumbuhan kristal yang dominan
pada sumbu c sedangkan pada gambar penampang menunjukkan adanya 3 lapisan pada
sambungan tipe p-n dan 4 lapisan pada sambungan tipe p-i-n. Pada pengukuran arus terhadap
tegangan didapatkan kurva arus terhadap tegangan yang ekstrapolasinya menunjukkan nilai
lebar celah pita. Pada sambungan p-n didapatkan celah pita sebesar 1,27 eV dan pada
sambungan p-i-n didapatkan celah pita sebesar 1,97 eV yang telah menunjukkan kurva arus
terhadap tegangan yang khas dari sebuah dioda, namun masih jauh dari lebar celah pita
kristal tunggal ZnO sebesar 3,3 eV dikarenakan sambungan yang kurang baik. Untuk
memperbaiki sambungan dilakukan pemanasan pada sambungan p-n dengan variasi suhu
dan waktu yaitu pada 200 C selama 6 jam, 300 C selama 2 jam, 300 C selama 6 jam,
400 C selama 2 jam dan 400 C selama 6 jam, dan setelah pengukuran didapatkan celah pita
sebesar 0,49 eV; 1,46 eV; 0,70 eV; 0,97 eV dan 0,74 eV secara berurutan.
Kata kunci : semikonduktor, film tipis ZnO, deposisi larutan, p-n homojunction, p-i-n homojunction
-
Program Studi Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Bandung
Menerangkan bahwa Skripsi dari:
Nama : Alif Nur Patriya Sussardi
NIM : 10509040
telah disetujui sebagai persyaratan untuk mendapatkan gelar
Sarjana Kimia
Bandung, Mei 2013
Pembimbing
Dr. Bambang Prijamboedi
NIP 196812182006041010
-
untuk Kekasih
dan senyum manis yang Kau lontarkan
-
v
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan syukur yang amat banyak kepada Alloh Taala atas rahmat dan
karunianya sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir dan penulisan skripsi. Bantuan dan
dukungan banyak sekali penulis dapatkan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala
kerendahan hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu dan Bapak penulis yang karena merekalah penulis dapat hidup dan menempuh
pendidikan yang layak serta pengorbanan yang tiada taranya yang ditujukan kepada
penulis;
2. Adik adik penulis karena telah mendukung dan memotivasi penulis untuk dapat
menyelesaikan tugas akhir dan skripsi;
3. Dr. Bambang Prijamboedi atas bimbingan, nasihat serta tuntunannya kepada penulis
untuk penelitian yang dilakukan penulis;
4. Dr. Aep Patah atas kesediaanya menjadi dosen tamu pada seminar tugas akhir penulis;
5. Raissa, Hilman, Kak Arini, Dina, Cicak, Iceng dan Bella sebagai teman-teman LKFM
yang banyak membantu dalam pengerjaan penelitian yang dilakukan penulis;
6. Adie, Sangaji, Ocky, Angga, Aria, Dayat, Abur, Aris dan segenap teman-teman kimia
angkatan 2009, adik-adik kimia 2010 dan 2011 yang senantiasa memberikan dukungan
baik secara fisik maupun moral kepada penulis;
7. Teman teman himpunan AMISCA yang senantiasa memberikan semangat dan
hiburan dikala penat kepada penulis;
8. Bogi, Lukman, Batu, Pala, Darmadji, Akbar, Hendrik yang senantiasa memberikan
hiburan dikala sedih kepada penulis;
9. Segenap staf dosen dan karyawan Program Studi Kimia ITB;
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Oleh karena itu,
penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga skripsi ini bermanfaat
untuk semua pihak.
Bandung, Mei 2013
Penulis
-
vi
DAFTAR ISI
Abstract ........................................................................................................................ ii
Abstrak ........................................................................................................................ iii
Ucapan Terima Kasih................................................................................................... v
DAFTAR ISI ............................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. ix
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................... xi
1 Pendahuluan .............................................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang...................................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................................ 2
1.3 Tujuan Penelitian .................................................................................................. 2
1.4 Ruang Lingkup Penelitian .................................................................................... 3
1.5 Sistematika Skripsi ............................................................................................... 3
1.6 Metode Penelitian ................................................................................................. 4
2 Tinjauan Pustaka ....................................................................................................... 5
2.1 Semikonduktor ..................................................................................................... 5
2.1.1 Struktur Kristal .................................................................................................. 5
2.1.2 Pita Energi ......................................................................................................... 6
2.1.3 Semikonduktor tipe-p dan tipe-n ....................................................................... 7
2.2 Dioda sambungan p-n dan p-i-n ........................................................................... 8
2.3 Kristal ZnO ......................................................................................................... 11
2.4 Efek Medan Listrik Luar .................................................................................... 11
-
vii
Efek Proses Pemanasan ...................................................................................... 12
3 Metodologi Penelitian ............................................................................................. 13
3.1 Tahapan Penelitian ............................................................................................. 13
3.2 Tempat Penelitian ............................................................................................... 14
3.3 Alat dan Bahan ................................................................................................... 14
3.4 Prosedur Penelitian ............................................................................................. 15
3.4.1 Fabrikasi film tipis ZnO .................................................................................. 15
3.4.2 Fabrikasi sambungan p-n dan p-i-n ZnO ......................................................... 15
3.4.3 Pengukuran arus terhadap tegangan ................................................................ 16
3.4.4 Pemanasan terhadap sambungan p-n ZnO ...................................................... 17
3.4.5 Pemanasan pada tiap tahap lapisan sambungan p-n ZnO ................................ 17
4 Hasil dan Pembahasan ............................................................................................ 18
4.1 Mekanisme pertumbuhan kristal ZnO ................................................................ 18
4.2 Difraktogram Sinar-X Film Tipis ZnO............................................................... 18
4.2.1 Difraktogram Film Tipis Intrinsik ZnO pada Kaca Biasa ............................... 18
4.2.2 Difraktogram Film Tipis Intrinsik ZnO pada Kaca ITO ................................. 19
4.2.3 Difraktogram Film Tipis Sambungan p-n ZnO ............................................... 20
4.2.4 Difraktogram Film Tipis Sambungan p-i-n ZnO............................................. 21
4.3 Fotoluminesensi Film Tipis ZnO........................................................................ 21
4.3.1 Fotoluminesensi Emisi Film Tipis ZnO .......................................................... 22
4.3.2 Fotoluminesensi Eksitasi Film Tipis ZnO ....................................................... 24
4.4 Morfologi Film Tipis ZnO.................................................................................. 24
4.4.1 Morfologi Film Tipis Templat ZnO ................................................................ 25
4.4.2 Morfologi Film Tipis Sambungan p-n ZnO .................................................... 25
-
viii
4.4.3 Morfologi Film Tipis Sambungan p-i-n ZnO .................................................. 28
4.5 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n dan p-i-n ZnO ............... 30
4.6 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n ZnO setelah Proses
Pemanasan .................................................................................................................. 31
4.7 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n ZnO pada Proses
Pemanasan Tiap Tahap Pelapisan .............................................................................. 32
5 Kesimpulan dan Saran ............................................................................................ 34
5.1 Kesimpulan ......................................................................................................... 34
5.2 Saran ................................................................................................................... 34
Daftar Pustaka ............................................................................................................ 35
Lampiran .................................................................................................................... 36
-
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur kristal zincblende dan intan ....................................................... 6
Gambar 2.2 pita energi yang umum dari interaksi antar atom dalam padatan............ 7
Gambar 2.3 Sambungan tipe p-n dengan daerah deplesi sebagai tempat elektron dan
lubang berdifusi ........................................................................................................... 9
Gambar 2.4 Kurva arus terhadap tegangan dioda sambungan p-n ........................... 10
Gambar 2.5 Struktur kristal wurtzite ......................................................................... 11
Gambar 3.1 Skema elektroda yang digunakan untuk penelitian ini ......................... 15
Gambar 4.1 Difraktogram sinar-X dari film tipis ZnO yang ditumbuhkan pada kaca
biasa ........................................................................................................................... 19
Gambar 4.2 Difraktogram sinar-X dari film tipis ZnO yang ditumbuhkan pada kaca
ITO ............................................................................................................................. 19
Gambar 4. 3 Difraktogram sinar-X sambungan p-n ZnO pada kaca ITO ................. 20
Gambar 4.4 Difraktogram sinar-X sambungan p-i-n ZnO pada kaca ITO ................ 21
Gambar 4. 5 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 200 nm...................... 22
Gambar 4. 6 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 225 nm...................... 22
Gambar 4.7 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 250 nm....................... 23
Gambar 4.8 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 300 nm....................... 23
Gambar 4. 9 Rentang eksitasi dari bahan tipe-p dan tipe-n ....................................... 24
Gambar 4. 10 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian templat ........... 25
Gambar 4. 11 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian tipe-n.............. 26
Gambar 4. 12 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian tipe-p.............. 26
Gambar 4.13 Foto SEM penampang film tipis sambungan p-n ZnO ........................ 27
Gambar 4.14 Foto SEM lapisan pada film tipis sambungan p-n ZnO ....................... 27
Gambar 4.15 Foto SEM dari film tipis sambungan tipe p-i-n ZnO bagian intrinsik . 28
Gambar 4.16 Foto SEM dari film tipis sambungan tipe p-i-n ZnO bagian tipe-p ..... 28
Gambar 4. 17 Foto SEM penampang dari film tipis sambungan p-i-n ZnO .............. 29
Gambar 4. 18 Foto SEM lapisan pada film tipis sambungan p-n ZnO ...................... 30
-
x
Gambar 4. 19 Kurva arus terhadap tegangan dari sambungan p-n dan p-i-n ZnO .... 30
Gambar 4. 20 kurva arus teradap tegangan dari berbagai temperatur pemanasan ..... 31
Gambar 4.21 Kurva arus terhadap tegangan sambungan p-n pada pemanasan tiap
tahap pelapisan ........................................................................................................... 33
-
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Difraktogram Sinar-X ZnO Standard ................................................... 36
Lampiran B Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan Sambungan p-n dan
p-i-n ............................................................................................................................ 37
Lampiran C Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan Sambungan p-n pada
Berbagai Temperatur Pemanasan............................................................................... 39
Lampiran D Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan Sambungan p-n pada
Pemanasan Tiap Pelapisan ......................................................................................... 43
-
1 Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi melaju dengan sangat cepat dan pesat. Perkembangan teknologi
tidak bisa lepas dari perkembangan material penyusun perangkatnya. Perangkat elektronik
tidak bisa lepas dari peranan semikonduktor yang terus berkembang. Semikonduktor
merupakan suatu bahan yang menyusun berbagai perangkat elektronik seperti transistor,
kapasitor, integrated circuits, dioda dan lain sebagainya yang dapat membentuk kesatuan
perangkat elektronik. Sebagai contoh pada telepon selular pintar terdapat prosesor atau
memori yang disusun oleh banyak sekali transistor untuk memproses informasi. Transistor
itu terbuat dari semikonduktor. Sehingga semikonduktor memainkan peranan yang sangat
penting dalam perkembangan teknologi.
Studi material semikonduktor telah dimulai sejak abad ke-19 dan banyak semikonduktor
yang telah dipelajari. Unsur yang terdiri dari satu jenis atom yang dapat digunakan sebagai
semikonduktor seperti silikon, germanium dapat ditemui pada golongan 14. Walaupun ada
juga suatu material semikonduktor yang terdiri dari dua jenis atom seperti galium arsenida
adalah gabungan golongan III dan V. Semikonduktor sebagai fotodioda telah dipelajari sejak
tahun 1947. Sejak tahun 1960-an silikon menjadi material semikonduktor untuk
menggantikan germanium yang digunakan secara luas (Sze, 1985). Silikon mempunyai celah
pita energi sekitar 1 eV. Namun semikonduktor dengan celah pita energi yang lebar memiliki
keuntungan yang lebih yang tidak dimiliki oleh semikonduktor dengan celah pita energi
yang sempit.
Aplikasi semikonduktor yang sangat umum adalah untuk pembuatan dioda. Dioda sendiri
merupakan suatu perangkat yang dapat menyearahkan arus listrik dengan mencegah arus
balik sehingga biasa digunakan luas sebagai perangkat untuk mengubah arus AC
(Alternating Current) menjadi arus DC (Direct Current). Beberapa dioda dapat
-
2
menunjukkan gejala emisi cahaya yang biasa disebut efek elektroluminesensi yang
perangkatnya sendiri disebut LED (Light-Emitting Diode). Material pembuat LED yang
biasa digunakan adalah material GaAs yang harganya mahal.
Alternatif semikonduktor dengan celah pita energi yang lebar masih terus dicari. Dengan
alasan itulah kita perlu mencari material semikonduktor yang mempunyai kelimpahan yang
baik sehingga harganya murah, mempunyai sifat elektroluminesensi dan proses fabrikasi
yang mudah dan murah. Material ZnO diketahui dapat digunakan sebagai material
semikonduktor pengganti silikon dan memiliki efek elektroluminesensi. Oleh karena itu,
penelitian tentang ZnO mempunyai daya tarik yang tinggi untuk dilakukan. Pada penelitian
ini akan dipelajari tentang fabrikasi ZnO dan karakteristik semikonduktornya dengan
harapan penelitian ini dapat menyumbang informasi yang berguna untuk menjawab
pertanyaan semikonduktor di atas.
1.2 Rumusan Masalah
Semikonduktor merupakan bahan dari dioda. Dioda merupakan suatu perangkat untuk
menyearahkan arus listrik. Penelitian tentang ZnO menunjukkan hasil yang belum optimal
sehingga diperlukan perbaikan di penelitian lebih lanjut. Oleh karena itu, rumusan masalah
yang dapat dikemukakan dalam penelitian ini adalah :
Bagaimana struktur dan morfologi dari material ZnO yang difabrikasi, apakah
memenuhi sebagai persyaratan material dioda biasa ?
Bagaimana karakteristik semikonduktor dioda sambungan p-n dan p-i-n ZnO,
apakah sudah dapat digunakan sebagai LED ?
Apakah metode fabrikasi yang digunakan sudah baik, kalau belum apakah masih
dapat dilakukan perbaikan ?
1.3 Tujuan Penelitian
Dari rumusan masalah diatas, mamka penelitian dilakukan dengan tujuan sebagai berikut :
Melakukan fabrikasi film tipis ZnO dengan metode deposisi larutan.
Mengarakterisasi sambungan p-n dan p-i-n berbasis ZnO yang didop dengan Al dan
Li.
Melakukan pemanasan terhadap sambungan sehingga didapatkan karakteristik
sambungan yang lebih baik.
-
3
1.4 Ruang Lingkup Penelitian
Lingkup penelitian yang dilakukan meliputi
Fabrikasi film tipis ZnO menggunakan prekursor Zn(NO3)2 dan
heksametilentetramin dengan dop Al dan Li dengan membentuk susunan sambungan
p-n dan p-i-n yang ditumbuhkan pada kaca ITO (Indium Tin Oxide) dengan metode
deposisi larutan dengan pengaruh medan listrik dari luar sebesar 6,5 kV.
Melakukan karakterisasi menggunakan difraksi sinar-X, SEM, fotoluminesensi,
pengukuran arus terhadap tegangan dan elektroluminesensi dari sambungan.
Melakukan perbaikan sambungan apabila hasil yang didapat kurang baik
menggunakan pemanasan kemudian dikarakterisasi kembali menggunakan
pengukuran arus terhadap tegangan dan elektroluminesensi.
1.5 Sistematika Skripsi
Sistematika dari skripsi ini yaitu :
Pendahuluan. Pada bab ini akan dibahas latar belakang mengapa tema penelitian ini
dipilih, tentang rumusan masalah yang solusinya akan dicari pada penelitian kali ini,
tujuan dari penelitian ini, ruang lingkup penelitian yang dilakukan, sistematika
skripsi dan metode penelitian yang dilakukan.
Tinjauan Pustaka. Pada bab ini akan dibahas teori-teori yang berkaitan dengan
penelitian ini,
Metodologi Penelitian. Pada bab ini akan dibahas prosedur dan cara kerja dari
penelitian ini, tempat dilakukannya penelitian ini, tahapan penelitian serta alat dan
bahan yang digunakan pada penelitian ini,
Hasil dan Pembahasan. Pada bab ini akan dibahas hasil-hasil pengamatan serta
karakterisasi dari hasil sintesis,
Kesimpulan dan Saran. Dalam bab ini keseluruhan penelitian akan disimpulkan dan
saran untuk penelitian di bidang ini selanjutnya.
-
4
1.6 Metode Penelitian
Penelitian ini dimulai dengan studi literatur untuk mempelajari sifat dan karakter dari dioda
sambungan p-n dan cara memperbaiki sambungan dari jurnal ilmiah yang mendukung
penelitian ini. Studi literatur juga dilakukan dari buku yang berisi teori-teori yang menunjang
penelitian ini. Studi eksperimental dilakukan dengan melakukan langsung eksperimen di
Laboratorium Kimia Fisik dan Material, Program Studi Kimia, Institut Teknologi Bandung.
Studi eksperimental juga meliputi karakterisasi dan pengolahan data yang diperoleh dari
karakterisasi.
-
2 Tinjauan Pustaka
2.1 Semikonduktor
Bahan padat dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok yaitu insulator, semikonduktor
dan konduktor. Insulator memiliki konduktivitas yang sangat rendah pada rentang 10-18
sampai 10-8 S/cm. Konduktor, termasuk alumunium dan perak mempunyai konduktivitas
yang tinggi biasanya dari 104 sampai dengan 106 S/cm. Semikonduktor memiliki diantara
insulator dan konduktor. Konduktifitas dari semikonduktor secara umum bergantung pada
temperatur, pencahayaan, medan magnet dan kemurnian dari bahan yang dibuat. Oleh karena
itu semikonduktor adalah salah satu bahan yang paling penting untuk aplikasi elektronik
(Sze, 1985).
Banyak senyawa semikonduktor memiliki sifat elektrik dan optik yang tidak dimiliki oleh
semikonduktor yang paling banyak digunakan saat ini yaitu silikon. Semikonduktor yang
memiliki sifat tersebut contohnya adalah galium arsenida (GaAs), biasanya digunakan pada
aplikasi microwave dan fotonik. Walaupun sekarang kita tidak terlalu mendalam tentang
teknologi semikonduktor, namun berkat penelitian semikonduktor silikon yang mendalam
kita menjadi semakin mengetahui yang lainnya (Sze, 1985).
2.1.1 Struktur Kristal
Susunan periodik dari atom dalam kristal disebut dengan kisi. Dalam kristal, sebuah atom
tidak pernah berada jauh dari posisinya yang tetap. Getaran akibat adanya pengaruh
temperatur menyebabkan posisinya tidak selalu berada di tempat yang tetap.
-
6
Pada struktur semikonduktor seperti silikon, dan germanium yang mana merupakan
semikonduktor unsur tunggal mempunyai kisi intan, sedangkan GaAs memiliki kisi
zincblende yang merupakan kisi dari ZnS dan ZnO (Sze, 1985).
2.1.2 Pita Energi
Atom yang terisolasi memiliki tingkat energi yang diskrit, seperti pada atom hidrogen yang
dapat dijelaskan menggunakan model atom Bohr. Apabila jumlah atom menjadi dua atom
yang indentik, saat mereka terpisah jauh, maka masing-masing akan mempunyai dua level
energi yang degenerate. Apabila dua atom itu saling berdekatan maka dua energi yang
degenerate tersebut akan pecah menjadi dua level energi akibat dari interaksi antar atomnya.
Saat kita mempunyai N buah atom untuk membentuk sebuah kristal maka akan ada N jumlah
level energi yang degenerate yang terpecah menjadi N buah tingkat energi yang tidak
terpisah jauh energinya, karena banyaknya tingkat energi, maka akan membentuk suatu yang
praktis kontinu yang disebut pita energi (Sze, 1985).
Gambar 2.1 Struktur kristal zincblende dan intan (Housecroft, 2001)
-
7
Gambar 2.2 pita energi yang umum dari interaksi antar atom dalam padatan (Callister, 2001)
Setiap bahan mempunyai daerah setimbang yang berbeda-beda. Untuk material
semikonduktor, kesetimbangan antara tolakan antar inti, tolakan antar elektron dan interaksi
inti-elektron akan membentuk suatu jarak antar atom yang paling baik, dan pada jarak atom
yang paling setimbang tersebut daerah energinya akan terdiri dari dua pita. Pita yang
energinya lebih tinggi dinamakan pita konduksi dan yang energinya lebih rendah dinamakan
pita valensi. Dua pita ini dipisahkan oleh suatu daerah dimana elektron tidak mungkin berada
di sana, daerah ini biasa disebut celah terlarang, atau biasa disebut bandgap Eg. Konduktor
tidak memiliki bandgap. Untuk semikonduktor memiliki bandgap sekitar 1 eV sampai
dengan 9 eV, sedangkan insulator memiliki bandgap lebih dari 9 eV (Sze, 1985).
2.1.3 Semikonduktor tipe-p dan tipe-n
Pada proses pemanasan, elektron dapat mengalami eksitasi, hal ini mengakibatkan
terbentuknya elektron dan lubang pada bahan. Pada pita energi kita bisa meletakkan elektron
pada pita konduksi sedangkan lubang pada pita valensi. Hal ini mengakibatkan
semikonduktor akan semakin baik menghantarkan arus listrik pada temperatur yang lebih
tinggi. Pada saat elektron dan lubang bertemu, maka akan terjadi rekombinasi (Sze, 1985).
Kebutuhan semikonduktor yang semakin banyak mengakibatkan bahan semikonduktor
dikotori dengan unsur yang dapat memberikan elektron sehingga bahan kelebihan elektron
En
ergi
En
ergi
Jarak
antar atom
setimbang
Jarak
antar atom
Pita Energi
Celah pita energi
-
8
atau mengambil elektron sehingga bahan akan kelebihan lubang. Pada bahan yang kelebihan
elektron, arus listrik secara dominan diakibatkan oleh pergerakan elektron, bahan ini disebut
semikonduktor tipe-n. Sedangkan pada bahan yang kelebihan lubang, arus listrik secara
dominan diakibatkan oleh pergerakan lubang, bahan ini disebut semikonduktor tipe-p (Sze,
1985).
Pada semikonduktor tipe-p, pita energi kekurangan elektron sehingga energi Fermi menurun
dan pada semikonduktor tipe-n energi Fermi meningkat. Energi Fermi merupakan energi
pada probabilitas pengisian elektron dalam orbital tepat setengah. Sehingga apabila
semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan maka energi yang setara adalah energi
Ferminya (Sze, 1985).
2.2 Dioda sambungan p-n dan p-i-n
Dioda merupakan suatu perangkat elektronik yang hanya mengijinkan arus listrik mengalir
pada satu arah saja dan dapat digunakan untuk menyearahkan arus listrik. Dengan kata lain,
dioda dapat mengubah listrik AC menjadi DC (Sze, 1985).
Dioda yang umum adalah dioda yang dibuat dengan menyambungkan semikonduktor tipe-p
dan tipe-n, dioda ini disebut dengan sambungan tipe p-n, untuk memperluas daerah deplesi
maka disisipkan lapisan semikonduktor yang netral yang disebut tipe intrinsik. Dioda ini
disebut sambungan p-i-n. Daerah deplesi merupakan daerah dimana elektron pada daerah
tipe-n berdifusi ke daerah tipe-p karena adanya perbedaan muatan, begitu juga lubang pada
daerah tipe-p berdifusi ke daerah tipe-n. Setelah tercapai kesetimbangan akan terbentuk
daerah deplesi, daerah dimana terjadi pertukaran elektron dan lubang dan akan terdapat
medan listrik akibat aliran elektron dan lubang.
-
9
Gambar 2.3 Sambungan tipe p-n dengan daerah deplesi sebagai tempat elektron dan lubang berdifusi
(Krane, 1982)
Pengaliran arus listrik pada perangkat dioda sambungan p-n dilakukan dengan
menyambungkan kutub positif ke tipe-p dan kutub negatif ke tipe-n, cara penyambungan
kutub seperti ini akan menghasilkan bias maju, di mana arus listrik dapat mengalir
dikarenakan elektron yang didesak dari tipe-n akan mudah mengalir ke tipe-p dikarenakan
muatan elektron yang negatif akan lebih suka mengalir ke daerah tipe-p yang bermuatan
positif. Pada pengaliran arus dengan kutub positif dihubungkan ke tipe-n dan kutub negatif
ke tipe-p, arus tidak akan mengalir karena elektron yang didesak dari tipe-p akan ditolak oleh
tipe-n yang bermuatan sama-sama negatif dengan elektron, cara pengaliran ini disebut bias
balik. Pemaksaan aliran elektron secara bias balik akan mengakibatkan perangkat rusak,
beda potensial tepat saat perangkat rusak disebut beda potensial rusak atau breakdown
voltage (Sze, 1985).
-
10
-2 -1 0 1 2 3
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
I (A
)
V (V)
p-n
tegangan
jatuh
konduksi
maju
Vb
Gambar 2.4 Kurva arus terhadap tegangan dioda sambungan p-n (Sze, 1985)
Dioda sambungan p-n ada yang memiliki gejala mengemisikan cahaya. Dioda ini disebut
dioda pengemisi cahaya atau biasa dikenal sebagai LED (Light-emitting Diode). Emisi
cahaya disebabkan karena eksitasi elektron dari pita konduksi tipe-n ke pita konduksi tipe-p
kemudian elektron tersebut kembali lagi ke keadaan dasar pada pita valensi tipe-p sehingga
mengemisikan cahaya (Krane, 1982).
Emisi cahaya pada LED dapat terjadi pada bias maju, dengan intensitas emisi meningkat
dengan meningkatnya arus. Emisi berasal dari rekombinasi radiatif dari elektron dan lubang
pada sambungan ZnO ( Deng dkk, 2013).
Penyebab lain diemisikan cahaya adalah karena terbentuknya eksiton. Eksiton merupakan
partikel mirip hidrogen yang terbentuk akibat dari elektron yang mengelilingi lubang.
Eksiton mempunyai pita energi diantara pita konduksi dan pita valensi sehingga seolah-olah
dapat mengakibatkan turunnya celah pita energi atau bandgap (Kitai Ed, 2008).
-
11
2.3 Kristal ZnO
Kristal ZnO merupakan kristal berwarna putih dan akan menjadi kuning apabila dipanaskan,
struktur kristal berupa wurtzite. Pada struktur wurtzite terdapat lapisan antara Zn2+ dan O2-
secara bergantian, memiliki lebar celah pita sebesar 3,3 eV, memiliki titik leleh sebesar
1975C dengan massa jenis 5,606 g/cm3. Memiliki sifat luminesensi baik fotoluminesensi
dan elektroluminesensi. Pada keadaan tanpa pengotor sedikit bertipe-n.
Gambar 2.5 Struktur kristal wurtzite (Housecroft dan Sharpe, 2005)
2.4 Efek Medan Listrik Luar
Medan listrik merupakan daerah yang ada disekitar objek bermuatan. Apabila sebuah
partikel bermuatan memasuki medan tersebut, maka gaya listrik akan bekerja pada benda
tersebut. Besarnya medan listrik pada daerah tersebut diberikan pada persamaan berikut ini.
E =
0 (II.1)
Apabila kita kenakan sebuah medan listrik pada sebuah daerah yang mengandung muatan
positif dan negatif, maka akan terjadi pemisahan muatan dari daerah tersebut, di mana
-
12
muatan positif akan mengarah ke kutub negatif dari sumber medan listrik, begitu juga
sebaliknya, efek ini akan disebut efek polarisasi (Krane, 1982).
Adanya medan listrik akan mengakibatkan polarisasi kristal ZnO dengan cara medan listrik
pada kutub negatif akan menarik Zn ke arahnya, sementara O akan mengarah ke kutub
positif sehingga kristal ZnO akan tumbuh dengan arah tertentu.
Efek Proses Pemanasan
Proses pemanasan dilakukan unruk memperbaiki sambungan. Kristal dikondisikan untuk
mencapai suatu keadaan vibrasi yang efektif sehingga relaksasi atom memungkinkan untuk
transport muatan lebih baik. Transport muatan yang lebih baik mengakibatkan rekombinasi
dan pembentukan eksiton yang lebih baik pula ( Coskun dkk, 2009).
Meningkatnya teperatur pemanasan mengakibatkan pengurangan kristalinitas dan
peningkatan hambatan elektronik ( Ghasempoor, 2011).
-
3 Metodologi Penelitian
3.1 Tahapan Penelitian
Penelitian ini berupa eksperimen yang meliputi beberapa tahap percobaan, yaitu :
Tahap pertama yaitu fabrikasi film tipis ZnO pada kaca biasa. Larutan Zn(NO3)2 100
mM digunakan sebagai sumber Zn2+ dan heksametilentetramin (CH2)6N4 100 mM
sebagai basa. Kaca sebagai tempat pertumbuhan kristal dibersihkan dengan
disonikasi di dalam aquabides, etanol dan aseton masing-masing selama 20 menit.
Lalu ditumbuhkan dengan medan listrik dari luar.
Tahap kedua yaitu fabrikasi film tipis ZnO pada kaca ITO (Indium Tin Oxide).
Tahap kedua prosesnya sama dengan tahap pertama, hanya saja digunakan kaca ITO
sebagai media pertumbuhan kristal.
Tahap ketiga adalah fabrikasi sambungan p-n ZnO. Larutan Zn(NO3)2 dan
heksametilentetramin ditumbuhkan pada kaca ITO. Tipe-p difabrikasi dengan
menambahkan dopan Li sebanyak 5% mol/mol sedangkan tipe-n difabrikasi dengan
menambahkan dopan Al sebanyak 5% mol/mol.
Tahap keempat adalah fabrikasi sambungan p-i-n ZnO. Tahap fabrikasi sama dengan
tahap ketiga, hanya saja setelah penumbuhan tipe-n ditumbuhkan tipe intrinsik ZnO
tanpa dopan sebelum penumbuhan tipe-p.
Tahap kelima adalah pemanasan sambungan p-n ZnO pada variasi temperatur untuk
memperoleh hasil kurva arus terhadap tegangan yang paling baik.
Tahap keenam adalah karakterisasi film tipis hasil fabrikasi dengan XRD (X-Ray
Difraction) untuk mengetahui karakter kristalnya dan SEM (Scanning Electron
Microscope) untuk mengetahui morfologi permukaan dan penampang-melintangnya.
Pengukuran arus terhadap tegangan dilakukan pada sambungan p-n dan p-i-n untuk
mengetahui sifat kelistrikannya. Pengukuran panjang gelombang emisi juga
dilakukan menggunakan detektor sinar UV-Vis untuk mengetahui sifat
elektroluminesensinya
-
14
3.2 Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik dan Material, Program Studi Kimia,
Institut Teknologi Bandung. Karakterisasi difraksi sinar-X di Laboratorium Pengujian dan
Karakterisasi Metalurgi, Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik Perminyakan
dan Pertambangan, Institut Teknologi Bandung. Karakterisasi SEM dilakukan di
Laboratorium SEM, lantai basement gedung Basic Science Center-A, Institut Teknologi
Bandung. Pengukuran arus terhadap tegangan dilakukan di Laboratorium Kimia Inti dan
Radiasi, Program Studi Kimia, Institut Teknologi Bandung. Pengukuran Elektroluminesensi
dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik dan Material, Program Studi Kimia, Institut
Teknologi Bandung.
3.3 Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdapat di Laboratorium Kimia Anorganik ITB
dan Gudang Bahan Kimia ITB. Sementara alat yang digunakan terdapat di Laboratorium
Kimia Fisik dan Material dan Laboratorium Kimia Anorganik ITB. Untuk keperluan
pembuatan larutan alat yang digunakan adalah labu takar 100 mL, gelas kimia 100 mL,
batang pengaduk, spatula, corong, dan desikator sebagai tempat penyimpanan. Bahan yang
digunakan adalah Zn(NO3)2.6H2O sebagai sumber Zn2+, heksametilentetramin sebagai basa,
kaca ITO dan kaca biasa sebagai media pertumbuhan kristal, AlCl3 dan LiCl sebagai dopan,
aseton teknis, etanol 95% teknis sebagai cairan pencuci media pertumbuhan maupun tempat
reaksi, serta aquabides sebagai pelarut dan cairan pencuci. Proses penimbangan
menggunakan neraca analitis. Tempat reaksi menggunakan botol balok berkapasitas 70mL
dengan ketebalan 2,7 cm. Proses Pemanasan menggunakan oven. Sumber medan listrik
menggunakan DC 15 kV dengan elektroda stainless steel berjarak 2,7cm. Proses pencucian
menggunakan sonikator Ultrasonic Cleaning Bath Branson 2110. Proses karakteriasasi
difraksi sinar-X menggunakan X-Ray Difractometer PANanalytical PW3373. Karakterisasi
morfologi dilakukan dengan alat JEOL Scanning Electron Microscope. Karakterisasi arus
terhadap tegangan dilakukan dengan alat Keithley Source Meter 2400. Karakterisasi
fotoluminesensi menggunakan sumber sinar yaitu ASB-XE-175 Xenon Light Source dengan
detektor sinar Ocean Optics USB-LS-395, sedangkan pengukuran panjang gelombang
elektroluminesensi menggunakan detektor yang sama.
-
15
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Fabrikasi film tipis ZnO
Kaca biasa berukuran 5 x 5 mm disonikasi di dalam aseton, etanol kemudian dalam
akuabides selama masing-masing 20 menit menggunakan Ultrasonic Cleaning Bath Branson
2110 kemudian dikeringkan. Kaca kemudian ditempelkan pada dinding dalam botol reaksi.
Kemudian dibuat larutan Zn2+ dan heksametilentetramin masing-masing 0,1 M. Dengan
Zn(NO3)2 .6H2O sebagai sumber Zn2+ dan heksametilentetramin sebagai basa. Kemudian
larutan dimasukkan kedalam botol reaksi. Selanjutnya botol reaksi ditutup dan dipanaskan
selama 8 jam pada temperatur 90C dalam medan listrik sebesar 2400 V/cm. Prosedur yang
sama dilakukan pada media pertumbuhan kaca ITO. Setelah itu film tipis ZnO pada kaca
biasa dan kaca ITO dikarakterisasi morfologi menggunakan alat JEOL SEM (Scanning
Electron Microscope), dan dikarakterisi menggunakan difraksi sinar-X menggunakan alat X-
Ray Difractometer PANanalytical PW3373.
Gambar 3.1 Skema elektroda yang digunakan untuk penelitian ini
3.4.2 Fabrikasi sambungan p-n dan p-i-n ZnO
Untuk fabrikasi sambungan tipe p-n dan p-i-n menggunakan prosedur yang sama dengan
prosedur sebelumnya. Pada sambungan tipe p-n ditumbuhkan 3 lapis. Lapisan pertama yaitu
templat, digunakan prekursor dan cara yang sama namun waktu yang digunakan adalah 2
jam. Lapisan kedua adalah lapisan tipe-n yang dibuat dengan Zn(NO3)2 yang dicampurkan
Medium pertumbuhan
Larutan prekursor
Botol / Bejana reaksi
Elektroda
Stainless Steel
+ -
-
16
dengan AlCl3 sebanyak 5% mol Zn2+ lalu ditambahkan heksametilen tetramin dengan
perbandingan 1:1. Pemanasan dilakukan dalam medan listrik seperti prosedur sebelumnya
dan dipanaskan selama 8 jam. Untuk lapisan ketiga adalah lapisan tipe-p yang dibuat dengan
Zn(NO3)2 yang dicampurkan dengan LiCl sebanyak 5% mol Zn2+ lalu ditambahkan
heksametilentetramin dengan perbandingan 1:1. Pemanasan dalam medan listrik dilakukan
selama 8 jam. Pada fabrikasi tipe p-i-n lapisan yang ditumbuhkan sebanyak 4 lapis, lapisan
pertama dan kedua sama dengan sambungan p-n namun lapisan ketiga adalah lapisan
intrinsik ZnO yang dibuat dari Zn(NO3)2 dan heksametilentetramin dengan perbandingan 1:1
tanpa ditambahkan dop. Pemanasan dalam medan listrik dilakukan selama 8 jam. Setelah itu
ditumbuhkan tipe-p dengan proses yang sama dengan penumbuhan tipe-p pada sambungan
p-n. sambungan p-n dan p-i-n yang didapatkan dibilas dengan akuabides dan dikeringkan,
lalu dikarakterisasi dengan SEM, difraksi sinar-X dan pengukuran arus terhadap tegangan.
3.4.3 Pengukuran arus terhadap tegangan
Film tipis sambungan p-n dan p-i-n diletakkan pada PCB. PCB dibuat dengan ukuran 2 x 4
cm dengan kabel yang terinstalasi pada pinggirnya untuk dapat digunakan sebagai konduktor
yang menghubungkan tipe-n dan tipe-p pada sambungan p-n dan p-i-n dengan sourcemeter.
Film tipis dibagian pojok dibuang sampai tersisa lapisan ITO saja dengan tujuan sebagai
tempat dimana sumber arus akan dipasang pada tipe-n. Setelah itu kabel dipasang pada
lapisan tipe-p dan pada kaca ITO yang berhubungan langsung dengan lapisan tipe-n
menggunakan pasta perak. Pasta perak dikeringkan sampai memadat, selanjutnya kedua
kabel dihubungkan pada instrumen Keithley Source Meter 2400 dimana kutub positif
langsung dihubungkan dengan lapisan tipe-p sementara kutub negatif langsung
disambungkan ke kabel yang terhubung ke kaca ITO. Pengukuran dilakukan pada temperatur
19 C 20 C. Pengukuran dilakukan langsung dan dikontrol dengan komputer
menggunakan perangkat lunak LabView. Pengukuran dilakukan berkali-kali untuk tiap
sampel yang didapatkan baik pada sambungan p-n maupun sambungan p-i-n, setelah itu di
plot kurva arus terhadap tegangan untuk melihat karakteristik dari perangkat yang
dihasilkan.
-
17
3.4.4 Pemanasan terhadap sambungan p-n ZnO
Untuk mendapatkan karakteristik yang lebih baik pada sambungan p-n dilakukan pemanasan
untuk film tipis sambungan p-n ZnO pada variasi temperatur yaitu pada 200 C selama
2 jam, 300 C selama 2 jam, 300 C selama 6 jam, 400 C selama 2 jam dan 400 C selama 6
jam menggunakan oven, kemudian film tipis didinginkan untuk selanjutnya masing-masing
dikarakterisasi menggunakan instrumen arus terhadap tegangan.
3.4.5 Pemanasan pada tiap tahap lapisan sambungan p-n ZnO
Untuk mendapatkan karakteristik yang lebih baik lagi pada sambungan p-n dilakukan
pemanasan pada tiap tahap, setelah penumbuhan templat dilakukan pemanasan dengan
temperatur dan waktu optimum yang didapatkan dari percobaan sebelumnya. Setelah
pemanasan ditumbuhkan tipe-n dan dilakukan pemanasan lagi, kemudian ditumbuhkan
tipe-p dan setelah itu dilakukan pemanasan lagi. Film tipis didinginkan untuk selanjutnya
masing-masing dikarakterisasi menggunakan instrumen arus terhadap tegangan.
-
4 Hasil dan Pembahasan
4.1 Mekanisme pertumbuhan kristal ZnO
Mekanisme pembentukan ZnO belum secara pasti diketahui, namun beberapa penelitian
menyarankan adanya hidrolisis heksametilentetramin menjadi amonia. Heksametilentetramin
berfungsi sebagai buffer pH dan menghidrolisis air sehingga dapat menyuplai OH-. Reaksi
yang disarankan adalah sebagai berikut.
C6H12N4 + 6 H2O 6 HCHO + 4 NH3 (IV.1)
NH3 + H2O NH4+ + OH- (IV.2)
Zn2+ + 2OH- ZnO + H2O (IV.3)
Struktur kristal ZnO merupakan struktur wurtzite yang dapat dilihat sebagai lapisan
bergantian antara Zn2+ dan O2-.
4.2 Difraktogram Sinar-X Film Tipis ZnO
4.2.1 Difraktogram Film Tipis Intrinsik ZnO pada Kaca Biasa
Film tipis yang dihasilkan pada fabrikasi berwarna putih yang melapis kaca biasa,
pertumbuhan kristal merata pada semua bagian kaca ITO. Difraktogram yang didapatkan ada
pada Gambar 4.1.
Kristal yang tumbuh merupakan kristal ZnO dan tidak terdapat adanya pengotor dengan
puncak tertinggi yang terletak pada 2 sebesar 34,66, yang menandakan pertumbuhan
kristal yang dominan pada bidang (002) yang artinya kristal tumbuh dominan pada sumbu c.
-
19
0 20 40 60 80 100
Inte
nsita
s (
a.u
)
2
002
101
100
Gambar 4.1 Difraktogram sinar-X dari film tipis ZnO yang ditumbuhkan pada kaca biasa
4.2.2 Difraktogram Film Tipis Intrinsik ZnO pada Kaca ITO
Film tipis yang dihasilkan dari fabrikasi melapis kaca ITO secara merata dan berwarna putih.
Difraktogram yang dihasilkan adalah sebagai berikut.
0 20 40 60 80 100
Inte
nsita
s (
a.u
)
2
002
100 101
Gambar 4.2 Difraktogram sinar-X dari film tipis ZnO yang ditumbuhkan pada kaca ITO
-
20
Puncak tertinggi adalah pada 2 sebesar 34,66 yang merupakan puncak bidang (002) yang
menandakan pertumbuhan kristal dominan pada sumbu c. Intensitas jauh lebih baik daripada
yang ada pada kaca biasa, sehingga dapat dikatakan bahwa kaca ITO dapat menghantarkan
medan listrik lebih baik daripada kaca biasa, serta struktur permukaan kaca ITO lebih teratur
daripada kaca biasa sehingga penataan kristal pada pertamakali tumbuh lebih teratur
daripada kaca biasa.
4.2.3 Difraktogram Film Tipis Sambungan p-n ZnO
Film tipis sambungan p-n ZnO merupakan kristal yang terdiri dari 3 lapisan yaitu lapisan
templat, tipe-p dan tipe-n. Film tipis berwarna putih dengan pertumbuhan yang merata.
Diftaktogram sinar-X yang didapatkan adalah sebagai berikut.
0 20 40 60 80 100
Inte
nsita
s (
a.u
)
2
002
100 101
Gambar 4. 3 Difraktogram sinar-X sambungan p-n ZnO pada kaca ITO
Puncak tertinggi didapatkan pada 2 sebesar 34,66 yang menandakan pertumbuhan yang
dominan ada pada sumbu c, dengan meningkatnya intensitas dibandingkan dengan
difraktogram sinar-X dari film tipis yang ditumbuhkan pada kaca ITO dikarenakan adanya
perbedaan ketebalan dari film tipis karena sambungan p-n merupakan lapisan dengan 3
lapisan yaitu templat, tipe-n dan tipe-p.
-
21
4.2.4 Difraktogram Film Tipis Sambungan p-i-n ZnO
Film tipis sambungan p-i-n merupakan film yang terdiri dari 4 lapisan yaitu templat, tipe-n,
intrinsik dan tipe-n. Film tipis ini berwarna putih dengaan lapisan yang rata di semua
permukaan. Difraktogram sinar-X yang didapatkan adalah sebagai berikut.
0 20 40 60 80 100
Inte
nsita
s (
a.u
)
2
002
100 101
Gambar 4.4 Difraktogram sinar-X sambungan p-i-n ZnO pada kaca ITO
Difraktogram menunjukkan bahwa puncak pada 2 pada 34,66 yang menunjukkan
pertumbuhan dominan pada bidang (002) atau pada sumbu c. Namun intensitas makin
membesar diakibatkan lapisan yang makin tebal daripada sebelumnya.
4.3 Fotoluminesensi Film Tipis ZnO
Pengukuran fotoluminesensi digunakan untuk mengetahui apakah material yang telah dibuat
mempunyai efek luminesensi atau tidak. Dengan menyelidiki suatu bahan mempunyai efek
fotoluminesensi maka boleh jadi bahan tersebut mempunyai efek elektroluminesensi juga.
-
22
4.3.1 Fotoluminesensi Emisi Film Tipis ZnO
Berikut ini merupakan beberapa kurva yang menunjukkan panjang gelombang terhadap
intensitas yang dikeluarkan oleh bahan. Adanya puncak menunjukkan adanya efek
fotoluminesensi.
350 400 450 500
Inte
nsita
s (
a.u
)
nm
tipe-p
tipe-n
Gambar 4. 5 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 200 nm
Pada eksitasi sebesar 200 nm didapatkan suatu emisi pada panjang gelombang 425 nm yang
artinya bahan ini menyerap sinar UV untuk kemudian mengemisikan sinar berwarna biru.
Hal ini berarti bahwa sesuai perhitungan bahwa apabila lebar celah pita dari kristal tunggal
ZnO adalah 3,3 eV maka diperkirakan akan menyerap pada daerah sekitar 375 nm.
400 500
Inte
nsita
s (
a.u
)
225 nm
tipe-p
tipe-n
Gambar 4. 6 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 225 nm
-
23
Pada saat emisi digeser ke panjang gelombang yang lebih besar atau energi yang semakin
kecil, maka akan didapatkan dua puncak yaitu pada panjang gelombang 400 nm dan 468 nm.
350 375 400 425 450 475
Inte
nsita
s (
a.u
)
= 250 nm
tipe-p
tipe-n
Gambar 4.7 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 250 nm
Pada eksitasi 250 nm didapati bahwa pada panjang gelombang 400 nm sudah tidak terdapat
emisi. Namun puncak emisi yang didapatkan mempunyai puncak pada 442 nm cenderung
condong ke arah panjang gelombang yang lebih besar dan landai pada daerah panjang
gelombang yang lebih kecil.
450 475 500 525 550 575 600
Inte
nsita
s (
a.u
)
= 300 nm
tipe-p
tipe-n
Gambar 4.8 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 300 nm
-
24
Eksitasi pada panjang gelombang 300 nm didapatkan pergeseran ke arah merah yaitu muncul
puncak pada panjang gelombang 490 nm dan bahu pada 525 nm. Puncak yang cenderung
landai, dapat diperkirakan terdapat beberapa puncak pada rentang 490 nm 525 nm.
4.3.2 Fotoluminesensi Eksitasi Film Tipis ZnO
6.00 5.75 5.50 5.25 5.00 4.75 4.50 4.25
Inte
nsita
s (
a.u
)
eV
nm
tipe-p
tipe-n
Gambar 4. 9 Rentang eksitasi dari bahan tipe-p dan tipe-n
Bahan yang difabrikasi mempunyai rentang eksitasi dari 5,6 eV 4,42 eV. Puncak emisinya
terdapat pada 230 nm. Masih terlalu tinggi energinya dibandingkan dengan eksitasi dari
kristal ZnO murni kristal tunggal yaitu sekitar 375 nm.
4.4 Morfologi Film Tipis ZnO
Morfologi yang dapat dilihat dari foto SEM dapat melihat langsung ukuran partikel material
yang difabrikasi. Melalui foto SEM ini juga kita dapat melihat perkembangan dari bahan
yang kita fabrikasi dari tahap penumbuhan templat sampai dengan tipe-p. Foto SEM
digunakan untuk menunjang data yang didapatkan dari difraksi sinar-X.
-
25
4.4.1 Morfologi Film Tipis Templat ZnO
Gambar 4. 10 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian templat
Templat film tipis ZnO digunakan sebagai cetakan untuk medium pertumbuhan kristal
diatasnya yaitu tipe-n. Foto SEM menunjukkan bentuk kristal ZnO berupa prisma segi enam
dengan diameter sekitar 0,8 m. Pertumbuhan yang baik pada templat dengan arah tumbuh
mengikuti arah sumbu c sesuai dengan difraktogram pada puncak (002).
4.4.2 Morfologi Film Tipis Sambungan p-n ZnO
Film tipis sambungan p-n ZnO ditumbuhkan 3 lapis yaitu lapisan templat, tipe-n kemudian
tipe-p. Gambar 4.11 adalah morfologi dari permukaan lapisan tipe-n. Pada pelapisan kedua
yaitu tipe-n didapatkan arah tumbuh kristal masih mengikuti arah sumbu c dan ukuran kristal
membesar, dari skala yang diberikan pada gambar maka diameter dari kristal adalah sekitar 3
m.
Pada lapisan tipe-p ukuran kristal sekitar 3 m, namun dengan kerapatan pertumbuhan yang
lebih tinggi, pertumbuhan masih mengikuti arah sumbu c, menandakan bahwa pertumbuhan
dengan arah yang baik dipengaruhi oleh medan listrik dari luar. Gambar 4.10, Gambar 4.11
dan Gambar 4.12 menunjukkan bahwa pertumbuhan kristal ZnO mengakibatkan kristal
saling bertumpukan. Pada lapisan yang lebih atas, terjadi penumpukan yang lebih rapat
daripada lapisan yang berada dibawahnya karena ukuran kristalnya bertabah. Pertambahan
-
26
ukuran kristal dari tipe-n ke tipe-p bisa diakibatkan oleh ukuran atom dari Al3+ yang lebih
kecil daripada Li+ sehingga ukuran kristal membesar dengan ditambahkannya dopan
tersebut.
Gambar 4. 11 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian tipe-n
Gambar 4. 12 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian tipe-p
-
27
Gambar 4.13 Foto SEM penampang film tipis sambungan p-n ZnO
Foto penampang (Gambar 4.13) menunjukkan pertumbuhan searah sumbu c dengan
ketebalan templat adalah sekitar 2 m dan ketebalan tipe-p dan tipe-n adalah sekitar 5 m.
Dapat terlihat jelas pada Gambar 4.14 bahwa film tipis terbagi menjadi tiga lapisan.
Gambar 4.14 Foto SEM lapisan pada film tipis sambungan p-n ZnO
Ukuran kristal yang tumbuh membesar mengakibatkan bentuk kristal apabila dilihat dari
penampang akan berbentuk trapesium. Pada lapisan templat ukuran kristalnya kecil dan
membesar pada pelapisan selanjutnya, maka kristal akan terlihat menumpuk apabila dilihat
permukaannya.
Ketiga lapisan di atas membentuk susunan dioda sambungan p-n sehingga diharapkan akan
memberikan sifat dioda yang baik.
Tipe-p
Tipe-n
Templat ZnO
Bentuk trapesium
pada kristal ZnO
-
28
4.4.3 Morfologi Film Tipis Sambungan p-i-n ZnO
Morfologi dari film tipis sambungan p-i-n mirip dengan sambungan p-n hanya saja terdapat
empat lapisan yaitu templat, tipe-n, intrinsik dan tipe-p.
Gambar 4.15 Foto SEM dari film tipis sambungan tipe p-i-n ZnO bagian intrinsik
Tren membesarnya ukuran kristal juga terjadi pada lapisan intrinsik dari sambungan p-i-n
yang mengakibatkan diameter kristal mencapai 5 m. Kristal masih tumbuh mengikuti arah
sumbu c.
Gambar 4.16 Foto SEM dari film tipis sambungan tipe p-i-n ZnO bagian tipe-p
-
29
Pada lapisan tipe-p ukuran kristal lebih besar daripada lapisan intrinsik yaitu sekitar 6 m
dan masih tumbuh mengikuti arah sumbu c dengan pertumbuhan kristal yang lebih rapat.
Seperti pada sambungan p-n, terjadi penumpukan kristal yang dapat dilihat pada Gambar
4.16.
Gambar 4. 17 Foto SEM penampang dari film tipis sambungan p-i-n ZnO
Ketebalan kristal mencapai 13 m dengan 4 lapisan dan tumbuh pada arah sumbu c sesuai
dengan data yang ditunjukkan difraktogram dari difraksi sinar-X. Bentuk kristal yang
didapatkan lebih kurang teratur dibandingkan dengan sambungan p-n. Hal ini dimungkinkan
karena proses penumbuhan yang lebih lama, sehingga kristal mengalami pelarutan kembali
dalam air yang mengakibatkan bentuk yang kurang teratur dibandingkan sambungan p-n.
Ketiga lapisan diatas menunjukkan susunan dioda sambungan p-i-n yang diharapkan akan
memberikan karakteristik dioda yang baik.
-
30
Gambar 4. 18 Foto SEM lapisan pada film tipis sambungan p-n ZnO
4.5 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n dan p-i-n ZnO
Karakteristik sebuah dioda ataupun LED dapat dilihat dari karakteristik kurva arus terhadap
tegangan menunjukkan kurva khas dioda untuk sambungan p-n ataupun p-i-n. keduanya
mempuyai tegangan rusak (breakdown voltage) sebesar -2,88 V dan bias maju diukur sampai
dengan 6 V.
Gambar 4. 19 Kurva arus terhadap tegangan dari sambungan p-n dan p-i-n ZnO
-4 -2 0 2 4 6
-0.03
-0.02
-0.01
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
m
m2
V (Volt)
pn
pin
Tipe-p
Tipe-n
Intrinsik
Templat ZnO
-
31
Ekstrapolasi kurva arus terhadap tegangan dapat dimaknai sebagai lebar celah pita, dimana
untuk dapat berfungsi sebagai LED suatu bahan harus mendekati lebar celah pita kristal
tunggalnya, untuk ZnO adalah 3,3 eV. Sementara yang didapatkan dari ekstrapolasi adalah
senilai 1,27 eV untuk sambungan p-n dan 1,97 eV untuk sambungan p-i-n. Sambungan p-i-n
mempunyai nilai yang lebih tinggi dikarenakan lapisan intrinsik pada p-i-n berperan dalam
memperluas daerah deplesi sehingga selisih antara pita energi tipe-n dan tipe-p membesar.
Lebar celah pita masih jauh dari lebar celah pita kristal tunggal ZnO, oleh karena itu
dilakukan perbaikan dengan cara pemanasan pada film tipis yang difabrikasi
4.6 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n ZnO setelah Proses Pemanasan
Untuk mencari nilai optimum, pemanasan dilakukan dengan variasi temperatur dan waktu
pemanasan untuk sambungan p-n. Pemanasan dan waktu yang dilakukan adalah pada
temeperatur 200 C selama 2 jam, 300 C selama 2 jam, 300 C selama 6 jam, 400 C
selama 2 jam dan 400 C selama 6 jam.
-4 -2 0 2 4 6
-0.03
-0.02
-0.01
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
A/m
m2
V (volt)
pn ord
pn 300oC 2h
pn 300oC 6h
pn 400oC 2h
pn 400oC 6h
pn 200oC 2h
Gambar 4. 20 kurva arus teradap tegangan dari berbagai temperatur pemanasan
Pemanasan dilakukan dan didinginkan kembali, kemudian diukur arus terhadap tegangan dan
didapatkan kurva seperti pada Gambar 4.16. Ekstrapolasi terhadap kurva yang didapatkan
-
32
dari pengukuran dari hasil pemanasan menunjukkan lebar celah pita untuk tiap-tiap variasi
pemanasan seperti pada tabel Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Lebar celah pita dari hasil pemanasan
T pemanasan (C) Waktu (jam) Lebar celah (eV)
200 6 0,49
300 2 1,46
300 6 0,70
400 2 0,97
400 6 0,74
Terjadi peningkatan lebar celah pita hanya pada pemanasan 300 C selama 2 jam, juga kurva
yang lebih landai pada daerah kuadran tiga atau daerah bias balik. Pada proses pemanasan
terjadi perbaikan pada permukaan sambungan di mana sebelum pemanasan pada permukaan
tentunya akan terdapat pengotor seperti air atau senyawa organik lainnya, juga
memungkinkan masih adanya senyawa Zn-O-H yang terdapat di permukaan yang akan
menjadikan sambungan kurang baik. Pada pemanasan yang terlalu lama, dimungkinkan
terjadinya difusi dari dop yaitu Li, karena seperti diketahui Li mudah menguap. Untuk
pemanasan pada temperatur 400 C kurva menunjukkan kurva yang linear, yang artinya
sudah tidak terlalu menunjukkan sifat dioda.
4.7 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n ZnO pada Proses Pemanasan Tiap Tahap Pelapisan
Telah didapatkan temperatur dan waktu optimum adalah 300 C selama 2 jam. Temperatur
dan waktu tersebut digunaka untuk proses pemanasan pada tiap tahap pelapisan. Untuk
sambungan p-n didapatkan kurva seperti pada Gambar 4.17.
-
33
-4 -2 0 2 4 6 8
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
A/m
m2
V (volt)
p-n
Gambar 4.21 Kurva arus terhadap tegangan sambungan p-n pada pemanasan tiap tahap pelapisan
Didapatkan lebar celah pita sebesar 2,51 eV dengan tegangan rusak sebesar - 3 V dengan
kurva yang landai pada daerah kuardan 3. Hal ini menunjukkan adanya perbaikan pada
sambungan p-n yaitu dengan naiknya lebar celah pita, juga dengan bentuk kurva yang
eksponensial. Lendainya kuadran 3 menunjukkan tahanan dari dioda baik, walaupun
tegangan rusaknya relatif kecil.
-
5 Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
Penelitian ini dapat disimpulkan bahwa sambungan p-n dan p-i-n memiliki kurva arus
terhadap tegangan yang sesuai dengan kurva arus terhadap tegangan yang khas dari dioda
biasa. Hasil pengukuran didapatkan lebar celah pita untuk sambungan p-n sebesar 1,27 eV
dan untuk sambungan p-i-n sebesar 1,97 eV. Didapatkan temperatur dan waktu optimum
pemanasan untuk perbaikan sambungan pada temperatur 300 C dengan waktu 2 jam.
Didapatkan lebar celah pita untuk sambungan p-n setelah pemanasan optimum sebesar 1,47
eV. Untuk memperbaiki lebih lanjut sambungan, dilakukan pemanasan setelah tahap
pelapisan pada temperatur optimum yang telah didapatkan. Lebar celah pita untuk
pemanasan tiap pelapisan untuk sambungan p-n sebesar 2,51 eV. Hasil cukup jauh dengan
semiconductor gap dari kristal tunggal ZnO sebesar 3,3 eV, namun teknik pemanasan ini
sudah menunjukkan adanya perbaikan yang signifikan.
5.2 Saran
Untuk penelitian selanjutnya, variasi temperatur dan waktu sebaiknya diperbanyak untuk
mengetahui yang paling optimum, memperlama proses penumbuhan kristal bisa dilakukan
dengan catatan difraksi sinar-X atau SEM yang membaik. Variasi medan listrik dapat
divariasikan untuk mendapatkan penataan kristal yang lebih baik.
-
Daftar Pustaka
Abrahams, S.C., Bernstein, J.L.(1986). Remeasurement of the structure of
hexagonalZnO. Acta Crystallographica B. 24.
Callister, William D Jr. (2001). Fundamentals of Material Science and Engineering.
New York : John Wiley & Sons. 368 370.
Coskun, Cevdet., Guney, Harun., Gur, Emre., Tuzemen, Sebahattin. (2009).
Effective Annealing of ZnO Thin Film Grown by electrochemical Deposition
Technique. Turk Journal of Physics (TUBITAK) 33. 49 56.
Deng, R., Li, B.H., Li, J.C., Li, Y.F., Shen, D.Z., Xu, Y., Yao, B., Zhang, Z.Z.,
Zhang, L.G., Zhao, H.F.(2013). Ultraviolet Electroluminescence from n-
ZnO/p-NiO Heterojunction Light-Emitting Diode. Journal of Luninescence
134. 240 243 .
Ghasempoor, T., Golshahi, S., Rozati, S.M.(2011). Annealing Treatment of ZnO
Thin films Prepared by Non-Reactive E-Beam Evaporation Technique.
Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, Vol 6,2. 445 450.
Halliday, David., Resnick, Robert., Walker, Jearl. (1990). Fundamentals of Physics.
New York: W.H. Freeman and Company. 723 724.
Housecroft, Catherine E., Sharpe, Alan G. (2005). Inorganic Chemistry. London:
Pearson Education Limited. 168 180, 676 677 .
Kitai, Adrian. Ed. (2008). Luminescent Materials and Applications. Chicester : John
Wiley & Sons Ltd. 30 34.
Krane, Kenneth. (1982). Modern Physics. London : John Wiley and Sons Inc. 575
564.
Sze, S.M.(1985). Semiconductor Devices : Physics and Technology. New York :
John Wiley & Sons. 1 88, 258 267.
Tipler, Paul A., Llewellyn, Ralph A. (2006). Modern Physics. New York: W. H.
Freeman and Company. 438-457.
-
36
Lampiran
Lampiran A Difraktogram Sinar-X ZnO Standard
900
800
600
400
200
0
Powder Simulation
10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0
Difraktogram standar dari ZnO wurtzite (Abrahams and Bernstein, 1986)
-
37
Lampiran B Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan
Sambungan p-n dan p-i-n
p-n p-i-n
V A/mm2 V A/mm2
-3 -0.0132 -3 -0.02306
-2.88 -0.0106 -2.875 -0.01945
-2.75 -0.00897 -2.75 -0.01831
-2.63 -0.00832 -2.625 -0.01697
-2.5 -0.0078 -2.5 -0.01555
-2.38 -0.00713 -2.375 -0.01443
-2.25 -0.00673 -2.25 -0.01436
-2.13 -0.00584 -2.125 -0.0155
-2 -0.00584 -2 -0.01464
-1.88 -0.0052 -1.875 -0.01307
-1.75 -0.00445 -1.75 -0.01257
-1.63 -0.00468 -1.625 -0.01108
-1.5 -0.00368 -1.5 -0.00998
-1.38 -0.00353 -1.375 -0.00913
-1.25 -0.00295 -1.25 -0.00801
-1.13 -0.00258 -1.125 -0.00725
-1 -0.00267 -1 -0.00699
-0.875 -0.00208 -0.875 -0.00558
-0.75 -0.0023 -0.75 -0.00489
-0.625 -0.0015 -0.625 -0.00397
-0.5 -0.00167 -0.5 -0.00366
-0.375 -8.41E-04 -0.375 -0.00335
-0.25 -0.00101 -0.25 -0.00204
-0.125 -4.40E-04 -0.125 -0.00123
0 -1.85E-04 0 5.07E-05
0 8.20E-05 0 5.07E-05
0.123 -3.06E-04 0.1225 -9.17E-05
0.245 2.29E-04 0.245 1.93E-04
0.368 2.43E-04 0.3675 -4.01E-04
0.49 5.63E-04 0.49 5.07E-05
0.612 7.51E-04 0.612 1.46E-04
0.735 0.00122 0.7345 0.0015
0.857 0.00174 0.857 0.00143
0.98 0.00257 0.9795 0.00181
1.1 0.00329 1.102 0.00293
1.22 0.00375 1.2245 0.00333
1.35 0.00438 1.347 0.00454
1.47 0.00545 1.4695 0.00476
1.59 0.00607 1.592 0.00626
-
38
1.71 0.00689 1.7145 0.00702
1.84 0.00785 1.8365 0.00816
1.96 0.00845 1.959 0.00866
2.08 0.00938 2.0815 0.01061
2.2 0.0103 2.204 0.01132
2.33 0.0104 2.3265 0.01313
2.45 0.0123 2.449 0.01482
2.57 0.0131 2.5715 0.0161
2.69 0.0139 2.694 0.01786
2.82 0.015 2.8165 0.02157
2.94 0.0156 2.939 0.02304
3.06 0.0161 3.061 0.02399
3.18 0.0176 3.1835 0.02385
3.31 0.0186 3.306 0.02533
3.43 0.0197 3.4285 0.02756
3.55 0.0204 3.551 0.0292
3.67 0.0219 3.6735 0.03075
3.8 0.0229 3.796 0.03277
3.92 0.0241 3.9185 0.03446
4.04 0.0253 4.041 0.03574
4.16 0.0265 4.1635 0.03836
4.29 0.0276 4.2855 0.04073
4.41 0.0289 4.408 0.04283
4.53 0.03 4.5305 0.04542
4.65 0.031 4.653 0.04756
4.78 0.0323 4.7755 0.05086
4.9 0.0336 4.898 0.0517
5.02 0.0348 5.0205 0.05346
5.14 0.0362 5.143 0.05643
5.27 0.0372 5.2655 0.05847
5.39 0.0381 5.388 0.06075
5.51 0.0395 5.51 0.06311
5.63 0.0404 5.6325 0.06518
5.76 0.0419 5.755 0.06682
5.88 0.0428 5.8775 0.06889
6 0.0439 6 0.0716
-
39
Lampiran C Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan
Sambungan p-n pada Berbagai Temperatur Pemanasan
p-n 200C, 6 h p-n 300C, 2h p-n 300C, 6h p-n 400C, 2h p-n 400C, 6h
V A/mm2 V A/mm2 V A/mm2 V A/mm2 V A/mm2
6 0.08388 -3 -0.00295 6 0.05348 6 0.01325 6 0.00944
5.886 0.08678 -2.87 -0.00392 5.8795 0.05283 5.9 0.01323 5.89 0.00928
5.772 0.08557 -2.74 -0.00318 5.7595 0.05186 5.8 0.01262 5.77 0.00921
5.658 0.08386 -2.6 -0.0033 5.639 0.05034 5.7 0.01213 5.66 0.00899
5.5445 0.08195 -2.47 -0.00273 5.519 0.04905 5.6 0.01192 5.54 0.0088
5.4305 0.07965 -2.34 -0.00238 5.3985 0.04748 5.5 0.01186 5.43 0.00868
5.3165 0.07812 -2.21 -0.00183 5.2785 0.04684 5.4 0.01143 5.32 0.00842
5.2025 0.07632 -2.07 -0.00159 5.158 0.04561 5.3 0.01126 5.2 0.00823
5.0885 0.07394 -1.94 -0.00163 5.038 0.04406 5.2 0.01101 5.09 0.00735
4.9745 0.07237 -1.81 -0.00115 4.9175 0.04311 5.1 0.01071 4.97 0.00778
4.861 0.07037 -1.67 -0.00119 4.7975 0.04183 5 0.01048 4.86 0.00754
4.747 0.06816 -1.54 -9.21E-04 4.677 0.04054 4.9 0.0099 4.75 0.00745
4.633 0.06642 -1.41 -8.00E-04 4.557 0.03947 4.8 0.00995 4.63 0.00695
4.519 0.06459 -1.28 -9.74E-04 4.4365 0.03814 4.7 0.00966 4.52 0.00704
4.405 0.06279 -1.14 -9.61E-04 4.3165 0.03674 4.6 0.00934 4.41 0.00642
4.291 0.06098 -1.01 -4.93E-04 4.196 0.03574 4.5 0.00938 4.29 0.00669
4.177 0.05865 -0.88 -7.20E-04 4.076 0.03446 4.4 0.00853 4.18 0.00614
4.0635 0.05689 -0.747 -6.40E-04 3.9555 0.03296 4.3 0.00868 4.06 0.00592
3.9495 0.05518 -0.615 -7.47E-04 3.8355 0.03198 4.2 0.00852 3.95 0.00585
3.8355 0.05325 -0.482 -4.80E-04 3.715 0.03087 4.1 0.00824 3.84 0.00578
3.7215 0.05109 -0.35 -3.59E-04 3.595 0.02934 4 0.00806 3.72 0.00585
3.6075 0.0494 -0.217 -4.53E-04 3.4745 0.02837 3.9 0.00767 3.61 0.00526
3.4935 0.04759 -
0.0845 -7.87E-04 3.3545 0.02708 3.8 0.00731 3.49 0.00483
3.3795 0.04554 0.048 -5.20E-04 3.234 0.02597 3.7 0.00701 3.38 0.00483
3.266 0.04386 0.181 -5.33E-04 3.114 0.02464 3.6 0.00685 3.27 0.00445
3.152 0.04153 0.314 -2.39E-04 2.9935 0.02359 3.5 0.0066 3.15 0.00414
3.038 0.0396 0.446 -6.13E-04 2.8735 0.02204 3.4 0.00635 3.04 0.00393
2.924 0.03812 0.579 2.88E-05 2.753 0.02102 3.3 0.00602 2.92 0.00378
2.81 0.03634 0.711 5.10E-04 2.633 0.01948 3.2 0.0059 2.81 0.00347
2.696 0.03458 0.844 0.0011 2.5125 0.01843 3.1 0.00583 2.7 0.00355
2.5825 0.03254 0.976 0.00146 2.3925 0.01738 3 0.00554 2.58 0.00345
2.4685 0.03104 1.11 0.00189 2.272 0.01603 2.9 0.00533 2.47 0.00359
2.3545 0.02925 1.24 0.00256 2.152 0.01524 2.8 0.00506 2.35 0.00281
-
40
2.2405 0.02773 1.37 0.0029 2.0315 0.01358 2.7 0.00465 2.24 0.00274
2.1265 0.02557 1.51 0.00377 1.9115 0.01272 2.6 0.00444 2.13 0.00248
2.0125 0.02405 1.64 0.00413 1.791 0.0118 2.5 0.00428 2.01 0.00274
1.8985 0.02207 1.77 0.00491 1.671 0.01032 2.4 0.00423 1.9 0.00195
1.785 0.02029 1.9 0.00545 1.5505 0.00904 2.3 0.00374 1.79 0.00179
1.671 0.01893 2.04 0.00587 1.4305 0.00806 2.2 0.00342 1.67 0.00188
1.557 0.01708 2.17 0.00704 1.31 0.00728 2.1 0.00309 1.56 0.00164
1.443 0.01563 2.3 0.00789 1.19 0.00616 2 0.00326 1.44 0.00174
1.329 0.01401 2.43 0.00906 1.0695 0.0044 1.9 0.00281 1.33 0.00131
1.215 0.0123 2.57 0.00985 0.9495 0.00366 1.8 0.00267 1.22 0.00114
1.1015 0.01047 2.7 0.0107 0.829 0.00328 1.7 0.00241 1.1 4.79E-04
0.9875 0.00935 2.83 0.0115 0.709 0.00267 1.6 0.0023 0.988 6.45E-04
0.8735 0.00818 2.96 0.0127 0.5885 0.00174 1.5 0.00189 0.874 2.75E-05
0.7595 0.00652 3.1 0.0136 0.4685 4.08E-04 1.4 0.00165 0.76 2.41E-04
0.6455 0.00588 3.23 0.0139 0.348 -1.15E-04 1.3 0.00159 0.646 -4.25E-
04
0.5315 0.0044 3.36 0.0153 0.228 -2.00E-05 1.2 0.00128 0.532 -1.87E-
04
0.4175 0.00352 3.49 0.0166 0.1075 -2.34E-04 1.1 8.74E-04 0.418 -3.53E-
04
0.304 0.00252 3.63 0.0174 -
0.0125 -7.33E-04 1 0.00105 0.304 1.23E-04
0.19 0.00145 3.76 0.0184 -0.133 -0.00128 0.9 7.63E-04 0.19 -1.87E-
04
0.076 6.45E-04 3.89 0.0197 -0.253 -0.00138 0.8 4.81E-04 0.076 -2.82E-
04
-0.038 -2.82E-04 4.02 0.02 -
0.3735 -0.00154 0.7 3.44E-04
-
0.038 -0.00123
-0.152 -0.00109 4.16 0.0217 -
0.4935 -0.00226 0.6 3.01E-04
-
0.152
-3.77E-
04
-0.266 -0.00195 4.29 0.0226 -0.614 -0.00195 0.5 2.84E-04 -
0.266
-5.20E-
04
-
0.3795 -0.00285 4.42 0.0234 -0.734 -0.00252 0.4 1.98E-04 -0.38 -0.0013
-
0.4935 -0.00378 4.55 0.0242
-
0.8545 -0.00226 0.3 1.47E-04
-
0.494
-3.77E-
04
-
0.6075 -0.00497 4.69 0.0257
-
0.9745 -0.00278 0.2 5.27E-05
-
0.608 -0.00102
- -0.00561 4.82 0.0268 -1.095 -0.00344 0.1 -5.81E-04 - -0.00154
-
41
0.7215 0.722
-
0.8355 -0.00658 4.95 0.0281 -1.215 -0.00356 0 -1.53E-04
-
0.836 -0.0014
-
0.9495 -0.00751 5.08 0.0291
-
1.3355 -0.00368
-
0.1 -2.30E-04 -0.95
-9.72E-
04
-
1.0635 -0.00846 5.22 0.0301
-
1.4555 -0.00442
-
0.2 -1.02E-04 -1.06 -0.00123
-1.177 -0.00932 5.35 0.031 -1.576 -0.00466 -
0.3 -3.07E-04 -1.18 -0.00114
-1.291 -0.0101 5.48 0.0322 -1.696 -0.00459 -
0.4 -6.15E-04 -1.29 -0.00149
-1.405 -0.01098 5.61 0.0334 -
1.8165 -0.00454
-
0.5 -6.75E-04 -1.41 -0.00145
-1.519 -0.01193 5.75 0.0341 -
1.9365 -0.00463
-
0.6 -4.52E-04 -1.52 -0.00183
-1.633 -0.01277 5.88 0.0352 -2.057 -0.00606 -
0.7 -7.52E-04 -1.63 -0.00195
-1.747 -0.01358 6.01 0.0362 -2.177 -0.0052 -
0.8 -7.86E-04 -1.75 -0.00192
-1.861 -0.01467
-
2.2975 -0.00611
-
0.9 -7.44E-04 -1.86 -0.00216
-
1.9745 -0.01557
-
2.4175 -0.00606 -1 -0.00104 -1.97 -0.00211
-
2.0885 -0.01607
-2.538 -0.00701
-
1.1 -0.00103 -2.09 -0.00195
-
2.2025 -0.01736
-2.658 -0.00675
-
1.2 -8.72E-04 -2.2 -0.00218
-
2.3165 -0.01855
-
2.7785 -0.00713
-
1.3 -0.00165 -2.32 -0.00226
-
2.4305 -0.01919
-
2.8985 -0.00791
-
1.4 -0.00157 -2.43 -0.00254
-
2.5445 -0.02016
-3.019 -0.00775
-
1.5 -0.00119 -2.54 -0.00195
-2.658 -0.02107
-3.139 -0.00951 -
1.6 -0.00125 -2.66 -0.00375
-2.772 -0.02202
-
3.2595 -0.00936
-
1.7 -0.00127 -2.77 -0.00271
-2.886 -0.0229
-
3.3795 -0.01051
-
1.8 -0.00167 -2.89 -0.00223
-
42
-3 -0.02416
-3.5 -0.01079 -
1.9 -0.00145 -3 -0.00283
-- -- -2 -0.00162
-
2.1 -0.00155
-
2.2 -0.00157
-
2.3 -0.00173
-
2.4 -0.00183
-
2.5 -0.00187
-
2.6 -0.00217
-
2.7 -0.0024
-
2.8 -0.00248
-
2.9 -0.00249
-3 -0.00283
-
43
Lampiran D Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan
Sambungan p-n pada Pemanasan Tiap Pelapisan
p-n, 300C , 2h
V A/mm2
6 0.99919
5.886 0.85413
5.5445 0.81173
5.4305 0.78282
5.3165 0.75555
5.2025 0.72248
5.0885 0.70441
4.9745 0.68206
4.861 0.67399
4.747 0.64575
4.633 0.62554
4.519 0.60016
4.405 0.58196
4.291 0.56587
4.177 0.5491
4.0635 0.52502
3.9495 0.50506
3.8355 0.48258
3.7215 0.46317
3.6075 0.44522
3.4935 0.42657
3.3795 0.40429
3.266 0.3866
3.152 0.36874
3.038 0.34429
2.924 0.3287
2.81 0.31311
2.696 0.29407
2.5825 0.25382
2.4685 0.25075
2.3545 0.23617
2.2405 0.22066
2.1265 0.20973
2.0125 0.19717
-
44
1.8985 0.18036
1.785 0.16112
1.671 0.14708
1.557 0.13431
1.443 0.12334
1.329 0.11262
1.215 0.10241
1.1015 0.09128
0.9875 0.0822
0.8735 0.07169
0.7595 0.06148
0.6455 0.05022
0.5315 0.03955
0.4175 0.03102
0.304 0.02186
0.19 0.01358
0.076 0.00543
-0.038 -1.20E-04
-0.152 -0.0097
-0.266 -0.01735
-0.3795 -0.02495
-0.4935 -0.03302
-0.6075 -0.04151
-0.7215 -0.0495
-0.8355 -0.05744
-0.9495 -0.06555
-1.0635 -0.07387
-1.177 -0.08122
-1.291 -0.0887
-1.405 -0.09656
-1.519 -0.10328
-1.633 -0.10879
-1.747 -0.11341
-1.861 -0.11728
-1.9745 -0.12119
-2.0885 -0.12551
-2.2025 -0.1393
-2.3165 -0.15169
-2.4305 -0.13606
-
45
-2.5445 -0.12295
-2.658 -0.12997
-2.772 -0.11173
-2.886 -0.1127
-3 -0.1559