1. URAIAN UMUM 1.1 Judul Penelitian
:
PENUMBUHAN LAPISAN SEMIKONDUKTOR DENGAN TEKNIK SPIN COATING 1.2. Penanggung jawab penelitian Nama Jabatan Jurusan Fakultas
: : : :
Drs. Yuyu R. Tayubi, M.Si Lektor Pend. Fisika FPMIPA
1.3 Tim Peneliti No 1 2 3
Nama dan Gelar Akademik Drs. Yuyu R. Tayubi, M.Si. Selly Feranie, S. Pd., M. Si. Dadi Rusdiana, S. Pd., M.Si
Bidang Instansi Keahlian Fisika FPMIPA Semikonduktor UPI Fisika Atom FPMIPA UPI Fisika FPMIPA Semikonduktor UPI
Alokasi Waktu (Jam/minggu) 10 8 8
1.4. Kaitan Tema dan Judul dengan Program Payung Penelitian UPI : Penelitian ini dilakukan untuk penumbuhan lapisan semikonduktor yang yang nantinya diharapkan dapat diaplikasikan sebagai lapisan aktif divais elektronik maupun optoelektronik seperti detektor dan sensor, dengan demikian tema penelitian ini merupakan bagian
dari program payung
penelitian FPMIPA dalam bidang fisika yaitu
pengembangan bahan
semikonduktor untuk pembuatan divais elektronik maupun optoelektronik 1.5 Subyek penelitian
: Penumbuhan lapisan semikonduktor
1.6 Periode Pelaksanaan Mulai
: 2 Mei 2005
Berakhir
: 3 Agustus 2005
1.7 Jumlah Biaya yang Diusulkan : Rp. 3.300.000,1.8 Lokasi Penelitian
: Lab. Elektronika
1.9 Jurusan/Fakultas
: fisika/ FPMIPA UPI
1.10 Lembaga Pengusul
: FPMIPA UPI
1
2. ABSTRAK RENCANA PENELITIAN Sebagai langkah awal pengembangan lab. fisika material dalam rangka membangun kemandirian dan mengurangi ketergantungan pada instansi lain dalam pelaksanaan riset mahasiswa, saat ini kelompok bidang keahlian fisika material khususnya material semikonduktor, sedang mengembangkan salah satu teknik penumbuhan lapisan semikonduktor
yaitu teknik spincoating. Untuk
menjajagi kehandalan sistem peralatan tersebut, maka melalui program penelitian ini akan dilakukan ujicoba penggunaannya untuk menumbuhkan
lapisan
semikonduktor yang dapat diaplikasikan sebagai lapisan aktif dari divais optoelektronik maupun optoelektronik. Penelitian ini diorientasikan pada penemuan prosedur penumbuhan yang tepat guna mandapatkan kondisi dan parameter penumbuhan optimum dengan teknik spin coating, dengan strategi penumbuhan-karakterisasi secara rekursif, sebagai acuan untuk rekayasa bahan semikonduktor selanjutnya.
3. MASALAH YANG DITELITI Permasalahan yang akan diteliti dalam penelitian ini dirumuskan sebagai berikut : “ Bagainakah kebergantungan karakteristik lapisan semikonduktor yang ditumbuhkan
dengan
teknik
spincoating
terhadap
parameter-parameter
penumbuhan seperti molaritas larutan bahan, laju putaran spinner, serta temperatur anealling ? “
4. ORIENTASI TOPIK PENELITIAN Penelitian ini diorientasikan pada optimasi kondisi dan parameter penumbuhan lapisan semikonduktor dengan teknik spincoating, hingga diperoleh gambaran kondisi dan parameter optimum untuk penumbuhan lapisan semikonduktor yang memiliki kualitas baik ditinjau dari kekristalan, morfologi, sifat listrik maupun sifat-sifat fisis lainnya. 5. STUDI PUSTAKA Sejak diketemukannya untuk pertama kali piranti elektronik yang terbuat dari bahan semikonduktor silikon oleh Bardeen dkk., yang menunjukkan unjuk 2
kerja dari piranti generasi sebelumnya dan konsumsi daya yang sangat rendah, maka pengembangan bahan semikonduktor sejak saat itu hingga saat ini mengalami kemajuan yang sangat pesat [1]. Karena memiliki sifat fisis yang khas yang tidak dimiliki bahan lain termasuk bahan konduktor, yaitu memiliki sifat listrik dan optik yang sasa-sama baik, membuat aplikasi bahan ini sangat luas. Ditambah lagi dalam bentuk keramik bahan ini memiliki ketahanan termal yang baik sehingga dapat diaplikasikan pada lingkungan ekstrim sekalipun. Perkembangan divais-divais pemrosesan data yang pesat, merupakan bukti nyata dari perkembangan yang pesat pada teknologi semikonduktor. Berkembangnya laser, sensor, dan detektor yang sangat diperlukan pada berbagai sistem juga merupakan efek dari perkembangan teknologi semikonduktor [2]. Sehingga sebagai bagian dari bahan, kajian bahan semikonduktor menjadi sangat menarik, dengan pemahaman yang baik tentang karakteristik bahan ini, memungkinkan kita untuk dapat merekayasa bahan ini sesuai dengan kebutuhan. Di awal perkembangnanya, bahan semikonduktor banyak diproduksi dalam bulk dengan metode reaksi padatan. Adanya tuntutan dari miniaturisasi divais-divais yang dibuat, telah mengalihkan tren pembuatan bahan semikonduktor dalam bentuk lapisan yang cukup tipis hingga ketebalannya berorde mikron. Adanya kecenderungan ini telah memicu pengembangan metode-metode dan teknik-teknik deposisi untuk pembuatan lapisan ini. Teknik spincoating merupakan salah satu teknik yang dikembangkan untuk kepentingan ini. Bersama-sama dengan teknik screen printing, sol gel, dan spray, teknik spincoating ini tergolong pada teknik chemical solution deposition (CSD). Dibanding dengan teknik deposis lain, teknik ini bisa dibilang paling sederhana dan paling murah pengoperasiannya. Meskipun kualitas lapisan yang dihasilkan jauh lebih rendah dibanding yang dihasilkan oleh teknik MOCVD, MBE, PLD, maupun Sputtering, namun untuk studi awal dari rekayasa bahan teknik ini cukup membantu. Teknik ini telah berhasil dipergunakan dengan baik untuk pengembangan bahan-bahan semikonduktor keramik berbasis bahan oksida [1].
3
6. METODE DAN DISAIN PENELITIAN Penelitian
ini
merupakan
kegiatan
eksperimen
yang
meliputi
penumbuhan lapisan semikonduktor dan karakterisasi sifat-sifat fisisnya. Teknikteknik atau metode yang digunakan dalam eksperimen ini diuraikan sebagai berikut : 6.1. Penumbuhan lapisan semikonduktor Teknik yang digunakan untuk penumbuhan lapisan semikonduktor adalah dalam penelitian ini adalah teknik spincoating dengan alur eksperimen seperti berikut :
Bahn serbuk semikonduktor
Pelarut
Larutan bahan semikonduktor (cair)
Teknik spincoating
Anealling (menguapkan pelarut)
Lapisan semikonduktor (padat) di atas substrat
Karakterisasi sifat fisis lapisan semikonduktor 4
Proses optimasi
Gambar 1. Peta disain penelitian
Secara sederhana skema dari teknik spin coating dapat digambarkan sebagai berikut :
Piringan
Pengatur RPM
Pompa vacuum
Motor
Pada teknik ini, bahan yang akan dibentuk lapisan dibuat dalam bentuk larutan (cairan) kemudian diteteskan diatas suatu substrat yang disimpan diatas piringan yang dapat berputar, karena adanya gaya sentripetal ketika piringan berputar, maka bahan tersebut dapat tertarik ke pinggir substrat dan tersebar merata. Besarnya gaya sebar ini akan ditentukan oleh laju rotasi dari putaran piringan, menurut persamaan [3] :
Fsp = m ω 2 r
(1)
di sini Fsp adalah gaya sentripetal, m adalah massa partikel, w adalah laju anguler piringan dan r adalah jarak diukur dari pusat piringan secara radial ke arah luar.
5
6.2. Karakterisasi lapisan semikonduktor Karakterisasi sifat fisis lapisan semikonduktor yang dihasilkan meliputi kekristalan, morfologi, sifat listrik, dan sifat optik. Karakterisasi kekristalan dilakukan untuk menginvestigasi kualitas dan orientasi kekristalan bahan, yang dapat dilakukan dengan teknik XRD (X-ray diffraction). karakteristik morfologi dilakukan untuk menginvestigasi homogenitas lapisan, ukuran butiran kristal, serta ketebalan lapisan, yang dapat dilakukan dengan teknik SEM (scanning elctron microscopy). Karakteristik listrik dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat listrik bahan seperti mobilitas, tipe pembawa muatan, sifat dielektrik, dan sebagainya yang dapat dilakukan dengan teknik pengukuran efek Hall, karakteristik I-V maupun karakteristik C-V. Sedangkan karakteristik optik dilakukan untuk menentukan koefisien absorpsi optik bahan, dan celah pita energi bahan, yang dapat
dilakukan
melalui
pengukuran
UV-Vis
Spectroscopy
atau
photoluminiscence.
7. HASIL PENELITIAN Dari penelitian ini diharapkan dapat dihasilkan gambaran kondisi dan parameter optimum untuk penumbuhan lapisan semikonduktor dengan teknik spincoating, yang dapat digunakan sebagai acuan atau patokan dalam proses rekayasa bahan-bahan semikonduktor lebih lanjut di lab. fisika material jurusan fisika FPMIPA UPI khususnya.
8. JADWAL KEGIATAN PENELITIAN Keseluruhan kegiatan yang akan dilaksanakan dalam rangka penelitian ini, dijadwalkan sebagai berikut :
6
Bulan keNo
Jenis Kegiatan
1
Penyusunan proposal
2
Studi Literatur
3
Preparasi bahan
4
Penumbuhan lapisan semikonduktor dengan teknik spin coating Karakterisasi sifat fisis lapisan semikonduktor Analisis data hasil karakterisasi Monitoring dan evaluasi proses penelitian Seminar hasil penelitian tingkat Fakultas Penyusunan dan penyerahan laporan Seminar hasil penelitian tingkat Universitas
5 6 7 8 9 10
1
7
2
3
4
5
6
9. RINCIAN ANGGARAN PENELITIAN Rancangan anggaran biaya yang diusulkan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : No
Rincian Pengeluaran Uang
Jumlah Pengeluaran Rp. 1.000.000,-
1
Gaji dan Upah
2
Rp. 1.900.000,-
3
Biaya habis pakai (materai penelitian) Biaya perjalanan
Rp.
300.000,-
4
Biaya pengeluaran lain-lain
Rp.
100.000,-
Total
Rp. 3.300.000,-
Rincian Anggaran Biaya Penelitian 1. Upah/Gaji
Jenis Pengeluaran Ketua
Rincian Pengeluaran ( Rp x orang ) 400.000,- x 1
Anggota
Jumlah (Rp) 400.000,-
300.000,- x 2
600.000,-
Total
1.000.000,-
2. Bahan Habis Pakai/Peralatan
Jenis pengeluaran
Rincian pengeluaran
Jumlah (Rp)
1 set
100.000,-
1 paket
500.000,-
1 buah
300.000,-
1 set
1.000.000,-
ATK Pembelian serbuk bahan semikonduktor dan pelarut Pembelian substrat Biaya karakterisasi
Total
8
1.900.000,-
3. Biaya Perjalanan
Jenis Pengeluaran Transportasi dalam kota
Rincian Pengeluaran
Jumlah (Rp)
3 orang x 100.000,-
300.000,-
Total
300.000,-
4. Biaya Lain-Lain
Jenis Pengeluaran
Rincian pengeluaran
Jumlah (Rp)
10 eksemplar
100.000,-
Total
100.000,-
Penulisan dan penggandaan Laporan
10. PUSTAKA ACUAN [1] S. Reka Rio dan Masamori Iida (1982 ), Fisika dan Teknologi Semikonduktor, Pradnya Paramita, Jakarta [2] S. M. Sze (1985), Semiconductor Devices : Physics and Technology, John Wiley & Sons, New York [3] D. Haliday & R. Resnick (1986), Fisiska, Erlangga, jakarta
9
LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP TIM PENELITI
1. Riwayat Hidup Ketua Peneliti Nama dan Gelar
: Drs. Yuyu Rachmat Tayubi, M.Si.
Tempat/ Tanggal Lahir : Bandung / 8 Juni 1959 Pekerjaan
: Staf pengajar di jurusan Fisika UPI sejak tahun 1988
Riwayat Pendidikan
:
Institusi
Gelar
Tahun Selesai
Bidang Studi
UNPAD
Drs
1986
Fisika Murni
UI
M.Si
1997
Fisika material
Pengalaman Penelitian : 1. Karakterisasi Dari Sifat Optik dan Sifat Listrik Pada Bahan CuInSe2 Melalui Proses Doping dan Anealing, Penelitian tugas akhir program magister. 2. Prinsip Variasi Van Baak sebagai Metode Alternatif Dari Teorema Simpal Kirchhoff Untuk Menyelesaikan Persoalan-Persoalan Rangkaian listrik Arus Searah (Didanai oleh Proyek Penelitian Dana Rutin UPI tahun 2001) sebagai Ketua Peneliti 3. Studi awal pembuatan sensor ultraviolet dari bahan semikonsuktor GaN (Didanai oleh Proyek Penelitian Dana Rutin UPI tahun 2002) sebagai Anggota Peneliti 4.
Identifikasi
Miskonsepsi
Pada
Konsep-Konsep
Fisika
Dengan
Menggunakan CRI (Certainty of Response Index) (Didanai oleh Proyek Penelitian Due Like UPI tahun 2002) sebagai ketua peneliti 5. Fabrikasi dan Karakterisasi Detektor Inframerah dari Bahan Film Tipis Semikonduktor GaSb (Didanai oleh Proyek Penelitian Dana Rutin UPI tahun 2003) sebagai Ketua Peneliti 10
Daftar Publikasi : 1. Karakterisasi Dari Sifat Optik dan Sifat Listrik Pada Bahan CuInSe2 Melalui Proses Doping dan Anealing, Dipublikasikan dalam Jurnal Ilmu Rekayasa dan Bahan vol. 1, no.1, April 1999. 2. D. Rusdiana, A. Suhandi, Y. R. Tayubi, R. Mudjiarto, Kebergantungan Faktor Pengisian (Fill Factor) Sel Surya Terhadap Besar Celah Pita Energi Material Semikonduktor Pembuatnya, Suatu Tinjauan Matematika, Proc. Seminar Fisika dan Aplikasinya, HFI Cabang Surabaya, ITS, 2002. 3. Y. R. Tayubi, A. Suhandi, I. Kaniawati, Suhandiana Noor, Prinsip Variasi Van Baak Sebagai Metode Alternatif dari Teorema Simpal Kirchhoff untuk Menyelesaikan Persoalan-Persoalan Rangkaian Listrik Arus Searah, Jurnal Pengajaran MIPA, Vol. 2, No. 2, Des. 2001 4. A. Suhandi, Y. R. Tayubi, R. Mudjiarto, Penggunaan Teknik Integral Eliptik Untuk Menghitung Kuat Medan Magnet di Pusat Kawat Berbentuk Elips yang Dialiri Arus Listrik, Proc. Seminar Fisika dan Aplikasinya, HFI Cabang Surabaya, ITS, 2002. 5. Y. R. Tayubi, A. Suhandi, I. Kaniawati, R. Mudjiarto, Penyelesaian Persoalan-Persoalan Rangkaian Listrik Arus Searah dengan Prinsip Variasi Van Baak, Proc. Seminar Fisika dan Aplikasinya, HFI Cabang Surabaya, ITS, 2002. 6. Y. R. Tayubi, A. Suhandi, dan R. Mudjiarto, Periode Bandul Fisis untuk Amplitudo Besar : Suatu Perbandingan antara Hasil Kajian Teori dengan Percobaan Laboratorium, Seminar Fisika dan Aplikasinya, HFI Cabang Jawa Tengah dan DIY, UNNES Semarang, 2003.
2. Riwayat Hidup Anggota Peneliti 2.1. Nama dan Gelar
: Selly Feranie, M.Si.
Tempat/ Tanggal Lahir : Bandung, 08 November 1974 Pekerjaan
: Staf pengajar di jurusan Fisika UPI sejak tahun 1998
Riwayat Pendidikan
:
11
Institusi
Gelar
Tahun Selesai
Bidang Studi
IKIP Bandung
S.Pd
1998
Pendidikan Fisika
ITB Bandung
M.Si
2002
Fisika Murni
Pengalaman Penelitian : 1. Tahun 2003
: Penumbuhan Film Tipis CuO dengan Teknik MOCVD Vertikal dan Karakterisasi Sifat-Sifat Fisisnya Untuk Aplikasi Sensor Gas, Proyek Penelitian Dana Rutin UPI tahun 2003
2. Tahun 2004
: Simulasi untuk optimasi divais-divais optoelektronik, Proyek penelitian SP4 jurusan fisika FPMIPA UPI tahun 2004
2.2. Nama dan Gelar
: Dadi Rusdiana, S.Pd., M.Si.
Tempat/ Tanggal Lahir : Tasikmalaya/ 15 Oktober 1968 Pekerjaan
: Staf pengajar di jurusan Fisika UPI sejak tahun 1994
Riwayat Pendidikan
:
Institusi
Gelar
Tahun Selesai
Bidang Studi
IKIP Bandung
-
1991
Pendidikan Fisika
IKIP Bandung
S.Pd
1993
Pendidikan Fisika
ITB Bandung
M.Si
1998
Fisika Semikonduktor
Pengalaman Penelitian : 1. Fabrikasi Wafer SOI dengan Metode Eltran, Tesis S2, 1998-1999 2. Optimasi Struktur Sel Surya GaAs Sambungan p-n Berefi-siensi Tinggi dengan Lapisan Window, Lapisan BSF, dan Lapisan Anti Refleksi, (Didanai oleh
12
Proyek Penelitian Dosen Muda (BBI) dengan nomor kontrak : 012/ P2IPT/DM/V/2000) sebagai Anggota Peneliti. 3. Studi awal pembuatan sensor Ultraviolet dari bahan semikonduktor Galium Nitrida (Didanai oleh Proyek penelitian Dana Rutin UPI tahun 2002) sebagai Anggota peneliti. 4. Fabrikasi dan Karakterisasi Detektor Inframerah dari Bahan Film Tipis Semikonduktor GaSb (Didanai oleh Proyek Penelitian Dana Rutin UPI tahun 2003) sebagai Anggota Peneliti 5. Pengembangan intrumen pengukuran celah pita energi persambungan p/n bahan semikonduktor (Proyek penelitian Dana Rutin UPI tahun 2004) sebagai anggota peneliti. 6. Simulasi untuk optimasi divais-divais optoelektronik yang terbuat dari bahan semikonduktor (Proyek penelitian SP4 jurusan fisika FPMIPA UPI tahun 2004) sebagai ketua peneliti.
Daftar Publikasi : 1. A, Suhandi, D. Rusdiana, Shofiah, P. Arifin, Optimasi Struktur Sel Surya GaAs Sambungan
p-n
Dengan Lapisan Antirefleksi yang Tergandengan
dengan Lapisan Window AlGaAs, Indonesian Journal of Physics (Kontribusi Fisika Indonesia), Vol. 14, No. 2, April 2003. 2. D. Rusdiana, A. Suhandi, M. Budiman, Sukirno, M. Barmawi, Fabrikasi dan Karakterisasi Sensor Ultraviolet dari bahan GaN, Annual Physics Seminar, HFI Cabang Bandung, ITB, 2002 3. D. Rusdiana, A. Suhandi, Y. R. Tayubi, R. Mudjiarto, Kebergantungan Faktor Pengisian (Fill Factor) Sel Surya Terhadap Besar Celah Pita Energi Material Semikonduktor Pembuatnya, Suatu Tinjauan Matematika, Proc. Seminar Fisika dan Aplikasinya, HFI Cabang Surabaya, ITS, 2002. 4. A. Suhandi, D. Rusdiana, I. Kaniawati, dan R. Mudjiarto, Menentukan Besar Medan Listrik Radial Pada Berbagai Jenis Konduktor yang Dialiri Arus Listrik Tetap, Telah diterima untuk diterbitkan pada Jurnal Pengajaran MIPA, Vol. 3, No. 1, Juni 2002. 13
5. A. Suhandi, D. Rusdiana, Shofiah, P. Arifin, Optimasi Struktur Sel Surya GaAs Sambungan
p-n
Dengan Lapisan Antirefleksi yang Tergandengan
dengan Lapisan Window AlGaSb, Indonesian Journal of Physics (Kontribusi Fisika Indonesia), Vol. 14, No. 2, April 2003. 6. A. Suhandi, E. Sustini, D. Rusdiana, P. Arifin, M. Barmawi, Properties of GaSb Thin Film Grown on SI-GaAs Substrate Buffered With GaSb and GaAsSb, Annual Physics Seminar, HFI Cabang Bandung, ITB, October 2003. 7. D. Rusdiana, A. Suhandi, S. Karim, Sukirno, M. Budiman, M. Barmawi, Growth of GaN Thin Film by Pulsed Laser Deposition and Its Application on Ultraviolet Detectors, Proceeding The First Jogya Regional Physics Conference, Yogyakarta, 11 September 2004. 8. S. Karim, D. Rusdiana, A. Suhandi, P. Arifin, Optimasi Efisiensi Sel Surya GaAs dan GaSb Persambungan p/n untuk Komponen Sel Surya Tandem GaAs/GaSb, Proceeding Seminar MIPA IV, Bandung, 6-7 Oktober 2004.
14
Usulan Penelitian Dana Rutin UPI Tahun Anggaran 2005
PENUMBUHAN LAPISAN SEMIKONDUKTOR DENGAN TEKNIK SPINCOATING
Peneliti : Drs. Yuyu R. Tayubi, M.Si. Selly Feranie, S.Pd., M.Si. Dadi Rusdiana, S. Pd., M. Si.
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2005 15
IDENTITAS DAN PENGESAHAN PROPOSAL PENELITIAN
PENUMBUHAN LAPISAN SEMIKONDUKTOR DENGAN TEKNIK SPINCOATING
Bidang/ Topik (Program payung Penelitian)
: Bidang fisika murni/ Pengembangan bahan semikonduktor untuk divais elektronik dan optoelektronik.
Lama penelitian
: 6 bulan
Peneliti Utama
: Drs. Yuyu R. Tayubi, M.Si.
Unit Kerja
: Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI
Alamat Kantor
: Jl. Dr. Setiabudhi 229 Bandung Tlp. 2004548
Biaya Penelitian
: Rp. 3.300.000,-
Sumber Dana
: DIK UPI 2005
Bandung, 10 Maret 2005 Ketua Peneliti,
Mengetahui/Menyetujui : Dekan FPMIPA UPI,
Dr. Sumar Hendayana, M.Sc. NIP. 130 608 529
Drs. Yuyu R. Tayubi , M.Si. NIP. 131 689 853 Menyetujui
Ketua Lembaga Penelitian
Prof.Dr.H.Ishak Abdulhak.M.Pd Nip:130609682
16
17
