lt1· f
I
Bi dang funu : MIPA
LAPORAN PENELITIAN FUNDAMENTAL
'
MEKANISME TRANSPORT LISTRIK PADA DETEKTOR ULTRAVIOLET BERBASIS SEMIKONDUKTOR GaN DENGAN STRUKTUR METAL-SEMIKONDUKTOR-METAL
Oleh:
Dr. Lilik Hasanah, M.Si Dr. Dadi Rusdiana, M. Si. Endi Suhendi, S.Si, M.Si Dibiayai oleh DIPA UPI, sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitianf'undamental dengan SK Rektor UPI Nomor: 2784/H.40/PU2009 Tanggal 07 Mei 2009
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN PE.NDIDIKAN FISIKA UNlVERSIT AS PENDIDIKAN INDONESlA
. iJ. '
2009
•
C'"'" - '
I Bidaog
I,,..'
Ilmu : M1PA
LAPORANPENELITIANFUNDAMENTAL
MEKANISME TRANSPORT LISTRIK PADA DETEKTOR ULTRAVIOLET BERBASIS SEMIKONDUKTOR GaN DENGAN STRUKTUR METAL-SEMIKONDUKTOR-METAL
Oleh:
Dr. Lilik Hasanah, M.Si Dr. Dadi Rusdiana, M. Si. Endi Suhendi, S.Si, M.Si Dibiayai oleh DIP A UPI, sesuai dengan Surat Perjanjian PeJaksanaan PenelitianfundarnentaJ dengan SK Rektor UPI Nomor: 2784/H.40/PU2009 TanggaJ 07 Mei 2009
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2009
HALAMAN PENGESAHAN LAPORAN AKHIR
1. Judul Penelitian
Mekanisme Transfort Listrik pada Detektor Ultraviolet Berbasis Semikonduktor Paduan Galium Nitrida Dengan Struktur MetalSemikonduktor-Metal
2. Ketua Peneliti a. Nama lengkap b. Jenis Kelamin c. NIP d. Pangkat I Golongan e. Jabatan fungsional f. Jurusan/ Fakultas g. Perguruan Tinggi h. Pusat Penelitian 3. Jumlah Tim Peneliti 4. Lokasi Penelitian
: Dr. Lilik Hasanah, M. Si. Perempuan 197706162001122002 Penata tk.l/ lllc Lektor FISIKA/ FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia LPPM UPI Bandung 3 Orang Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI, JI. Dr. Setiabudhi 229 Bandung (40154). 5. Kerja Sama dengan lnstitusi lain : 6. Pendanaan dan Jangka waktu Penelitian a. Jangka waktu penelitian yang diusulkan : 2 Tahun b. Biaya total yang diusulkan : Rp. 77.350.000,c. Biaya yang disetujui tahun pertama : Rp. 38.000.000,-
Bandung, 26 November 2009 Ketua Peneliti,
adarohman M. Si. 05091987031002
Dr. Lilik Hasanah. M. Si. NIP. 197706162001122002
RINGKASAN
Bahan semikonduktor paduan GaN pada akhir-akhir ini banyak mendapat perhatian para peneliti, karena bahan tersebut memiliki karakteristik yang unik yaitu memiliki energi gap yang lebar (3,4 eV) dan juga memiliki struktur celah pita energi dengan transisi langsung (direct bandgap) sehingga semikonduktor tersebut cocok untuk bahan baku pembuatan divais optoelektronik yang beroperasi pada daerah panjang gelombang pendek seperti detektor ultraviolet yang dapat diaplikasikan untuk sistem informasi dan komunikasi. Seiring dengan penggunaannya yang terus meningkat, maka penyelidikan dan pengungkapan sifat-sifat fisis bahan paduan ini menjadi hal yang sangat penting dalam rangka pengembangan bahan ini selanjutnya. Salah satu sifat fisis penting dari bahan semikonduktor yang menentukan karakteristik listrik dari divais elektronik maupun divais optoelektronik yang terbuat dari bahan ini adalah sifat transport listriknya, yaitu salah satunya adalah nilai mobilitas (µ) pembawa muatan. Karakteristik transport listrik pada bahan dipengaruhi secara langsung oleh mekanisme perturbasi (gangguan) terhadap pergerakan pembawa muatan dalam bahan. Perturbasi (gangguan) biasanya terjadt akibat adanya berbagai jenis mekanisme hamburan (scattering). Mekanisme hamburan pada bahan sangat dipenqaruhi oleh faktor ekstemal seperti temperatur lingkungan. Oleh karena itu dengan melakukan simulasi terhadap perilaku hamburan di bawah pengaruh luar, maka kebergantungan nilai mobilitas pembawa muatan pada bahan semikonduktor paduan GaN terhadap kondisi ekstemal seperti temperatur lingkungan dapat divisualkan. Hasil simulasi terhadap kebergantungan nilai mobilitas pembawa muatan pada bahan semikonduktor paduan GaN terhadap kondisi ekstemal seperti temperatur lingkungan menunjukkan bahwa mobilitas muatan pembawa dalam bahan GaN mengalami perubahan apabila temperatur lingkungan divariasikan kecuali untuk hamburan tipe impuritas netral yang tidak mempengaruhi nilai mobilitas muatan pembawa meskipun temperatur ekstemal divariasikan.
ii
PRAKATA
Puji dan syukur kami panjatkan pada Tuhan Yang Maha Esa karena atas izin dan ridho-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan projek penelitian hibah bersaing ini. Kamipun tak lupa menyampaikan ucapan terimakasih kepada Direktorat Penelitian Pengabdian kepada Masyarakat Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi yang telah memberi kesempatan kepada kami untuk melakukan projek penelitian yang didanai dari DP2M DIKTI melalui projek penelitian fundamental tahun anggaran 2009. Kami menyadari ada beberapa hal dalam penelitian ini yang per1u dikaji kembali untuk memperoleh hasil yang terbaik, namun karena keterbatasan waktulah maka kami membatasi pada beberapa kajian variabel penelitian. Kami berharap mudah-mudahan hasil penelitian yang telah dilakukan ini dapat bermanfaat bagi masyarakat umum maupun kalangan industri yang sedang mengembangkan kajian semikonduktor khususnya paduan 111-V GaN untuk aplikasi detektor ultraviolet..
Bandung, 26 November 2009 Tim Peneliti
iii
DAFTAR ISi
HALAMAN PENGESAHAN RINGKASAN PRAKATA DAFTAR ISi DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPI RAN
BAB I
BAB II
BAB Ill
BAB IV
BABV
BABVI
ii iii iv
v vi viii
PENDAHULUAN 1. Latar Belakang 2. Perumusan Masalah
5
TINJAUAN PUSTAKA 1. Persamaan transport Boltzman 2. Mekanisme hamburan dalam semikonduktor 3. Pengukuran sifat transport listrik 4. Detektor ultraviolet
8 9 12 16
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 1. Tujuan Penelitian 2. Manfaat Penelitian
20
METODE PENELITIAN 1. Proses penumbuhan film tipis GaN
21
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Mekanisme transport listrik pada film GaN 2. Mekanisme respon arus pada detektor UV 3. Hasil studi penumbuhan film GaN KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan 2. Saran
1
19
29
37 40
44 44
DAFTAR PUSTAKA
46
LAMPI RAN
48
iv
DAFTAR TABEL Tabel 1 Kondisi penumbuhanGaN
41
Tabel 2. Persamaanmobilitas darisetiap jenis hamburan
v
48
DAFTAR GAMBAR
3 4
Gambar 1 Gambar 2
Diagram aplikasi detektor ultraviolet · Skema fotodetektor UV berstruktur M-S-M
Gambar 3
Bagan jenis-jenis hamburan yang dapat terjadi pada bahan semikonduktor paduan 111-V 10 Skema pengukuran sifat listrik dengan metode Hall-Van der
Gambar 4
Gambar 5 Gambar 6 Gambar 7
Pauw
13
Pola kontak untuk pengukuran efek Hall Geometri empat titik pada pengukuran metode Hall-Van der Pauw Diagram pita energi pada kontak metal-semikonduktor
15
Gambar 8
16 18
Proses transfort arus dalam kondisi tegangan panjar maju pada kontak schottky barrier dengan semikonduktor tipe-n 18 Gambar 9 Seperangkat alat spin-coating 22 Gambar 10 Diagram alir pembuatan gel gallium citrate amine 23 24 Gambar 11 Magnetik stirrer Gambar 12 Kristal putih gel gallium citrate amine 24 Gambar 13 Gel gallium citrate amine dalam vakum desikator 25 Gambar 14 Substrat saffire di atas spin-coater 26 Gambar 15 Programmable furnace 26 Gambar 16 Diagram alur proses penelitian 28 Gambar 17 Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan akibat mekanisme hamburan impuritas terionisasi 30 Gambar 18 Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan akibat mekanisme hamburan impuritas netral 31 Gambar 19 Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan akibat mekanisme hamburan impuritas netral 32 Gambar 20 Profil Mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan akibat mekanisme hamburan potensial piezoelektrik 34 Gambar 21 Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur akibat mekanisme hamburan fonon optik. 35 Gambar 22 Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan akibat mekanisme hamburan cacat dislokasi. 36 Gambar 23 Variasi mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur 37 Gambar24 Mekanisme pengukuran fotokonduktor 38 Gambar25 Profil dari 1-V detektor lN sebagai fungsi temperatur lingkungan: (1) T = 30° c (2). T = 80° C 39 Gambar 26 Profi responsivitas detektor LN sebagai fungsi temperatur lingkungan. 40 Gambar 27 Prosedur preparasi gel gallium citrate amine 41 Gambar 28 Pola difraksi sinar-X dari film tipis GaN yang ditumbuhkan diatas substrat Sapphire (0001) 42
vi
Gambar 29 Struktur morfologi permukaandan tampang lintang film tipis GaN diatas substrat Saffire (0001) Gambar 30 Penentuan celah pita energi GaN dari data hasil UV-Vis spectroscopy
vii
42 43
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. 2. 3. 4.
Halaman
lnstrumen Penelitian Biodata nm Peneliti Draft Artikel llmiah Sinopsis Penelitian Lanjutan
viii
48
52 61
67
BAB I PENDAHULUAN
1.
Latar Belakang Bahan semikonduktor paduan GaN pada akhir-akhir ini banyak
mendapat perhatian
para peneliti,
karena bahan tersebut
memiliki
karakteristik yang unik yaitu memiliki energi gap yang lebar (3,4 eV) dan juga memiliki struktur celah pita energi dengan transisi langsung (direct bandgap) sehingga semikonduktor tersebut cocok untuk bahan baku pembuatan divais optoelektronik yang beroperasi pada daerah panjang gelombang pendek seperti detektor ultraviolet yang dapat diaplikasikan untuk sistem informasi dan komunikasi. Seiring dengan
penggunaannya
yang terus meningkat,
maka
penyelidikan dan pengungkapan sifat-sifat fisis bahan paduan ini menjadi hal yang sangat
penting dalam rangka
pengembangan
bahan ini
selanjutnya. Salah satu sifat fisis penting dari bahan semikonduktor yang menentukan
karakteristik listrik dari divais elektronik maupun divais
optoelektronik yang terbuat dari bahan ini adalah sifat transport listriknya, yaitu
salah
satunya
adalah
nilai
mobilitas
(µ) pembawa
muatan.
Karakteristik transport listrik pada bahan dipengaruhi secara langsung oleh mekanisme perturbasi (gangguan) terhadap pergerakan pembawa muatan dalam bahan. Perturbasi (gangguan) biasanya terjadi akibat adanya berbagai jenis mekanisme hamburan (scattering). Mekanisme hamburan pada bahan sangat dipengaruhi oleh faktor ekstemal seperti temperatur lingkungan. Oleh karena itu dengan mengetahui mekanisme perilaku hamburan di bawah pengaruh luar, maka kebergantungan nilai mobilitas pembawa muatan pada bahan semikonduktor paduan GaN terhadap
kondisi
ekstemal
seperti
temperatur
lingkungan
dapat
dirumuskan. Secara semi konduktor
historis,
penelitian
paduan
(compound)
dan
pengembangan
berhubungan
erat
material dengan
pengembangan divais elektronik maupun divais optoelektronik. Salah satu divais optoelektronik yang cukup penting adalah fotodetektor UV. Dalam aplikasi komersial, detektor sinar UV telah digunakan sebagai sensor api, 1
pengontrol mesin, kalibrator UV, memonitor sinar UV matahari, navigasi penerbangan,
deteksi plumes dari persenjataan militer dan keamanan
komunikasi antar-ruang Material
angkasa [M.
Razeghi & A
Rogalski, 1996].
semikonduktor konvensional yang digunakan untuk aplikasi
fotodetektor UV adalah Silikon (Si) dan Silikon karbida (SiC), akan tetapi karena bahan-bahan ini memiliki celah pita energi yang tidak begitu lebar, maka sensitivitas fotodetektor UV dari bahan ini sangat terbatas. Untuk meningkatkan semikonduktor
sensitivitas yang memiliki
fotodetektor
UV
dipertukan
celah pita energi
lebar
[E.
bahan Monroy,
et.al.,2001). Material GaN merupakan material altematif yang paling tepat, karena selain bahan ini memiliki celah pita energi yang lebar (3,4 eV) juga memiliki struktur celah pita energi dengan transisi langsung (direct bandgap) [O. Madelung,
1996). Keuntungan lain dari bahan ini adalah
memiliki kestabilan kimiawi, mekanik, dan termal yang tinggi, sehingga stabil dipergunakan pada kondisi lingkungan yang ekstrim. Selain diaplikasikan untuk detektor UV, semikonduktor paduan GaN juga dapat dimanfaatkan sebagai sumber cahaya yang memiliki panjang gelombang
pendek (semikonduktor
laser UV) yang sangat
bermanfaat untuk perangkat sistem informasi dan komunikasi seperti penyimpan data optik (optical storage)[S.Nakamura, 1998). Salah satu karakteristik yang sangat penting untuk teknologi berbasis optik yaitu kerapatan area penyimpan data optik yang sebanding dengan 1 / A.2 dimana
A. merupakan
panjang
gelombang
yang
digunakan
,
untuk
membaca dan menulis data. Kerapatan penyimpan data optik akan meningkat secara drastis apabila panjang gelombang laser dikurangi, sehingga kapasitas data yang tersimpan akan lebih banyak dan dapat tersimpan
dalam
disk
berukuran
kecil.
Oleh
karena
itu
dengan
meningkatnya kebutuhan akan media penyimpan data yang berkapasitas tinggi, menjadi pemicu bagi para peneliti untuk mengembangkan divais berbasis semikonduktor yang beroperasi pada daerah panjang gelombang pendek seperti paduan GaN.
2
~lo)t..,~~~Monitoring radiasi
~- .......... ...,.MO"'~-~
~ ,}
J
!
Pendetek.si plumes dari persenjataan
i
ul~raviolet sinar
I
militer
matahari
1·-;;;Eu;;-~;~rLT~=;~·~•rn1 . ~-~ r·~~rC.'1Qll~ '!
I
I
~.
Sistem pendeteksi kebakaran
r-;'omponen system peralatan navigasi penerbangan
~-I
i
I~
r·~...........,,._ ii
I
Komponen system
~
angkasa
komunikasi ruang
Gambar 1 Diagram aplikasi detektor ultraviolet
Beberapa tipe fotodetektor UV yang telah dikembangkan antara lain; photoconductor [D. Walker, et. al.,1997], p-n junction photodiode [E. p-i-n detector [D. Walker, et.al.,1999),
Monroy, et. al,1998), semiconductor-metal
(MSM)
fotodetector
[E.
Monroy,
dan meta/et.al.,1999].
Fotodetektor berstruktur M-S-M terdiri dari lapisan semikonduktor yang mempunyai
sifat menyerap
cahaya (fotoabsorbing),
yang diatasnya
dideposisikan metal secara interdigitated fingers. Detektor ini mendeteksi cahaya dengan cara mengumpulkan sinyal listrik yang dibangkitkan oleh elektron dan hole hasil foto-excited dalam semikonduktor yang hanyut oleh pengaruh medan listrik yang diberikan antara fingers [H. et.al.,2000].
Struktur
M-S-M
contacts (photovoltaic (photoconductive
ini
dapat berupa
Fotodetektor
Xu,
back-to-back schottky
operation) atau back-to-back
operation).
z.
berstruktur
ohmic contacts M-S-M
(metal-
semikonduktor-metal) memiliki keunggulan dalam hal dark current sangat rendah, berkecepatan tinggi, dan berderau (nois) rendah. Selain itu proses fabrikasi struktur M-S-M ini juga cukup sederhana dan cocok untuk integrasi
monolitik
dari
receiver
optik
yang
memungkinkan
tanpa
menggunakan pre-amplif1er. Skema dari struktur fotodetektor M-S-M dapat dilihat pada gambar 2. 3
Metal
! Lanisan Ga.N Suhstrat
a)
b)
Gambar 2. Skema fotodetektor UV berstruktur M-S-M a) tampak samping b) tampak atas
Mekanisme
transport
listrik
pada
detektor
ultraviolet
sangat
ditentukan oleh mekanisme perturbasi (gangguan) terhadap pergerakan pembawa muatan dalam bahan. Perturbasi (gangguan) biasanya terjadi akibat adanya berbagai jenis mekanisme hamburan (scattering) baik yang terjadi akibat kehadiran atom-atom impuritas, getaran termal dari ion-ion kisi,
maupun mekanisme lainnya. Karena mekanisme scattering yang
terjadi biasanya sangat bergantung pada kondisi internal dan ekstemal bahan, maka secara otomatis sifat transport listrik juga akan bergantung pada sifat-sifat tersebut. Sehingga untuk dapat membangun suatu bentuk hubungan fungsional
antara
karakteristik
pembawa muatan) dengan kondisi ekstemal maka sudah
tentu
harus
dilakukan
mekanisme hamburan yang terjadi
transport
listrik
(mobilitas
(temperatur lingkungan)
pengkajian
terhadap
berbagai
secara komprehensif, sampai dapat
diidentifikasi faktor-faktor ekstemal dan internal yang mempengaruhinya serta bentuk hubungan fungsional dari kebergantungan tersebut.
4
2.
Rumusan Masalah Ruang lingkup penelitian ini adalah pertama, pengkajian fenomena
mikroskopis yang terjadi dalam berbagai jenis hamburan yang rnerupakan faktor gangguan terhadap sifat transport listrik pada bahan semikonduktor paduan GaN hingga didapatkan bentuk hubungan fungsional antara nilai mobilitas pembawa muatan dengan temperatur lingkungan untuk setiap jenis hamburan yang terjadi. Kedua, pengkajian efek perilaku mobilitas pembawa muatan di bawah pengaruh mekanisme hamburan (scattering) terhadap sifat transport listrik pada detektor ultraviolet hingga diperoleh bentuk hubungan fungsional
antara respon arus detektor ultraviolet
dengan mobilitas pembawa muatan untuk setiap jenis hamburan yang terjadi. Untuk mengecek keber1akuan hubungan fungsional tersebut, dalam penelitian ini juga akan dilakukan eksperimen tentang pengukuran mobilitas
pembawa
muatan
sebagai
fungsi
temperatur
dengan
menggunakan metode Hall-Van der Pauw serta pengukuran respon arus detektor ultraviolet sebagai fungsi temperatur.
Bahan semikonduktor
paduan yang digunakan adalah berbentuk film tipis Galium Nitrida (GaN) yang ditumbuhkan dengan metode so/ gel spin coating. Dengan demikian permasalahan penelitian ini dirumuskan dalam bentuk pertanyaan berikut : a. "
Bagaimanakah
bentuk
kebergantungan
dari
mobilitas
pembawa muatan listrik terhadap temperatur lingkungan untuk setiap pengaruh jenis hamburan?" b. "Bagaimanakah
bentuk kebergantungan
detektor ultraviolet
dari respon arus
terhadap temperatur
lingkungan untuk
pengaruh gabungan dari semua jenis hamburan yang terjadi?''
Untuk menjawab pertanyaan penelitian ini dilakukan pengkajian tentang gejala transport listrik pada bahan semikonduktor paduan GaN dan pada detektor ultraviolet, pendekatan
eksperimen.
baik dari pendekatan teoritik maupun
Untuk
kepentingan
pendekatan
secara
eksperimen pada penelitian ini akan dilakukan pengukuran mobilitas pembawa muatan sebagai fungsi temperatur metode Hall-Van der Pauw serta pengukuran
dengan
menggunakan
respon arus detektor 5
ultraviolet sebagai fungsi temperatur yang akan dilakukan pada tahap kedua (tahun kedua). Bahan semikonduktor adalah berbentuk film tipis
paduan yang digunakan
Gafium Nitrida (GaN) yang dibuat dengan
metodesol-gel spin coating.
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Salah satu sffat fisis penting bahan semikonduktor yang sangat mengendalikansifat elektronik divais-divais elektronik yang terbuat dari bahan ini adalah sifat transport listriknya, yaitu nilai konduktivitaslistrik (a) yang merupakanresiprok dari resistivitas p. Dibawah kondisi tertentu, nilai konduktivitas listrik bahan semikonduktor ditentukan oleh dua parameter penting, yaitu konsentrasi pembawa muatan (n), dan mobilitas (µ). Konsentrasi pembawamuatan berkaitandengan dengan jumlah pembawa muatan bebas, sedangkan mobilitas mendeskripsikan kebebasan gerak pembawa muatan dalam kristal semikonduktor. Kedua paremeter ini bergantung pada beberapa faktor dan satu sama lain tidak sating bebas. Sebagai contoh, masuknya atom-atom impuritas (donor atau akseptor) dalam bahan semikonduktor, dapat meningkatkan konsentrasi pembawa muatan dan dapat mereduksl nilai mobilitasnya akibat adanya hamburan oleh atom-atomlmpuritastersebut. Berbicara tentang transport listrik' dalam bahan padat seperti semikonduktor, sudah tentu tidak akan terlepas dari faktor gangguan yang secara langsung dapat mempengaruhinya. Mobilitas listrik pembawa muatan pada penggunaan medan Jistrik rendah secara langsung berhubungandengan stfat-sifat mikroskopik bahan, melalui suatu besaran yang dikenal sebagai waktu relaksasi ('t), yang merupakan suatu fungsi dimana fungsr distribusi elektron berelaksasi kembali kekeadaan mantap setelah mengalami hamburan oleh suatu potensial penghambur. Suatu pembawa muatan dapat dihamburk.anoleh suatu potensial penghambur yang dapat merubah periodisitas sempuma dari kristal ideal, termasuk diantaranya oleh vibrasi kisi impuritas (ketakmumian). Mekanisme hamburanini akan berbeda antara satu material dengan yang lainnya dan biasanya merupakanfungsi temperatur. Dengan mengetahui secara detil mekanisme hamburan yang terjadi
dalam suatu
material dan
kebergantungannyaternadap lingkungannya, maka dengan mudah kita dapat mengkondisikan penggunaan divais ditempatkan pada suhu 7
lingkungan
yang tepat agar efek gangguan yang disebabkan adanya
mekanisme hamburan dapat diminimalkan.
1. Persamaan transport Bolfzman Prediksi teoritis dari sifat transport lisbik pada suatu bahan padat dapat didekati dari solusi persamaan transport Boltzman (PTB). PTB mendeskripsikan
bahwa
dalam
fungsi
distribusi
pembawa
muatan
dibawah suatu pengaruh faktor ekstemal sperti medan listrik, melibatkan berbagai mekanisme perturbasi (gangguan) yang terjadi sebagai akibat dari keberadaan atom-atom impuritas, vibrasi kisi, atau mekanismemekanisme
hamburan
(scattering)
elektron
yang
mempengaruhi
pergerakannya dalam bahan. Untuk film tipis epitaksi semikonduktor dibawah kondisi medan listrik rendah dan temperatur yang tidak terfalu tinggi, mekanisme hamburan utama yang harus diperhatikan
adalan
hamburan oleh impuritas yang terionisasi, fonon optik, fonon akustik, dan piezoelektrik.
:
PTB dibangun dari bentuk integral yang kompleks dari suku-suku hamburan. Untuk kasus praktis dalam semikonduktor, dan memenuhi kondisi tumbukan elastik, kekompleksan dari proses tumbukan (collision) dapat diganti dengan waktu relaksasi. Prosedur ini disebut pendekatan waktu relaksasi dart PTB. Dalam kasus proses hamburan elastik non randomising,
PTB dapat diungkapkan
momentum (11-rm) dimana Pendekatan
Tm
dalam bentuk laju hamburan
adalah waktu relaksasi momentum.
relaksasi
dapat
diterapkan
untuk
memverifikasi
kebergantungan terhadap temperatur dart mobilitas pembawa muatan yang melibatkan berbagai mekanisme hamburan. Mobilitas pembawa muatan total sebagai efek dari pengaruh mekanisme hamburan total, dapat diungkapkan dalam bentuk persamaan berikut :
µ,=q(r~v)
(1)
m Dimana
adatah waktu relaksasi rata-rata untuk semua peristiwa hamburan yang terjadi, q dan m• berturut-turut adalah muatan dan massa efektif dari pembawa muatan. 8
2 Mekanisme hamburan (scattering) dalam bahan semlkonduktor Dalam literatur-literatur fisika semikonduktor, diungkapkan bahwa secara umum karakteristik transport listrik bahan semikonduktor sangat dipengaruhi ·oleh temperatur lingkungan, dimana nilai resistivitas akan menurun secara eksponensial terhadap kenaikan temperatur (Sze, 1983). Karena setiap bahan sebenamya memiliki sifat yang khas yang dipengaruhioleh karakteristikatom-atompenyusunnya serta kekomplekan susunan atom dalam bahan, maka sudah tentu akan terdapat pola perilaku kebergantungansifat transport listrik yang khas pula untuk setiap bahan. Bahan semikonduktor paduan 111-V saat ini banyak dikembangkan untuk kepentinganaplikasi divais elektronik maupun optoelektronik.Hal ini dipicu oleh adanya kemudahan dalam rekayasa sifat bahan bentuk ternary, yaitu hanya dengan mengontrolkomposisi salah satu unsur maka sifat fisis bahan bisa diatur sesuai kebutuhan. Agar perilaku fisis bahan dapat dimengerti secara luas sehingga nantinya dapat menentukan kondisi ideal untuk aplikasinya, maka diperfukan pengkajian .yang lebih mendalam tentang sifat-sifat fisisnya. Salah satu sifat fisis yang penting adalah sifat transport listrik. Sifat ini akan menjadi kunci penentu ternadap sifat elektronik dari divais yang dibuat dari bahan ini. oreh karena itu pengkajian sifat listrik banan ini secara mendalam menjadi sangat penting dan dipandang akan memberikan manfaat yang cukup besar guna mengoptimalkanaplikasi bahan ini untuk divais. Berbicara transport listrik pada bahan, tentu tidak akan lepas dari adanya faktor gangguan terhadap pergerakan pembawa muatan yang dikenal dengan istilah perturbasi. Faktor gangguan terhadap transport pembawa muatan pada bahan padat sebagian besar terjadi akibat adanya mekanisme hamburan (scattering) pembawa muatan oleh ion-ion penyusun kisi.
Hamburan merupakan bentuk
gangguan
yang
menghambatanlaju pergerakan pembawa rnuatan dalam semikonduktor. Terdapat dua jenis hamburan yang menjadi penyebab utama muneulnya mekanisme efek perturbasi dalam semikonduktor, yaitu adanya defek statis dan
vibrasi termal
dari
ion-ion
kisi
di
sekitar
posisl
kesetimbangannya. Defek statis dapat berupa defek titik atau kekosongan 9
atom (seperti ketakmumian; terionisasi)
dan dislokasi
baik yang bermuatan
atau batas-batas
netral maupun yang
butir kristar (grain boundary).
Pengaruh dari defek-defek tunggal pada mobilitas pembawa muatan tidak bergantung ternperatur, Hamburan yang disebabkan oleh vibrasi kisi muncul akibat adanya vibrasi tennal dari ion-ion yang dapat mengganggu periodisitas kisi kristal. Fonon-fonon,
yang
merupakan vibrasi
kisi
terkuantisasi,
dapat
didefinisikan sebagai spektrum energi yang tidak bergantung
pada
temperatur. Ketika pembawa muatan memiliki cukup energi, sangat
mungkin untuk mentransfer momentum ke vibrasi kisis tersebut, akibatnya akan terjadi kehilangan energi, sehingga mobilitasnya akan menurun. Dalam semikonduktor paduan 111-V bertipe-p, faktor-faktor dominan yang membatasi nilai mobilitas pembawa muatan antara lain adalah hamburan fonon optis polar dan nonpolar, hamburan fonon akustik, dan hamburan ketakmumian yang terionisasi, termasuk didalamnya hamburan
alloy untuk kasus semikonduktor ternary (J. D. Wiley, 1975; 0. Kranzer, 1974). Oleh karena itu dalam perhitungan transport hole (jenis pembawa muatan datam semikonduktor
bertipe-p) harus
ditinjau
mekanisme-
mekanisme hamburan tersebut
Secara skematik, jenis-jenis hamburan
dalam bahan semikonduktor dapat dirangkumkan seperti pada bagan berikut:
lmDuritas Defek Statis
I Kekasaran oennukaan Keacakan nosisi atom dalam allov
Hamburan
Ootik Vibrasi kisi (ion)
Fonon
Vibrasi termal
Akustik Polarisasi listrik
Piezoelektrik
Gambar 3. Bagan jenis-jenis hamburan yang dapat terjadi pada bahan semikonduktor paduan 111-V
10
Hamburan akibat ketakmumian tergolong pada jenis hamburan akibat defek statik. Baik ketakmumian bermuatan netral maupun yang terionisasi, keduanya dapat berperan sebagai penghambur pembawa muatan
datam
kristal
semikonduktor.
Oleh
karena
itu
impuritas
(ketakmumian) tidak hanya berperan dalam mengubah periodisitas kisi, tetapi
juga
mempengaruhi
semikonduktor,
konsentrasi
pembawa
muatan
dalam
sehingga dapat mempengaruhi karakteristik transport
listrik bahan semikonduktor (Brooks-Hearing, 1955). Hamburan alloy dapat terjadi dafam semikonduktor alloy seperti GaN, AJGaN dan sebagainya, yang disebabkan oleh adanya keacakan dari distribusi konstituen : (J. J. Tietjen and L R. Weisberg, 1965;
L
Makowski and M. Gllickman, 1973). Semakin acak kedudukan konstituen penyusun alloy, peluang terjadinya hamburan akan semakin besar. Fonon menggambarkan vibrasi tergandeng dari atom-atom kristal di sekitar posisi kesetimbangannya. Dua tipe fonon terjadi, yaitu fonon modus optik dan akustik, yang terbedakan dari modus pergerakan atomatom tetangga terdekatnya. Dalam modus akustik, atom-atom tetangga bergerak secara bersamaan, sedangkan dalam modus optik pergerakan atom-atom tetangga memiliki beda fase 180°. Perubahan relatif jarak antar atom dapat menyebabkan perubahan dalam konstanta dielektrik lokal, yang berefek pada ujung-ujung pita yang serupa dengan vibrasi pada tekanan hidrostatik. Gangguan seperti itu dapat berperilaku sebagai penghambur pembawa muatan. Hamburan ini biasanya dinyatakan dalam potensial defonnasi yang dapat ditentukan secara eksperimental. Dalam material ionik, sebagi akibat adanya vibrasi ini, polarisasi listrik dapat terjadi, yang akan membangkitkan hamburan Piez~elektrik dalam kasus fonon akustik dan hamburan modus polar dalam kasus hamburan fonon optik. Menurut Bardeen dan Shockley (1950), hamburan potensial deformasi modus akustik akan sangat ditentukan oleh nilai potensial deformasi .akustik (EAc ) yang dapat ditentukan dart pergeseran ujung-ujung pita konduksi dan nilai konstanta elastik longitudinal rata-rata dart bahan semikonduktor (C1
).
Sedangkan
untuk hamburan fonon optik non polar (npo}, Cowell (1967) menyatakan 11
bahwa nilainya akan sangat ditentukan fonon optik,
oleh temperatur
karakteristik
dari
9 (ka9 =h ro), dan potensial deformasi fonon optik (Enpo).
Selain jenis-jenis hamburan tersebut di atas pada semikonduktor paduan
111-V,
sangat
penting
untuk
memperhitungkan
hamburan
Piezoelektnk modus akustik dan modus polar (Zook, 1964). Hamburan Piezoelektrik dipengaruhi oleh nilai konstanta Piezoelektrik dan konstanta elastik transversal rata-rata bahan semikonduktor. Berbekal keterangan dalam berbagai literatur yang diungkapkan para ahli tersebut, maka untuk dapat membangun suatu persarnaan matematis yang kompak yang menggambarkan bentuk kebergantungan mobilitas pembawa muatan pada bahan semikonduktor paduan terhadap temperatur
lingkungan, maka seyogyanya per1u dipelajari secara lebih
seksama dan lebih mendalam lagi tentang mekanisme fisls dart berbagai jenis hamburan yang terjadi, sehingga dapat ditelusuri bentuk-bentuk . kebergantungannya terhadap faktor-faktor fisis internal maupun ektemal yang lain. Dengan mengetahui bentuk- kebergantungan tersebut, maka efeknya terhadap nilai mobilitas pembawa muatan juga dapat dirumuskan dengan mudah.
3. Pengukuran sifat transport llstrik pada film tipis semikonduktor Pengukuran sifat transport listrik bahan semikonduktor
dapat
memberikan informasi penting yang berkaitan dengan kualitas bahan. Sifat transport listrik umumnya ditunjukkan oleh resistivitas atau hambat jenis (p}, mobilitas pembawa muatan (µ), konsentrasi pembawa muatan (N). serta tipe pembawa muatan mayoritasnya (elektron atau hole) yang menentukan tipe semikonduktor (tipe-n atau tipe-p). Karakteristik listrik dari suatu bahan semikonduktor secara eksperimen dapat ditentutan dengan metode efek Hall yang prinsip dasamya seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4. Dengan menggunakan metode ini, nilai-nilai resistivitas, mobilitas, dan konsentrasi pembawa muatan dapat ditentukan secara bersamaan.
12
a B®
d
b
Sampel
c Gambar 4. Skema pengukuran sifat listrik dengan metode Hall-Van der
Pauw Misalkan arus listrik mengalir dari titik b ke titik d, dan medan magnetik (B) berarah tegak lurus menembus permukaan sampel. Andaikan jenis pembawa muatan mayoritas pada bahan semikonduktor adalah elektron, maka mula-mula elektron akan mendapatkan laju drift ke arah kiri dan karena bergerak pada daerah yang mengandung medan magnet, rnaka elektron-elektron tersebut akan dibelokkan ke arah titik
a akibat
mendapat
gaya magnetik (FM) Akibat pembelokkan ini, akan terjadi penumpukkan elektron di titik a, sehingga di titik a akan lebih negatif dibandingkan dengan titik c. Dengan demikian, akan muncul suatu medan listrik (medan Hall) yang
berarah dari
c
ke
a.
Adanya
medan
listrik ini
akan
menghasilkan gaya listrik (Ft) atau gaya Hall (FH) yang cenderung akan
rnenolak kembali elektron-elektron yang dibelokkan oleh medan magnet ke arah yang berlawanan. Elektron-elektron secara kontinyu akan terus dibelokkan hingga suatu saat terjadi perimbangan gaya magnetik dan
gaya Hall. Keadaan ini akan tercapai ketika, EH=
vB
(2)
13
yang dapat dinyatakan dalam kuantitas-kuantitas
yang dapat diukur
seperti berikut
1 EH= --JB
(3)
Ne
Temyata medan Hall sebanding dengan rapat arus listrik (J) dan medan magnet (B). Konstanta kesebandingan EtlJB dikenal sebagai konstanta
Hall (RH). sehingga :
=---
I
(4)
Ne
dengan persamaan 4 konsentrasi pembawa muatan (N) dapat ditentukan. Sedangkan
mobilitas
pembawa
muatan
dapat
ditentukan
melalui
persamaan berikut : :
v µ =E
(5)
dengan menggunakan persamaan rapat arus dan persamaan hukum Ohm, persamaan untuk mobilitas pembawa muatan dapat dituliskan sebagaiberikut:
µ=--
O"
Ne
(6)
cr adalah konduktivitas listrik, karena konduktivitas adalah kebalikan dari resistivitas (p), maka : µ
RH = --
p
(7)
satuan intemasional untuk mobilitas pembawa muatan dinyatakan dalam
cm2N.s. Penyederhanaan dalam pengukuran efek Hall ini telah dilakukan '•
oleh Van der Pauw, dengan menggunakan geometri sampel segi empat, seperti ditunjukkan pada Gambar 5 dan mensyaratkan : kontak berada di sekeliling sampel, ukuran kontak cukup kecil, ketebalan sampel homogen,
dan tidak ada pembawa muatan terisolasi (Schroder, 1990). 14
1
2
4
3
Gambar 5. Pola kontak untuk pengukuran efek Hall
Untuk bahan yang memenuhi kriteria semacam ini, maka nilai resistivitas memenuhi persamaan {8), P disini R12,34
= nt(R12,34
= V~I.
+ Rn,41 )J(R12,34 I R23,41
)1(2 In 2)
(8)
dengan V34 adalah tegangan antar kontak 3 dan 4,
ketika arus listrik mengalir dart 1 ke 2, dan R23.41 = V41/I dengan V41 adalah tegangan antar kontak 1 dan 4 ketika arus listrik mengalfr dari 2 ke 3. Fungsi f dapat diperoreh dari hubungan : (R12,34 + R23,41)/(R12.sJR23,41)
= f arc cosh [exp(ln 2/f)f2.]
Melalui pengukuran R12,34 dan R23,41 dapat diperoleh nilai resistivitas
(9)
rata-
rata. Konstanta Hall dapat diperoleh melalui pengukuran R13,"'2 dan R24,31 pada kuat medan magnet yang berbeda-beda. Dari plot R13,42 dan R24,31 terhadap B akan didapat konstanta Hall seperti berikut : RH= t x rata-rata (grad grafik R13,42 dan R24.31 terhadap B)
(10)
Dari nilai resistivitas rata-rata dan konstanta Hall dapat ditentukan nilai mobilitas dan konsentrasi pembawa muatan datam sampel. Konfigurasi sampel pada penguk\,lran metode Hall-Van der Pauw dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 6. Logam yang digunakan sebagai kontak disyaratkan mempunyai sifat ohmik terhadap sampel semikonduktor yang diuji (Schroder, 1990). Pemasangan kontak logam pada sampel dapat dilakukan dengan teknik evaporasi.
15
Metal
Substrat
Tegangan Hall
Gambar 6. Geometri empat titik pada pengukuran metode Hall-Van der
.
Pauw
•
Kontak dihubungkan dengan kawat tembaga menggunakan pasta perak sebagai konektor dengan alat-alat ukur. Untuk mengetahui karakteristik sambungan metal-semikonduktor dilakukan pengujian melalui pengukuran karakteristik
arus-tegangan
(l-V)
dari
sistem
persambungan
metal/semikonduktor.
4. Detektor Ultraviolet Detektor ultraviolet merupakan devais optoelektronik yang dapat mendeteksi sinyal optik dalam daerah panjang gelombang ultraviolet (200-
400
nm) yang
diteruskan
menjadi
sinyal
elektrik.
Secara
umum
fotodetektor memiliki tiga proses rnendasar : (1) proses pembangkitan pasangan elektron-hole (carrier) akibat adanya proses absorfsi energi foton
oleh material
semikonduktor
,
(2) proses transport
muatan
pembawa, dan (3) proses interaksi arus listrik dengan rangkaian ekstemal untuk memberikan sinyal keluaran dalam bentuk respon arus atau respon tegangan (S.M.Sze, 1983).
16
Karakteristik yang digunakan untuk menunjukkan perponnan dari fotodetektor yaitu responsivitas (Am) yang menunjukkan perbandingan antara sinyal output berupa respon arus atau respon tegangan dengan sinyal input berupa daya sumber cahaya yang datang pada fotodetektor, dan didefinisikan sebagai berikut (G. Parish,2001) : (11) dimana ltoto adalah arus foto sedangkan P). daya optik dan T\ adalah
efisiensi kuantum. Karena mekanisme fotodetektor pada dasamya merupakan proses penyerapan foton, maka energi foton yang lebih kecil dari energi gap tidak akan diserap. Sehingga disini terdapat panjang gelombang
cutoff (A.c} yang akan bersesuaian
dengan energi gap
semikonduktor. Responsivitas detektor pada panjang gelombang yang melebihi panjang gelombang cutoff akan mengalami penurunan secara tajam hal ini berkaitan dengan energi foton yang lebih kecil dari energi
.
gap.
~
4.1 Strukturmetal-semikonduktor Detektor metal-semikonduktor merupakan detektor tipe fotovoltaik yang memiliki daerah
deplesi
(barrier) yang terbentuk
antara bulk
semikonduktor dengan kontak metal. Berdasarkan model Schottky-Mott, terbentuknya karakteristik rectifier dari sambungan metal-semikonduktor akibat adanya barrier elektrostatik antara metal dengan semikonduktor yang disebabkan karena adanya perbedaan fungsi kerja metal (cf>m) dengan fungsi kerja semikonduktor (cf>s) (M. Razeghi dan A. Rogalski, 1996). Untuk semikonduktor tipe-n, karakteristik schottky barrier akan terbentuk apabila fungsi kerja metal lebih besar dari fungsi kerja semikonduktor. Sehingga akan terbentuk potensial barrier (band bending) yang besamya (gambar7):
(12) Sedangkan tinggi barrier (cf>b) yang terbentuk yaitu: ~b=
~m-Xs
(13)
17
dengan
x.s adalah afinitas
elektron dari semikonduktor.
_____
Ev
Gambar 7 Di~gram pita energi pada kontak metal-semikonduktor
Mekanisme transport arus dalam kontak metal-semikonduktor didominasi oleh pembawa mayoritas yang terdiri dari empat proses transport pada kondisi panjar maju (M.Razeghi dan A.Rogalski, 1996) yaitu: (a) emisi elektron dari semikonduktor di atas barrier menuju metal, (b) proses mekanikal kuantum tunneling yang menerobos banier, ( c) rekombinasi dalam daerah muatan ruang,
•'
(d) rekombinasi dalam daerah netral (proses injeksi hole dari metal ke semikonduktor)
.----•
a
t :
....___.
~..
•
--~--------~--------
Ee EFS
d Ev 0
Gambar 8 Proses transfort arus dalam kondisi tegangan panjar maju pada kontak schottky banier dengan semikonduktor tipe-n.
BAB Ill TUJUAN DAN MANFAAT PENEUTIAN
1. Tujuan Penelitian Tuiuan dari penelitian ini adalah: a.
Untuk mengkaji secara teoritis fenomena
mikroskopis
hamburan
yang
yang
merupakan
dan secara eksperimen dari terjadi
faktor
dalam
gangguan
berbagai terhadap
jenis sifat
transport listrik pada bahan semikonduktor paduan GaN hingga didapatkan bentuk hubungan fungsional
antara nilai mobilitas
pembawa muatan dengan temperatur Ungkungan untuk setiap jenis hamburan yang terjadi.
b.
Untuk mengkaji perilaku
secara
teoritis dan secara eksperimen efek
mobilitas pembawa
muatan di
bawah
pengaruh
mekanisme hamburan (scattering) terhadap sifat transport listrik pada detektor fungsional
ultraviolet hingga diperoleh
antara
respon
arus
detektor
bentuk hubungan ultraviolet
dengan -
temperatur fingkungan untuk setiap jenis hamburan yang terjadi. Dengan
diperolehnya
hubungan
fungsional
tersebut,
maka
selanjutnya melalui proses simulasi dapat divisualkan bentuk
kebergantungan tersebut. c.
Studi penumbuhan film tipis GaN dengan teknik sol gel spin coating untuk menentukan parameter penumbuhan film yang optimum sehingga diperoleh film yang memiliki karakteristik fisis yang sesuai untuk aplikasi detektor ultraviolet.
Kajian secara eksperimen dari pengaruh temperatur lingkungan terhadap mobilitas pembawa untuk setiap jenis hamburan yang terjadi akan dilakukan pada tahap 2 (tahun kedua) sebagai kelanjutan dari penelitian ini sehingga akan diperoleh analisis yang lebih komprehensif.
19
:
2.
Manfaat Penelitian Sebagai manfaat dari penelitian ini, terdapat dua segi temuan yang
diharapkan dihasilkan, yaitu:
1. Dari · segi kajian teori diharapkan perumusan
matematis
dan
dihasilkan
gambaran
visual
suatu grafisnya
bentuk yang
menunjukkan hubungan fungsional antara karakteristik transport listrik pada bahan semikonduktor paduan GaN yang diwakili oleh nilai mobilitas pembawa muatan {µ) dengan temperatur lingkungan
{T) dan hubungan fungsional antara karakterisnk transport listrik pada divais detektor ultraviolet yang diwakili oleh nilai respon arus listrik
{91)
dengan
temperatur
lingkungan,
yang
berdasarkan pengkajian yang cukup komprehensif
dibangun
dari fenomena
atau gejala transport listrik yang terjadi pada bahan tersebut.
2. Dari segi eksperimen selain diharapkan dihasilkan gambaran visual tentang fenomena transport listcik di bawah pengaruh kondisi ekstemal hasil pengukuran langsung, juga diharapkan dihasilkan prosedur pembuatan dan karakterisasi detektor ultraviolet serta sistem
pengontrol
temperatur
sampel
untuk
kepentingan
pengukuran Hall-Van der Pauw flings; temperatur.
Kajian secara umum dart perilaku kebergantungan sifat transport listrik pada bahan semikonduktor temperatur
telah
banyak
dibahas
terhadap kondisi ekstemal seperti dalam
berbagai
literatur
fisika
semikonduktor, akan tetapi kajian tentang ini secara spesifik untuk bahan tertentu seperti semikonduktor paduan 111-V khususnya galium nitrida (GaN) masih sangat terbatas. Sehingga manfaat utama dart hasil kajian ini dapat
memperkaya literatur yang berhubungan
dengan mekanisme
transport listrik bahan semikonduktor.
20
.
•
BAB IV METODE PENEUTIAN
Proses penelitian ini terbagi dalam dua bentuk kegiatan yaitu kegiatan simulasi dan kegiatan eksperimen. Pada kegiatan simulasi akan dilakukan kajian yang bersifat teoritik (literatur) yang berkaitan dengan mekanisme hamburan yang terjadi dalam bahan semikonduktor secara umum
untuk
kemudian
diterapkan
secara
khusus
dalam
kasus
semikonduktor paduan GaN, hingga diperoleh suatu bentuk perumusan matematis yang kompak yang menggambarkan antara
nilai
mobilitas
listrik
pembawa
muatan
hubungan fungsional dengan
temperatur
lingkungan yang merupakan efek dari terjadinya berbagai jenis hamburan tersebut dan hubungan fungsional antara respon arus detektor ultraviolet dengan temperatur lingkungan. Kemudian melalui proses simulasi bentuk hubungan fungsional tersebut akan divisualkan secara grafts hingga kecenderungan dari bentuk hubungan fungsional tersebut lebih nyata terlihat. Hasil simulasi ini nantinya akan dibandingkan dengan fenomena
riil dari mekanisme transport listrik yang sesungguhnya berdasarkan hasil pengukuran secara langsung. Untuk kepentingan pengukuran tersebut tentu diperlukan sampel bahan semikonduktor paduan GaN. Oleh karena itu, pada penelitian ini juga akan dilakukan proses studi awal penumbuhan film tipis semikonduktor paduan GaN.
1. Proses Penumbuhan Film Tipls GaN Metode yang digunakan untuk penumbuhan film GaN adalah metode Sol-Ge/ spin coating dengan bahan gel yang terbuat dari kristal gallium citrate amine ((NH4)3[Ga(C6H50r)i.4H2) yang dilarutkan dalam ethy/enediamine (KSardar,
et.al.,2003). Sistem peralatan sol-gel spin
coating tersebut tersedia di Jaboratorium fisika material Prodi Fisika Universitas Pendidikan Indonesia. Sistem peralatan yang dipergunakan untuk studi awaJ penumbuhan film GaN tersebut terdiri dari beberapa bagian utama, diantaranya: spin-coater, pompa vakum, sistem pengontrol laju putaran dan motor DC. Gambar 9 menunjukan seperangkat alat spincoating.
21
Gambar 9 Seperangkat alat spin-coating
a. Spin-coater Spin-coater merupakan tempat dimana substrat diletakan ketika proses pelapisan gel diatas substrat berlangsung. Spin-coater diputar dengan motor DC. b Pompa vakum Pompa vakum berfungsi untuk menyedot substrat agar substrat tidak terlempar
ketika spin-coater
diputar dengan kelajuan
tertentu.
c Sistem pengontrol laju putaran Sistem pengontrol laju putaran berfungsi untuk mengatur laju putaran spin-coater melalui pengontrolan motor DC. Maksimum laju putaran yang dapat dicapai adalah 3000 rpm. d Motor DC Motor DC berfungsi sebagai penghasi\ putaran pada spincoater, alat ini bekerja dibawah sistem pengontrol laju putaran.
Proses penumbuhan film tipis GaN meliputi beberapa tahapan yaitu preparasi gel gallium citrate amine, kemudian dilanjutkan dengan proses penumbuhan film tipis GaN diatas substrat saffire
1.1
PreparasiGe/Gallium Citrate Amine Gel
gallium
citrate
amine
memiliki
formula
kimia
(NH4)3 [Ga(C6Hs07)2].4H20 (Sardar. K, 2003). Gel gallium citrate amine digunakan sebagai sumber Ga dalam proses penumbuhan film tipis GaN.
22
Dilarutkan dalam HCJ + HNOa i 1 : 1 J
~-----,.,.
f------~ Oitambahkan NH•OH ~.
Larutan Ga203 ......
pH 7,5~8 -~ Dltambahkan
asam sitrat (CA) raslo Ga/CA = 1: 1
r--·-·- Larutan 1
gel gellium citrate amine Oiaduk dengan magnetic $firer
!-
pada suhu 80 C selama 2jam
I-- Krlstal~'tih"-· 1
I gallium
citrate
ami~j
i 1
-------
-----...,_ Dlcuci dengan aseton kemudian dlsimpan
l
l!falam deslkator vaku~
Krlslal putih leering gallium citrate amino
Dilarutkan dalam Ethyf6nediamine [
Gel gallium citrate amine
J
Gambar 10. Diagram alir pembuatan gel gallium citrate amine
Proses pembuatan gel gallium citrate amine diawali dengan menimbang sebanyak 2,00 gram serbuk Ga203 (Gallium Oxide) yang dilarutkan kedalam pelarut
HCI (asam klorida) dan HN03 (asam nitrat) dengan
perbandingan volume HCI : HN03
=
1 : 1, dengan volume masing -
masing pelarut 4 ml, sehingga molaritas Ga203 1,33 M. Perbandingan volume
HCI : HN03 = 1 : 1 karena pada perbandingan ini Ga203 dapat
melarut dengan sempurna.
Persamaan reaksi pembentukan
larutan
Ga203 dalam pelarut HCI dan HN~ sebagai berikut : Ga2~
(s) ----+
Gai~
(aq)
Selanjutnya kedalam larutan Ga203 ditambahkan
ammonium hydroxide
(NH40H) sehingga larutan tersebut memiliki pH sekltar 7,5 - 8, yang diukur
dengan
menggunakan
pH
meter.
Persamaan
reaksi
untuk
23
Ga2Ck (aq) + 2NH40H
(aq)
2H20cl) Kemudian ke dalam larutan tersebut ditambahkan asam sitrat [CA
= citric
acid (CeHsOr)] sehingga rasio Ga : CA adalah 1 : 1 dengan
tujuan untuk memperoleh stoikiometri reaksi. Dengan persamaan reaksi :
Ga2Ck Caq> + 6NH"'OH -+
(NH..,}3[Ga(CeHsCh)2].4H20 +
5H20(I) Larutan yang terbentuk dinamakan larutan gel gallium citrate amine. Larutan gel gallium citrate amine kemudian diaduk selama dua jam pada suhu 80
°c
dengan menggunakan
magnetic stirrer. Dari hasil
pemanasan dan pengadukan ini dihasilkan kristal putih gel gallium citrate amine seperti yang ditunjukan pada Gambar
11. Kristal putih yang
dihasilkan dibilas dengan aceton kemudian disimpan didalam desikator
vakurn untuk proses pengeringan.
Gambar 11. Magnetik stirrer
Gambar 12. Kristal putih gel gallium citrate amine
Untuk memperoleh gel gallium citrate amine maka kristal putih gel gallium citrate amine dilarutkan dalam ethylenediamine dengan perbandingan 1 : 3 (weight kolume). Untuk mempercepat proses pelarutan maka larutan
24
amine yang dihasilkan · siap digunakan sebagai sumber Ga untuk
mempero/eh firm tipis GaN. Gambar 13 menunjukan gel gallium citrate amine yang ditempatkandidalam desikator vak.um.
Gambar 13 Gel gallium citrate amine dalam vakum desikator Proses penumbuhan film tipis GaN diawali dengan menempatk.an substrat saffire yang telah dlbersihkan diatas spin-coater seperti yang
ditunjukan pada gambar 14,
kemudian diteteskan gel gallium citrate
amine di pusat permukaan substrat. Selanjutnya spin-coater diputar
dengan laju putaran 1000 rpm selama 2 menit. Akibat putaran spin-coater maka akan timbul gaya sentripetal yang menyebabkangel gallium citrate amine akan menyebar keseluruh permukaan substrat saffire. Kemudian
substrat saffire yang telah dilapisi gel gallium citrate amine dipanaskan pada
suhu
100
°c
selama
beberapa
menit
untuk
proses
pengeringan/penguapanpelarut dengan menggunakan hot-plate. Proses dekomposisi dilakukan pada suhu 400
°c
dengan tujuan untuk
menghilangkan unsur-unsur pengotor organik. Setelah itu dilakukan proses deposisi film tipis GaN didalam programmable furnace pada suhu 850
°c
dalam atmosfer N2 (99,99%) sebagai sumber N. Gambar 15
menunjukan programmable
furnace
yang digunakan untuk proses
deposisi film tipis GaN.
25
Gambar 14. Substrat saffire di atas spin-coater
Gambar 15 Programmable furnace Proses deposisi dimulai dengan menempatkan substrat yang telah dilapisi tersebut dalam programmable furnace. Kemudian temperatur furnace dinaikan sampai 850 0ctmenit.
°c
dengan peningkatan temperatur
1
o
Ketika suhu mencapai 650 °c dialirkan gas Nitrogen ke dalam
furnace dengan laju aliran gas N2sebesar16 seem. Temperature deposisi dipertahankan konstan pada suhu
850
°c selam 2 jam.
kemudian suhu
furnace diturunkan kembali sampai mencapai suhu kamar, dan aliran gas Nitrogen dihentikan ketika suhu mencapai 650
°c.
Dari proses deposisi
ini dihasilkan film tipis GaN diatas substrat saffire
yang siap untuk
dikarakterisasi untuk mengetahui sifat-sifat fisisnya.
1.3.
Karakterisasi Film Tipis GaN Sifat-sifat fisis lapisan tipis GaN dapat diketahui melal.ui karakterisasi
lapisan tersebut berdasarkan hasil-hasil pengukuran. Karakterisasi yang
26
dilakukan adalah analisis struktur kristal dengan menggunakan X-Ray Difraktion (XRD), Scanning E/ektron Microscopy (SEM) digunakan untuk mengobservasi morfologi permukaan film dan karakteristik listrik untuk mengukur resistivitas film.
a. Karakterisasi Struktur Kristal dengan XRD X-Ray Difraction (XRD) digunakan untuk menentukan
struktur
kristal, dan parameter kisi dari sampel film tipis GaN yang ditumbuhkan pada substrat saffire.
Sampel disimpan dalam sampel
holder dan
dimasukan kedalam difraktometer sinar-X kemudian sampel ditembak dengan sinar-X yang menggunkan sumber radiasi Cu K). dangan A 1,54056
A
divisualkan
=
sehingga diperoleh gambaran pola difraksi sinar-X yang dalam bentuk grafik hubungan
antara
intensitas
relatif
terhadap sudut 28. Berdasarkan jarak antar bidang pendifraksi dari puncak maksimum dapat diketahui nilai parameter kisi setiap sampel. Proses karakterisasi film tipis GaN dilakukan di Teknik Metalurgi, lnstitut Teknologi Bandung, dengan menggunakan sistem peralatan XRD Philips Analitical X-Ray B. V. b. Karakterisasl Morfologi Permukaan dengan SEM Dari hasil karakterisasi SEM (Scanning Elektron Microscope) dapat diketahui morfologi pennukaan untuk mengetahui ukuran butir kristal dan porositas,
dari penampang
lintang dapat ditentukan
ketebalan film.
Sampel disimpan dalam sampel holder dan dibersihkan dengan hand blower kemudian dimasukan kedalam specimen-chamber. Selanjutnya dilakukan proses pengamatan/penelitian
image setelah itu dilakukan
pemotretan dan publikasi. Karakterisasi SEM dilakukan di PPPGL (Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan) dengan menggunakan sistem peralatan SEM tipe JEOL seri JSM-35C.
c. Karakterisasi listrik Dari hasil karakterisasi listrik dapat diketahui nilai resistivitas film untuk menentukan sampel yang dapat direkomendasikan untuk bahan pembuatan detektor ultraviolet Adapun
alur kerja yang akan dilakukan
pada setiap tahap
penelitian yang direncanakan dapat dilihat dalam diagram di bawah ini : 27
Tahun I
Studi literatur dan kajian teoritis tentang mekanisme hamburan (scaterring) dalam bahan semikonduktor secara umum
Studi penumbuhan sampel film tipis semikonduktor paduan GaN
Penerapan mekanisme berbagai jenis hamburan dalam kasus bahan semikonduktor paduan GaN
Parameter penwnbuhan optimum untuk menumbuhkan film tipis semikonduktor paduan
Bentuk perumusan matematis dari
GaN
kebergantungan mobilitas pembawa
muatan (µ) terhadap temperatur (T) dan respon arus detektor UV terhadap T untuk. berbagai j enis hamburan yang terjadi pada bah.an semikonduktor paduan GaN
Simulasi
Gambaran Visual grafis dari
kebergantungan µ terhadap T dan respon ams detektor UV terhadap T sebagai efek dari berbagai j enis hamburan dalam sernikonduktor paduan GaN
SELESAI/PUBLIKASI ILMIAH I
~·······---+·....--··············""1
I
I
-·-·· !
(Tahun2)
I '
• -·--·-···-~
Gambar 16. Diagram alur proses penelitian
28
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN
1.
Mekanlsme transport fistrik pada film GaN Mekanisme
transport
listrik
dalam
bahan
padat
seperti
semikonduktor GaN, tidak akan ter1epas dari faktor gangguan yang secara langsung dapat mempengaruhinya. muatan
pada
penggunaan
medan
Mobilitas listrik pembawa
listrik rendah
secara
langsung
berhubungan dengan sitat-sifat mikroskopik bahan, melalui suatu besaran yang dikenal sebagai waktu relaksasi ('t), yang merupakan suatu fungsi dimana fungsi distribusi elektron berelaksasi kembali kekeadaan mantap setelah mengalami hamburan oleh suatu potensial penghambur. Suatu pembawa muatan dapat dihamburkan oleh suatu potensial penghambur yang dapat merubah periodisitas sempuma dari kristal ideal, tennasuk diantaranya
oleh
vibrasi
kisi
impuritas
(ketakmumian).
Mekanisme
hamburan ini akan berbeda antara satu material dengan yang lainnya dan biasanya merupakan fungsi temperatur. Mobilitas elektton dalam bahan padat yang sangat dipengaruhi oleh berbagai
variasi
mekanisme
hamburan
dapat
ditentukan
dengan
menyelesaikan persamaan Boltzmann dalam pendekatan wakt.u relaksasi
(-r) sebagai berikut:
µ.
=
e(T)
m•
(14)
dimana adalah waktu relaksasi rata-rata untuk semua peristiwa hamburan yang terjadi, e dan m' berturut-turut adalah muatan elektron dan massa efektif dari elektron sedangkan .µ adalah mobilitas elektron. Rumusan mobilitas elektron tersebut ternyata sangat dipengaruhi oleh profil waktu relaksasi elektron untuk berbagai jenis mekanisme hamburan yang terjadi. Untuk itu maka pada bab ini akan dibahas mengenai jenisjenis mekanisme hamburan yang mungkin terjadi pada bahan padat seperti serntkonduktor
GaN dan bagaimana efeknya terhadap profil
mobilitas elektronnya.
29
1.1 Mekanlsme Hamburan lmpuritas Tertonlsasi Banyaknya
hamburan
yang
disebabkan
oleh
adanya
gaya
elektrostatis antara pembawa dan impuritas yang terionisasi bergantung pada waktu ·interaksi dan banyaknya impuritas. Konsentrasi impuritas yang besar akan menghasilkan mobilitas yang rendah (S. Dhar dan S. Ghosh, 1999). Persamaan standar untuk menentukan waktu refaksasinya adalah: (15) Dengan menyelesaikan waktu relaksasi ini dan kemudian solusinya kita substitusikan pada persamaan 14 maka akan diperoleh mobilitas elektron yang telah mengalami hamburan dengan impuritas terionisasi sebagai berikut:
.
12s-./2nc2 (1ff)312
u« =
(16)
24em*(kT)2
N z2e2m"'1/2[IJ l+ 24rnt"'(kT)2) t \ n.2e2n (
1t2ezn 1+
]
Bentuk visual hasil simulasi dari hubungan fungsional antara mobilitas elektron dengan temperatur lingkungan untuk jenis hamburan impuritas terionisasi yaitu: 1
·-
~-
•I
3.5 x 0
'•
3
~
.2.6
~
2
!
s
1.15
El .0 0
~
0.5
00
50
100
HiO
200
250
'.ilCICI
3!51:)
400
Temperatur (K) Gambar 17 Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan akibat mekanisme hamburan impuritas terionisasi.
30
Dari gambar 17 di atas nampak bahwa untuk mekanisme hamburan impuritas terionisasi temyata mobilitas elektron dalam film GaN meningkat seiring dengan peningkatan temperatur lingkungan, hal ini menjelaskan bahwa efek dart impuritas terionisasi terhadap mekanisme hamburan dengan elektron tidak begitu dominan berpengaruh terhadap
transfort
listrik elektron dalarn bahan padat.
1.2 Mekanlsme Hamburan lmpuritas Netral Mekanisme hamburan ini akan terjadi ketika elektron melewati atom netral, transfer momentum akan terjadi sampai elektron bebas tersebut terikat pada atom. Waktu relaksasi elektron yang mengalami hamburan dengan impurttas netra! yaitu: 't
Sehingga :
hamburan
·=---
m
m*
(17)
20Nnha0•
mobilitas elektron yang berhubungan impuritas
netral dapat ditentukan
dengan mekanisme
dengan
menggunakan
persamaan berikut (18) Gambaran visual hasil simulasi persamaan mobilitas elektron tersebut sebagai fungsi dari temperatur ling~ungan nampak pada gambar 18. i.:3219 >C
Wl
IQ
10
2.3279 2.3279
~ N
6
2.3279
Gil
2.3279
,,Q
2.3279
u .._,
....a = 0
~
2.3279 2.32790
50
100
160
200
250
300
350
.coo
Temperatur (K) Gambar 18 Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan
akibat mekanisme hamburan impuritas netraJ.
31
Dari gambaran temperatur
visual profil
lingkungan
tidak
mobilitas
e1ektron tersebut
mempengaruhi
mekanisme
elektron dalam bahan padat Mobilitas elektron temyata
nampak
bahwa
transfort
li~trik
pada jenis hamburan
ini
hanya dipengaruhi ofeh konsentrasi impuritas netral (Nn) dan jari-
jari efektiv Bohr dari atom impuritas (ao).
1.3 Mekanisme Hamburan Potensial Defonnasi Ketika kristal mengalami vibrasi kisi maka akan terjadi perubahan jarak antar titik kisi yang akan mengakibatkan terjadinya perubahan energi gap bahan. Waktu relaksasi elektron yang mengalami hamburan akibat adanya potensial deformasi pada kristal yaitu: -
Tdp -
1th4
ps2
E
3
-1/2
(19)
../2Erm 41.(kT) Dimana p adalah kerapatan kristal, s adalah kecepatan rata-rata bunyi, dan E1 adalah potensial defonnasi ( untuk GaN E1= 9,2 eV) .
.
•
Mobilitas elektron yang berhubungan dengan hamburan potensial
deformasi dapat ditentukan dengan persamaan berikut: µdp
=
2'12n112 h4 ps'- e
3Ebn*S/2(kT)3/2
(20)
Gambaran visual hasil simulasi persamaan mobilitas elektron tersebut sebagai fungsi dari temperatur lingkungan nampak pada gambar 19.
Temperatur (I{) Gambar 19 Profil mobiitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan akibat mekanisme hamburan potensial oetormasi,
32
Dari gambar 19 tersebut nampak bahwa mobi\itas e\ektron yang mengalami hamburan potensial
deformasi
dalam
kristal mengalami
penurunan seiring dengan peningkatan temperatur lingkungan, hal ini diseoabkan temperatur lingkungan berpengaruh terhadap frekuensi osilasi dari vibrasi kisi kristal sehingga apabila temperatur ditingkatkan maka mekanisme tert>entuknya potensial deformasi semakin besar sehingga akan mengganggu transfort listrik elektron dalam bahan.
1.4 Mekanisme Hamburan Potensial Plezoelektrik Dalam mekanisme hamburan potensial piezoelektrik, perubahan energi selama tumbukan adalah kecil sehingga waktu relaksasi elektron selama tumbukan dapat didefinisikan sebagai berikut:
(21)
- . p = I::Pf l
Dimana
h2
ps E
merupakan koeflsien pasangan piezoelektrik dan
hpz adalah konstanta piezoelektrik. Sehingga mobilitas elektron yang berhubungan dengan hamburan potensial piezoelektrik dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:
(22)
Gambaran visual hasil simulasi persamaan mobilitas elektron tersebut sebagai fungsi dart temperatur lingkungan nampak pada gambar 20, dimana mobilitas elektron dalam bahan padat akan mengalami penurunan bila temperatur lingkungan meningkat, hal ini akan berkaitan dengan perubahan dimensi kisi kristal sehingga akibatnya dapat meningkatkan potensial piezoelektrik.
33
f! I
t
l
.2.:4
1 100
·250
.150
. :300 .
350
400
Temperatur (K) Gambar
20.
Profil Mobilitas efektron sebagai fungsi temperatur
lingkungan oakibatmekanisme hamburan potensial piezoelektrik.
1.5 Mekanlsme Hamburan fonon optik Untuk jenis hamburan ini, persamaan waktu relaksasl elektron adalah sebagai berikut
- 23/2
'l:pa -
7r
h2(eTD/T -1):t(TD/T) 1
e2 (kTD}m-i (E:X,1-c:-1)
E
1/2
Sehingga mobilitas elektron yang berhubungan
(23) dengan mekanisme
hamburan fonon optik yaitu:
- z9/2nlf2h2(kT)1f2(eTD/T -1)z(TDfT) E1/2 µpo 3e(kTD)m*3f2(Eoo1-E-1) Gambaran visual hasil simulasi persamaan
(24)
mobilitas elektron
tersebut sebagai fungsi dari temperatur lingkungan nampak pada gambar 21, dimana mobilitas elek.tron dalam bahan padat akan mengalaml penurunan bila temperatur lingkungan meningkat, hal ini akan berkaitan dengan vibrasi kisi kristal. Hamburan yang disebabkan oleh vibrasi kisi
34
muncul akibat adanya vibrasi termal dari ion-ion yang dapat mengganggu periodisitas kisi kristal.
Fonon-fonon,
yang
merupakan
vibrasi
kisi
terkuantisasi, dapat didefinisikan sebagai spektrum energi. Ketika pembawa
muetan memiliki
cukup
energi,
sangat
mungkin
untuk
mentransfer momentum ke vibrasi kisis tersebut, akibatnya akan terjadi kehilangan energi, sehingga mobilitasnya akan menurun .
. 4.5 r----rT"""---.-----.--...----.-----.---,----.
~ 3.5 ~
§ .._
3·
=B .
.... 2.fi
~ 0
~
2
•
50
100
, 5U
200
. 250
'::00
350
400
Temperator (K) Gambar 21 Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur akibat mekanisme hamburan fonon optik.
1.6 Mekanisme Hamburan Dislokasi Masalah yang ditemukan dalam penumbuhan film tipis GaN adalah memiliki ketidaksesuaian kisi yang besar dengan substrat. Sehingga akan terbentuk cacat dislo\<.asi. Sehingga waktu re\ak.sasi elektron akibat
hamburandislokasi adalah: 3/2
= T
8(i:co)2a2m.-2 1'2 N~/'1-Lv ( l
+ h.2 /
(25)
/4m"'2L~ )
Dimana Vt adalah komponen tegak lurus dislokasi garis, sedangkan a
35
dalah jarak antara pusat tumbukan sepanjang
dislokasi garis dan
f adalah
probabilitas terjadinya tumbukan. Sehingga mobilitas elektron akibat hamburan dislokasi ini yaitu:
IL -
3ov2i( ££0)2 a.2 (kT)3 f2 e3 f2Lom•l/ZN m
(26)
Gambaran visual hasil simulasi persamaan mobilitas elektron tersebut
sebagai fungsi dari temperatur lingkungan nampak pada gambar 22, mobilitas elektron
dimana
dalam bahan padat akan
mengalami
peningkatan seiring dengan kenaikan temperatur lingkungan.
ax io'u 7
-
6
:
<'l
.,.:
5
~
-! 5
~
Vl
3
=.c
2
~ 0
0
50
100
100
200
. :250
DJ
350
400
Temperatur (K) Gambar 22 Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur Jingkungan
akibat mekanisme hamburan cacat dislokasi. Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan untuk berbagai tipe mekanisme hamburan seperti impuritas terionisasi, impuritas
netral, potensial. deformasi potensial piezoelektrik, fonon optik dan dislokasi direpresentasikan pada gambar 23.
36
S;l:l,O
.-------------------
7d,ri ·~ .. '
: l--------------~tP----~
-;;- q:f;qb ·1-------------;--:;tir------
~' s~oo ,....._
-,,,_
_
Ne: ~
4;00
B'. a:~~ ·1---~~~---:rr.;iF.------=--5
~~~~~~~s~===~~;;.::=----
.....
:S ~~o.o ·f· ~ 1~00
•
z.
·.
. a~
solf
0
Temperatur (K)
Gambar 23 Variasi mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur untuk mekanisme hamburan potensial deformasi (1 ), impuritas terionisasi (2), fonon optik (3), potensial piezoelektrik (4), impuritas netral (5) dan dislokasi (6) Dari gambar tersebut nampak bahwa profil mobilitas elektron dalam GaN bervariasi
untuk berbagai yang
tipe mekanisme
temperatur
lingkungan
rendah
di bawah
mekanisme
hamburan yang paling dominan
hamburan. temperatur
berpengaruh
Untuk ruang,
terhadap
penurunan transfort listrik adalah adanya cacat dislokasi pada bahan sedangkan untuk temperatur lingkungan yang tinggi di atas temperatur ruang, mekanisme hamburan yang paling dominan berpengaruh terhadap penurunan transfort listrik bahan adalah adanya mekanisme hamburan elektron akibat adanya vibrasi kisl dan potensial defonnasi.
2.
Mekanlsme respon arus pada detektor ultraviolet struktur fotokonduktor
Fotokonduktor
pada dasamya
adalah sebuah
resistor yang
sensitif terhadap cahaya. Berkas cahaya dengan energr foton hv lebih besar dari energi gap akan diserap oleh fotokonduktor
yang akan
31
membangkitkan konduktivitas pengukuran
pasangan
semikonduktor.
elektron-hole
sehingga
Pada gambar
akan
24 diperfihatkan
merubah mekanisme
dari fotokonduktor. Untuk sampel yang memiliki resistansi
besar R~1>>
RL, maka signal yang terukur adalah sebagai perubahan
arus dari rangkaian akibat adanya peningkatan konduktivitas sampef.
, ,,'(:
.··'/
~~~~~~--""~--!
{
,,
;:;:>~,,'
Ri.
.
Signal .: ··" ,, .............. ~~~....,.
_
t--------t
Gambar 24 Mekanisme pengukuran fotokonduktor
Arus foto yang terukur dapat dinyatakan dengan persamaan :
(27)
dimana J.1e adalah mobilitas elektron hasil gabungan dari beberapa tipe hamburan dan
an
=n -
no
adalah penambahan konsentrasi pembawa
akibat fotogenerasi elektron. Sehingga dari persamaan 27 dapat diperoleh responsivitas arus dengan persamaan :
(28)
38
Untuk memperoleh gambaran visual dart pengaruh temperature lingkungan terhadap arus foto dan responsivitas detektor UV maka dilakukan simulasi pada persamaan 27 dan 28 sebagai fungsi temperatur untu.k beberapa kondisi pengukuran temperature yaitu 30°C, dan
45° C, so° C
eo' c. Panjang Gelombang Sumber Cahaya ::: 365 nm
2
OD-+-.=....~-..-~----.-~......---.~-.-~..---.-~----'
o.o
0.2
0.4
O.&
o.e
1.0
Tegan9an (V}
Gambar 25
Profil dart 1-V detektor UV sebagai fungsi temperatur
lingkungan: (1) T
Dari
gambar
= 30° C
25
(2).
tersebut
T =ad' C
nampak
bahwa
temperatur
lingkungan
mempengaruhi nilai respon arus foto hal tersebut dipengaruhi
oleh
mekanisme hamburan elektron dalam kristal GaN. Untuk responsivitas detektor UV seperti yang digambarkan pada gambar 26, nampak bahwa responsivitas detektor UV untuk spektrum cahaya 300 nm - 370 nm mengalami penurunan apabila temperatur lingkungan ditingkatkan
hat tersebut disebabkan juga oleh adanya
mekanisme hamburan elektron dalam kristal GaN.
39
300
310
320
330
300
370
Panjang Gelombang (nm)
Gambar 26 Profi responsivitas detektor UV sebagai fungsi temperatur lingkungan. 3.
Hasil studi penumbuhanfilm GaN dengan teknlk sol-gel spin
coating. Pada
studi pendahuluan ini telah dilakukan eksplorasi untuk
memperoleh prosedur dalam proses preparasi Gel yang akan digunakan untuk menumbuhkanJapisan GaN dengan teknik spin-coating. Prosedur yang digunakan untuk proses preparasi Gel
adalah seperti yang
ditunjukkandala gambar27. a.
OptirnasiParameterpenumbuhanFilm GaN Setelah dilakukan pembuatan gel ga/ium citrate amine, maka
selanjutnya dilakukan studi awal penumbuhan lapisan GaN. Kondisi dan parameterpenurnbuhanhasil optimasi ditunjukkanpada Tabel 1.
4()
Dilarutkan 1b1htm
G~OJ
HO+HNOJ
~
1:1
2g ,
,,. ,~
L Ditambahkan
Lamtan Ga203
I
hydroxide
_______________
•
Citric acid (CA) lg (rasio . .Ga/CA . _ ...
Ammonium
I I
PH: 7,5 -8
·---------------" Kristal Gallium~;......_,__4wn;n.o.
-
Strirred 2 jam (353 K)
"
White shiny crystal (Gallium-citrate -amine) ~
Disimpan dalam vakum desikator
Disaring dan dicuci dengan
-
•N"fnn
,,.
••-+.•L- n.,,._,......_;.,...,.n..,.
•
-
Dry crystal
(Gallium-citrate -amine) ~
I
~-
I
Etbylenediamine
Gel crystal (Gallium-citrate -amine)
Gambar 27 Prosedur preparasi gel gallium citrate amine Tabel 1. Kondisi penumbuhan GaN Parameter deposisi Laju putaran
1000-2000 rpm
spinner Temperatur
850°C
Deposisi Laju aliran gas N2
100Sccm
selama deposisi Substrat
Saffire (0001 ) 41
b.
Hasil karakterlsasl film GaN Hasil karakterisasi difiaksi sinar-X untuk sampel fapisan GaN yang
ditumbuhkan di atas substrat Saffire ditunjukkan pada Gambar 28.
Gambar 28. Pola difraksi sinar-X dari film tipis GaN yang ditumbuhkan diatas substrat Sapphire (0001) Tampak bahwa lapisan GaN yang ditumbuhkan di atas sapphire masih memiliki orientasi polikristalin, yang ditunjukkan oleh munculnya berbagai puncak orientasi bidang kristal. Namun salah satu puncak mulai mengarah ke suatu arah orientasi tertentu yang dominan yaitu bidang (0002). Orientasi arah bidang lainnya masih muncul tetapi puncaknya sangat pendek. Gambar
29 menunjukkan hasil pencitraan struktur morfologi
permukaan dan tampang lintang film GaN yang ditumbuhkan dengan menggunakan SEM.
Gambar 29. Struktur morfologi permukaan dan tampang lintang film tipis GaN diatas substrat Saffire (0001) 42
Dari
gambar
tersebut
tampak
bahwa
lapisan
GaN
yang
ditumbuhkan masih memiliki morfologi yang kasar dan kurang homogen. Hal ini menunjukkan bahwa kualitas morfologi film masih relatif rendah. Ketebalan
rata-rata
dari lapisan GaN berkisar antara 1-1,5
um,
Gambar 30 menunjukkan hasil pengukuran sifat optik (celah pita energi) untuk lapisan GaN yang ditumbuhkan di atas substrat sapphire menggunakan UV-Vis spectroscopy.
7e+1 6e+1 ID
'56+1 46+1
(hvf
a.+1
2e+1
ta+t
o._~-"-~~~~~~~---1 :m 3D en cm en w aD
0 9XI
2.0
2.5
3D
3.ll
4.0
<1.5
hv(eV)
Gambar 30. Penentuan celah pita energi GaN dari data hasil UV-Vis spectroscopy Dari pengolahan
data persen transmitansi
(%D terhadap panjang .
gelombang hasil pengukuran UV-Vis, selanjutnya dapat ditentukan bahwa nilai celah pita energi lapisan GaN tersebut adalah sekitar 3,3 eV. Nilai ini sudah cukup lebar yg mencakup rentang spektrum ultraviolet.
43
5.0
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
1. Keslmpulan Dari hasil analisis data dan pembahasan seperti dipaparkan pada BAB V dapat diperoleh beberapa kesimpulansebagai berikut
a. Mekanismehamburan dalam kristal zat padat dapat mempengaruhi profil mobilitas sebagai fungsi dari variasi temperatur lingkungan. Mekanisme hamburan tersebut adalah tipe impuritas terionisasi, potensial deformasi, potensial piezoelektrik, fonon optik dan dislokasi. Sedangkan tipe hamburan yang tidak mempengaruhi profil mobilitas elektron adalah impuritas netral. Pada temperatur rendah, mekanisme hamburan yang dominan' m~mpengaruhi mobilitas elektron adalah pengaruh dislokasi sedangkan pada temperatur tinggi yang paling dominan mempengaruhi mobilitas elektron adalahpengaruhhamburanfonon optik. b. Mekanisme hamburan yang terjadi dalam zat padat temyata dapat mempengaruhiperformancedari devais detektor ultraviolet, dimana temperatur yang merupakan variabel penting dalam profil mobilitas elektron temyata berakibat dapat menurunkan respon arus dan responsivitas detektor ultraviolet apabila temperaturdinaikkan. 2.
Saran Untuk lebih mempertajam analisis dari pengaruh temperatur
lingkungan terhadap mekanisme transfort listrik dalam devais detektor ultraviolet maka ada beberapa hal yang disarankan perlu dilakukan yaitu: perlunya memperhitungkanparameter lain seperti tipe sambungan metal 44
semikonduktor terhadap proses simulasi responsivitas detektor ultraviolet.
45
DAFTAR PUSTAKA
A R. Raju, K Sardar, C. N. R. Rao, Mater. Sci. Semicond. Proc. 4 (2001) A Fortini, D. Diguet, and J. Lugand, (1970), J. Appl. Phys. 41, 3121 C. Hammar and B. Magnusson, Phys. Scripta 6, 206 (1972) D. J. Howarth and E. H. Sondheimer, (1953), Proc. Roy Soc. A219, 53 D. Kranzer, (1974), Phys. Status Solidi A26, 11
D.
K
Schroder,
(1990), Semiconductor Material and Devices Characterization, John Wiley & Sons Inc.,
Canada D. Walker, X. Zhang, A. Saxler, P. Kung, J. Xu, M. Razeghi, AlxGa1-xN {O<x<1} ultraviolet photodetectors grown on sapphire by metalorganic chemical vapor deposition, Appl. Phys. Lett., 70, 949 (1997) D. Walker, E. Monroy, P. Kung, J. Wu, M. Hamilton, F. J. Sanchez, J. Diaz, and M. Razeghi, High-speed, Low-noise, metalsemiconductor-metal ultraviolet photodetektors based on GaN, Appl. Phys. Lett., 74, 762 (1999) E. M. Conwell, (1967), High Field Transport in Semiconductors, Academic Press, New Yor1<, E. Monroy, F. Galle, J. L. Pau, E. Munoz, F. Omnes, 8. Beaumont, and P. Gibart, Application and performance of GaN based UV detector, Phys. Stal Sol. (a) 185, 91 (2001) E. Monroy, E. Munoz, F. J. Sanchez, F. Calle, E. Calleja, S. Beamount, P. Gibart, J. A Munoz, F. Cussi, High Performance GaN p-n junction photodetectors for solar ultraviolet applications, Semicond. Sci. Technol. 13, 1042 (1998) E. Monroy, M. Hamilton, D. Walker, P. Kung, F. J. Sanchez, M. Razeghi, High-quality visible-blind AIGaN p-i-n photodiodes, Appl. Phys. Lett., 74, 1171 (1999) H. Z. Xu, Z. G. Wang, M. Kawabe, I. Harrison, B. J. Ansel, C. T. Foxon, Fabrication and Characterization of metal-semiconductormetal (MSM) ultraviolet photocoductor on undoped GaN/sapphire grown by MBE, J. Cryst. Growth 218, 1 (2000) H. Brooks, (1955), in Advantage in Electronic and Electron Physics, edited by Marton (Academic, New York.), p. 156. H. Ehrenreich, (1959), J. Phys. Chem. Solids 8, 130 H. Ehrenreich, (1991), J. Appl. Phys. 32, 2155 H. Parala, A Devi, A Wohlfart, M. Winter, R. Fischer,(2001), Adv. Funct. Mater., 11 J. Bardeen and W. Shockley, (1950), Phys. Rev. 80, 72 46
:
J. D. Wiley, (1975), in Semiconductors and Semimetals, Vol. 10 Ch. 2. edited by R. K Wilardson and A C. Beer, Academic . Press, New York J. D. Wiley and M. DiDomenico, Jr., (1970), Phys. Rev. 82, 427
J. D. Zook, (1964), Phys. Rev. 136, A 869 J. J. Tietjen and LR. Weisberg, (1965), Appl. Phys. Lett. 7, 261 L. Makowski and M. Gllickman, (1973), J. Phys. Chem. Solids 34, 487 M. Razeghi & A Rogalski, Semiconductor Ultraviolet detector, J. Appl. Phys. 79(10), (1996) 0. Madelung, Semiconductor Basic Data, 2nd edition, (1996) R. J. Egan, V. W. L. Chin, and T. L. Tensley, (1995}, Solid. Stat. Comm.
93,553 S. M. Sze, (1983), Semiconductor Devices: Physics and Technology, AT & T Bell, Muray Hill, New York. S. Nakamura,(1998),Nature 281,956 K.Sardar, AR. Raju, G.N. Subbanna, (2003), Solid State Comm., 125,355. G. Parish, (2001 ), Growth and Characterization of Aluminum Gallium Nitride I Gallium Nitride Ultraviolet DetectotS,Doctoral Dissertation, University of California, Santa Barbara, 9-14.
47
LAMPI RAN LAMPIRAN 1
INSTRUMEN
PENEUTIAN
Dalam penelitian ini ada dua kegiatan yang dilakukan
yaitu
kegiatan simulasidan kegiatan studi pendahuluan penumbuhan film GaN.
Untuk kegiatan simulasi maka diperlukan parameter-parameter standar untuk materialGaN seperti yang disusun dalam table 2 berikut: Tabel 2. Persamaanmobilitas dari setiap jenis hamburan
Jenis Hamburao
Persamaan mobilitas muatan
1. Hamburan ~lit= N1Z .2 o3 m ""l'"[ , ... ln(l+ y)- yl(l+ y}J
impuritas ion
..
24 E m*(KT)" y=
2. Hamburan impuritas
2 2.
ft. e n
e µ»i = 20Nn1tao
e3m •
= 80n.Nn1l3 e
netral 3. Hamburan
deformasi potensial 4. Hamburan
piezoelectric potensial 5.
Hamburan Polar
µ p<>
= 29./21fl!l1tl (kT)lil (tlDIT -1) X. (TD IT) El/ 3e(kTD)m*312(e~1-e-l}
6. Hamburan
Dislokasi
48
Untuk kegiatan studi penumbuhan film GaN dipergunakan sarana laboratorium yang berada -di laboratorium fisika material fisika UPI dan
ITB. Saran~ laboratorium yang berada di laboratorium Fisika Material program studi fisika jurusan
pendidikan Fisika FPMIPA UPI sangat
memadai dan mendukung dalam pelaksanaan penelitian yang akan dilakukan terutama untuk penumbuhan film tipis GaN dengan teknik Sol gel Spin Coating sehingga dari keseluruhan kegiatan penelitian
80 %
akan dilakukan di laboratorium fisika material FPMIPA UPI dan 20 % akan dilakukan di laboratorium fisika material Prodi. Fisika FMIPA ITB terutama untuk studi metalisasi dan Lithograpy.
a.
Laboratorium Fisika Material yang berada di jurusan Fisika FPMIPA UPI Bandung merupakan laboratorium yang masih baru dan sedang dalam tahap pengembangan. Pada awal tahap pengembangannya, laboratorium
tersebut
telah
berhasil
mengembangkan
sistem
peralatan spin coating untuk penumbuhan film tipis dart bahan semikonduktor. Sistem peralatan tersebut terdiri dart :
1. Pompa vakum merk ULVAC 24 Vm
2. Sistem spinner (maksimum 3000 rpm) 3. Sistem pemanas Hot plate (maksimum 300° C) 4. magnetic Stirrer dengan sistem pemanas (100° C) 5. Vacuum Desiccator Sistem peralatan yang dirancang dan dikembangkan sendiri adalah sistem spinner, sistem hot plate dan magnetic stirrer dengan sumber dana berasal dart UPI melalui penelitian hibah kompetitif dana rutin UPI tahun 2005. Sistem peralatan spin coating tersebut telah bernasu diuji coba pada penumbuhan film tipis CuO untuk aplikasi sensor gas dengan
kualitas film yang
cukup baik.
Karakteri~tik listrik dari film CuO yang dibuat dengan teknik spin coating tidak jauh berbeda dengan karakteristik listrik dari film CuO yang ditumbuhkan dengan teknik yang lebih modem seperti MOCVD yang berada di ITB. Sehingga dengan demikian sistem peralatan spin coating ini cukup menjanjikan untuk penumbuhan 49
film tipis dari bahan semikonduktor dengan pertimbangan biaya operasionalnya lebih murah dibandingkan dengan teknik MOCVD.
Sistem Peralatan spin coating yang berada di laboratorium Fisika Material UPI Bandung adalah sebagai berikut:
Hot Plate
Slstem spinner
Vacuum Desiccator
Magnetic Stirrer
b.
Fasilitas karakterisasi
1. Karakterisasi Difraksi sinar-X Karakterisasi
difraksi
sinar-X
dilakukan
untuk
menganalisa
kualitas Kristal dart film tipis GaN yang ditumbuhkan.
Proses 50
karakterisasi film tipis GaN dilakukan di Teknik Metalurgi, lnstitut Teknologi Bandung, dengan menggunakan sistem peralatan XRD
Philips Analitical X-Ray B. V.
2. Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) Karakterisasi ini dilakukan untuk menganalisis kuatitas morfologi permukaan film GaN yang ditumbuhkan.
Karakterisasi SEM
dilakukan di PPPGL (Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan) dengan menggunakan sistem peralatan SEM tipe JE:OL seri JSM-35C. 3. Karakterisasi optik Karakterisasi optik yang diukur adalah menentukan nilai energy gap film dengan ultraviolet visible spectroscopy yang dilakukan di Jurusan kimia ITB.
51
LAMPIRAN2
BIODATA TIM PENEUTI BIODAT~ KETUA PENELITI
Data Pribadi a Nama Lengkap b.NIP c. Jenis Kelamin d. Tempatltanggal lahir e. Jabatan Struktural f. Jabatan Fungsional
: Dr.Lilik Hasanah, M.Si : 197706162001122002 : Perempuan : Purworejo/ 16Juni1977
g.Fakultas
: FPMIP Al Fisika : Jl, Setiabudi no. 229 Bandung Jawa Barat : JI. Kuningan 6 no 32 Antapani Bandung 40291 Telp. (022)-7275607 : lilik hasanahl~yahoo.com
h.Alamat i. Alamat Rumah j. Telepon/ Faks/ E-mail
: mc/Lektor
Riwayat Pendidikan IlB(Sl)
S.Si
1999
ITB (S2)
M.Si.
2001
ITB (S3)
Dr
2008
Fisi.ka Instrumentasi dan
Material Elelctronik Material Fisika Elektronik Fisika Material Elelctronik
Pengalaman Penelitian
l 2 3
Penumbuhan Film Tipis GaSb diatas Substrat GaAs dengan mengunakan Reaktor MOCVD Vertikal (Hibah Bersaing) Fabrikasi, Simulasi dan Karakterisasi CNT, et Un an Fabrikasi Lapisan Tipis Nd-Ce(h untuk SOFC menggunakan teknikPLAD (Hibah . . Pascas ana
2001
Anggota
2005
Anggota
2006
Anggota
52
Publikasi
1
2
3
Hasanah, L., dan Khairurrijal (2009) : Perhitungan Arus Terobosan pada Transistor Dwikutub Sarnbungan Hetero 2009 Si/Sii-xGeJSi Anisotropik dengan Men Metode Matriks Tnmfer llasaoah, L., Sukimo dan Khairurrijal (2009) : Pengaruh Regangan Si/Sh-xGex terhadap Arus Terobosan pada Transistor 2009 Dwik:utub Sambungan Hetero Si 11 O /Sio.sGeo.s/Si 11 O Anisotro ik Hasanah, L., Abdullah, M., Sukimo, Wmata. T. and Khairurrijal (2008) : Model of Tunneling Current in an Anisotropic Si/Si1-icGeJSi 2008 Heterostructure with Nanoneter-thick Barrier Including Effect of Parallelp endicular Kinetic Ener Co Hasanah, L., Abdullah, M., Sukimo,
Winata, T. and Khairurrijal (2008) : 4
5
6
7
Pengaruh Kecepatan Elektron terbadap 2008 Arus Terobosan pada Heterostruktur Anisotro ik Si/Sii.xGeJSi Hasanah, L., Suryamas, A B., Khairurrijal, Abdullah, M, Winata, T. and Sukimo : Electron Transmittance through a Heterostructure on Anisotropic 2007 Materials using the Airy Function and the
Matrix Method Hasaoah, L., Khairurrijal, Abdullah, M., Winata, T. and Sukirno : An Improved Analytical Method Based on Airy Function Approach to Calculate Electron 20 06 Direct Transmittance in Anisotropic Heterostructure with Bias Volta e Hasanah, L., K.hairurrijal, Abdullah, M. Winata, T. and Sukimo: Transmittance of an Electron through a Heterostructure Nanometer-thick Trapezoidal Barrier 2006 Grown on an Anisotropic Material for Ener Hi er Than Potential Barrier
/umal Sains Materl
Indonesia.
ISfEKUIN
Semicond. Sd. and Technol., 23, 125024.
journal Matematilca dan Salns
Indonesian journal of Physics, 17, 95-101
Indonesian journal of Physics, 17. 77-81
9th lnteniational Conference on Quality in Research (QIR) Proceeding, ICE 07, 1--4
53
· 8
Hasanah, L., Khairurrijal, Abdullah, M, Winata. T. and Sukirno : Transmitansi Elektron pada Heterostruktur Anisotropik 2006 Si(ll0)/Sio ..,Geo.3'Si(110) dengan T Paniar . Hasanah, L., Khairurrijal, Abdullah, M., Winata, T. and Sukirno . Electron
Transmittance 9
lO
11
12
13
14
15
2006
Proceeding of the International Conference on Mathematics and Natural Sciences (ICMNSJ, 949-953
2006
Proceeding ITB Sains & Telmologi, 38, 41-SO
2005
Proceeding Kentingan Physics Forum (KPI), 152154
at
Si(I I O)/Sio.sGeo.s/Si(l 10) Anisotropic Heterostructure with Bias Voltage for Incident Energy Lower than Potential Barrier Hasanah, L., Noor, F. A, Khairurrijal, Abdullah, M., Wmata, T. and Sukimo : Transmission Coefficient of an Electron through a Heterostructure with Nanometer-Thick Trapezoidal Barrier Grown on an Anisotropic Material Hasanah, L., Noor, F. A, Khairurrijal, Abdullah, M., Wmata, T. and Sukimo : K.oefisien Transmisi Elektron yang Melalui Penghalang dengan Ketebalan Nanometer pada Heterostruktur Anisotropik. yang diberi Te Paniar Hasanah, L.; Khairurrijal, Abdullah, M., Winata, T. and Sukirno : Tunneling Time and Transmission Coefficient of An Electron Tunneling Through A Nanometer-Thick Square Barrier in an Anisotropic Heterostructure Hasanab, L., Suryamas, A B., Khairurrijal, Wmata, T. and Sukimo : Simulation of Direct Tunneling Current in Metal/Gd20:J/n-GaN Devices with Nanometer-Thick GchOJ Layers by Using Self-Consistent Solution of ScbrOdingerPoisson Equation, Proceeding International Conference on Instrumentation Noor, F. A, Tobing, H L. Hasanah, L, Abdullah, M. and Khairurrijal : Direct Tunneling Time of an Electron through a Nanometer 'Thick Trapezoidal Potential Barrier Noor, F. A., Tobing, H. L., Nanang, Hasanah, L., Abdullah, M. and Khairurrijal, "Stationary-Phase Electron Direct Tunneling through an Anisotropic Heterostructure with Nanometer-Thick Tranezoidal Potential Barrier
Prostding Seminar Nasional Tenaga Listrik dan Mekatronik,ASf-02, 7-12
2005
Proceeding International Conference Applied Mathematics (ICAMOS),
CP14
2005
Proceeding International Conference on Instrumentation, Communication, and Information Technology (/CID), 307-310
2005
Proceeding Kentingan Physics Forum (KPI), 121123
2004
Proceeding of Asian Physics Symposium, 302-306
54
16
Sukimo, SZ Bisri, L llasanab, MW'Sal, Ida Usman, AB Suryamas, TA Edison : Low Temperature Carbon Nanotube Fabrication using Very High Frequeocy- 2006
Plasma
17
18
19
Enhanced
Chemical
Conference on Semiconductor Electronics, e-Joumal IEEE Xplore, 1SS-
Vapour
Deposition Method Sukirno, SZ Bisri, Irmelia, L Hasanah, AB Suryamas, Mursal, Ida dan Usman: Comparison of Electronic Transport Parameter of CNT (I0,10)/CNT(l7,0) and CNT (5,5)/CNr(8,0) Carbon Nanotube Metal-Semiconducror On-Tube
ICSE2006 Intemational
1S9 /CSE 2006 lntemational
2006
Conference. on Semiconductor Electronics, e-Joumal IEEEXplore, 267-
271
Heteroiunction Bisri. S. Z., Suryamas, A B., Hasanah, L. and Sukimo : Simulation of Carbon Nanotube on-Tube Metal Semiconductur 2005 Heterojunction Electronic Properties Bisri. S. Z., llasanah, L and Sukirno : Charge Distribution and Potential Profile in Nanometer Metallic Carbon 2005 Nano tubes-Semiconducting carbon Nanotube Heteroiunction
Indonesian Journal of Physics, 17, 21-29
Proceeding of Asian Physics Symposium Proceeding of 6th
Sari, R S, Bisri. S~ Z., Hasanah, L and 20
Sukirno : Carbon Nanotube Fabrication Attempt: Our Recent Progress
2005
International Seminar on Microscopy and Microanalysis: •Nanotechnology and Its Application
55
BIODATA ANGGOTA PENELm
Nama Lengkap
: Dr. Dadl Rusdlana, M.Si.
NIP
:196810151994031002
Pangkat/Jabatan/Gol.
: Penata Tk-1/Lektor/J11-d
Tempat/tgl Lahir
: Tasikmalaya, 15 Oktober 1968
Ala mat
: Kompleks Griya Prima Asri E18/22,
e-mail
: [email protected]
lnstitusi
: Universitas Pendidikan Indonesia
Pendidikan a. S3: Fisika Material Elektronik, lnstitut Teknologi Bandung, 2005 b. S2 : Fisika Material Elektronik, lnstiM Teknologi Bandung, 1998
c. S1: Pendidikan Fisika, FPMIPA IKIP Bandung, 1993
Riwayat Pekerjaan : Staf Pengajar Jurusan Pendidikan Fisika, FPMIPA UPl sejak 1994 sekarang
Pengalaman Penelitian : 1. Tahun 2000
: Optimasi Struktur Sel Surya GaAs Sambungan p-n Berefisiensi Tinggi dengan Lapisan Window, Lapisan BSF, dan Lapisan Anti Refleksi, Proyek Penelitian Dosen Muda (BBi) dengan nomor kontrak : 012/
P21PT/DMN/2000. 2. Tahun 2002
: Studi awal pembuatan Fotokonduktor dari bahan semikonduktor
Galium Nitrida, Proyek penelitian
Dana Rutin UPI tahun 2002. 3. Tahun 2003
: Fabrikasi dan Karakterisasi Detektor lnframerah dari Bahan Film Tipis Semikonduktor GaSb, Proyek penelitian Dana Rutin UPI tahun 2003.
56
4. Tahun 2004
: Pengembangan instrumen pengukuran celah pita
energi · persambungan pin bahan semikondukt?r, Proyek penelitian Dana Rutin UPI tahun 2004. 5. Tahun 2004
: Simulasi untuk optimasi divais-divais optoelektronik
yang terbuat dari bahan semikonduktor, Proyek penelitian SP4 Jurusan Fisika UPI tahun 2004. 6. Tahun 2005
: Rancang bangun alat spin coating sederhana untuk penumbuhan lapisan tipis semikonduktor,
Proyek
penelitian Dana Rutin UPI tahun 2005
7. Tahun 2006
: Simulasi dan Pembuatan Prototipe Divais Sel Surya Berbasis
Silikon
Amorf
Terhidrogenasi,
Hibah
Kompetitif UPI Tahun 2006. : Penumbuhan film tlpls GaN di atas ZnO dengan
8. Tahun 2007
metode
MOCVD, Proyek penelitian
Fundamental
tahun
2007. 9. Tahun 2007
:
Studi
pembuatan dan karakterisasi
detektor
ultraviolet berstruktur metal-semikonduktor berbasis semikonduktor Galium Nitrida dengan metoda sol gel, Hibah kompetitif UPI 2007
Daftar Publikasi llmiah : 1. D. Rusdiana, Suhandi, A, Karim, S., Sukimo, Budiman, M., dan Bannawi, M. (2004), Growth of GaN Thin Film by Pulsed Laser Deposition and Its Application on Ultraviolet Detectors, /STEC Journal, VI, 35
2. A, Suhandi, D. Rusdiana, Shofiah, P. Arifin, Optimasi Struktur Sel Surya GaAs Sambungan
p-n
Dengan Lapisan Antirefleksi yang
Tergandengan dengan Lapisan Windo~ AIGaAs, Indonesian Journal of Physics (Kontribusi Fisika Indonesia), Vol. 14, No. 2, April 2003. 3. D. Rusdiana, A Suhandi, M. Budiman, Sukimo, M. Barmawi, Fabrikasi dan Karakterisasi Sensor Ultraviolet dari bahan GaN, Annual Physics Seminar, HFI Cabang B'andung, ITB, 2002
57
4. 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
Matematika, Proc. Seminar Fisika dan Aplikasinya,
Tinjauan
HFI Cabang
Surabaya, ITS, 2002.
5. A Suhandi, O. Rusdiana, Shofiah, P. Arifin, Optimasi Struktur Sel Surya GaAs Sambungan
p-n
Dengan Lapisan Antirefleksi yang
Tergandengan dengan Lapisan Window AIGaAs, Indonesian Journal of
Physics (K.ontribusi Fisika Indonesia), Vol. 14, No. 2, April 2003. 6. A. Suhandi, E. Sustini, D. Rusdiana, P. Arifin, M. Bannawi, Properties of GaSb Thin Film Grown on Sl-GaAs Substrate Buffered With GaSb and GaAsSb, Annual Physics Seminar, HFI Cabang Bandung, ITS, October 2003. 7. D. Rusdiana, A Suhandi, S. Karim, Sukimo, 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. Rusdlana, A Suhandi, P. Arifin, Optimasi Efisiensi Sel Surya GaAs dan GaSb Persambungan pin untuk Komponen Sel Surya Tandem GaAs/GaSb, Proceeding Seminar MIPA IV, Bandung, 6-7
Oktober 2004. 9. D. Rusdiana, Sugianto, A Suhandi, Sukirno, M. budiman, M. Bannawi, Fabrication and Characterization of Metal-Semiconductor-Metal n-GaN
UV Photodetector by PA-MOCVD, Jumal Matematika & sains, Vol. 10, No. 1, Maret (2005}. 10.
D.Rusdiana, Adnyana,l.G.A.P.,Widiyandan,H.,
Budiman,M.,Barmawi,M.,Pengaruh
temperatur
lstiroyah, Sukimo, deposisi
terhadap
struktur kristal dan sifat optik film tipis galium nitrida (GaN) yang ditumbuhkan dengan teknik PLO, Jumal Fisika HFI, Vol.AS, No.0576 (2002). 11.D. Rusdlana, Sukimo, Budiman,M.,Barmawi,M., Pengaruh temperatur deposisi lapisan penyangga aluminum nitride terhadap struktur kristat film tipis GaN, Jumal Matematika Sains MIPA ITB,Vol.11,Maret (2006). 58
12.Widiyandari,H.,
Budiman,M.,Sukimo,
D.Rusdiana,
Adnyana,
IGAP.,lstiroyah,.
Barmawi,M.,Pengaruh a'iran
nitrogen pada
kualitas film GaN dengan. teknik PLO, Prosiding
SFA, Hal.228-
230, (2002) .: 13.Saragi,T.,
Fuad,A,
Oarsikin,
D.Rusdiana,
Arifin,P.,
Winata,T.,
Barmawi,M.,Deposition of NdBa2Cu3{n-6 thin films by pulsed laser ablation method:preliminary study, Kontribusi Fisika Indonesia, Vol. 13, No.4, Hal. 201-203, (2002).
:
59
BIODATA ANGGOTAPENEUTI Nama
: Endi Suhendi, S.Si, M.Si
NIP.
: 197905012003121001
Tempat/Tangga! Lahir: Karawang, 1 Mei 1979 : Stat pengajar di jurusan Fisika UPI sejak 2004
Pekerjaan Riwayat Pendidikan
:' ·>·.:_i}~'\-·;_~t}~.: ~·~~--~.·:~:.
' · .~,<~;:'.~~
•
~
·~_·.
-
- ' ~tl i ..'
,~
-: ~q~ ;~l-'
1 I~~
·.··~·
,!
-
1' i,,.~
, , _:_·1·(~~.l~1"Q\:: · '-~ ~': lJ_J "~~ r
_,'''_.·'_".
ITB (51)
S.Si
2001
Fisika Teori
ITS (82}
M. Si
2003
Fisika Teori
-~:~
Pengalaman Penelitian : No
Judul
.
Tahun
Sumber
dana 1
Pembuatan Keramik Termistor NTC
2006
Hibah
Pekerti
Fe2-x-y-zCuAl,cSiyl1z0-4 (FCASTO)
DIK.TI
Berbahan Dasar Mineral Yarosit 1
Stu di pembuatan
dan karakterisasi
detektor ultraviolet berstruktur
metal-
semikonduktor berbasis semikonduktor
2007
.
Hibah kompetitif UPI
Galium Nitrida dengan metoda Sol Gel
60
LAMPIRAN3 DRAFT ARTIKEL ILMIAH · (Status sedang direviu di Iumal Matematik Sains ITB} Pengaruh mekaoisme bambunm defek statis dan vibrasi termal terhadap mobilitas elektron pada rdm tipis GaN
Abstrak Mobilitas elekron pada film tipis GaN telah ditentukan untuk variasi temperatur deogan menggunakan metoda pendekatan waktu relaksasi akibat pengaruh bamburan defek statis dan vibrasi termal. Dari basil simulasi menunjukan bahwa mobilitas elektron sangat dipengaruhi oleh temperature lingkungan. Kata Kunci : Mobilitas elektron, Defek statis, vibrasi tennal 1.Pendahuluan Bahan semikonduktor paduan GaN pada akhir-akhir ini banyak. mendapat perhatian para peneliti, karena bahan tersebut memiliki karakteristik yang unik yaitu memiliki energi ' gap yang lebar (3,4 eV) dan juga memiliki struktur celah pita energi dengan transisi langsung (direct handgap) sehingga semikonduktor tersebut cocok untuk baban baku pembuatan divais optoelektronik yang beroperasi pada daerah panjang gelombang pendek seperti detektor ultraviolet yang dapat diaplikasikan untuk sistem informasi dan komunikasi. Seiring dengan penggunaannya yang terns meningkat, maka penyelidikan clan pengungkapan sifat-sifat tisis bahan paduan ini menjadi ha1 yang sangat penting dalam rangka pengembangan bahan ini selanjutnya. Salah satu sifat fisis penting dari bahan semikonduktor yang menentukan karakteristik listrik dari divais elektronik maupun divais optoelektronik yang terbuat dari bahan ini adalah sifat transport listriknya, yaitu salah satunya adalah nilai
mobilitas
(µ) pembawa muatan. Karakteristik transport listrik pada bahan dipengaruhi secara langsung oleh mekanisme perturbasi (gangguan) terhadap pergerakan pembawa muatan dalam bahan. Perturbasi (gangguan) biasanya terjadi akibat adanya berbagai jenis mekanisme hamburan (scattering). Mekanisme hamburan pada bahan sangat dipengaruhi oleh faktor ekstemal seperti temperatur lingkungan. Oleh karena itu dengan mengetahui mekanisme perilaku hamburan di bawah pengaruh luar, maka kebergantungan nilai mobilitas pembawa muatan pada bahan semikonduktor paduan GaN terhadap kondisi eksternal seperti temperatur Hngkungan dapat dirumuskan. Dalam artikeI ini akan dikaji secara teori untuk merumuskan hubungan fungsional antara mobilitas elektron dengan temperatur Iingkungan dari pengaruh tipe hamburan defek statis dan vibrasi termal dan akan dilakukan simulasi untuk memperoleh gambaran visual dari bentuk hubungan fungsional tersebut.
61
2. Teori Mekanisme transport listrik dalam bahan padat seperti semikonduktot GaN, tidak: ak:an terlepas dari faktor gangguan yang secara 1angsung dapat mempengaruhinya. Mobilitas listrik pembawa muatan pada penggunaan medan listrik rendah secara langsung berhubungan dengan sifat-sifat mikroskopik bahan, melalui suatu besaran yang dikenal sebagai waktu relaksasi (t ), yang merupakan suatu fungsi dimana fungsi distribusi elektron berelaksasi kembali kekeadaan mantap setelah mengalami hamburan oleh suatu potensial penghambur. Suatu pembawa muatan dapat dihamburkan oleh suatu potensial penghambur yang dapat merubah periodisitas sempuma 'dari kristal ideal, tennasuk diantaranya oleh vibrasi kisi impuritas (ketakrnurnian). Mekanisme hamburan ini akan berbeda antara satu material dengan yang lainnya dan biasanya merupakan fungsi temperatur. Mobilitas elektron dalam bahan padat yang sangat dipengaruhi oleh berbagai variasi mekanisme hamburan dapat ditentukan dengan menyelesaikan persamaan Boltzmann dalam pendekatan waktu relaksasi (t) sebagai berikut:
µ
oleh profil waktu relaksasi elektron untuk berbagai jenis mekanisme hamburan yang terjadi Untuk itu maka pada bah ini akan dibahas mengenai jenis-jenis mekanisme hambUI311 yang mungkin terjadi pada bahan padat seperti semikonduktor GaN dan bagaimana efeknya terhadap profil mobilitas elektronnya
1.1
Mekanisme
Bamburan
lmpuritas Terionisasi Banyaknya hamburan yang disebabkan oleh adanya gaya elektrostatis antara pembawa clan impuritas yang terionisasi bergantung pada waktu interaksi dan banyaknya impuritas. Konsentrasi impuritas yang besar akan menghasilkan mobilitas yang rendah (S. Dhar dan S. Ghosh, 1999). Persamaan standar untuk menentukan wak:tu relaksasinya adalah: ~oo
(T··} = e Jo ru~ m"'
u
3i'1:.Af Jfde
(2)
f.'JO o s~f2~s d.s:
Dengan menyelesaikan waktu relaksasi ini dan kemudian solusinya kita substitusikan pada persamaan 14 maka akan diperoleh mobilitas elektron yang telah mengalami hamburan dengan impuritas terionisasi sebagai berikut:
a (r)
=-:;:-
(I)
dimana adalah waktu relaksasi rata-rata untuk semua peristiwa hamburan yang terjadi, e dan m • berturut-turut adalah muatan elek.tron dan massa efektif dari elektron sedangkan . µ adalah mobilitas elektron. Rumusan mobilitas elektron tersebut ternyata sangat dipengaruhi
""
~ln
r::;;1t2 _2('-T).312 1 ">8 - "'2it t:: I; ., 3 *1 12(
.V1Z-e
tu
ln(l+;r)-y/(l+ y)
(2) ]·
'}
:v =
24E111* (KT)-
61
1.2 Mekanisme Impuritas Netral
Hamburan
Mobilitas
elektron yang dengan hamburan potensial defonnasi dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
berhubungan
Mekanisme hamburan ini akan terjadi ketika elektron melewati atom netral, transfer momentum akan terjadi sampai elektron bebas tersebut terikat pada atom. Waktu relaksasi elektron yang mengalami hamburan dengan impuritas netral yaitu:
Sehingga mobilitas elektron yang berhubungan dengan mekanisme hamburan impuritas netral dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:
2{in1f2 h4 ps2 e µdp = 3Efm•5f2(kT)312 1.4 Mekanisme Potensial Piezoelektrik
n
(4)
o
=
Hamburan
Ketika kristal mengalami vibrasi kisi maka akan terjadi perubahan jarak antar titik kisi yang akan mengakibatkan terjadinya perubahan energi gap bahan, Waktu relak:sasi elektron yang mengalami
2..fi.rrh2 e l.
E.1/2 (7)
e2p2m'*i(kT)
" Dimana
1.3 Meka.nisme Potensial Deformasi
Hamburan
Dalam mekanisme hamburan potensial piezoelektrik, perubahan energi selama tumbuk:an adalah keci I sehingga waktu relaksasi elektron selama tumbukan dapat didefinisikan sebagai berikut: 1: pe
µni = 2.0N ha
(6)
hk_]
p -- [ ps2c
merupakan
koefisien pasangan piezoelektrik dan hpz adalah konstanta piezoelektrik. Sehingga mobilitas elektron yang berhubungan dengan hamburan potensial piezoelektrik dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:
hamburan akibat adanya potensial deformasi pada kristal yaitu:
1.5 Mekanisme Hamburan fonon optik Dimana p adalah kerapatan kristal, s adalah kecepatan rata-rata bunyi, dan E1 adalah potensial deformasi ( untuk GaN E1= 9,2 eV).
Untuk jenis hamburan ini, persamaan waktu relak:sasi elektron
adalah sebagai berikut:
62
lingkungan untuk jenis hamburan impuritas terionisasi yaitu:
Sehingga mobilitas elektron yang berhubungan dengan mekanisme hamburan fonon optik yaitu:
,D.5
1.6 Dislokasi
Mekanisme
Masalah yang ditemukan dalam penumbuhan film tipis GaN
- 8(EE0)2a2m~ T.; .2
Ne
f Ln
{ 2 ,,,,
2
•2 2
+ 1J 14111 ID
jl2 .
Dimana Vt adalah komponen tegak lurus dislokasi garis, sedangkan a dalah jarak antara pusat tumbukan sepanj ang dislokasi garis dan f adalah probabilitas terj adinya tumbukan. Sehingga rnobilitas elektron akibat hamburan dislokasi ini yaitu:
3. Hasil dan Pembahasan Bentuk. visual basil simulasi dari hubungan fungsional antara mobilitas elektron dengan temperatur
/ -:
Temperatur (K) Gambar 1 Profit mobilitas elekt.ron sebagai fungsi. temperatur lingknngan ski.bat mekanisme hamburan impuritas terionisasi,
Hamburan
adalah memiliki ketidaksesuaian kisi yang besar dengan substrat. Sehingga ak:an terbentuk cacat dislokasi. Sehingga waktu relaksasi elektron akibat hamburan dislokasi adalah:
/
/'
-
Dari gambar 1 di atas nampak bahwa untulc mekanisme hamburan impuritas .terionisasi ternyata mobilitas elektron dalam film GaN meningkat seiring dengan peningkatan temperatur lingkungan, hal ini menjelaskan bahwa efek dari impuritas terionisasi terhadap mekanisme hantburan dengan elek:tron tidak begitu dominan berpengaruh terhadap transfort listrik elektron dalam bahan padat.. Gambaran visual basil simulasi persamaan mobilitas elektron sebagai fungsi dari temperatur lingkungan untuk jenis hamburan impuritas netral nampak pada gambar 2. Dari gambaran visual profil mobilitas elektron tersebut nampak bahwa temperatur lingkungan tidak mempengaruhi mekanisme transfort listrik elektron dalam bahan padat. Mobilitas elektron pada jenis hamburan ini temyata banya dipengaruhi oleh konsentrasi impuritas netral (Nn) dan jari-jari efektiv Bohr dari atom impuritas (ao).
63
terhadap frekuensi osilasi dari vibrasi kisi kristal sehingga apabila temperatur ditingkatkan maka mekanisme terbentuknya potensial deformasi semakin besar sehingga akan mengganggu transfort listrik elektron dalam bahan.
Temoeratur (K) Garn.bar 2 Profi1 mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan akibat mekanisme bamburan impuritas netral.
Gambaran visual basil simulasi persamaan mobilitas elektron sebagai fungsi dari temperatur lingkungan untuk tipe hamburan potensial deformasi nampak pada gambar 3.
- ·~··~c..,
-..-~-----.----
VI
:>
~·
"'e -
6
VI
~
:a0 :E
9
2
\\,
Gambaran visual basil simulasi persamaan mobilitas elektron sebagai fungsi dari temperatur lingkungan untuk tipe hamburan potensial piezoelektrik nampak pada garnbar 4, dimana mobilitas elektron dalam bahan padat akan mengalami pennrunan bila temperatur lingkungan meningkat, hal ini akan berkaitan dengan perubahan dimensi kisi kristal sehingga akibatnya dapat meningkatkan potensial piezoelektrik.
2.•. ta'"
.. IA
."'--- ,,,,___ -- -.__.
1.2
._ - . Temoeratur lKl
Temperatur (K) Gambar 3 Profil mobiitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan akibat mekani.sme bambman potensial deformasi
Dari gambar 3 tersebut nampak bahwa mobilitas elektron yang mengalami hamburan potensial defonnasi dalam kristal mengalami penurunan seiring dengan peningkatan temperatur lingkungan, hal 101 disebabkan temperatur lingkungan berpengaruh
Gambar 4. Profil Mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan akibat mekanisme bamburan potensial piezoelektrik.
Gambaran visual basil simulasi persamaan mobilitas elektron tersebut sebagai fungsi dari temperatur lingkungan untuk tipe hamburan f~non optik: nampak pada gambar 5, dimana mobilitas elektron dalam bahan padat akan mengalami penurunan bila temperatur lingkungan
64
hal ini akan berkaitan dengan vibrasi kisi kristal. Hamburan yang disebabkan oleh vibrasi kisi muncul akibat adanya vibrasi termal dari ion-ion yang dapat mengganggu periodisitas kisi kristal. Fonon-fonon, yang merupakan vibrasi kisi terkuantisasi, dapat didefinisikan sebagai spek:trum energi. Ketika pembawa muatan memiliki cukup energi, sangat mungkin untuk mentransfer momentum ke vibrasi kisis tersebut, akibatnya akan terjadi kehilangan energi, sehingga mobilitasnya akan menurun. meningkat,
Temperatur (IC) Gambar 6 Profil mobilitas elektron sebagai fuDgsi temperatur linglomgan akibat mekanisme hamburan cacat dislokasi.
Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur lingkungan untuk berbagai tipe mekanisme hamburan seperti imJ?uritasterionisasi, impuritas netral, potensial deformasi potensial piezoelektrik, fonon optik dan dislokasi direpresentasikan pada gambar7. Temperatur (K)
Gambar 5 Profil mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur akibat mekanisme hamburan fonon optik.
Gambaran visual basil simulasi persamaan mobilitas elektron sebagai fungsi dari temperatur lingkungan untuk tipe hamburan dislokasi nampak pada gambar 6, dimana mobilitas elektron dalam bahan padat akan mengalami peningkatan semng dengan kenaikan temperatur lingkungan.
'iii"
'!..E.
a,oii. -· ·-
0 ... .
-- --···- -·-·-- -·------ .. ··------
·7.00 ;--- ----··-·--·-u
'00 -·---·--
I : ~---.g S,l!l)
~
--- .. ----·----,
· ·-=-•--- · :~-; -. ::~~~--
~-7-·
l.O,) ;..
..-. _.... .,.,.
:::: :·.:x ~-'.~--0
1~l)
-·--··---·
-·' ---
--~~=-~~~ ~
--
s-s;;;;
· -· ·- . ·- - --· - "I==--
lO~
~00
~00
5l>~
Temperatur (K)
Gambar 7 Variasi mobilitas elektron sebagai fungsi temperatur untuk mekanisme hamburan potensial deformasi (1), impuritas terionisasi (2), fonon optik (3), potensial piezoelektrik (4), impuritas netral (5) dan dislokasi (6)
Dari gambar tersebut nampak bahwa profil rnobilitas elektron dalam 65
OaN bervariasi untuk berbagai tipe mekanisme hamburan. Untuk temperatur lingkungan yang rendah di bawah temperatur ruang, mekanisme hamburan yang paling dominan berpengaruh terhadap penurunan transfort listrik adalah adanya cacat
Schroder, (1990), Semiconductor Material and Devices Characterization, John Wtley & Sons Inc.• Canada
D. K.
D. Walke.r. X Zhang, A. Saxler, P. Kung. J. Xu, M Razeghi, AJ,.Ga1-11N (O<x
dislokasi pada bahan sedangkan untuk temperatur lingkungan yang tinggi di atas temperatur ruang, mekanisme . hamburan yang paling dominl?nWalker,E. Mo~~~~~:-~ berpengaruh terhadap penurunan speed. Low-noise, metal-semiconductortransfort listrik bahan adalah adanya metal ultraviolet photodetektors based mekanisme hamburan elektron akibat on GaN, Appl Phys. Lett., 74, 762 adanya vibrasi kisi dan potensial (1999) deformasi. E. M. Conwell, (1%7), ffigh Field Transport
:;:;;:t:ii;i/i~
4. Kesimpulan
Dari hasil pembahasan diatas dapat disimpulkan bahwa mobilitas elektron dalam material GaN sangat dipengaruhi oleh temperatur lingkungan hal tersebut akibat pengaruh mekanisme hamburan dalam kirstal GaN
in Semiconductors, Academic Press, New York, E. Monroy, F. Calle, J_ L. Pau, E. Munoz, F. Omnes, B. Beaumont, and P. Gibart, Applicaqon lptd performance of GaN based UV detector, Phys. Stat Sol. (a) 185, 91 (2001)
Ucapan terimakasib Kami ucapkan terima kasih pad.a DP2M DIK.TI yang telah mendanai projek penelitian fundamental ini.
Daftar Pustaka A. R. Raju, K. Sardar, C. N. R Rao, Mater. Sci. Semicond. Proc. 4 (2001) A. Fortini, D. Diguet, and J. Lugand, (1970), J. Appl. Phys. 41, 3121 C.
Hammar and B. Magnusson,
Phys.
Scripta 6, 206 (1972)
D. J. Howarth and E. H Sondheimer, (1953), Proc. Roy Soc. A219, 53 D. Kranzer, (1974),Phys.Status Solidi A26, 11
66
