Upload
hakien
View
226
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
PENUMBUHAN FILM TIPIS Galium Nitrida (GaN) PENUMBUHAN FILM TIPIS Galium Nitrida (GaN) DENGAN METODE SOLDENGAN METODE SOL--GEL DAN APLIKASINYA GEL DAN APLIKASINYA
PADA FOTODETEKTOR ULTRAVIOLET (UV)PADA FOTODETEKTOR ULTRAVIOLET (UV)
Oleh :
Usulan penelitian Hibah Pekerti
Yuyu R. Tayubi, dkkYuyu R. Tayubi, dkk
Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI2005
Oleh :
MotivasiMotivasi--11Mandat penyelenggaraan
program fisika murni di institusi kami
Berdasarkan kualifikasi kepakaran staf pengajar
di institusi kami
dikembangkan KBK : Fisika bumi, fisika material, dan fisika instrumentasi
Perlu penyusunan : Struktur kurikulum
Perlu pengembangan : Lab riset
MotivasiMotivasi--22
KBK Fisika material
bidang material bidang material optik
bidang material superkonduktor
Semikonduktor paduan III-V, Keramik, oksida, dll
bidang material semikonduktor optiksuperkonduktor
MotivasiMotivasi--33
Para personil belum berpengalaman
Program riset yang belum jelas
Fasilitas riset terbatas
Kendala dalam pengembangan lab dan penyelenggaraan riset
bidang ini
Perlu : Mitra pembina yang sarat dengan pengalaman, memiliki
fasilitas lab lengkap, dan program riset yang baik
Sebagai tempat kegiatan magang
MotivasiMotivasi--44
Untuk kepentingan itu, telah dirancang suatu kegiatan penelitian kerjasama yang lebih bersifat
pada pembinaan dan diusulkan ke proyek :
HIBAH PEKERTI
TPP : Tim dosen fisika material
jurusan fisika UPI
TPM : Tim dosen Lab Fismatel Dept.
Fisika ITB
Target/Sasaran dari kerjasama penelitian Target/Sasaran dari kerjasama penelitian
Personel TPP mendapat pengalaman dalam mendisain dan mengem-bangkan peralatan eksperimen
Personel TPP mendapatkan pengalaman eksperimen rekayasa bahan Personel TPP mendapatkan pengalaman eksperimen rekayasa bahan dan karakterisasinya
Personel TPP mendapatkan pengalaman dalam memfabrikasi dan meng-karakterisasi divais semikonduktor
Alasan pemilihan Lab Fismatel Alasan pemilihan Lab Fismatel ITB sebagai TPMITB sebagai TPM
Memiliki pengalaman luas dalam pengembangan berbagai fasilitas lab
Memiliki peralatan lengkap dan siap pakai untuk kepentingan riset bidang
semikonduktor
Para personilnya berpengalaman dalam merancang dan melaksanakan
berbagai riset bertaraf nasional maupun internasional (RUT, HIBAH
PASCA, RISTEK, TORAY, dll)
Para personilnya berpengalaman dalam mempublikasikan hasil riset
baik dalam bentuk jurnal nasional dan internasional maupun konference
Institusi terletak TPM satu kota dengan institusi TPP
Bentuk kerjasama TPM dan TPPBentuk kerjasama TPM dan TPP
- TPM memberikan pelatihan dalam rancang bangun peralatan laboratorium.
- TPM memberikan pelatihan tentang penggunaan berbagai peralatan lab,terutama yang akan digunakan dalam proses penelitian.
- TPM memberikan arahan dan pelatihan tentang strategi serta step-step
Mekanisme pelaksanaan kerja sama Mekanisme pelaksanaan kerja sama
- TPM memberikan arahan dan pelatihan tentang strategi serta step-steppelaksanaan penelitian, agar prosesnya dapat berjalan efektif, efisien, danberhasil guna.
- Dibawah pengawasan TPM, TPP melakukan keseluruhan proses penelitiansesuai dengan yang diprogramkan.
- Kerjasama dalam penggunaan berbagai fasilitas yang berada di masing-masing lab. TPP dan TPM.
- Kerjasama dalam publikasi ilmiah
Hak dan kewajiban TPM dan TPP dalam Hak dan kewajiban TPM dan TPP dalam pelaksanaan penelitianpelaksanaan penelitian
- TPM bertanggung jawab membina dan mengarahkan TPP dalam melaksanakankeseluruhan program penelitian
- TPP bertanggung jawab untuk melakukan keseluruhan program penelitian yangtelah direncanakan dengan sebaik mungkin dibawah arahan TPM.
- TPM berhak menggunakan berbagai fasilitas penelitian yang berada di lab. TPP
- TPP berhak mendapatkan keleluasaan waktu untuk berkonsultasi danmenggunakan berbagai fasilitas penelitian yang ada di lab. TPM.
- TPP dan TPM berhak diikutsertakan dalam publikasi ilmiah
Lingkup penelitianLingkup penelitian
Pengembangan alat
Sesuai dengan target/sasaran penelitian yang ditetapkan, makalingkup penelitian yang direncanakan meliputi :
Substansi PenelitianSubstansi Penelitian
Pengembangan alat (spin-coater)
Rekayasa bahan (optimasi penumbuhan film GaN)
Fabrikasi divais fotodetektor UV
Produk materi
Hasil penelitian yang diharapkanHasil penelitian yang diharapkan
Produk non materi
Alat spiner untuk penumbuhan lapisan Peningkatan skil anggota TPP dalam merancang, dan melaksanakan
Alat spiner untuk penumbuhan lapisan tipis semikonduktor
Prototipe fototektor UV yang memiliki tingkat detektivitas dan responsivitas yang baik
Artikel-artikel publikasi ilmiah
Terbentuknya suatu lab riset di institusi TPP
merancang, dan melaksanakan penelitian, termasuk di dalamnya pengembangan dan pemeliharaan peralatan, serta mempublikasikan hasilnya
Terjalin kerjasama dengan institusi TPM yang berkelanjutan dalam penyelenggaraan riset bidang semikonduktor.
Mengapa detektor UV ???Mengapa detektor UV ???
Monitoring sinar UV matahari
Pendeteksi plumes dari persenjataan
militer
Detektor UV
Sistem pendeteksi kebakaran
Komponen sistem peralatan navigasi
penerbanganKomponen sistem komunikasi ruang
angkasa
Contoh aplikasi detektor UV untuk Contoh aplikasi detektor UV untuk pendetksi kebakaran (api)pendetksi kebakaran (api)
Mengapa material GaN ???Mengapa material GaN ???
Material semikonduktor untuk fotodetektor UV
Konvensional :
Silikon Karbida (SiC)
Baru : Galium nitrida (GaN)
dan paduannya
Dari SiC Bergeser ke
GaN
GaN memiliki celah pita energi 3,4 eV, tepat pada spektrum UV sehingga fotodetektor yang dibuat akan peka terhadap gel. ultraviolet
GaN memiliki struktur celah pita energi dengan transisi langsung (direct bandgap) sehingga fotodetektor yg dibuat akan memiliki efisiensi kuantum tinggi
GaN memiliki kestabilan termal, mekanik dan kimiawi yang baik
SiC memiliki celah pita energi 2,9 eV, masih dibawah energi spektrum ultraviolet, sehingga fotodetektor yang dibuat kurang peka thd gel UV
SiC memiliki struktur celah pita energi dengan transisi tak langsung (indirect bandgap) sehingga efisiensi kuantum dari fotodetektor yang dibuat tidak terlalu tinggi
SiC memiliki kestabilan termal, mekanik dan kimiawi yang kurang baik
Mengapa Struktur MMengapa Struktur M--SS--M ???M ???
Memiliki dark current yang rendah, sehingga efisiensinya tinggi
Memiliki kecepatan tinggi (high speed), sehingga responsivitasnya tinggi
Memiliki noise rendah, sehingga sensitivitasnya tinggi
Mudah memfabrikasinya (bahkan dengan teknik penumbuhan sederhana karena strukturnya hanya berupa satu lapis bahan semikonduktor yang dilapisi metal)
Diagram skematik fotodetektor UV berstruktur Diagram skematik fotodetektor UV berstruktur MM--SS--M M (Au/GaN/Au)(Au/GaN/Au) planarplanar
Lapisan GaN
Kontak metal (Au)
Pola kontak
Substrat
Tampak samping Tampak atas
Au Lapisan GaN
kontak metal
Mengapa Metode SolMengapa Metode Sol--Gel (SpinGel (Spin--Coating) ???Coating) ???
Kostruksi peralatan sederhana
Biaya operasional relatif murah
Dengan penanganan yang baik berpotensi untuk dihasilkan film tipis GaN dengan kualitas cukup baik
(Menguntungkan dari segi ekonomis)
Kelemahan :
Kualitas film yang dihasilkan masih lebih rendah dari film yang ditumbuhkan dengan metode modern seperti MBE dan MOCVD
Sukar digunakan untuk penumbuhan struktur multi lapisanSukar digunakan untuk penumbuhan struktur multi lapisan
Meskipun tergolong baru, keberhasilan penumbuahan GaN dengan metode sol-gel tidakdiragukan lagi, sehubungan dengan adanya beberapa publikasi yang melaporkankeberhasilan penumbuhan GaN dengan metode ini, seperti :
-A. R. Raju, dkk (2001), menggunakan teknik nebulized spray pyrolysis
-H. Parala, dkk (2001), menggunakan teknik chemical solution deposition
-K. Sardar, dkk (2003), menggunakan teknik spin-coating
Tahap I (tahun 1) :Tahap I (tahun 1) :
Disain penelitianDisain penelitian
1. Pengembangan alat spiner untuk lab TPP
Rancangan alat spiner yang akan
dikembangkan
Fokus pengembangan pada sistem pengontrol lajuputaran dan sistem vakum
2. Studi awal penumbuhan lapisan GaN : Fokus pada studi Gel
Penggunaan alat spiner ini nantinya dapat diperluas untuk penumbuhanlapisan tipis bahan semikonduktor keramik, semikonduktor oksida, sertabahan-bahan polimer
pipet
GelSubstrat
Tahap II (tahun 2) :Tahap II (tahun 2) :
Optimasi kondisi dan parameter penumbuhan laisan tipis GaN
ω
MOTORDeposisi pada
tungku pemanas
Lapisan film diatas substrat
Fokus penelitian : optimasi molaritas gel, lajurotasi spiner, dan temperatur deposisi
Tahap III (tahun 3) :Tahap III (tahun 3) :
Fabrikasi prototipe fotodetektor UV dengan struktur M-S-M
Film tipis GaN
Resis positip
Masker foto
SINAR ULTRAVIOLET
Metal
Resis PositipMetal
Metal
Substrat
Fokus penelitian :optimasi ukuran finger kontak metal
Metal
Film GaNSubstrat
Metal
Resis sisaDevelopment
ETCHING
Resis sisaMetal
StrippingMetal
Sensor UV struktur MSM
Indikator keberhasilan penelitian Indikator keberhasilan penelitian
Dihasilkan alat spiner otomatis yang memiliki laju spiner cukup tinggi
Dihasilkan prosedur penumbuhan lapisan GaN dengan metode spin-coating yang menghasilkan film berkualitas baik
Dihasilkan prototipe fotodetektor UV berstruktur M-S-M yang memiliki karakteristik baik
Dihasilkanl publikasi ilmiah tingkat nasional atau bahkan internasional
Peningkatan skil personil TPP dalam hal merancang dan melakukan riset serta mempublikasikan hasilnya
Terwujudnya lab riset bidang semikonduktor di institusi TPP
Terjalinnya kerjasama riset yang berkelanjutan dengan TPM
HalHal--hal yang dipandang dapat menjamin hal yang dipandang dapat menjamin keterlaksanaan penelitianketerlaksanaan penelitian
1. Motivasi yang tinggi dari Tim Peneliti Pengusul (TPP) untukmendapatkan pengetahuan dan keterampilan dalam halmerancang dan melaksanakan riset berskala nasional sertamempublikasikannya,
2. Komitmen TPM untuk membantu sepenuhnya proses2. Komitmen TPM untuk membantu sepenuhnya prosespelaksanaan penelitian yang direncanakan dan membinapengembangan Lab. TPP
3. Pengalaman dan Track record TPM yang mumpuni dalam bidangyang diteliti,
4. Peralatan yang cukup lengkap di Lab. TPM baik paralatan untukpembuatan sampel maupun untuk karakterisasinya,
5. Beberapa peralatan utama di Lab. TPP.
Pengalaman penelitian Ketua TPMPengalaman penelitian Ketua TPM
No Institusi Jabatan Judul Riset Periode
1 Indonesia TorayScienceFoundation
Principal Investigator
Electrical Properties of GaSb 1997
2 MacquarieUniversity,
VisitingResearch
Involved in research onantimonide semiconductorsystem and low temperaturegrown GaAs
June-August1998
3 RUT VI Peneliti Utama
Semikonduktor Paduan GaSbdan Alloynya untuk Detektor
1997-2000
Foton berkecepatan TinggiBerderau rendah
4 Centre GrantPrograme
Researcher Growth and Characterization ofNitride, Antimonide, and Oxidethin Film
1997-2000
5 ProyekPenelitian HibahPasca (HTPP)
Ketua peneliti
Penumbuhan Struktur Heterodan Quantum Well (QW)GaAsSb/GaAs dengan MOCVD
2003-2005
6 RUT X peneliti Pembuatan LED dari GaN danpaduannya
2002-2004
7 RUT XI Ketua peneliti
AlGaN/GaN HeterostructureField Effect Transistor (FET)
2005-2008
Publikasi ilmiah ketua TPM yang relavan Publikasi ilmiah ketua TPM yang relavan
No. Karya Ilmiah
1 P. Arifin, T.L. Tensley, and E.M. Goldys, Conduction Mechanism in a Metal-Insulator-SemiconductorStructure with a Low Temperature GaAs Insulating Layer, Solid State Electronic, 41, 1075 (1997)
2 P. Arifin, M. Barmawi, R. A. Sani, Gallium Nitride Based Devices, NEDO-BPPT International Electronic andInformation Technology Seminar, Jakarta (1998)
3 Sugianto, R. A. Sani, P. Arifin, M. Budiman, M. Barmawi, Growth of GaN film on a-plane sapphire substrateby plasma assisted MOCVD, J. Crystal Growth, Vol. 221, p.311 (2000)
4 P. Arifin, Sugianto, E. Suprianto, N. Wendri, H. Sutanto, M. Budiman, and M. Barmawi, Growth of AlGaN byPlasma Assisted MOCVD, Conference on Optoelectronic and Microelectronic Materials and Devices, Sydney,Australia, 11-13 December (2002)
5 M. Budiman, H. Sutanto, Sugianto, E. Supriyanto, P. Arifin, M. Barmawi, Au/n-GaN Schottky Diode Grown5 M. Budiman, H. Sutanto, Sugianto, E. Supriyanto, P. Arifin, M. Barmawi, Au/n-GaN Schottky Diode Grownon Si(111) by Plasma Assisted MOCVD, Conference on Optoelectronic and Microelectronic Materials andDevices, Sydney, Australia, 11-13 December (2002)
6 M. R. Hashim, S. A. Oh, S. S. Ng, Z. Hassan, K. Ibrahim, A. Abdul Aziz, M. Barmawi, Sugianto, M.Budiman, P. Arifin, Optical properties of GaN on Si substrate using plasma assisted MOCVDtechnique in the infrared and visible regions, International Meeting on Applied Physics 2003 (APHYS 2003),Spain 15-18 October (2003)
7 F. K. Yam, Z. Hassan, K. Ibrahim, A. Abdul Aziz, M. Barmawi, Sugianto, M. Budiman, P. Arifin, Propertiesof GaN epilayers grown on sapphire by plasma anhanced metalorganic chemical vapor deposition,International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT) 2003 and IUMRS-ICA 2003,Singapore 7-12 December (2003)
8 Y. C. Lee, Z. Hassan, F. K. Yam, M. J. Abdullah, K. Ibrahim, M. Barmawi, Sugianto, M. Budiman, P.Arifin, A comparative study of the electrical characteristics of metal-semiconductor-metal (MSM)photodiodes based on GaN grown on silicon, International Conference on Materials for AdvancedTechnologies (ICMAT) 2003 and IUMRS-ICA 2003, Singapore 7-12 Dec. (2003)
Peralatan di Lab. TPP dan TPM yang Peralatan di Lab. TPP dan TPM yang diperlukan untuk penelitiandiperlukan untuk penelitian
A. Peralatan yang tersedia di lab. TPP :1. Seperangkat alat spiner sederhana2. Seperangkat sistem karakterisasi X-ray diffractometer (XRD)3. Hot-plate (pemanas 0-300oC)4. Peralatan untuk preparasi gel dan substrat
B. Peralatan yang tersedia di lab. TPM :1. Sistem peralatan untuk preparasi substrat dan Gel2. Berbagai perangkat metode penumbuhan lapisan tipis seperti MOCVD,2. Berbagai perangkat metode penumbuhan lapisan tipis seperti MOCVD,
PECVD, PLAD, Sputtering, dan Spiner3. Programable furnace (tungku pemanas) ~ 120oC4. Sistem peralatan untuk metalisasi (Evaporator)5. Berbagai sistem peralatan karakterisasi sifat fisis film tipis semikonduktor,
seperti : sistem pengukuran sifat listrik; efek Hall, I-V, C-V, sistempengukuran sifat optik; photoluminiscence (PL) dan Dektak II-A
6. Sistem pengukuran detektivitas dan responsivitas fotodetektor.
Peralatan lainnya seperti : alat litografi, SEM dan UV-Vis spektroskopy tersedia padalab-lab lain di lingkungan ITB
Potret peralatan untuk penumbuhan film dan Potret peralatan untuk penumbuhan film dan fabrikasi divais yang tersedia di lab TPMfabrikasi divais yang tersedia di lab TPM
Ultrasonic Bath (alat pencuci substrat)
Millipore (penghasil deionized-water)
Pengontrol laju rotasi
Tungku pemanas yang dapat diprogram (~ 1200oC)
Alat Spiner (metode spin-coating)
(alat pencuci substrat) (penghasil deionized-water)
Evaporator (alat untuk pelapisan metal)
Sistem vakum
rotorlaju rotasi
spiner
Potret peralatan karakterisasi film dan Potret peralatan karakterisasi film dan divais yang tersedia di lab TPMdivais yang tersedia di lab TPM
Sistem pengukuran karakteristik I-V filmSistem pengukuran efek
Hall Van der PauwDektak IIA (Sistem
pengukuran ketebalan film) Hall Van der Pauw
Photoluminiscence (Sistem Pengukur sifat optik film)
pengukuran ketebalan film)
SEM (Sistem pencitraan morfologi film)
Sistem pengukuran tingkat responsivitas detektor
Potret peralatan yang diperlukan yang Potret peralatan yang diperlukan yang tersedia di lab TPPtersedia di lab TPP
Spinner sederhana Hot-plate 0-300oC Sistem peralatan XRD
Terlaksananya program penelitian ini akan merupakan titiktolak dari pelaksanaan program kerjasama kemitraan dalamrangka pengemabangan program riset dan lab riset di institusiTPP
SEKIANSEKIAN