ANALISIS DIFRAKSI SINAR-X LAPISAN TIPISP ADA SUBSTRA T GELAS UNTUK BAHAN TCO

ZnO:AI

Wirjoadi, Bambang Siswanto, Yunanto, Tjipto Suyitno, SudjatmokoPusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Maju -BATAN Yogyakarta

ABSTRAKANAL1SIS DIFRAKSI SINAR-X LAPISAN TIPIS ZnO:A/ PADA SUBSTRAT GELAS UNTUK BAHANTCO. Telah dilakukan analisis struktur kristal /apisan tipis ZnO:A/ pada substrat ge/as untuk bahan TCO.Deposisi lapisan tipis ZnO:A/ ini dibuat menggunakan target ZnO yang diberl pengotor Aluminium sebagaldopan tipe n. Penelitian inl bertujuan untuk memperoleh lapisan tipis ZnO:A/ yang dapat digunakan untukbahan TCO (I'ransparent Conducting Oxide). Satu dari beberapa sifat TCO dart ZnD tersebut ditentukanoleh struktur kristalnya. Hasil nilai transmitansi lapisan ZnO dan ZnO:A/ masing-masing dlperoleh (62 -80) % dan (20 -68) 'Yo. pada posisi panjang ge/ombang (400-800) nm. Analisa struktur kristal dan ukuranse/ satuan kristal dapat dilakukan dengan menggunakan pola difraksi sinar-X (XRD). Dalam penelitian inideposisi lapisan ZnO:AI dilakukan pada beberapa variasi parameter, yaitu konsentrasi bahan dopan AI,suhu substrat, tekanan gas argon dan waktu deposisi. Berdasarkan analisis pola difraksi sinar x. makalapisan tipis ZnO:AI optimum diperoleh pada kondisi parameter sebagai berikut : kof'sentrasi dopan I %berat AI, suhu substrat 450 aG, tekanan gas argon 6 x 10"1 torr dan waktu deposisi 1,5 jam. Analisis poladifraksi sinar X pada kondisi optimum tersebut menunjukkan bahwa pertumbuhan lapisan ZnO:A/terorientasi pada sumbu-c yang tegak lurus permukaan substrat.

ABSTRACTX- RAY DIFFRACTION ANALYSIS OF ZnO:AI THIN FILM ON GLASS SUBSTRATE AS ATCO MATERIAL Crystal structure of ZnO:Althin film on glass substrate as a TCO material has beenanalyzed using XRD. The ZnO:Althinfilm has been fabricated by depositingofZnO target doped by Al asa n type dopant. The purpose of this research is to get a thinfilm that can be used as a TCO material. Oneof the behaviours of ZnO:Althin film is determined by its crystal structure. The transmitance of ZnO and

ZnO:AI thin film at wavelengh (400-800)nm were (62-80) % and (20-68) % Analysis of crystal structureand unit cell can be done using X-rays diffraction pattern (XRD). In this research, the deposition ofZnlJ:AIthinfilm on glass substrate has been carried outfor various parameter, such as concentration of the dopant,substrate temperature, argon gas pressure and deposition time. Based on XRD analysis, it was fuund thatthe optimum conditions of process parameters were: concentration of All %. substrate temperature 450 °C,argon gas pressure 6 x 10-] torr and deposition time 1,5 hours. At that condition, the c-axis of crystalstructur was perpendicular to the surface of substrate.

PENDAHULUAN

P ada saat ini telah dikembangkan lapisan tipis

Zno : Al yang dapat digunakan untuk bahan

TCO (Transpare.'It Conducting Oxide).Lapisan tipis ZnO yang dicampur dengan unsur Aldari AlzO3 adalah merupakan salah satu jenis bahanTCO. Bahan ini selain resisrivitasnya rendah, harga-nya murah dan sifat-sifat optik atau transmitansinyabesar, disamping itu dalam plasma hidrogenmempunyai kestabilan arus dan tegangan yang tinggidan dapat ditumbuhkan dalam suhu yang rendah.Lapisan tipis ZnO:AI telah banyak diteliti karenaaplikasinya yang luas yaitu untuk peralatanpermukaan gelombang akustik, sensor tekan, sensorgas, foto diode dan sel surya[l) Bahan Znomerupakan bahan semi konduktor ripe N yangmempunyai struktur kristal Wurtzite. Lapisan tipis

ZnO biasanya menunjukkan resistivitas rendah yangdisebabkan oleh kekosongan (vakansi) oksigen darpenyisipan (interstisi) Zn karena komposisinya yangnon stoichiometric.[I]

Penelitian deposisi lapisan tip is ZnO:AI pawsubstrat gelas dengan metode sputtering ini diharap-kan memperoleh basil lapis an tipis ZnO:AI yangdapat digunakan untuk bahan TCO. Untuk men.dapatkan lapisan tipis ZnO:AI yang optimum, makI.telah dilakukan variasi pembuatan target ZnO yangdicampur dengan beberapa persen berat Al dariAI2O3 yaitu 0,5; 0,8; I; 1,3; 1,6 %. Sifat-sifat lapis.an tipis ZnO:AI yang tcrdeposisi pada perrnukaaDsubstrat gelas sangat tergantung pada variasiparameter sputtering. Pada penelitian ini dilakukar.variasi suhu substrat 200; 250; 300; 350; 400; 450°c, tekanan gas 6 x 10.2; 7 x 10.2; 8 x 10.2; 9 x 10.:

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Tekn%giAkse/erator dan Ap/ikasinyaVol. 5. No. I. Oktober 2003: /78 -/8.5

178

Volume 5, Nomor /, Oktober 2003 /SSN 14//-/349

torr clan waktu deposisi 0,5; 1,0;

jam.II.2]

l,5;

2,0; 2,5 dilakukan dengan tekanan pengepresan 50 N.Sebelum dilakukan pengepresan, serbuk ZnO yangdicampur dengan beberapa persen berat AI daTiA12O3 diaduk-aduk dulu supaya kedua campuranbahan tersebut bisa merata atau homogen. Setelahjadi pelet, kemudian dipanaskan pada suhu 600 °C.

Bahan Untuk Pembuatan Substrat

Bahan yang dibuat untuk substrat adalahgelas preparat yang dipotong-potong dengan ukuran1 cm x 2 cm. Substrat tersebut dicuci dengan deter-jen clan alkohol menggunakan peralatan ultrasoniccleaner. Setelah bersih, substrat dibersihkan lagi

dengan tissue, dikeringkan dengan pemanas (oven),kemudian dibersihkan lagi dengan aceton, selanjut-nya dirnasukkan dalam pembungkus plastik klip.

Analisa struktur kristal dan penentuan ukurangel satuan kristal dapat dilakukan denganmenggunakan pola difraksi sinar-X. Informasi yangdiperoleh daTi pola difraksi sinar X adalah poladifraksi daTi suatu benda uji yang merupakan kurvaintensitas versus sudut hamburan. Dari informasisudut hamburan dapat ditentukan struktur kristalnyaclan daTi informasi intensitas hamburan dapat untukmenentukan posisi susunan atom Sel-sel satuanmerupakan tempat atom logam yang memenuhiruang tiga dimensi, maka bentuk geometrinya hiladisusun selalu memenuhi ruang tiga dimensi.Dengan batasan ini, maka hanya ada tujuh bentukatau sistem geometri kristal yang mungkin yaitukubus, triklinik, monoklinik, orthorombik, tetra-gonal, rombhohedral clan heksagonal[IJ. Ukuran clanbentuk gel satuan dapat dinyatakan dalam panjangsumbu kristal a, b, c clan sudut di antara sumbukristal a, p, clan 'Y. Panjang sumbu daD sudut inidisebut tetapan kisi atau parameter kisi daTi gelsatuan. Apabila dalam ketujuh sistem kisi kristaltersebut ditambahkan titik-titik kisi yang lain padaposisi pusat tertentu, maka diperoleh tujuh sistemkisi kristal lainnya. Jika titik-titik pada kristal iniadalah kumpulan atom-atom (basis), maka yangdimaksud dengan struktur kristal adalah susunanatom-atom tertentu di dalam kristal yang dapatdigambarkan sebagai gabungan antara kisi clanbasis[3].

Peralatan Penelitian

Peralatan yang digunakan untuk deposisilapisan tipis dalam penelitian ini adalah unitsputtering DC, seperti yang ditunjukkan padaGambar 1 terdiri daTi :

a. Tabung lucutan pijar berbentuk silinder yangdilengkapi dengan dua buah elektrode clanjendela kaca.

b. Catu daya searah.

c. Pompa vakum.

d. Pemanas substrat clan pendingin target.

e. Alat ukur arus, tegangan clan vakum.

f. Gas argon.TATAKERJA

Dalam penelitian ini telah dilakukan beberapamacam tahapan yaitu preparasi cuplikan untuksubstrat, pembuatan target ZnO yang dicampurdengan beberap!i persen berat Al dari AI2O) yangdivariasi, persiapan peralatan untuk penelitian,

pelaksanaan penelitian, pendeposisian lapisan tipisZnO:AI pada substrat gelas, karakterisasi spektrumstruktur kristal dengan difraksi sinar X (X-RayDifraction) clan analisanya.

Proses Pelaksanaan Penelitian

Bahan lapisan tipis ZnO mumi clan ZnO:AIdidepositkan pada pennukaan substrat gelas denganmenggunakan sistem sputtering DC. Dalam prosesdeposisi lapisan tipis ZnO:Al ini dibuat variasi targetZnO yang dicampur dengan beberapa proseD beratAl dari AI2O) (99,9%), yaitu 0,5; 0,8; 1,0; 1,3 clan1,6 %. Eksperimen yang diperoleh menunjukkannilai optimum atau resistansi paling rendah padatarget dengan proseD berat 1.0 %. Kemudian targetdengan proseD berat 1,0 % ini yang digunakan untuk

eksperimen selanjutnya. Parameter-parameter sput-tering yang divariasi yaitu, suhu substrat (200; 250;300; 350; 400; 450) °c, suhu pennukaan substratdimonitor oleh tennokopel clan dikendalikan olehpemanas selama proses deposisi berlangsung. Selainitu juga dilakukan variasi tekanan gas (6 x 10.2; 7 x10.2; 8 x 10.2; 9 x 10-1 torr clan waktu deposisi (0,5;

1,0; 1,5; 2,0; 2,5) jam, sedangkan parameter yanglain dibuat konstan yaitu daya sekitar 40 watt claniarak elektrode 2 cm.

Persia pan Penelitian

Bahan Untuk Pembuatan Target

Bahan yang disiapkan untuk penelitian iniyait11 pembuatan bahan target serbuk ZnO (99,9%)yang dicampur dengan beberapa persen berat Al daTiAI2O3 (99,9%), yaitu 0,5; 0,8; 1,0; 1,3 clan 1,6 %,kemudian dibuat dalam bentuk pelet. Dalampembuatan pelet untuk target tersebut dibentuklempeng bundar berdiameter 60 rom, tebal 2mm clan

179ANALlSIS DIFRAKSI SINAR-X LAPISAN TIPISZnO:AI PADA SUBSTRAT GELAS UNTUK BAHANTCO

Wirjoadi, dkk.

Gambar 1. Peralatan sistem deposisi Sputtering.

atom dalam kristal kira-kira sarna dengan panjan~gelombang sinar-X tersebut. Kemudian Braggmenganalisis percobaan Laue clan menyusun bentukrnaternatika untuk menerangkan struktur kristal.Berkas sinar-X yang dihamburkan tersebut ada yan2saling menghilangkan karena fasenya berbeda daDada juga yang saling menguatkan karena faseJlyasarna.

Karakterisasi

Karakterisasi untuk pengamatan spektrumstruktur kristal menggunakan difraksi sinar-X(XRD). Menurut hipotesa Laue, bahwa sinar-Xyang merupakan gelombang elektrornagnetik akanmenunjukkan gejala difraksi apabila sinar tersebutditembakkan pada bahan kristal yang jarak antar

.,.. \,,',Z'I"IOllt'wlman!x'" A')(1"

><""" '"r '" ?~..H

/3'x

.\"

II.Ii

~

(' ~9. ..i

Gambar 2. Difraksi Sinar-X oleh bidang kristaV11.

1801

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah TeknologiAkselerator dan AplikasinyaVol. 5. No.1. Oktober 2003: 178 -185

Gambar 2 menunjukkan suatu berkas sinar-X

dengan panjang gelombang A., ditembakkan padasekumpulan bidang kristal berjarak cf dengan sudutu. Sinar yang dipantulkan dengan sudut u hanyadapat tampak apabila berkas-berkas daTi tiap bidangyang berdekatan saling menguatkan. Oleh karena itujarak tambahan satu berkas dihamburkan daTi setiapbidang yang berdekatan serta menempuh jaraksesuai dengan perbedaan kisi, yaitu sarna dengankelipatan daTi panjang gelombang nA.. Perurnusanrnaternatik tentang persyaratan yang harus dipenuhiagar berkas sinar-X yang dihamburkan merupakanberkas ciifraksi clan dikenal sebagai hukum Bragg.(3)

0,5 %; 0,8 %; 1,0 %; 1,3 % clan 1,6 % pada kondisisuhu substrat 450 °c, tekanan gas 6 x 10-2 torr clanwaktu deposisi 1,5 jam dibuat konstan.

E~0~-"ihc:tUt?.~(I:

n}. = M L + LN = d' sin () + d' sin () = 2 d' sin ()

n). = 2d'sin(} (1)

Gambar 3. Resistansi Iapisan tipis ZnO:AI se-bagai fungsi target persen berat AI.Analisa Struktur Kristal

Struktur suatu kristal ditentukan oleh pol adifraksinya, yaitu intensitas atom yang dihamburkansebagai fungsi sudut hamburan. Arah berkas sinar Xyang dipantulkan ditentukan oleh geometri kisi atausebaliknya geometri kisi ditentukan oleh orientasidan jarak antar bidang kristal. Jika untuk kristalkubus simetri diberikan ukuran struktur sel satuan a,sudut-sudut dimana berkas sinar didifraksikan daTibidang-bidang kristal (hkl) dapat dihitung daTi rumusjarak antar bidang([3]

d(hkl) = a/(h2 + k2 + [2 )1/2 (2)

Jika dimasukkan dalam persamaan Bragg menjadi

n).. = 2d'sin() = 2d(~kI) sin()

A = (2asin(})/[(nh)2 +(nk)2 +(n/)2 ]1/2

). = (2a sinB)/nl/2

sin2 () = (,t2/4a2)(h2 +k2 +/2) (3)

HASIL DAN PEMBABASAN

Dalam penelitian ini telah dilakukan deposisilapisan tipis ZnO:AI sebagai bahan TCO denganmenggunbkan teknik sputtering DC untuk berbagaivariasi parameter, yaitu prosentase berat AI, suhusubstrat, tekanan gas dan waktu deposisi. PadaGambar 3 ditampilkan basil pengukuran nilairesistansi Iapisan tipis ZnO:AI sebagai fungsi targetperbandingan ZnO dan Al dengan prosen berat Al

Berdasarkan basil pengukuran terse but dapatdilihat bahwa nilai resistansi lapisan ZnO:AImenurun hingga mencapai nilai resistansi optimumsebesar (0,045 k.o.) pada target dengan prosen beratAl 1,0 %, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.Pada konsentrasi Al di atas prosen berat 1,0 % AI,nilai resistansinya juga meningkat dengan ber-tambahnya konsentrasi dopan (campuran AI). Halini terjadi karena pada saat tingkat doping mening-kat, lebih banyak atom-atom dopan menempatiletak-letak kisi atom Zn sehingga menghasilkanlebih banyak pembawa muatan. Akan tetapi setelahtingkat konsentrasi doping tertentu, atom-atomdopan dalam butiran kristal clan batas-batas butir

cenderung mengalarni kejenuhan sehingga meng-akibatkan menurunnya mobilitas lapisan ZnO:AI.Untuk eksperimen selanjutnya dipakai target denganprosen berat Al yang mernpunyai resistansi rendahatau resistansi optimum yaitu pada 1,0 %.

Untuk mendapatkan lapisan tipis ZnO:AIpada substrat gelas yang digunakan sebagai TCOmempunyai sifat-sifat optik (transrnitansi) yang opti-mum tergantung pada parameter sputtering. Darihasil karakterisasi lapisan tipis ZnO clan ZnO:AIpada substrat gelas diperoleh nilai transrnitansioptimum pada suhu 450 °c, tekanan gas 6,0 x 10.2torr, clan waktu deposisi 1,5 jam dengan peralatanUV-vis seperti ditunjukkan pada Gambar 4.

Pada Gambar 4 menyajikan basil karak-terisasi transrnitansi lapisan ZnO clan ZnO:AI,diperoleh sekitar (62 -80) % clan (20 -68) %, padaposisi panjang gelombang (400-800) nm. Nilaitransrnitansi lapisan tipis ZnO lebih besar bila

181ANALISIS DIFRAKSI SINAR-X LAPISAN TIPISZnO:A/ PADA SUBSTRAT GELAS UNTUK BAHANTCO

Wirjoadi, dkk.

/SSN /4//-/349rUII/e J, Noli/or I, Oktober 2003

dibandingkan dengan transmitansi lapisan tip isZnO:Al, karena lapisan tipis ZnO mempunyai sifattembus cahaya yang cukup besar, sedangkanaluminium tidak mempunyai sifat tembus cahayatetapi bisa memantulkan cahaya. Karakterisasi sifat-sifat listrik (resistansi) lapisan ZnO daD ZnO:Almasing-masing diperoleh basil sekitar R = 14.456 kQ clan R = 0,045 k Q. Berdasarkan karakterisasi

sifat-sifat optik (transmitansi) daD sifat-sifat listrik(resistansi) tersebut diatas, maka lapisan tipisZnO:Al ini bisa diaplikasikan sebagai TCO.

(002)».. .t~.. '

un.

.c~ I~..'~U I...

~..1.1 ~:;~...;"'"

II"-; ..~c-F"~~

II ~. hi II 1'1" It

Sudut Hamburan 29

Gambar 5. Pola difraksi lapisan tipis ZnO murnidengan suhu Suhu 450 DC, tckanan 6x 10.1 torr dan waktu 1,5 jam.

blO--blO:AI--~~

'Vic~'EVIc(IS..

I- 1(002)

80-

GO

40

1n

800y~~

500 600 700

Panjang Gelombang (nm)

Gambar 4. Spektrum transmitansi lapisan tipisZoO daD ZnO:Al sebagai fungsipanjang gelombang pada suhu 450°C, tekanan 6,0 x 10.2 torr, waktudeposisi 1,5 jam dengan perala tanUV-vis.

,... .

L.e..cG 5...CO() 3'"

l.".

I"'....i. .lJZ' 3.

'--- ..,.1 51 .1

Sudut hamburan

Gambar 6. Pola difraksi lapi~an tipis ZoO : AI(dengan proseD berat Al 1,0 %)suhu 450 °c, tekanan gas 6 x 10.1torr daD waktu de!Josisi 1,5 jam.

on j ! (002)

ZIII I

15" ~.c '(tJu(tJ

() '

Dalam penelitian ini juga dilakukan analisisdifraksi Sinar X lapisan tipis ZnO:Al dengan XRD.Apabila Zno dideposisikan pada suatu substrat akanmemperlihatkan kecendenmgan kuat untuk tumbuhdengan sumbu kristalnya (sumbu-c) tegak lurus padapermukaan substrat. Berdasarkan Gambar 5 dapatdiketahui bahwa ZnO adalah suatu kristal clanmemperlihatkan bahwa arab pertumbuhannyaterorientasi pada sumbu-c yang tegak lurus padapermukaan substrar4J.

Pada Gambar 6 ditampilkan pola difraksi daTilapisan tipis ZnO:Al (dopan prosen berat Al 1,0 %)pada suhu 450 °c, tekanan gas 6 x 10-2 torr, danwaktu deposisi 1,5 jam dibandingkan dengan poladifraksi daTi lapisan tipis Zno murni pada suhu 450°C, tekanan gas 6 x 10.2 torr, dan waktu deposisi 1,5jam pada Gambar 5. Analisis pola difraksi sinar-Xmenunjukkan bahwa lapisan tipis ZnO:Al adalahpolikristal dan terorientasi pada sumbu-c yang tegaklurus pada permukaan substrat dengan puncakdifraksi (002).

5811

t... , ,,~~r='~'_..'-' ..~,-~,t ,t it ~I ..78 ('ZI' .

Sudut hamburan 29

Gambar 7. Pola difraksi lapis an tipis ZnO : AI(dengan pros en berat 1.1 1,0 %)suhu 450 °c, tekanan gas 6 x 10.1torr dan waktu deposisi 0,5 jltm.

82Prosiding Pertemuan dan Presentasi /lmiah Tekn%giAkse/erator dan Ap/ikasinyaVol. 5. No. J. Oktober 2003.. 178.185

semakin meningkat, sehingga menyebabkan jalanbebas rata-rata semakin kecil. Dengan me-ningkatnya intensitas ion argon yang mcnumbuk ketarget ZnO:AI, maka tenaga sputter akan menurun,sehingga percikan yang dihasilkan juga menurun danlapisan tipis yang ditumbuhkan semakin tipis.Dengan demikian lapisan tipis pada tekanan gas 9 x10.2 torr (Gambar 8) dihasilkan lapisan yangsemakin tip is, hal ini ditandai dengan intensitaspuncak (cacah) sekitar 571,21 pada setengah lebarpuncak maksimum (FWHM) = 0,36° dan sudut 28 =

34,695°. Kejadian ini akan mengurangi mobilitaspermukaan lapisan dan selanjutnya pertumbuhankristal yang terorientasi ke arab sumbu-c (002)berkurang dan terdapat beberapa pertumbuhankristal terorientasi pada bidang kristal denganpuncak-puncak (100) dan (101).

Gambar 8. Pol a difraksi lapisan tipis ZoO : Al(dengan proseD berat Al 1,0 %)suhu 450 °c, tekanan gas 9 x 10.1torr daD waktu deposisi 1,5 jam.

lntensitas puncak (cacah) pola difraksi Sinar-X untuk lapisan tipis ZnO murni (Gambar 5) adalahsekitar 2.777 pada setengah lebar puncak maksimum(FWHM) = 0,16° clan sudut 29 = 34,810°. Sedang-

kan untuk lapisan tipis ZnO:AI (Gambar 6) sekitar9.082 pada setengah lebar puncak rnaksimum(FWHM) = 0,18° clan sudut 28 m 34,715°. lntensitas

puncak (cacah) pada Gambar 6 lebih tinggi daTipuncak (cacah) pada Gambar 5, hal ini menunjukkanbahwa dengan penambahan dopan Al menyebabkan

terjadinya pergeseran FWHM clan sudut 29 kearahpara difraksi lapisan tipis ZnO:AI yang strukturkristalnya lebih baik clan teratur.

Gambar 7 clan Gambar 6 mempunyaiperbedaan pada parameter waktu deposisi yaiturnasing-masing 0,5 jam clan 1,5 jam, sedangkanparameter lainnya suhu 450 °C clan tekanan gas 6 x10.2 torr tetap sarna. Untuk tegangan elektrode clan

jarak elektrode yang sarna rnaka waktu deposisi akanmempengaruhi jumlah percikan atom-atom daTiZnO:AI. Intensitas puncak (cacah) pola difraksiuntuk lapisan tipis ZnO:AI (Gambar 5) sekitar 2.162pada setengah lebar puncak rnaksimum (FWHM) =0,68° clan sudut 29 = 34,530°. Pada saat waktu

deposisi diturunkan menjadi 0,5 jam, rnaka jumlahpercikan atom-atom daTi target ZnO:AI pada substratsemakin berkurang, sehingga intensitas (cacah)dalam para difraksi sinar X menjadi berkurang, lebarsetengah puncak rnaksimum (FWHM) menjadi lebihbesar clan mengalami pergeseran sudut 29 daTi34,715° menjadi 34,530°. Dengan demikian apabilawaktu deposisi kecil (diturunkan), rnaka lapisanyang tebentuk masih tipis dengan ukuran butir kecilclan halus, selanjutnya ukuran butir bertambah besarketika ketebalan lapisan meningkat. Pada ketebalantertentu ui<uran butir tetap meskipun ketebalanlapisan bertambah karena terjadi renukleasi padapermukaan butiran-butiran yang tumbuh sebelum-nya, sehingga ukuran butir cenderung lebih kecildengan batas-batas butir bertambah, sebagaiakibatnya nilai resistansi lapisan cenderung

meningkat.[S]

Gambar 8 clan 6 memperlihatkan pol a difraksisinar-X daTi lapisan tipis ZnO:AI (dengan prosenberat Al 1,0 %) masing-rnasing untuk tekanan gas9x10.2 torr clan 6 x 10.2 torr pada suhu 450 °C clanwaktu deposisi 1,5 jam. lntensitas puncak (cacah)pola difraksi untuk lapisan tipis ZnO:AI (Gambar 8)yaitu sekitar 571,21 pada setengah lebar puncakrnaksimum (FWHM) = 0,36° clan sudut 29 =

34,695°. Pada tekanan gas argon yang lebih besar,rnaka gas sputtcr yang rnasuk ke dalam tabungplasma semakin banyak sehingga gas argon yangterionisasi semakin meningkat. Ion-ion argon yangsaling bertumbukan dengan partikel-partikel lain

Gambar 9. Pola difraksi lapisan tipis ZnO : AI(dengan prosen berat AI 1,0 %)subu 200 DC, tckanan gas 6 x 10.2torr clan waktu deposisi 1,5 jam.

183ANAL/SlS DlFRAKSl SlNAR-X LAPlSAN TlPlSZnO:Al PADA SUBSTRAT GELAS UNTUK BAHANTCO

Wirjoadi, dkk.

Volume 5, Nomor I, Oktober 2003 /SSN /4/ /-1349

Gambar 9 clan 6 memperlihatkan pola difraksisinar-X dari lapisan tipis ZnO:AI (dengan prosenberat Al 1,0 %) rnasing-rnasing untuk suhu 200 °Cclan 450 °C pada tekanan 6 x 10.2 torr clan waktudeposisi 1,5 jam. Intensitas puncak (cacah) poladifraksi untuk lapisan tipis ZnO:AI (Gambar 9) yaitusekitar 219,04 pada setengah Iebar puncakrnaksimum (FWHM) = 0,64° clan sudut 28 =

34,495°. Untuk lapisan tipis ZnO:AI pada suhusubstrat yang diturunkan menjadi 200 °Cmenyebabkan getaran vibrasi pada substrat akanmenurun. Dengan demikian Iapisan tipis yangterbentuk pada substrat sernakin tipis yang rneng-akibatkan kepadatan atom turun clan akhirnya jarakantar bidangnya bertambah. Berdasarkan analisisrota difraksi sinar-X terlihat bahwa pada suhu 200°C pertumbuhan kristal ZnO:AI belum sepenuhnyaterorientasi sepanjang sumbu-c clan juga terjadibeberapa pertumbuhan kristal yang terorientasi padabidang kristal lain sesuai dengan puncak-puncak(100) clan (101). Pada saat suhu substrat semakinbesar akan mengakibatkan meningkatnya mobilitaspermukaan clan kinetika reaksi pembentukan Iapisantipis ZnO:Al, sehingga pada suhu 450 °C (Gambar 6)dihasilkan lapisan ZnO:Al terorientasi pada sumbu-cyang tegak lurus pada permukaan substrat denganpuncak difraksi (002). Menurut analisis data darihasil secara keseluruhan bahwa pembentukan lapisantipis ZnO:AI diperoleh nilai resistansi rendah(resistansi optimum) pada prosen berat Al 1,0 %,Su11U 450 °C tekanan gas 6 x 10.2 torr, clan waktu

deposisi 1,5 jam.[6]

4. Hasil pola difraksi sinar-X diperoleh hasi!kondisi optimum dengan intensitas puncak(cacah) sekitar 9.082 pada setengah lebar puncakrnaksimum (FWHM) = 0,18° dan sudut 28 =

34,715°.

ACUAN[1] KATSUYA TABUCHI, WILSON W.

WENAS, MASAHIRO YOSHINO, A.YAMADA, Optimation of ZnO Film forAmorphous Silicon Solar Cells, 11th EuropeanPhotovo1taic Solar Energy Conference andExhibition, Montreux, Switzerland, 12-16October 1992.

[2] KATSUYA TABUCHI, WILSON W.WENAS, AKIRA YAMADA, Optimization oJZnO Film for Amorphous Silicon Solar Cells,Jpn, J. App1. Phys, Vol, 32, Part I, No. 9A,3764-3769, 1993.

[3] CULLITY, B.D, Elements of X-Ray Diffraction.Addison-Wesley Publishing Company, Inc.London, England, 1978.

[4] K. TAKAHASHI AND M. KONAGAIAmorphous Silicon Solar Cells, North OxforcAcademic Publishers Ltd, 1986.

[5] MAKOTO KONAGAI, Device Physics am,Optimum Design of (a-Si) Solar Cell, 5 11"Sunshine" Workshop on Solar CellsDecember 8-9, Tokyo, Japan, 1992.

[6] TADATSUGU MINAMI, HIDECSON OHARA, SHINZO TAKATA ANIICHIRO FUKUDA, Low TemperatunFormation of Textured ZnO TransparenElectrodes by Magnetron Sputtering, J. VacSci. Technol. A 13 (3), May/Jun, 1995.

KESIMPULAN

TANYAJAWAB

Suryadi-Apa ada

transmitansi.hubungan antara resistansi daJ

Wirjoadi-Resistansi clan transmitansi ada hubungaIU1Y"

karena untuk resistansi tergantung pada ketebalarlapisan tipis yang dihasilkan. Semakin teba:lapis an, maka biasanya resistansinya semakirkecil, tetapi ketebalan lapisan tipis mempengaruhtransmitansi, yaitu semakin tebal lapisan akarmenurunkan nilai transmitansi.

Berdasarkan basil clan pembahasan sepertiyang diuraikan diatas dapat diambil beberapakesimpulan sebagai berikut.

1. Proses deposisi lapisan tipis ZnO:Al sebagaibahan TCO dapat dilakukan dengan mengguna-kan metode sputtering DC, menghasilkan lapisanZnO:Al yang optimum dan cukup homogen padakondisi parameter suhu substrat 450 °c, tekanangas argon 6 x 10-2 torr dan lama waktu deposisi1,5 jam dengan pros en berat doping Al 1,0 %.

2. Hasil pengukuran transmitansi lapisan tipis ZnOdan ZnO:Al, rnasing-rnasing diperoleh sekitar(62 -80) % dan (20 -68) %, pada posisipanjang gelombang (400 -800) nm.

3. Berdasarkan analisis pola difraksi sinar-X darilapisan ZnO:AI yang didepositkan pada per-mukaan subtrat pada kondisi parameter tersebutdiatas, lapisan tipis ZnO:Al pertumbuhankristalnya terorientasi sepanjang sumbu-c tegaklurus permukaan substrat yang ditandai denganpuncak difraksi (002).

184Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah TeknologiAkselerator don AplikasinyaVol. 5, No.1, Oktober 2003: 178- 185

Djoko Sujono-Mohon penjelasan tentang TCO.

-Setelah bahan TCO ini dianalisis, bagaimanakelanjutannya (bisa dijelaskan apa kegunaannyadianalisis)?

ElinN.

-Untuk membuat bahan TCO apakah harns Al

sebagai pengotornya.

-Apakah perIu diIakukan pengamatan/analisisdengan XRD dalam pembuatan bahan TCO.Kalau perlu to long jelaskan hubungannya analisisdengan XRD dengan pembuatan TCO.

Wirjoadi

-TCO adalah bahan yang dibuat dari bahan ZnOyang didopan AI, kemudian dideposisikan padasubstrat gelas dengan metode sputtering, hasilnyabersifat konduktif transparan atau sering disebutTransparent Conductive Oxide.

-Setelah bahan TCO dianalisis dengan XRD,gunanya untuk menunjukkan bahwa pertumbuhanlapisan tipis ZnO:AI terorientasi pada sumbu-cyang tegak lurus perrnukaan substrat sepertiditunjukkan pada Gambar 6. Selanjutnya bahantersebut dapat dirnanfaatkan sebagai elektrodedepan sel surra a-Si:H.

Wirjoadi

-Untuk membuat bahan TCO, tidak barns denganAI sebagai pengotomya, bisa Cu clan Ni. Dalampenelitian ini dipilih dopan AI karena biayanyarelatif lebih murah bila dibandingkan dengandoping Cu clan Ni.

-Dalam pembuatan bahan TCO, perlu dilakukanpengarnatan/analisis dengan XRD. Analisis inidigunakan untuk menunjukkan bahwa apakahpertumbuhan lapisan yang dihasilkan terorientasipada sumbu-c yang tegak lurus substrat apa tidak.Dalam penelitian ini pembuatan TCO yangdikehendaki adalah bahan yang mempunyairesistivitas rendah, konduktivitas tinggi clanpertumbuhan lapisannya terorientasi pada sumbu-c tegak lurus substrat.

185-

ANAL/SlS DlFRAKSl SlNAR-X LAPlSAN TlPlSZnO:A/ PADA SUBSTRAT GELAS UNTUK BAHANTCO

Wirjoadi, dkk.