aplikasi nano silikon

Click here to load reader

Post on 24-Jul-2015

94 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

APLIKASI NANO SILIKON DALAM FOTONIK, ELEKTRONIK DAN AKUSTIK

Disampaikan Oleh: MELI MUCHLIAN

Click to edit Master subtitle style

PROGRAM STUDI FISIKA

PASCASARJANA7/2/12

UNIVERSITAS

PENDAHULUANNano silikon dari electrochemical anodization memiliki beberapa fungsi spesifik sebagai material berukuran kuantum / Quantum size (memanfaatkan lebar band gapnya). Aplikasi perangkat nanosilikon yang diatur band gapnya bisa dimanfaatkan sebagai emiter cahaya tampak, elektron balistik dan gelombang akustik.Band dan Bandgap

7/2/12

EKSITASI

Eksitasi dalam semikonduktor

Eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi

menciptakan pasangan elektron holeE

hB hV e C+ ( ) ( ) +BPenciptaan pasangan lubang elektron di mana h adalah energi foton

ECB

h=E g

EVB

optical detector

semiconductor

E=h

Band Gap (energy barrier)

exciton: elektron terikat dan pasangan hole yang biasanya terkait dengan elektron yang terjebak dalam keadaan lokal di band gap/ celah pita7/2/12

Sambungan

Rekombinasi Pasangan Elektron Lubang

Rekombinasi terjadi dengan 2 cara: radiatif and non-radiatifE ECB

Proses rekombinasi

EVB

E ECBband-to-band recombination recombination atinterband trap states (e.g. dopants, impurities)

E=h

EVB

rekombinasi radiasi foton rekombinasi non-radiasi fonon (getaran kisi)

7/2/12

radiative recombination

non-radiative recombination

e C+ ( ) h ( ) hV B B

+

Sambungan

Foto Eksitasi

Foto eksitasi (a) semikonduktor intrinsik (b) ekstrinsik fotoelektrik detektor 7/2/12

Perangkat aplikasi nanosilikon (nc-Si)

7/2/12

Fotonik

Kontrol Bandgap dan blue Phosphorescence (pemendaran warna biru)

Lapisan nanosilikon yang di anodizing memiliki batas energi penyerapan kisaran 1,7 2,4 eV pada tekanan uap air tinggi (HWA).Kontrol Band-gap nanosilicon dengan perlakuan oksidasi Hubungan waktu spektrum pendar biru pada nanosilicon teroksidasi

7/2/12

Fotonik

Kontrol Bandgap dan blue Phosphorescence (pemendaran warna biru) continue

HWA : PL (photoluminescence) = MERAH, EL (electroluminescence) stabil saat dilakukan proses oksidasi warna merah berangsung jadi BIRU PL RTO (Rapid thermal oxidation) = PL tertinggi pada warna BIRU meskipun ada emisi merah pada PL puncak Biru PL: memancar dalam waktu nanodetik pada temperatur rendah Merah PL: memancar dalam mikrosekon

HWA + RTO: PL BIRU lebih dominan dari MERAH dengan proses perpendaran berlangsung dalam beberapa detik

RTO + HWA : transisi warna biru tidak bisa diterangkan dengan gambaran pita energi.

7/2/12

Fotonik

Kontrol Bandgap dan blue Phosphorescence (pemendaran warna biru) continueFTIR dan contoh hasil FTIR

FTIR (Fourier Transform Infra Red) = alat untuk mengidentifikasi gugus fungsi ikatan molekul sampel RTO Si-Hx (x = 1, 2, 3)q

q

sampel HWA asimetris Si-O-Si

7/2/12

Fotonik

Avalanche photoconduction / foto konduksi longsoran

Pengaturan bandgap pada nanosilikon penting aplikasinya sebagai foto sensing dan konversi sel surya. Fotokonduksi (nanosilikon dot): pernah dikaji pada dioda diameter nanosilikon 3,1 nm yang dibias mundur Film nanosilikon dalam wafer Kebergantunan medan pada gelap diolah dengan metoda CVD dan foto-arus dari dioda nanosilicon kering tekanan rendah dan pada temperatur berbeda. oksidasi termal. Efisiensi kuantum fotokonduksi menghasilkan cahaya monokromatik (400 nm) dan meningkat mencapai 2400% dengan bertambahnya medan listrik senilai 9x105 V/cm dan temperatur 77 K.7/2/12

Lapisan dot nanosilikon berguna sebagai target fotokonduksi

Perangkat Fotonik

Sel surya kristal nanosilikon: Molekul pewarna /dye yang diberikan pada bahan nanosilikon. q Lapisan nanosilicon + Rhodamine B/ Rhodamine 6G, atau keduanya, sampel berpendar merah qLapisan nanosilikon Rhodamine 110, sampel berpendar biru Efisiensi sel surya: Foton dengan energi yang lebih rendah dari band gap tidak diserap Foton dengan energi lebih besar dari band gap diserap tetapi kelebihan energi hilang sebagai panas.

7/2/12

Nano Silikon Fotonik(a) (b)

Band-gap LED. karakterisasi Elektro-optik dari LED dengan silikonnanokristal (Si-nc) ukuran berbeda (hitam kurva) dan struktur multilayer (kurva merah). Inset: efisiensi daya. SiO2: Silikon dioksida. SRO: Silicon (Si)-kaya oksida.

7/2/12

Nano Silikon Fotonik (continue)(a)

7/2/12

Skematik transceiver. (b) Foto wafer dengan beberapa perangkat yang terhubung melalui serat optik. Dua perangkat identik digunakan sebagai sumber dan penerima. Link optik menggunakan serat optik multimode tampak. (c) Konversi efisiensi daya sebagai fungsi dari arus emitor. Inset: Waktu respon dari transceiver pada frekuensi 1MHz. Poly-n: N-type yang didoping polysilicon.

Nano Silikon Fotonik (continue)

(a)Kualitatif sketsa mekanisme pelipatgandaan internal (generasi carrier sekunder) di sel surya Si-nc. (b) Photocurrent tambahan (I) disebabkan oleh IR secara simultan pada penerangan oleh cahaya tampak (garis titik putus2 ) dan photocurrent di bawah hanya IR oleh pencahayaan (titik persegi) sebagai fungsi dari bias yang diterapkan. SRON: Si -rich oksinitrida.

7/2/12

Emisi Elektron BalistikOperasi dalam vakumElektron panas dalam lapisan nanosilikon memungkinan untuk dioda nanosilikon menjadi emiter elektron. Dioda nanosilikon memancarkan elektron quasi balistik pada permukaan elektroda Aplikasi 1: parallel electric beam lytography Sistem: sumber elektron nanosilikon planar dengan jendela emisi, wafer target, medan listrik dan medan magnet yang tegak lurus wafer target. Hasil: gambar garis2 beresolusi 30 nm dengan pola submikron dalam 2,8 mm2 Aplikasi 2: sumber probe gambar Sistem: emiter yang dikombinasikan dengan rangkaian driver matrik aktif dengan target HARP (High-gain Avalanche Rushing 7/2/12 amorphous Photoconductor).

Perangkat Elektron Balistik ruang Vakum

Skema poli-Si berbasis katoda dingin pada substrat kaca. Film poli-Si di anodized untuk menghasilkan lapisan nc-Si diikuti oleh oksidasi termal cepat 7/2/12 (RTO) atau proses

Tahapan fabrikasi susunan emitor balistik permukaan. Susunan emitor poli-Si nanokristalin dibentuk pada substrat kaca.

Perangkat Elektron Balistik ruang Vakum continueSebuah struktur skematik penampang menyilang pada layar nc-PPS penuh warna yang dibuat pada kaca substrat

emisi yang sesuai gambar

7/2/12

Perhatikan bahwa tidak ada yang memfokuskan elektroda antara perangkat dan layarfosfor. Parameter perangkat : Ukuran 2,6 inci; diagonal piksel 128 (RGB) x126 piksel; pixel pitch 50 m; jarak vakum 3,5 mm; Tegangan

Perangkat Elektron Balistik ruang Vakum continueFoto perangkat pencahayaan balistik pada keadaan on dan off. Elektron energetik dihasilkan pada lapisan nc-Si langsung dirangsang oleh film flurecent (bahan organik dalam kasus ini). Emisi hijau seragam teramati pada saat diterapkan tegangan bias maju dari 25 V.

7/2/12

Emisi Elektron BalistikOperasi dalam gasEmiter balistik nanosilikon pada gas atmosfer terlihat sebagai sumber ion negatif di udara dan sumber cahaya UV vakum (VUV) dalam gas Xe. Energi elektron yang dipancarkan = energi memisahkan molekul oksigen

7/2/12

Emisi Elektron BalistikOperasi dalam solusiEmisi balistik nanosilikon juga bisa beroperasi dalam cairan yang dimanfaatkan sebagai pengontrol pH dan jumlah H pada elektrokimia Proses deposisi film tipis ini mengemiter dalam larutan garamlogam Contoh: larutan CuSO4 yang dijadikan sebagai pengemisi elektron pada nanosilikon. Proses ini bisa dimanfaatkan untuk membuat susunan nano wires/ kabel nano Cu secara paralel Driver tunggal emitor elektron nanosilicon dalam larutan CuSO4 dan gambar optik permukaan perangkat di sekitar area emisi setelah operasi.7/2/12

Emisi Termo AkustikIsolasi termal lapisan nanosilikon dapat dimanfaatkan sebagai pengemisi gelombang bunyi ke udara dengan getaran mekanik. Perangkat ini terdiri dari: film tipis dengan elektroda panas lapisan nanosilikon lapisan kristal tunggal silikon Cara Kerja: Saat tegangan AC atau pulsa listrik diberikan pada elektroda panas, tekanan suara secara signifikan dihasilkan oleh transfer panas cepat pada wilayah difusi termal panjang perangkat. Thermo phone ini merespon frekuensi datar melebihi lebar range

7/2/12

Emisi Termo Akustik continueAplikasi sistem ini: sensor gambar objek 3D di udara transmisi informasi elektronik digital Aktuator non kontak pada MEMS Digital speaker

Bentuk gelombang dari impuls input listrik (atas) dan Output sinyal akustik pada transduser konvensional (tengah) dan perangkat nanosilicon (bawah)

7/2/12

Aplikasi Emisi Termo AkustikStruktur dasar dari emitor akustik silikon berpori

7/2/12

Aplikasi Emisi Termo AkustikPerangkat struktur dan operasi

(a) Pengukuran tinggi seorang pria berdiri 170 cm 1 m terpisah dari sensor 7/2/12 gambar 3D dan

KESIMPULANEfek Confinement nanosilikon dapat dimanfaatkan pada berbagai aplikasi pendar biru dan longsoran foto konduksi berpotensi sebagai pengembang perangkat fotonik operasi emiter elektron balistik dalam ruang hampa, gas dan larutan menimbulkan fenomena karakteristik fisika dan kimia Emisi termal akustik untuk aplikas perangkat digital

7/2/12

DAFTAR PUSTAKAKoshida, N, et all. 2011. Photonic, Electronic, and Acustic Applications of Nanosilikon. Proceedings Of International Conference Nanomeeting. Minsk, Belarus Koshida, N, et all. 2003. Application of Nanocrystalline Silicon and Ballistic Electron Emitter to Flat Panel Display Device. Th