makalah fisika bahan

MAKALAH FISIKA BAHAN

SAMBUNGAN M-O-S SEBAGAI KAPASITOR & GATE KAPASITANSI

Disusun Oleh :

(Kelompok 7)

Hermawan Putra (2409 105 019)

Rizky Fichamdani (2409 105 020)

Wahyu Sasongko Putro (2409 105 021)

PROGRAM STUDI S-1 LINTAS JALUR

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2010

Nama Kelompok

1. Hermawan Putra Prasetyo (2409105019) (Penyusun Makalah)

2. Rizky Fichamdani (2409105020) (Pencari Materi)

3. Wahyu Sansongko Putro (2409105021) (Penyusun Slide)

Referensi

[1] A. Holmes-Siedlle and L. Adams, Handbook of Radiation Effects, Oxford University Press Inc., New York, 1993.

[2] T.P. Ma, P.V. Dressendorfer, Ionizing Radiation Effects in MOS Devices andCircuits, J. Wiley, New York (1989).

[3] B.S. Doyle, D.B. KraKauer, and K.R. Mistry, Examination of Oxide Damage During High-Current Stress of n-MOS Transistors, IEEE Trans. Elec. Dev., vol. 40, No. 5, p.980-985, May 1993.

[4] D.A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices, Basic Principles, University ofMexico, Irwin Edition, Boston (1994).

[5] Hazri Bakhtiar, Caratérisation de Structures MOS Submicroniques er analyse deDéfauts Induits Par Irradiation Gamma. Extrapôlation Aux Défauts Induits Dans Les Oxydes de Champs des Transistors Bipolaires, Thesis PhD Microelectronic - 1999, Université de Metz, France.


[7] G.C. Messenger and M.S. Ash, The Effects of Radiation on Electronic Systems, Van Nostrand Reinhold Company Inc., New York, 1986.

[8] P.T. Wahle, Radiation Effects on Power MOSFET Under Simulated Space Radiation Conditions, Thesis in Electrical Engineering, University of Arizona, 1989.

[9] Jaspir Singh, Semiconductor Devices an Introduction, McGraw Hill inc, University of Michigan, 1994.

[10] Thomas L. Floyd, Electronic Devices, Printice Hall, New Jersey, 1996

KATA PENGANTAR

2

Alhamdulillah kami telah menyelesaikan makalah ini dengan judul “SAMBUNGAN M-

O-S SEBAGAI KAPASITOR & GATE KAPASITANSI”, tidak lupa kita panjatkan puji

syukur kepada Tuhan YME yang telah memberikan karunia-Nya kepada kami untuk

menyelesaikan malakah ini dengan baik. Terima kasih kepada teman-teman sekelompok yang

saling mendukung, tidak lupa terima kasih kami kepada Bapak Ir. Zulkifli selaku dosen

pengajar mata kuliah Fisika Bahan. Dalam makalah ini berisikan beberapa informasi mengenai

sambungan MOS sebagai kapasitansi dan gate kapasitansi. Kami minta maaf sebesar-besarya

apabila ada kekurangan dalam makalah ini dalam tatanan bahasa maupun tulisan.

Semoga makalah ini bermanfaat bagi pembaca khususnya mahasiswa Teknik Fiska. Terima

kasih kami ucapkan sedalam-dalamnya.

Surabaya, 18 Pebruari 2010

Tim Penyusun

3

ABSTRAK

Analisis struktur kristal dengan menggunakan difraksi sinar-x telah dilakukan untuk

mendapatkan indeksasi pola difraksi sinar-x, menghitung parameter kisi dan menentukan

struktur kristal besi (Fe) dan tembaga (Cu). Indeksasi dilakukan dengan menentukan sudut 2θ

untuk tiap puncak pada difraktogram. Puncak puncak yang terdeteksi untuk sudut tertentu

menunjukkan indek Miler (hkl). Indek Miler tersebut digunakan untuk menentukan parameter

kisi (a) dan struktur kristal.

4

DAFTAR ISI

Halaman Judul 1

Kata Pengantar 3

Abstrak 4

Daftar Isi 5

Daftar Gambar 6

Daftar Grafik 7

Daftar Tabel 8

BAB I PENDAHULUAN 9

1.1 Latar Belakang 9

1.2 Permasalahan 9

1.3 Batasan Masalah 9

1.4 Tujuan Penyusunan Makalah 9

1.5 Sistematika Laporan 9

BAB II DASAR TEORI 11

BAB III TUGAS KHUSUS 24

BAB IV KESIMPULAN 31

Daftar Pustaka

Lampiran

5

DAFTAR GAMBAR

1. Gambar 2.1 Unit Sistem 9

2. Gambar 2.2 Prinsip Dasar Analisis Struktur Kristal 10

3. Gambar 2.3 Sel unit dari 14 kisi ruang Bravais 12

4. Gambar 2.4 Sel unit dan sel primitif FCC, BCC, dan HCP 13

5. Gambar 2.5 Orthorombic, kristal J2 14

6. Gambar 2.6 Rantai spiral Te membentuk kristal hexagonal 14

7. Gambar 2.7 Kristal As; sel unit rhombohedral 15

8. Gambar 2.8 Kristal Grafit 15

9. Gambar 2.9 Molekul polyethylene 17

10. Gambar 2.10 Polytetrafluoroethylene 17

11. Gambar 2.11 Ketidaksempurnaan Titik 18

12. Gambar 2.12 Ketidak-sempurnaan titik pada kristal ionik 18

13. Gambar 2.13 Dislokasi 20

6

DAFTAR GRAFIK

1. Grafik 3.1 Pola Difraksi Sinar-X 24

2. Grafik 3.2 Plot hasil penghalusan Rietveld 24

3. Grafik 3.3 Ketidakpastian parameter dan perhitungan hasil penghalusan Rietveld

26

4. Grafik 3.4 Nilai hasil penghalusan parameter dan perhitungan hasil penghalusan

Rietveld 27

7

DAFTAR TABEL

1. Tabel 3.1 Tingat kesesuaian dari penghalusan Rietveld 24

8

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Suatu sifat gelombang sangat menarik adalah gelombang dapat dibelokkan dengan

diberi rintangan. Peristiwa pembelokkan dengan rintangan tersebut dikenal dengan difraksi.

Peristiwa difraksi ini dapat digunakan untuk menganalisis struktur dari sebuah bahan yaitu

dengan cara mengganti celah pada bidang difraksi dengan sebuah bahan kemudian di

tembakkan dengan sebuah sinar – X yang bersifat monokromatik (terdiri dari satu jenis

warna) kemudian hasil difraksi tersebut dapat di amati pada layar / slide.

1.2 Permasalahan

Permasalahan dalam penyusunan makalah ini adalah bagaimana cara mengetahui

peristiwa pembuatan kapasitor sebagai sambungan dan gate kapasitor yang di terapkan pada

sebuah IC (integrated circuit).

1.3 Batasan Masalah

Batasan permasalahan pada makalah ini adalah makalah ini hanya mambahas serta

mempelajari dan memahami prinsip kerja dari peristiwa pembuatan kapasitor MOS sebagai

sambungan dan gate kapasitor kapasitor yang di terapkan pada sebuah IC (integrated circuit)

1.4 Tujuan Penyusunan Makalah

Tujuan penyusunan makalah ini adalah mempelajari dan memahami prinsip kerja dari

peristiwa pembuatan kapasitor MOS sebagai sambungan dan gate kapasitor yang di terapkan

pada sebuah IC (integrated circuit)

1.5 Sistematika Laporan

Laporan ini terdiri atas kata pengantar, abstrak, daftar gambar, grafik tabel, Bab I

Pendahuluan yang berisi tentang latar belakang, permasalahan dan batasan masalah dalam

makalah ini serta sistematika laporan. Bab II Dasar Teori, yang berisi tentang teori-teori yang

berhubungan dengan tema makalah ini. Kemudian Bab III tugas khusus yang berisikan contoh

studi kasus (permasalahan) dan Bab IV yang berisikan Kesimpulan tentang kesimpulan hasil

pada makalah inidan yang terakhir adalah Daftar Pustaka dan lampiran data hasil makalah ini.

9

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Kapasitor pada umumnya

Kondensator (Capasitor) adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam

medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik.

Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad. Ditemukan oleh Michael Faraday (1791-

1867). Kondensator kini juga dikenal sebagai "kapasitor", namun kata "kondensator" masih

dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada

tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk

menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. Kebanyakan

bahasa dan negara yang tidak menggunakan bahasa Inggris masih mengacu pada perkataan

bahasa Italia "condensatore", seperti bahasa Perancis condensateur, Indonesia dan Jerman

Kondensator atau Spanyol Condensador

Gambar 2.1.1 Kapasitor dan lambang kapasitor dalam rangaian elektronika

Ada beberapa tahapan untuk menguji kinerja dari kapasitor adalah sebagai berikut,

Pertama Kapasitor yang mempunyai polaritas (mempunyai kutub negatif dan positif) Untuk

menguji kapasitor berpolaritas digunakan ohmmeter dimana jolok merah dihubungakan

dengan kutub negatif dan kolok hitam pada kutub positif. Bila jarum menunjukkan harga

tertentu kemudian kembali ke tak terhingga (Sangat besar sekali) dikatakan kapasitor baik.

Bila menunjukkan harga tertentu dan tidak bergerak ke tak terhingga dikatakan kapasitor

bocor dan bila tidak bergerak sama sekali kemungkinan kapsitor putus atau range ohmmeter

kurang besar. Kedua Kapasitor nonpolar Caranya sama dengan kapasitor berpolaritas hanya

saja kamu tidak perlu memperhatikan kutub positif dan kutub negatif.

10

2.2 Sambungan MOS sebagai kapasitor dan gate kapasitor

Pengertian MOS adalah bahan semi konduktor yang digunakan sebagai bahan dasar

untuk pembuatan chip integrated circuit (IC) yang mempunyai intensitas tinggi dalam

teknologi microprocessor. Pada dasarnya terdapat dua tipe kapasitor yang digunakan dalam

IC, yaitu jenis MOS (metal-oxide-semiconductor) dan sambungan p-n. Kapasitor MOS dapat

dipabrikasi dengan membuat daerah berdoping tinggi pada semikonduktor sebagai suatu pelat,

di atasnya ditambahkan lapisan oksida sebagai dielektrik dan kemudian lapisan logam dibuat

di atasnya sebagai pelat kedua (lihat gambar 2.2.1-a).

Gambar 2.2.1 Kapasitor dalam sambungan elektronika mikro

(a) Sambungan MOS, (b) Sambungan (p-n)

Kapasitor metal-oxide-semiconductor (MOS) nonpolar mempunyai penampang tegak

seperti yang terlihat pada gambar berikut ini. Struktur ini merupakan kapasitor keping sejajar

dengan silikon dioksida sebagai dielektrik. Keping atasnya adalah sebuah lapisan thin film

logam (aluminnium). Keping bawah terdiri dari heavily doped n+ region yang terbentuk

ketika difusi emitter dilakukan.Harga kapasitansinya biasanya 0,4 pF/mil2 untuk ketebalan

silikon dioksida 500 Ӓ, kapasitansi itu berubah mengikuti ketebalannya.

11

Proses pembuatan kapasitor MOS, lapisan oksida cukup tebal ditumbuhkan secara

termal pada substrat silikon. Kemudian dengan litografi di buat jendela sehingga oksida

tergerus (etched). Pada daerah jendela kemudian dibuat tipe - p+ dengan proses difusi atau

inplantasi, sementara oksida tebal di sekelilingnya berfungsi sebagai masker. Lapisan oksida

tipis kemudian ditumbuhkan secara termal pada daerah jendela kemudian diikuti dengan

pembuatan lapisan logam di atasnya. Besarnya kapasitansi per satuan luas diberikan oleh

persamaan

dimana adalah ∈ox permitivitas dielektrik silikon dioksida dan d adalah ketebalan oksida.

Sambungan p-n kadang-kadang juga digunakan untuk membuat kapaasitor pada rangkaian

terintegrasi. Pandangan atas dan irisan melintang kapasitor sambungan n+ - p diperlihatkan

pada gambar 2.2.1-b. Sebagai kapasitor, biasanya sambungan dalam keadaan berpanjar

mundur. Besarnya kapasitansi tidak konstan, yaitu mengikuti tegangan panjar yang diberikan

sebagai fungsi dari (Vb-VR)-1/2. Resistansi seri berharga lebih besar dibandingkan kapasitor

MOS karena resistivitas pada daerah-p berharga lebih besar dibandingkan pada daerah - p+.

Tabel 2.2.1 Karakteristik kapasitor MOS

12

2.3 Perancangan Kapasitor MOS

Kapasitor MOS dalam IC merupakan kapasitor keping sejajar. Keping bawah dibuat

dengan proses difusi n+ yang heavily doping, dikerjakan bersamaan dengan proses difusi

emitter untuk transistor n-p-n dalam IC. Lapisan dielektriknya merupakan lapisan silikon

dioksida tipis. Sebagai keping atasnya adalah lapisan metalisasi tipis yang dikerjakan

bersamaan dengan pembuatan lapisan metalisasi untuk interkoneksi. Bila semua isolasi sudah

selesai dikerjakan dengan proses difusi isolasi, dan seluruh permukaan sudah dilapisi silikon

dioksida, maka fabrikasi kapasitor MOS masih memerlukan masker-masker untuk proses-

proses:

a) difusi n+

b) pembuatan lapisan silikon dioksida

c) pembuatan lubang kontak (window)

d) pembuuatan lapisan metalisasi untuk keping atas metal dan konduktor interkoneksi.

Dalam pembuatan masker, dimensi keping kapasitor ditentukan dengan asumsi bahwa

yang dinamakan fringing effect boleh diabaikan, sehingga kapasitansi kapasitor MOS dapat

dihitung rumus kapasitor keping sejajar ini.

C = (Ko εo A )/d

dimana

Ko = kostante dielektrik relatip silikon dioksida = 3,9

εo = permitiviti ruang bebas = 88,6 x 10-12

d = ketebalan dielektrik silikon dioksida

A = luas keping atas yang efektip

Gambar 2.3.1 Perancangan Kapasitor MOS

13

Dalam kapasitor MOS, luas keping bawah harus lebih besar dari keping atas, karena

fringing effect boleh diabaikan, sehingga luas keping atas dianggap luas A yang efektip.

Keping bawah kapasitor MOS harus lebih luas dari pada keping atasnya. Karena fringing

effect dapat diabaikan, sehingga luas keping atas harus dibuat seminimum mungkin, untuk

dapat dianggap sebagai luas yang efektip. Selain itu, untuk memperoleh kapasitansi yang

besar, ketebalan dielektrik harus dibuat yang setipis mungkin. Dengan teknologi yang ada saat

ini ketebalan dielektrik dapat dibuat sampai setipis 500 Ӓ. Dalam merancang tataletak

kapasitor MOS, pertama-tama harus dihitung dimensi keping atas. Sebelum

diimplementasikan, hasil hitungan itu harus disesuaikan dengan parameter-parameter

pembuatan masker, dan juga disesuaikan dengan teknologi difusi yang digunakan. Karena

dimensi masker itu sangat kecil, terlebih dahulu harus dibuat yang dinamakan artwork dalam

dimensi yang jauh lebih besar. Kemudian artwork itu dperkecil (direduksi) dengan sistem

fotografi sampai mendapatkan masker dengan dimensi yang diinginkan. Jadi, sebelum

membuat artwork harus diketahui dan dipahami sistem fotografi yang digunakan dalam

pembuatan masker. Selain itu, juga harus dipahami berapa besar rasio fotoreduksi, dan jenis

fotoresis yang digunakan. Biasanya yang sering digunakan:

a) sistem fotoreduksi dua tahap, memakai dua image reversal (pembalik citra.

b) total reduction ratio sebesar 125 kali

c) fotoresist negatip

Jika menggunakan fotoresist negatip, maka bagian fotoresist negatip yang terkena sinar

ultraviolet yang menembus bagian masker yang transparan, menjadi tidak larut (mengeras)

dalam larutan yang disebut developer . Sehingga bagian silikon dioksida yang akan dibuka

sebagai window harus diletakkan di bawah fotoresist yang tidak terkena sinar ultraviolet.

Selain itu, juga harus dipahami berapa dimensi bukaan window yang diperbolehkan, berapa

besar registration errors maksimum selama dikerjakan alignment masker-masker berurutan di

atas wafer. Biasanya lubang bukaan window minimum 1 x 1 mil, dan registration errors

maksimum 1 mil.

Gambar 2.3.2 Struktur kapasitor MOS

14

BAB III

TUGAS KHUSUS

Buatlah rancangan tataletak sebuah kapasitor MOS dalam IC dengan kapasitansi

sebesar 100 pF bila luas penampang ditunjukkan pada gambar berikut dan carilah nilai

ketebalan dielektrik silikon dioksida :

Jawab :

Perhitungan :

C = (Ko εo A )/d

10-7 = (3,9 x 88,6 x 10-12 x 7,25) / d

d = 3,992 cm

15

BAB IV

KESIMPULAN

4.1 Kesimpulan

1. Ketidak sempurnaan titik. Ketidak-sempurnaan titik terjadi karena beberapa sebab,

seperti ketiadaan atom matriks (yaitu atom yang seharusnya ada pada suatu posisi

dalam kristal yang sempurna), hadirnya atom asing, atau atom matriks yang berada

pada posisi yang tidak semestinya.

2. Kekosongan: tidak ada atom pada tempat yang seharusnya terisi.

3. Interstisial: atom dari unsur yang sama (unsur sendiri) berada di antara atom matriks

yang seharusnya tidak terisi atom, atau atom asing yang menempati tempat tersebut

(pengotoran).

4. Substitusi: atom asing menempati tempat yang seharusnya ditempati oleh unsur

sendiri (pengotoran).

5. Dislokasi merupakan ketidak-sempurnaan kristal karena penempatan atom yang tidak

pada tempat yang semestinya.

16

DAFTAR PUSTAKA

[1] A. Holmes-Siedlle and L. Adams, Handbook of Radiation Effects, Oxford University Press Inc., New York, 1993.


[3] B.S. Doyle, D.B. KraKauer, and K.R. Mistry, Examination of Oxide Damage During High-Current Stress of n-MOS Transistors, IEEE Trans. Elec. Dev., vol. 40, No. 5, p.980-985, May 1993.

[4] D.A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices, Basic Principles, University ofMexico, Irwin Edition, Boston (1994).

[5] Hazri Bakhtiar, Caratérisation de Structures MOS Submicroniques er analyse deDéfauts Induits Par Irradiation Gamma. Extrapôlation Aux Défauts Induits Dans Les Oxydes de Champs des Transistors Bipolaires, Thesis PhD Microelectronic - 1999, Université de Metz, France.


[7] G.C. Messenger and M.S. Ash, The Effects of Radiation on Electronic Systems, Van Nostrand Reinhold Company Inc., New York, 1986.

[8] P.T. Wahle, Radiation Effects on Power MOSFET Under Simulated Space Radiation Conditions, Thesis in Electrical Engineering, University of Arizona, 1989.

[9] Jaspir Singh, Semiconductor Devices an Introduction, McGraw Hill inc, University of Michigan, 1994.

[10] Thomas L. Floyd, Electronic Devices, Printice Hall, New Jersey, 1996

17

makalah fisika bahan

Documents