Fabrikasi Sambungan p-n dan p-i-n Semikonduktor Dioda

ZnO dengan Metoda Deposisi Larutan dan

Karakterisasinya

SKRIPSI

Alif Nur Patriya Sussardi

NIM 10509040

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2013

Fabrikasi Sambungan p-n dan p-i-n Semikonduktor Dioda

ZnO dengan Metoda Deposisi Larutan dan

Karakterisasinya

Fabrication of p-n and p-i-n Homojunction of ZnO

Semiconductor by Means of Solution Deposition Method

and Its Characterization

SKRIPSI

Alif Nur Patriya Sussardi

NIM 10509040

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2013

ii

Abstract

ZnO have potential aplications for electroluminescence semiconductors devices.

Electroluminescence effect can be produced by semiconductor which have the p-n junction

and p-i-n junction diode arrangement. ZnO diode fabrication was carried out using solution

deposition method with Zn(NO3)2 100 mM as a Zn2+ source and hexamethylenetetramine 100

mM as a base. ZnO layers were grown on ITO (Indium Tin Oxide) glass with electric field

from outside as high as 2400 V/cm. Al from AlCl3 5% mol was used as dopant to make n-

type ZnO and Li from LiCl 5% mol was used as dopant to make p-type ZnO. X-Ray

Diffraction (XRD) characterization shows that crystall growth through c axis dominantly

And its confirmed by Scanning Electron Microscope (SEM) characterization. Cross section

observation by SEM shows 3 layers of p-n junction and 4 layers of p-i-n junction. In current-

voltage measurement obtained curent-voltage curve which the extrapolation shows the

bandgap energy. For p-n junction bandgap is 1,27 eV and for p-i-n junction bandgap is 1,97

eV. The curve show the unic current-voltage curve dor diode. But the bandgap is still far

from ZnO single crystall bandgap, 3,3 eV, because the quality of the junction is not good

enough. In order to enhance the junction quiality, p-n junction was annealed. Annealing was

performed at a various temperature and time at 200 C, 6 hours; 300 C, 2 hours; 300 C, 6

hours; 400 C, 2 hours and 400 C for 6 hours, after annealing, the current-voltage

measurement indicate a semiconductor gap of 0,49 eV; 1,46 eV; 0,70 eV; 0,97 eV are 0,74

eV respectively.

Keywords : semiconductor, ZnO thin film, solution deposition, p-n homojunction, p-i-n homojunction

iii

Abstrak

ZnO memiliki prospek yang baik sebagai semikonduktor untuk aplikasi elektroluminesensi.

Elektroluminesensi dapat dihasilkan oleh semikonduktor yang membentuk susunan dioda

yaitu tipe sambungan p-n atau tipe sambungan p-i-n. Fabrikasi dioda ZnO menggunakan

metoda deposisi larutan dengan Zn(NO3)2 100 mM sebagai sumber Zn2+ dan

heksametilentetramin 100 mM sebagai basa, ditumbuhkan pada kaca ITO (Indium Tin

Oxide) dengan adanya medan listrik dari luar sebesar 2400 V/cm . Dopan yang digunakan

pada n-ZnO adalah Al dari AlCl3 sebanyak 5% mol, sedangkan pada p-ZnO adalah Li dari

LiCl sebanyak 5% mol. Karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) yang

menunjukkan pertumbuhan kristal yang dominan pada sumbu c. Karakterisasi menggunakan

Scanning Electron Microscope (SEM) juga menunjukkan pertumbuhan kristal yang dominan

pada sumbu c sedangkan pada gambar penampang menunjukkan adanya 3 lapisan pada

sambungan tipe p-n dan 4 lapisan pada sambungan tipe p-i-n. Pada pengukuran arus terhadap

tegangan didapatkan kurva arus terhadap tegangan yang ekstrapolasinya menunjukkan nilai

lebar celah pita. Pada sambungan p-n didapatkan celah pita sebesar 1,27 eV dan pada

sambungan p-i-n didapatkan celah pita sebesar 1,97 eV yang telah menunjukkan kurva arus

terhadap tegangan yang khas dari sebuah dioda, namun masih jauh dari lebar celah pita

kristal tunggal ZnO sebesar 3,3 eV dikarenakan sambungan yang kurang baik. Untuk

memperbaiki sambungan dilakukan pemanasan pada sambungan p-n dengan variasi suhu

dan waktu yaitu pada 200 C selama 6 jam, 300 C selama 2 jam, 300 C selama 6 jam,

400 C selama 2 jam dan 400 C selama 6 jam, dan setelah pengukuran didapatkan celah pita

sebesar 0,49 eV; 1,46 eV; 0,70 eV; 0,97 eV dan 0,74 eV secara berurutan.

Kata kunci : semikonduktor, film tipis ZnO, deposisi larutan, p-n homojunction, p-i-n homojunction

Program Studi Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Teknologi Bandung

Menerangkan bahwa Skripsi dari:

Nama : Alif Nur Patriya Sussardi

NIM : 10509040

telah disetujui sebagai persyaratan untuk mendapatkan gelar

Sarjana Kimia

Bandung, Mei 2013

Pembimbing

Dr. Bambang Prijamboedi

NIP 196812182006041010

untuk Kekasih

dan senyum manis yang Kau lontarkan

v

Ucapan Terima Kasih

Penulis mengucapkan syukur yang amat banyak kepada Alloh Taala atas rahmat dan

karunianya sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir dan penulisan skripsi. Bantuan dan

dukungan banyak sekali penulis dapatkan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala

kerendahan hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ibu dan Bapak penulis yang karena merekalah penulis dapat hidup dan menempuh

pendidikan yang layak serta pengorbanan yang tiada taranya yang ditujukan kepada

penulis;

2. Adik adik penulis karena telah mendukung dan memotivasi penulis untuk dapat

menyelesaikan tugas akhir dan skripsi;

3. Dr. Bambang Prijamboedi atas bimbingan, nasihat serta tuntunannya kepada penulis

untuk penelitian yang dilakukan penulis;

4. Dr. Aep Patah atas kesediaanya menjadi dosen tamu pada seminar tugas akhir penulis;

5. Raissa, Hilman, Kak Arini, Dina, Cicak, Iceng dan Bella sebagai teman-teman LKFM

yang banyak membantu dalam pengerjaan penelitian yang dilakukan penulis;

6. Adie, Sangaji, Ocky, Angga, Aria, Dayat, Abur, Aris dan segenap teman-teman kimia

angkatan 2009, adik-adik kimia 2010 dan 2011 yang senantiasa memberikan dukungan

baik secara fisik maupun moral kepada penulis;

7. Teman teman himpunan AMISCA yang senantiasa memberikan semangat dan

hiburan dikala penat kepada penulis;

8. Bogi, Lukman, Batu, Pala, Darmadji, Akbar, Hendrik yang senantiasa memberikan

hiburan dikala sedih kepada penulis;

9. Segenap staf dosen dan karyawan Program Studi Kimia ITB;

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Oleh karena itu,

penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga skripsi ini bermanfaat

untuk semua pihak.

Bandung, Mei 2013

Penulis

vi

DAFTAR ISI

Abstract ........................................................................................................................ ii

Abstrak ........................................................................................................................ iii

Ucapan Terima Kasih................................................................................................... v

DAFTAR ISI ............................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. ix

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................... xi

1 Pendahuluan .............................................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang...................................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................................ 2

1.3 Tujuan Penelitian .................................................................................................. 2

1.4 Ruang Lingkup Penelitian .................................................................................... 3

1.5 Sistematika Skripsi ............................................................................................... 3

1.6 Metode Penelitian ................................................................................................. 4

2 Tinjauan Pustaka ....................................................................................................... 5

2.1 Semikonduktor ..................................................................................................... 5

2.1.1 Struktur Kristal .................................................................................................. 5

2.1.2 Pita Energi ......................................................................................................... 6

2.1.3 Semikonduktor tipe-p dan tipe-n ....................................................................... 7

2.2 Dioda sambungan p-n dan p-i-n ........................................................................... 8

2.3 Kristal ZnO ......................................................................................................... 11

2.4 Efek Medan Listrik Luar .................................................................................... 11

vii

Efek Proses Pemanasan ...................................................................................... 12

3 Metodologi Penelitian ............................................................................................. 13

3.1 Tahapan Penelitian ............................................................................................. 13

3.2 Tempat Penelitian ............................................................................................... 14

3.3 Alat dan Bahan ................................................................................................... 14

3.4 Prosedur Penelitian ............................................................................................. 15

3.4.1 Fabrikasi film tipis ZnO .................................................................................. 15

3.4.2 Fabrikasi sambungan p-n dan p-i-n ZnO ......................................................... 15

3.4.3 Pengukuran arus terhadap tegangan ................................................................ 16

3.4.4 Pemanasan terhadap sambungan p-n ZnO ...................................................... 17

3.4.5 Pemanasan pada tiap tahap lapisan sambungan p-n ZnO ................................ 17

4 Hasil dan Pembahasan ............................................................................................ 18

4.1 Mekanisme pertumbuhan kristal ZnO ................................................................ 18

4.2 Difraktogram Sinar-X Film Tipis ZnO............................................................... 18

4.2.1 Difraktogram Film Tipis Intrinsik ZnO pada Kaca Biasa ............................... 18

4.2.2 Difraktogram Film Tipis Intrinsik ZnO pada Kaca ITO ................................. 19

4.2.3 Difraktogram Film Tipis Sambungan p-n ZnO ............................................... 20

4.2.4 Difraktogram Film Tipis Sambungan p-i-n ZnO............................................. 21

4.3 Fotoluminesensi Film Tipis ZnO........................................................................ 21

4.3.1 Fotoluminesensi Emisi Film Tipis ZnO .......................................................... 22

4.3.2 Fotoluminesensi Eksitasi Film Tipis ZnO ....................................................... 24

4.4 Morfologi Film Tipis ZnO.................................................................................. 24

4.4.1 Morfologi Film Tipis Templat ZnO ................................................................ 25

4.4.2 Morfologi Film Tipis Sambungan p-n ZnO .................................................... 25

viii

4.4.3 Morfologi Film Tipis Sambungan p-i-n ZnO .................................................. 28

4.5 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n dan p-i-n ZnO ............... 30

4.6 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n ZnO setelah Proses

Pemanasan .................................................................................................................. 31

4.7 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n ZnO pada Proses

Pemanasan Tiap Tahap Pelapisan .............................................................................. 32

5 Kesimpulan dan Saran ............................................................................................ 34

5.1 Kesimpulan ......................................................................................................... 34

5.2 Saran ................................................................................................................... 34

Daftar Pustaka ............................................................................................................ 35

Lampiran .................................................................................................................... 36

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur kristal zincblende dan intan ....................................................... 6

Gambar 2.2 pita energi yang umum dari interaksi antar atom dalam padatan............ 7

Gambar 2.3 Sambungan tipe p-n dengan daerah deplesi sebagai tempat elektron dan

lubang berdifusi ........................................................................................................... 9

Gambar 2.4 Kurva arus terhadap tegangan dioda sambungan p-n ........................... 10

Gambar 2.5 Struktur kristal wurtzite ......................................................................... 11

Gambar 3.1 Skema elektroda yang digunakan untuk penelitian ini ......................... 15

Gambar 4.1 Difraktogram sinar-X dari film tipis ZnO yang ditumbuhkan pada kaca

biasa ........................................................................................................................... 19

Gambar 4.2 Difraktogram sinar-X dari film tipis ZnO yang ditumbuhkan pada kaca

ITO ............................................................................................................................. 19

Gambar 4. 3 Difraktogram sinar-X sambungan p-n ZnO pada kaca ITO ................. 20

Gambar 4.4 Difraktogram sinar-X sambungan p-i-n ZnO pada kaca ITO ................ 21

Gambar 4. 5 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 200 nm...................... 22

Gambar 4. 6 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 225 nm...................... 22

Gambar 4.7 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 250 nm....................... 23

Gambar 4.8 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 300 nm....................... 23

Gambar 4. 9 Rentang eksitasi dari bahan tipe-p dan tipe-n ....................................... 24

Gambar 4. 10 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian templat ........... 25

Gambar 4. 11 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian tipe-n.............. 26

Gambar 4. 12 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian tipe-p.............. 26

Gambar 4.13 Foto SEM penampang film tipis sambungan p-n ZnO ........................ 27

Gambar 4.14 Foto SEM lapisan pada film tipis sambungan p-n ZnO ....................... 27

Gambar 4.15 Foto SEM dari film tipis sambungan tipe p-i-n ZnO bagian intrinsik . 28

Gambar 4.16 Foto SEM dari film tipis sambungan tipe p-i-n ZnO bagian tipe-p ..... 28

Gambar 4. 17 Foto SEM penampang dari film tipis sambungan p-i-n ZnO .............. 29

Gambar 4. 18 Foto SEM lapisan pada film tipis sambungan p-n ZnO ...................... 30

x

Gambar 4. 19 Kurva arus terhadap tegangan dari sambungan p-n dan p-i-n ZnO .... 30

Gambar 4. 20 kurva arus teradap tegangan dari berbagai temperatur pemanasan ..... 31

Gambar 4.21 Kurva arus terhadap tegangan sambungan p-n pada pemanasan tiap

tahap pelapisan ........................................................................................................... 33

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Difraktogram Sinar-X ZnO Standard ................................................... 36

Lampiran B Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan Sambungan p-n dan

p-i-n ............................................................................................................................ 37

Lampiran C Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan Sambungan p-n pada

Berbagai Temperatur Pemanasan............................................................................... 39

Lampiran D Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan Sambungan p-n pada

Pemanasan Tiap Pelapisan ......................................................................................... 43

1 Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi melaju dengan sangat cepat dan pesat. Perkembangan teknologi

tidak bisa lepas dari perkembangan material penyusun perangkatnya. Perangkat elektronik

tidak bisa lepas dari peranan semikonduktor yang terus berkembang. Semikonduktor

merupakan suatu bahan yang menyusun berbagai perangkat elektronik seperti transistor,

kapasitor, integrated circuits, dioda dan lain sebagainya yang dapat membentuk kesatuan

perangkat elektronik. Sebagai contoh pada telepon selular pintar terdapat prosesor atau

memori yang disusun oleh banyak sekali transistor untuk memproses informasi. Transistor

itu terbuat dari semikonduktor. Sehingga semikonduktor memainkan peranan yang sangat

penting dalam perkembangan teknologi.

Studi material semikonduktor telah dimulai sejak abad ke-19 dan banyak semikonduktor

yang telah dipelajari. Unsur yang terdiri dari satu jenis atom yang dapat digunakan sebagai

semikonduktor seperti silikon, germanium dapat ditemui pada golongan 14. Walaupun ada

juga suatu material semikonduktor yang terdiri dari dua jenis atom seperti galium arsenida

adalah gabungan golongan III dan V. Semikonduktor sebagai fotodioda telah dipelajari sejak

tahun 1947. Sejak tahun 1960-an silikon menjadi material semikonduktor untuk

menggantikan germanium yang digunakan secara luas (Sze, 1985). Silikon mempunyai celah

pita energi sekitar 1 eV. Namun semikonduktor dengan celah pita energi yang lebar memiliki

keuntungan yang lebih yang tidak dimiliki oleh semikonduktor dengan celah pita energi

yang sempit.

Aplikasi semikonduktor yang sangat umum adalah untuk pembuatan dioda. Dioda sendiri

merupakan suatu perangkat yang dapat menyearahkan arus listrik dengan mencegah arus

balik sehingga biasa digunakan luas sebagai perangkat untuk mengubah arus AC

(Alternating Current) menjadi arus DC (Direct Current). Beberapa dioda dapat

2

menunjukkan gejala emisi cahaya yang biasa disebut efek elektroluminesensi yang

perangkatnya sendiri disebut LED (Light-Emitting Diode). Material pembuat LED yang

biasa digunakan adalah material GaAs yang harganya mahal.

Alternatif semikonduktor dengan celah pita energi yang lebar masih terus dicari. Dengan

alasan itulah kita perlu mencari material semikonduktor yang mempunyai kelimpahan yang

baik sehingga harganya murah, mempunyai sifat elektroluminesensi dan proses fabrikasi

yang mudah dan murah. Material ZnO diketahui dapat digunakan sebagai material

semikonduktor pengganti silikon dan memiliki efek elektroluminesensi. Oleh karena itu,

penelitian tentang ZnO mempunyai daya tarik yang tinggi untuk dilakukan. Pada penelitian

ini akan dipelajari tentang fabrikasi ZnO dan karakteristik semikonduktornya dengan

harapan penelitian ini dapat menyumbang informasi yang berguna untuk menjawab

pertanyaan semikonduktor di atas.

1.2 Rumusan Masalah

Semikonduktor merupakan bahan dari dioda. Dioda merupakan suatu perangkat untuk

menyearahkan arus listrik. Penelitian tentang ZnO menunjukkan hasil yang belum optimal

sehingga diperlukan perbaikan di penelitian lebih lanjut. Oleh karena itu, rumusan masalah

yang dapat dikemukakan dalam penelitian ini adalah :

Bagaimana struktur dan morfologi dari material ZnO yang difabrikasi, apakah

memenuhi sebagai persyaratan material dioda biasa ?

Bagaimana karakteristik semikonduktor dioda sambungan p-n dan p-i-n ZnO,

apakah sudah dapat digunakan sebagai LED ?

Apakah metode fabrikasi yang digunakan sudah baik, kalau belum apakah masih

dapat dilakukan perbaikan ?

1.3 Tujuan Penelitian

Dari rumusan masalah diatas, mamka penelitian dilakukan dengan tujuan sebagai berikut :

Melakukan fabrikasi film tipis ZnO dengan metode deposisi larutan.

Mengarakterisasi sambungan p-n dan p-i-n berbasis ZnO yang didop dengan Al dan

Li.

Melakukan pemanasan terhadap sambungan sehingga didapatkan karakteristik

sambungan yang lebih baik.

3

1.4 Ruang Lingkup Penelitian

Lingkup penelitian yang dilakukan meliputi

Fabrikasi film tipis ZnO menggunakan prekursor Zn(NO3)2 dan

heksametilentetramin dengan dop Al dan Li dengan membentuk susunan sambungan

p-n dan p-i-n yang ditumbuhkan pada kaca ITO (Indium Tin Oxide) dengan metode

deposisi larutan dengan pengaruh medan listrik dari luar sebesar 6,5 kV.

Melakukan karakterisasi menggunakan difraksi sinar-X, SEM, fotoluminesensi,

pengukuran arus terhadap tegangan dan elektroluminesensi dari sambungan.

Melakukan perbaikan sambungan apabila hasil yang didapat kurang baik

menggunakan pemanasan kemudian dikarakterisasi kembali menggunakan

pengukuran arus terhadap tegangan dan elektroluminesensi.

1.5 Sistematika Skripsi

Sistematika dari skripsi ini yaitu :

Pendahuluan. Pada bab ini akan dibahas latar belakang mengapa tema penelitian ini

dipilih, tentang rumusan masalah yang solusinya akan dicari pada penelitian kali ini,

tujuan dari penelitian ini, ruang lingkup penelitian yang dilakukan, sistematika

skripsi dan metode penelitian yang dilakukan.

Tinjauan Pustaka. Pada bab ini akan dibahas teori-teori yang berkaitan dengan

penelitian ini,

Metodologi Penelitian. Pada bab ini akan dibahas prosedur dan cara kerja dari

penelitian ini, tempat dilakukannya penelitian ini, tahapan penelitian serta alat dan

bahan yang digunakan pada penelitian ini,

Hasil dan Pembahasan. Pada bab ini akan dibahas hasil-hasil pengamatan serta

karakterisasi dari hasil sintesis,

Kesimpulan dan Saran. Dalam bab ini keseluruhan penelitian akan disimpulkan dan

saran untuk penelitian di bidang ini selanjutnya.

4

1.6 Metode Penelitian

Penelitian ini dimulai dengan studi literatur untuk mempelajari sifat dan karakter dari dioda

sambungan p-n dan cara memperbaiki sambungan dari jurnal ilmiah yang mendukung

penelitian ini. Studi literatur juga dilakukan dari buku yang berisi teori-teori yang menunjang

penelitian ini. Studi eksperimental dilakukan dengan melakukan langsung eksperimen di

Laboratorium Kimia Fisik dan Material, Program Studi Kimia, Institut Teknologi Bandung.

Studi eksperimental juga meliputi karakterisasi dan pengolahan data yang diperoleh dari

karakterisasi.

2 Tinjauan Pustaka

2.1 Semikonduktor

Bahan padat dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok yaitu insulator, semikonduktor

dan konduktor. Insulator memiliki konduktivitas yang sangat rendah pada rentang 10-18

sampai 10-8 S/cm. Konduktor, termasuk alumunium dan perak mempunyai konduktivitas

yang tinggi biasanya dari 104 sampai dengan 106 S/cm. Semikonduktor memiliki diantara

insulator dan konduktor. Konduktifitas dari semikonduktor secara umum bergantung pada

temperatur, pencahayaan, medan magnet dan kemurnian dari bahan yang dibuat. Oleh karena

itu semikonduktor adalah salah satu bahan yang paling penting untuk aplikasi elektronik

(Sze, 1985).

Banyak senyawa semikonduktor memiliki sifat elektrik dan optik yang tidak dimiliki oleh

semikonduktor yang paling banyak digunakan saat ini yaitu silikon. Semikonduktor yang

memiliki sifat tersebut contohnya adalah galium arsenida (GaAs), biasanya digunakan pada

aplikasi microwave dan fotonik. Walaupun sekarang kita tidak terlalu mendalam tentang

teknologi semikonduktor, namun berkat penelitian semikonduktor silikon yang mendalam

kita menjadi semakin mengetahui yang lainnya (Sze, 1985).

2.1.1 Struktur Kristal

Susunan periodik dari atom dalam kristal disebut dengan kisi. Dalam kristal, sebuah atom

tidak pernah berada jauh dari posisinya yang tetap. Getaran akibat adanya pengaruh

temperatur menyebabkan posisinya tidak selalu berada di tempat yang tetap.

6

Pada struktur semikonduktor seperti silikon, dan germanium yang mana merupakan

semikonduktor unsur tunggal mempunyai kisi intan, sedangkan GaAs memiliki kisi

zincblende yang merupakan kisi dari ZnS dan ZnO (Sze, 1985).

2.1.2 Pita Energi

Atom yang terisolasi memiliki tingkat energi yang diskrit, seperti pada atom hidrogen yang

dapat dijelaskan menggunakan model atom Bohr. Apabila jumlah atom menjadi dua atom

yang indentik, saat mereka terpisah jauh, maka masing-masing akan mempunyai dua level

energi yang degenerate. Apabila dua atom itu saling berdekatan maka dua energi yang

degenerate tersebut akan pecah menjadi dua level energi akibat dari interaksi antar atomnya.

Saat kita mempunyai N buah atom untuk membentuk sebuah kristal maka akan ada N jumlah

level energi yang degenerate yang terpecah menjadi N buah tingkat energi yang tidak

terpisah jauh energinya, karena banyaknya tingkat energi, maka akan membentuk suatu yang

praktis kontinu yang disebut pita energi (Sze, 1985).

Gambar 2.1 Struktur kristal zincblende dan intan (Housecroft, 2001)

7

Gambar 2.2 pita energi yang umum dari interaksi antar atom dalam padatan (Callister, 2001)

Setiap bahan mempunyai daerah setimbang yang berbeda-beda. Untuk material

semikonduktor, kesetimbangan antara tolakan antar inti, tolakan antar elektron dan interaksi

inti-elektron akan membentuk suatu jarak antar atom yang paling baik, dan pada jarak atom

yang paling setimbang tersebut daerah energinya akan terdiri dari dua pita. Pita yang

energinya lebih tinggi dinamakan pita konduksi dan yang energinya lebih rendah dinamakan

pita valensi. Dua pita ini dipisahkan oleh suatu daerah dimana elektron tidak mungkin berada

di sana, daerah ini biasa disebut celah terlarang, atau biasa disebut bandgap Eg. Konduktor

tidak memiliki bandgap. Untuk semikonduktor memiliki bandgap sekitar 1 eV sampai

dengan 9 eV, sedangkan insulator memiliki bandgap lebih dari 9 eV (Sze, 1985).

2.1.3 Semikonduktor tipe-p dan tipe-n

Pada proses pemanasan, elektron dapat mengalami eksitasi, hal ini mengakibatkan

terbentuknya elektron dan lubang pada bahan. Pada pita energi kita bisa meletakkan elektron

pada pita konduksi sedangkan lubang pada pita valensi. Hal ini mengakibatkan

semikonduktor akan semakin baik menghantarkan arus listrik pada temperatur yang lebih

tinggi. Pada saat elektron dan lubang bertemu, maka akan terjadi rekombinasi (Sze, 1985).

Kebutuhan semikonduktor yang semakin banyak mengakibatkan bahan semikonduktor

dikotori dengan unsur yang dapat memberikan elektron sehingga bahan kelebihan elektron

En

ergi

En

ergi

Jarak

antar atom

setimbang

Jarak

antar atom

Pita Energi

Celah pita energi

8

atau mengambil elektron sehingga bahan akan kelebihan lubang. Pada bahan yang kelebihan

elektron, arus listrik secara dominan diakibatkan oleh pergerakan elektron, bahan ini disebut

semikonduktor tipe-n. Sedangkan pada bahan yang kelebihan lubang, arus listrik secara

dominan diakibatkan oleh pergerakan lubang, bahan ini disebut semikonduktor tipe-p (Sze,

1985).

Pada semikonduktor tipe-p, pita energi kekurangan elektron sehingga energi Fermi menurun

dan pada semikonduktor tipe-n energi Fermi meningkat. Energi Fermi merupakan energi

pada probabilitas pengisian elektron dalam orbital tepat setengah. Sehingga apabila

semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan maka energi yang setara adalah energi

Ferminya (Sze, 1985).

2.2 Dioda sambungan p-n dan p-i-n

Dioda merupakan suatu perangkat elektronik yang hanya mengijinkan arus listrik mengalir

pada satu arah saja dan dapat digunakan untuk menyearahkan arus listrik. Dengan kata lain,

dioda dapat mengubah listrik AC menjadi DC (Sze, 1985).

Dioda yang umum adalah dioda yang dibuat dengan menyambungkan semikonduktor tipe-p

dan tipe-n, dioda ini disebut dengan sambungan tipe p-n, untuk memperluas daerah deplesi

maka disisipkan lapisan semikonduktor yang netral yang disebut tipe intrinsik. Dioda ini

disebut sambungan p-i-n. Daerah deplesi merupakan daerah dimana elektron pada daerah

tipe-n berdifusi ke daerah tipe-p karena adanya perbedaan muatan, begitu juga lubang pada

daerah tipe-p berdifusi ke daerah tipe-n. Setelah tercapai kesetimbangan akan terbentuk

daerah deplesi, daerah dimana terjadi pertukaran elektron dan lubang dan akan terdapat

medan listrik akibat aliran elektron dan lubang.

9

Gambar 2.3 Sambungan tipe p-n dengan daerah deplesi sebagai tempat elektron dan lubang berdifusi

(Krane, 1982)

Pengaliran arus listrik pada perangkat dioda sambungan p-n dilakukan dengan

menyambungkan kutub positif ke tipe-p dan kutub negatif ke tipe-n, cara penyambungan

kutub seperti ini akan menghasilkan bias maju, di mana arus listrik dapat mengalir

dikarenakan elektron yang didesak dari tipe-n akan mudah mengalir ke tipe-p dikarenakan

muatan elektron yang negatif akan lebih suka mengalir ke daerah tipe-p yang bermuatan

positif. Pada pengaliran arus dengan kutub positif dihubungkan ke tipe-n dan kutub negatif

ke tipe-p, arus tidak akan mengalir karena elektron yang didesak dari tipe-p akan ditolak oleh

tipe-n yang bermuatan sama-sama negatif dengan elektron, cara pengaliran ini disebut bias

balik. Pemaksaan aliran elektron secara bias balik akan mengakibatkan perangkat rusak,

beda potensial tepat saat perangkat rusak disebut beda potensial rusak atau breakdown

voltage (Sze, 1985).

10

-2 -1 0 1 2 3

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

I (A

)

V (V)

p-n

tegangan

jatuh

konduksi

maju

Vb

Gambar 2.4 Kurva arus terhadap tegangan dioda sambungan p-n (Sze, 1985)

Dioda sambungan p-n ada yang memiliki gejala mengemisikan cahaya. Dioda ini disebut

dioda pengemisi cahaya atau biasa dikenal sebagai LED (Light-emitting Diode). Emisi

cahaya disebabkan karena eksitasi elektron dari pita konduksi tipe-n ke pita konduksi tipe-p

kemudian elektron tersebut kembali lagi ke keadaan dasar pada pita valensi tipe-p sehingga

mengemisikan cahaya (Krane, 1982).

Emisi cahaya pada LED dapat terjadi pada bias maju, dengan intensitas emisi meningkat

dengan meningkatnya arus. Emisi berasal dari rekombinasi radiatif dari elektron dan lubang

pada sambungan ZnO ( Deng dkk, 2013).

Penyebab lain diemisikan cahaya adalah karena terbentuknya eksiton. Eksiton merupakan

partikel mirip hidrogen yang terbentuk akibat dari elektron yang mengelilingi lubang.

Eksiton mempunyai pita energi diantara pita konduksi dan pita valensi sehingga seolah-olah

dapat mengakibatkan turunnya celah pita energi atau bandgap (Kitai Ed, 2008).

11

2.3 Kristal ZnO

Kristal ZnO merupakan kristal berwarna putih dan akan menjadi kuning apabila dipanaskan,

struktur kristal berupa wurtzite. Pada struktur wurtzite terdapat lapisan antara Zn2+ dan O2-

secara bergantian, memiliki lebar celah pita sebesar 3,3 eV, memiliki titik leleh sebesar

1975C dengan massa jenis 5,606 g/cm3. Memiliki sifat luminesensi baik fotoluminesensi

dan elektroluminesensi. Pada keadaan tanpa pengotor sedikit bertipe-n.

Gambar 2.5 Struktur kristal wurtzite (Housecroft dan Sharpe, 2005)

2.4 Efek Medan Listrik Luar

Medan listrik merupakan daerah yang ada disekitar objek bermuatan. Apabila sebuah

partikel bermuatan memasuki medan tersebut, maka gaya listrik akan bekerja pada benda

tersebut. Besarnya medan listrik pada daerah tersebut diberikan pada persamaan berikut ini.

E =

0 (II.1)

Apabila kita kenakan sebuah medan listrik pada sebuah daerah yang mengandung muatan

positif dan negatif, maka akan terjadi pemisahan muatan dari daerah tersebut, di mana

12

muatan positif akan mengarah ke kutub negatif dari sumber medan listrik, begitu juga

sebaliknya, efek ini akan disebut efek polarisasi (Krane, 1982).

Adanya medan listrik akan mengakibatkan polarisasi kristal ZnO dengan cara medan listrik

pada kutub negatif akan menarik Zn ke arahnya, sementara O akan mengarah ke kutub

positif sehingga kristal ZnO akan tumbuh dengan arah tertentu.

Efek Proses Pemanasan

Proses pemanasan dilakukan unruk memperbaiki sambungan. Kristal dikondisikan untuk

mencapai suatu keadaan vibrasi yang efektif sehingga relaksasi atom memungkinkan untuk

transport muatan lebih baik. Transport muatan yang lebih baik mengakibatkan rekombinasi

dan pembentukan eksiton yang lebih baik pula ( Coskun dkk, 2009).

Meningkatnya teperatur pemanasan mengakibatkan pengurangan kristalinitas dan

peningkatan hambatan elektronik ( Ghasempoor, 2011).

3 Metodologi Penelitian

3.1 Tahapan Penelitian

Penelitian ini berupa eksperimen yang meliputi beberapa tahap percobaan, yaitu :

Tahap pertama yaitu fabrikasi film tipis ZnO pada kaca biasa. Larutan Zn(NO3)2 100

mM digunakan sebagai sumber Zn2+ dan heksametilentetramin (CH2)6N4 100 mM

sebagai basa. Kaca sebagai tempat pertumbuhan kristal dibersihkan dengan

disonikasi di dalam aquabides, etanol dan aseton masing-masing selama 20 menit.

Lalu ditumbuhkan dengan medan listrik dari luar.

Tahap kedua yaitu fabrikasi film tipis ZnO pada kaca ITO (Indium Tin Oxide).

Tahap kedua prosesnya sama dengan tahap pertama, hanya saja digunakan kaca ITO

sebagai media pertumbuhan kristal.

Tahap ketiga adalah fabrikasi sambungan p-n ZnO. Larutan Zn(NO3)2 dan

heksametilentetramin ditumbuhkan pada kaca ITO. Tipe-p difabrikasi dengan

menambahkan dopan Li sebanyak 5% mol/mol sedangkan tipe-n difabrikasi dengan

menambahkan dopan Al sebanyak 5% mol/mol.

Tahap keempat adalah fabrikasi sambungan p-i-n ZnO. Tahap fabrikasi sama dengan

tahap ketiga, hanya saja setelah penumbuhan tipe-n ditumbuhkan tipe intrinsik ZnO

tanpa dopan sebelum penumbuhan tipe-p.

Tahap kelima adalah pemanasan sambungan p-n ZnO pada variasi temperatur untuk

memperoleh hasil kurva arus terhadap tegangan yang paling baik.

Tahap keenam adalah karakterisasi film tipis hasil fabrikasi dengan XRD (X-Ray

Difraction) untuk mengetahui karakter kristalnya dan SEM (Scanning Electron

Microscope) untuk mengetahui morfologi permukaan dan penampang-melintangnya.

Pengukuran arus terhadap tegangan dilakukan pada sambungan p-n dan p-i-n untuk

mengetahui sifat kelistrikannya. Pengukuran panjang gelombang emisi juga

dilakukan menggunakan detektor sinar UV-Vis untuk mengetahui sifat

elektroluminesensinya

14

3.2 Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik dan Material, Program Studi Kimia,

Institut Teknologi Bandung. Karakterisasi difraksi sinar-X di Laboratorium Pengujian dan

Karakterisasi Metalurgi, Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik Perminyakan

dan Pertambangan, Institut Teknologi Bandung. Karakterisasi SEM dilakukan di

Laboratorium SEM, lantai basement gedung Basic Science Center-A, Institut Teknologi

Bandung. Pengukuran arus terhadap tegangan dilakukan di Laboratorium Kimia Inti dan

Radiasi, Program Studi Kimia, Institut Teknologi Bandung. Pengukuran Elektroluminesensi

dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik dan Material, Program Studi Kimia, Institut

Teknologi Bandung.

3.3 Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdapat di Laboratorium Kimia Anorganik ITB

dan Gudang Bahan Kimia ITB. Sementara alat yang digunakan terdapat di Laboratorium

Kimia Fisik dan Material dan Laboratorium Kimia Anorganik ITB. Untuk keperluan

pembuatan larutan alat yang digunakan adalah labu takar 100 mL, gelas kimia 100 mL,

batang pengaduk, spatula, corong, dan desikator sebagai tempat penyimpanan. Bahan yang

digunakan adalah Zn(NO3)2.6H2O sebagai sumber Zn2+, heksametilentetramin sebagai basa,

kaca ITO dan kaca biasa sebagai media pertumbuhan kristal, AlCl3 dan LiCl sebagai dopan,

aseton teknis, etanol 95% teknis sebagai cairan pencuci media pertumbuhan maupun tempat

reaksi, serta aquabides sebagai pelarut dan cairan pencuci. Proses penimbangan

menggunakan neraca analitis. Tempat reaksi menggunakan botol balok berkapasitas 70mL

dengan ketebalan 2,7 cm. Proses Pemanasan menggunakan oven. Sumber medan listrik

menggunakan DC 15 kV dengan elektroda stainless steel berjarak 2,7cm. Proses pencucian

menggunakan sonikator Ultrasonic Cleaning Bath Branson 2110. Proses karakteriasasi

difraksi sinar-X menggunakan X-Ray Difractometer PANanalytical PW3373. Karakterisasi

morfologi dilakukan dengan alat JEOL Scanning Electron Microscope. Karakterisasi arus

terhadap tegangan dilakukan dengan alat Keithley Source Meter 2400. Karakterisasi

fotoluminesensi menggunakan sumber sinar yaitu ASB-XE-175 Xenon Light Source dengan

detektor sinar Ocean Optics USB-LS-395, sedangkan pengukuran panjang gelombang

elektroluminesensi menggunakan detektor yang sama.

15

3.4 Prosedur Penelitian

3.4.1 Fabrikasi film tipis ZnO

Kaca biasa berukuran 5 x 5 mm disonikasi di dalam aseton, etanol kemudian dalam

akuabides selama masing-masing 20 menit menggunakan Ultrasonic Cleaning Bath Branson

2110 kemudian dikeringkan. Kaca kemudian ditempelkan pada dinding dalam botol reaksi.

Kemudian dibuat larutan Zn2+ dan heksametilentetramin masing-masing 0,1 M. Dengan

Zn(NO3)2 .6H2O sebagai sumber Zn2+ dan heksametilentetramin sebagai basa. Kemudian

larutan dimasukkan kedalam botol reaksi. Selanjutnya botol reaksi ditutup dan dipanaskan

selama 8 jam pada temperatur 90C dalam medan listrik sebesar 2400 V/cm. Prosedur yang

sama dilakukan pada media pertumbuhan kaca ITO. Setelah itu film tipis ZnO pada kaca

biasa dan kaca ITO dikarakterisasi morfologi menggunakan alat JEOL SEM (Scanning

Electron Microscope), dan dikarakterisi menggunakan difraksi sinar-X menggunakan alat X-

Ray Difractometer PANanalytical PW3373.

Gambar 3.1 Skema elektroda yang digunakan untuk penelitian ini

3.4.2 Fabrikasi sambungan p-n dan p-i-n ZnO

Untuk fabrikasi sambungan tipe p-n dan p-i-n menggunakan prosedur yang sama dengan

prosedur sebelumnya. Pada sambungan tipe p-n ditumbuhkan 3 lapis. Lapisan pertama yaitu

templat, digunakan prekursor dan cara yang sama namun waktu yang digunakan adalah 2

jam. Lapisan kedua adalah lapisan tipe-n yang dibuat dengan Zn(NO3)2 yang dicampurkan

Medium pertumbuhan

Larutan prekursor

Botol / Bejana reaksi

Elektroda

Stainless Steel

+ -

16

dengan AlCl3 sebanyak 5% mol Zn2+ lalu ditambahkan heksametilen tetramin dengan

perbandingan 1:1. Pemanasan dilakukan dalam medan listrik seperti prosedur sebelumnya

dan dipanaskan selama 8 jam. Untuk lapisan ketiga adalah lapisan tipe-p yang dibuat dengan

Zn(NO3)2 yang dicampurkan dengan LiCl sebanyak 5% mol Zn2+ lalu ditambahkan

heksametilentetramin dengan perbandingan 1:1. Pemanasan dalam medan listrik dilakukan

selama 8 jam. Pada fabrikasi tipe p-i-n lapisan yang ditumbuhkan sebanyak 4 lapis, lapisan

pertama dan kedua sama dengan sambungan p-n namun lapisan ketiga adalah lapisan

intrinsik ZnO yang dibuat dari Zn(NO3)2 dan heksametilentetramin dengan perbandingan 1:1

tanpa ditambahkan dop. Pemanasan dalam medan listrik dilakukan selama 8 jam. Setelah itu

ditumbuhkan tipe-p dengan proses yang sama dengan penumbuhan tipe-p pada sambungan

p-n. sambungan p-n dan p-i-n yang didapatkan dibilas dengan akuabides dan dikeringkan,

lalu dikarakterisasi dengan SEM, difraksi sinar-X dan pengukuran arus terhadap tegangan.

3.4.3 Pengukuran arus terhadap tegangan

Film tipis sambungan p-n dan p-i-n diletakkan pada PCB. PCB dibuat dengan ukuran 2 x 4

cm dengan kabel yang terinstalasi pada pinggirnya untuk dapat digunakan sebagai konduktor

yang menghubungkan tipe-n dan tipe-p pada sambungan p-n dan p-i-n dengan sourcemeter.

Film tipis dibagian pojok dibuang sampai tersisa lapisan ITO saja dengan tujuan sebagai

tempat dimana sumber arus akan dipasang pada tipe-n. Setelah itu kabel dipasang pada

lapisan tipe-p dan pada kaca ITO yang berhubungan langsung dengan lapisan tipe-n

menggunakan pasta perak. Pasta perak dikeringkan sampai memadat, selanjutnya kedua

kabel dihubungkan pada instrumen Keithley Source Meter 2400 dimana kutub positif

langsung dihubungkan dengan lapisan tipe-p sementara kutub negatif langsung

disambungkan ke kabel yang terhubung ke kaca ITO. Pengukuran dilakukan pada temperatur

19 C 20 C. Pengukuran dilakukan langsung dan dikontrol dengan komputer

menggunakan perangkat lunak LabView. Pengukuran dilakukan berkali-kali untuk tiap

sampel yang didapatkan baik pada sambungan p-n maupun sambungan p-i-n, setelah itu di

plot kurva arus terhadap tegangan untuk melihat karakteristik dari perangkat yang

dihasilkan.

17

3.4.4 Pemanasan terhadap sambungan p-n ZnO

Untuk mendapatkan karakteristik yang lebih baik pada sambungan p-n dilakukan pemanasan

untuk film tipis sambungan p-n ZnO pada variasi temperatur yaitu pada 200 C selama

2 jam, 300 C selama 2 jam, 300 C selama 6 jam, 400 C selama 2 jam dan 400 C selama 6

jam menggunakan oven, kemudian film tipis didinginkan untuk selanjutnya masing-masing

dikarakterisasi menggunakan instrumen arus terhadap tegangan.

3.4.5 Pemanasan pada tiap tahap lapisan sambungan p-n ZnO

Untuk mendapatkan karakteristik yang lebih baik lagi pada sambungan p-n dilakukan

pemanasan pada tiap tahap, setelah penumbuhan templat dilakukan pemanasan dengan

temperatur dan waktu optimum yang didapatkan dari percobaan sebelumnya. Setelah

pemanasan ditumbuhkan tipe-n dan dilakukan pemanasan lagi, kemudian ditumbuhkan

tipe-p dan setelah itu dilakukan pemanasan lagi. Film tipis didinginkan untuk selanjutnya

masing-masing dikarakterisasi menggunakan instrumen arus terhadap tegangan.

4 Hasil dan Pembahasan

4.1 Mekanisme pertumbuhan kristal ZnO

Mekanisme pembentukan ZnO belum secara pasti diketahui, namun beberapa penelitian

menyarankan adanya hidrolisis heksametilentetramin menjadi amonia. Heksametilentetramin

berfungsi sebagai buffer pH dan menghidrolisis air sehingga dapat menyuplai OH-. Reaksi

yang disarankan adalah sebagai berikut.

C6H12N4 + 6 H2O 6 HCHO + 4 NH3 (IV.1)

NH3 + H2O NH4+ + OH- (IV.2)

Zn2+ + 2OH- ZnO + H2O (IV.3)

Struktur kristal ZnO merupakan struktur wurtzite yang dapat dilihat sebagai lapisan

bergantian antara Zn2+ dan O2-.

4.2 Difraktogram Sinar-X Film Tipis ZnO

4.2.1 Difraktogram Film Tipis Intrinsik ZnO pada Kaca Biasa

Film tipis yang dihasilkan pada fabrikasi berwarna putih yang melapis kaca biasa,

pertumbuhan kristal merata pada semua bagian kaca ITO. Difraktogram yang didapatkan ada

pada Gambar 4.1.

Kristal yang tumbuh merupakan kristal ZnO dan tidak terdapat adanya pengotor dengan

puncak tertinggi yang terletak pada 2 sebesar 34,66, yang menandakan pertumbuhan

kristal yang dominan pada bidang (002) yang artinya kristal tumbuh dominan pada sumbu c.

19

0 20 40 60 80 100

Inte

nsita

s (

a.u

)

2

002

101

100

Gambar 4.1 Difraktogram sinar-X dari film tipis ZnO yang ditumbuhkan pada kaca biasa

4.2.2 Difraktogram Film Tipis Intrinsik ZnO pada Kaca ITO

Film tipis yang dihasilkan dari fabrikasi melapis kaca ITO secara merata dan berwarna putih.

Difraktogram yang dihasilkan adalah sebagai berikut.

0 20 40 60 80 100

Inte

nsita

s (

a.u

)

2

002

100 101

Gambar 4.2 Difraktogram sinar-X dari film tipis ZnO yang ditumbuhkan pada kaca ITO

20

Puncak tertinggi adalah pada 2 sebesar 34,66 yang merupakan puncak bidang (002) yang

menandakan pertumbuhan kristal dominan pada sumbu c. Intensitas jauh lebih baik daripada

yang ada pada kaca biasa, sehingga dapat dikatakan bahwa kaca ITO dapat menghantarkan

medan listrik lebih baik daripada kaca biasa, serta struktur permukaan kaca ITO lebih teratur

daripada kaca biasa sehingga penataan kristal pada pertamakali tumbuh lebih teratur

daripada kaca biasa.

4.2.3 Difraktogram Film Tipis Sambungan p-n ZnO

Film tipis sambungan p-n ZnO merupakan kristal yang terdiri dari 3 lapisan yaitu lapisan

templat, tipe-p dan tipe-n. Film tipis berwarna putih dengan pertumbuhan yang merata.

Diftaktogram sinar-X yang didapatkan adalah sebagai berikut.

0 20 40 60 80 100

Inte

nsita

s (

a.u

)

2

002

100 101

Gambar 4. 3 Difraktogram sinar-X sambungan p-n ZnO pada kaca ITO

Puncak tertinggi didapatkan pada 2 sebesar 34,66 yang menandakan pertumbuhan yang

dominan ada pada sumbu c, dengan meningkatnya intensitas dibandingkan dengan

difraktogram sinar-X dari film tipis yang ditumbuhkan pada kaca ITO dikarenakan adanya

perbedaan ketebalan dari film tipis karena sambungan p-n merupakan lapisan dengan 3

lapisan yaitu templat, tipe-n dan tipe-p.

21

4.2.4 Difraktogram Film Tipis Sambungan p-i-n ZnO

Film tipis sambungan p-i-n merupakan film yang terdiri dari 4 lapisan yaitu templat, tipe-n,

intrinsik dan tipe-n. Film tipis ini berwarna putih dengaan lapisan yang rata di semua

permukaan. Difraktogram sinar-X yang didapatkan adalah sebagai berikut.

0 20 40 60 80 100

Inte

nsita

s (

a.u

)

2

002

100 101

Gambar 4.4 Difraktogram sinar-X sambungan p-i-n ZnO pada kaca ITO

Difraktogram menunjukkan bahwa puncak pada 2 pada 34,66 yang menunjukkan

pertumbuhan dominan pada bidang (002) atau pada sumbu c. Namun intensitas makin

membesar diakibatkan lapisan yang makin tebal daripada sebelumnya.

4.3 Fotoluminesensi Film Tipis ZnO

Pengukuran fotoluminesensi digunakan untuk mengetahui apakah material yang telah dibuat

mempunyai efek luminesensi atau tidak. Dengan menyelidiki suatu bahan mempunyai efek

fotoluminesensi maka boleh jadi bahan tersebut mempunyai efek elektroluminesensi juga.

22

4.3.1 Fotoluminesensi Emisi Film Tipis ZnO

Berikut ini merupakan beberapa kurva yang menunjukkan panjang gelombang terhadap

intensitas yang dikeluarkan oleh bahan. Adanya puncak menunjukkan adanya efek

fotoluminesensi.

350 400 450 500

Inte

nsita

s (

a.u

)

nm

tipe-p

tipe-n

Gambar 4. 5 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 200 nm

Pada eksitasi sebesar 200 nm didapatkan suatu emisi pada panjang gelombang 425 nm yang

artinya bahan ini menyerap sinar UV untuk kemudian mengemisikan sinar berwarna biru.

Hal ini berarti bahwa sesuai perhitungan bahwa apabila lebar celah pita dari kristal tunggal

ZnO adalah 3,3 eV maka diperkirakan akan menyerap pada daerah sekitar 375 nm.

400 500

Inte

nsita

s (

a.u

)

225 nm

tipe-p

tipe-n

Gambar 4. 6 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 225 nm

23

Pada saat emisi digeser ke panjang gelombang yang lebih besar atau energi yang semakin

kecil, maka akan didapatkan dua puncak yaitu pada panjang gelombang 400 nm dan 468 nm.

350 375 400 425 450 475

Inte

nsita

s (

a.u

)

= 250 nm

tipe-p

tipe-n

Gambar 4.7 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 250 nm

Pada eksitasi 250 nm didapati bahwa pada panjang gelombang 400 nm sudah tidak terdapat

emisi. Namun puncak emisi yang didapatkan mempunyai puncak pada 442 nm cenderung

condong ke arah panjang gelombang yang lebih besar dan landai pada daerah panjang

gelombang yang lebih kecil.

450 475 500 525 550 575 600

Inte

nsita

s (

a.u

)

= 300 nm

tipe-p

tipe-n

Gambar 4.8 Emisi dari bahan tipe-p dan tipe-n pada eksitasi 300 nm

24

Eksitasi pada panjang gelombang 300 nm didapatkan pergeseran ke arah merah yaitu muncul

puncak pada panjang gelombang 490 nm dan bahu pada 525 nm. Puncak yang cenderung

landai, dapat diperkirakan terdapat beberapa puncak pada rentang 490 nm 525 nm.

4.3.2 Fotoluminesensi Eksitasi Film Tipis ZnO

6.00 5.75 5.50 5.25 5.00 4.75 4.50 4.25

Inte

nsita

s (

a.u

)

eV

nm

tipe-p

tipe-n

Gambar 4. 9 Rentang eksitasi dari bahan tipe-p dan tipe-n

Bahan yang difabrikasi mempunyai rentang eksitasi dari 5,6 eV 4,42 eV. Puncak emisinya

terdapat pada 230 nm. Masih terlalu tinggi energinya dibandingkan dengan eksitasi dari

kristal ZnO murni kristal tunggal yaitu sekitar 375 nm.

4.4 Morfologi Film Tipis ZnO

Morfologi yang dapat dilihat dari foto SEM dapat melihat langsung ukuran partikel material

yang difabrikasi. Melalui foto SEM ini juga kita dapat melihat perkembangan dari bahan

yang kita fabrikasi dari tahap penumbuhan templat sampai dengan tipe-p. Foto SEM

digunakan untuk menunjang data yang didapatkan dari difraksi sinar-X.

25

4.4.1 Morfologi Film Tipis Templat ZnO

Gambar 4. 10 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian templat

Templat film tipis ZnO digunakan sebagai cetakan untuk medium pertumbuhan kristal

diatasnya yaitu tipe-n. Foto SEM menunjukkan bentuk kristal ZnO berupa prisma segi enam

dengan diameter sekitar 0,8 m. Pertumbuhan yang baik pada templat dengan arah tumbuh

mengikuti arah sumbu c sesuai dengan difraktogram pada puncak (002).

4.4.2 Morfologi Film Tipis Sambungan p-n ZnO

Film tipis sambungan p-n ZnO ditumbuhkan 3 lapis yaitu lapisan templat, tipe-n kemudian

tipe-p. Gambar 4.11 adalah morfologi dari permukaan lapisan tipe-n. Pada pelapisan kedua

yaitu tipe-n didapatkan arah tumbuh kristal masih mengikuti arah sumbu c dan ukuran kristal

membesar, dari skala yang diberikan pada gambar maka diameter dari kristal adalah sekitar 3

m.

Pada lapisan tipe-p ukuran kristal sekitar 3 m, namun dengan kerapatan pertumbuhan yang

lebih tinggi, pertumbuhan masih mengikuti arah sumbu c, menandakan bahwa pertumbuhan

dengan arah yang baik dipengaruhi oleh medan listrik dari luar. Gambar 4.10, Gambar 4.11

dan Gambar 4.12 menunjukkan bahwa pertumbuhan kristal ZnO mengakibatkan kristal

saling bertumpukan. Pada lapisan yang lebih atas, terjadi penumpukan yang lebih rapat

daripada lapisan yang berada dibawahnya karena ukuran kristalnya bertabah. Pertambahan

26

ukuran kristal dari tipe-n ke tipe-p bisa diakibatkan oleh ukuran atom dari Al3+ yang lebih

kecil daripada Li+ sehingga ukuran kristal membesar dengan ditambahkannya dopan

tersebut.

Gambar 4. 11 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian tipe-n

Gambar 4. 12 Foto SEM dari film tipis sambungan p-n ZnO bagian tipe-p

27

Gambar 4.13 Foto SEM penampang film tipis sambungan p-n ZnO

Foto penampang (Gambar 4.13) menunjukkan pertumbuhan searah sumbu c dengan

ketebalan templat adalah sekitar 2 m dan ketebalan tipe-p dan tipe-n adalah sekitar 5 m.

Dapat terlihat jelas pada Gambar 4.14 bahwa film tipis terbagi menjadi tiga lapisan.

Gambar 4.14 Foto SEM lapisan pada film tipis sambungan p-n ZnO

Ukuran kristal yang tumbuh membesar mengakibatkan bentuk kristal apabila dilihat dari

penampang akan berbentuk trapesium. Pada lapisan templat ukuran kristalnya kecil dan

membesar pada pelapisan selanjutnya, maka kristal akan terlihat menumpuk apabila dilihat

permukaannya.

Ketiga lapisan di atas membentuk susunan dioda sambungan p-n sehingga diharapkan akan

memberikan sifat dioda yang baik.

Tipe-p

Tipe-n

Templat ZnO

Bentuk trapesium

pada kristal ZnO

28

4.4.3 Morfologi Film Tipis Sambungan p-i-n ZnO

Morfologi dari film tipis sambungan p-i-n mirip dengan sambungan p-n hanya saja terdapat

empat lapisan yaitu templat, tipe-n, intrinsik dan tipe-p.

Gambar 4.15 Foto SEM dari film tipis sambungan tipe p-i-n ZnO bagian intrinsik

Tren membesarnya ukuran kristal juga terjadi pada lapisan intrinsik dari sambungan p-i-n

yang mengakibatkan diameter kristal mencapai 5 m. Kristal masih tumbuh mengikuti arah

sumbu c.

Gambar 4.16 Foto SEM dari film tipis sambungan tipe p-i-n ZnO bagian tipe-p

29

Pada lapisan tipe-p ukuran kristal lebih besar daripada lapisan intrinsik yaitu sekitar 6 m

dan masih tumbuh mengikuti arah sumbu c dengan pertumbuhan kristal yang lebih rapat.

Seperti pada sambungan p-n, terjadi penumpukan kristal yang dapat dilihat pada Gambar

4.16.

Gambar 4. 17 Foto SEM penampang dari film tipis sambungan p-i-n ZnO

Ketebalan kristal mencapai 13 m dengan 4 lapisan dan tumbuh pada arah sumbu c sesuai

dengan data yang ditunjukkan difraktogram dari difraksi sinar-X. Bentuk kristal yang

didapatkan lebih kurang teratur dibandingkan dengan sambungan p-n. Hal ini dimungkinkan

karena proses penumbuhan yang lebih lama, sehingga kristal mengalami pelarutan kembali

dalam air yang mengakibatkan bentuk yang kurang teratur dibandingkan sambungan p-n.

Ketiga lapisan diatas menunjukkan susunan dioda sambungan p-i-n yang diharapkan akan

memberikan karakteristik dioda yang baik.

30

Gambar 4. 18 Foto SEM lapisan pada film tipis sambungan p-n ZnO

4.5 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n dan p-i-n ZnO

Karakteristik sebuah dioda ataupun LED dapat dilihat dari karakteristik kurva arus terhadap

tegangan menunjukkan kurva khas dioda untuk sambungan p-n ataupun p-i-n. keduanya

mempuyai tegangan rusak (breakdown voltage) sebesar -2,88 V dan bias maju diukur sampai

dengan 6 V.

Gambar 4. 19 Kurva arus terhadap tegangan dari sambungan p-n dan p-i-n ZnO

-4 -2 0 2 4 6

-0.03

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

m

m2

V (Volt)

pn

pin

Tipe-p

Tipe-n

Intrinsik

Templat ZnO

31

Ekstrapolasi kurva arus terhadap tegangan dapat dimaknai sebagai lebar celah pita, dimana

untuk dapat berfungsi sebagai LED suatu bahan harus mendekati lebar celah pita kristal

tunggalnya, untuk ZnO adalah 3,3 eV. Sementara yang didapatkan dari ekstrapolasi adalah

senilai 1,27 eV untuk sambungan p-n dan 1,97 eV untuk sambungan p-i-n. Sambungan p-i-n

mempunyai nilai yang lebih tinggi dikarenakan lapisan intrinsik pada p-i-n berperan dalam

memperluas daerah deplesi sehingga selisih antara pita energi tipe-n dan tipe-p membesar.

Lebar celah pita masih jauh dari lebar celah pita kristal tunggal ZnO, oleh karena itu

dilakukan perbaikan dengan cara pemanasan pada film tipis yang difabrikasi

4.6 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n ZnO setelah Proses Pemanasan

Untuk mencari nilai optimum, pemanasan dilakukan dengan variasi temperatur dan waktu

pemanasan untuk sambungan p-n. Pemanasan dan waktu yang dilakukan adalah pada

temeperatur 200 C selama 2 jam, 300 C selama 2 jam, 300 C selama 6 jam, 400 C

selama 2 jam dan 400 C selama 6 jam.

-4 -2 0 2 4 6

-0.03

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

A/m

m2

V (volt)

pn ord

pn 300oC 2h

pn 300oC 6h

pn 400oC 2h

pn 400oC 6h

pn 200oC 2h

Gambar 4. 20 kurva arus teradap tegangan dari berbagai temperatur pemanasan

Pemanasan dilakukan dan didinginkan kembali, kemudian diukur arus terhadap tegangan dan

didapatkan kurva seperti pada Gambar 4.16. Ekstrapolasi terhadap kurva yang didapatkan

32

dari pengukuran dari hasil pemanasan menunjukkan lebar celah pita untuk tiap-tiap variasi

pemanasan seperti pada tabel Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Lebar celah pita dari hasil pemanasan

T pemanasan (C) Waktu (jam) Lebar celah (eV)

200 6 0,49

300 2 1,46

300 6 0,70

400 2 0,97

400 6 0,74

Terjadi peningkatan lebar celah pita hanya pada pemanasan 300 C selama 2 jam, juga kurva

yang lebih landai pada daerah kuadran tiga atau daerah bias balik. Pada proses pemanasan

terjadi perbaikan pada permukaan sambungan di mana sebelum pemanasan pada permukaan

tentunya akan terdapat pengotor seperti air atau senyawa organik lainnya, juga

memungkinkan masih adanya senyawa Zn-O-H yang terdapat di permukaan yang akan

menjadikan sambungan kurang baik. Pada pemanasan yang terlalu lama, dimungkinkan

terjadinya difusi dari dop yaitu Li, karena seperti diketahui Li mudah menguap. Untuk

pemanasan pada temperatur 400 C kurva menunjukkan kurva yang linear, yang artinya

sudah tidak terlalu menunjukkan sifat dioda.

4.7 Kurva Arus terhadap Tegangan pada Sambungan p-n ZnO pada Proses Pemanasan Tiap Tahap Pelapisan

Telah didapatkan temperatur dan waktu optimum adalah 300 C selama 2 jam. Temperatur

dan waktu tersebut digunaka untuk proses pemanasan pada tiap tahap pelapisan. Untuk

sambungan p-n didapatkan kurva seperti pada Gambar 4.17.

33

-4 -2 0 2 4 6 8

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

A/m

m2

V (volt)

p-n

Gambar 4.21 Kurva arus terhadap tegangan sambungan p-n pada pemanasan tiap tahap pelapisan

Didapatkan lebar celah pita sebesar 2,51 eV dengan tegangan rusak sebesar - 3 V dengan

kurva yang landai pada daerah kuardan 3. Hal ini menunjukkan adanya perbaikan pada

sambungan p-n yaitu dengan naiknya lebar celah pita, juga dengan bentuk kurva yang

eksponensial. Lendainya kuadran 3 menunjukkan tahanan dari dioda baik, walaupun

tegangan rusaknya relatif kecil.

5 Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

Penelitian ini dapat disimpulkan bahwa sambungan p-n dan p-i-n memiliki kurva arus

terhadap tegangan yang sesuai dengan kurva arus terhadap tegangan yang khas dari dioda

biasa. Hasil pengukuran didapatkan lebar celah pita untuk sambungan p-n sebesar 1,27 eV

dan untuk sambungan p-i-n sebesar 1,97 eV. Didapatkan temperatur dan waktu optimum

pemanasan untuk perbaikan sambungan pada temperatur 300 C dengan waktu 2 jam.

Didapatkan lebar celah pita untuk sambungan p-n setelah pemanasan optimum sebesar 1,47

eV. Untuk memperbaiki lebih lanjut sambungan, dilakukan pemanasan setelah tahap

pelapisan pada temperatur optimum yang telah didapatkan. Lebar celah pita untuk

pemanasan tiap pelapisan untuk sambungan p-n sebesar 2,51 eV. Hasil cukup jauh dengan

semiconductor gap dari kristal tunggal ZnO sebesar 3,3 eV, namun teknik pemanasan ini

sudah menunjukkan adanya perbaikan yang signifikan.

5.2 Saran

Untuk penelitian selanjutnya, variasi temperatur dan waktu sebaiknya diperbanyak untuk

mengetahui yang paling optimum, memperlama proses penumbuhan kristal bisa dilakukan

dengan catatan difraksi sinar-X atau SEM yang membaik. Variasi medan listrik dapat

divariasikan untuk mendapatkan penataan kristal yang lebih baik.

Daftar Pustaka

Abrahams, S.C., Bernstein, J.L.(1986). Remeasurement of the structure of

hexagonalZnO. Acta Crystallographica B. 24.

Callister, William D Jr. (2001). Fundamentals of Material Science and Engineering.

New York : John Wiley & Sons. 368 370.

Coskun, Cevdet., Guney, Harun., Gur, Emre., Tuzemen, Sebahattin. (2009).

Effective Annealing of ZnO Thin Film Grown by electrochemical Deposition

Technique. Turk Journal of Physics (TUBITAK) 33. 49 56.

Deng, R., Li, B.H., Li, J.C., Li, Y.F., Shen, D.Z., Xu, Y., Yao, B., Zhang, Z.Z.,

Zhang, L.G., Zhao, H.F.(2013). Ultraviolet Electroluminescence from n-

ZnO/p-NiO Heterojunction Light-Emitting Diode. Journal of Luninescence

134. 240 243 .

Ghasempoor, T., Golshahi, S., Rozati, S.M.(2011). Annealing Treatment of ZnO

Thin films Prepared by Non-Reactive E-Beam Evaporation Technique.

Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, Vol 6,2. 445 450.

Halliday, David., Resnick, Robert., Walker, Jearl. (1990). Fundamentals of Physics.

New York: W.H. Freeman and Company. 723 724.

Housecroft, Catherine E., Sharpe, Alan G. (2005). Inorganic Chemistry. London:

Pearson Education Limited. 168 180, 676 677 .

Kitai, Adrian. Ed. (2008). Luminescent Materials and Applications. Chicester : John

Wiley & Sons Ltd. 30 34.

Krane, Kenneth. (1982). Modern Physics. London : John Wiley and Sons Inc. 575

564.

Sze, S.M.(1985). Semiconductor Devices : Physics and Technology. New York :

John Wiley & Sons. 1 88, 258 267.

Tipler, Paul A., Llewellyn, Ralph A. (2006). Modern Physics. New York: W. H.

Freeman and Company. 438-457.

36

Lampiran

Lampiran A Difraktogram Sinar-X ZnO Standard

900

800

600

400

200

0

Powder Simulation

10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0

Difraktogram standar dari ZnO wurtzite (Abrahams and Bernstein, 1986)

37

Lampiran B Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan

Sambungan p-n dan p-i-n

p-n p-i-n

V A/mm2 V A/mm2

-3 -0.0132 -3 -0.02306

-2.88 -0.0106 -2.875 -0.01945

-2.75 -0.00897 -2.75 -0.01831

-2.63 -0.00832 -2.625 -0.01697

-2.5 -0.0078 -2.5 -0.01555

-2.38 -0.00713 -2.375 -0.01443

-2.25 -0.00673 -2.25 -0.01436

-2.13 -0.00584 -2.125 -0.0155

-2 -0.00584 -2 -0.01464

-1.88 -0.0052 -1.875 -0.01307

-1.75 -0.00445 -1.75 -0.01257

-1.63 -0.00468 -1.625 -0.01108

-1.5 -0.00368 -1.5 -0.00998

-1.38 -0.00353 -1.375 -0.00913

-1.25 -0.00295 -1.25 -0.00801

-1.13 -0.00258 -1.125 -0.00725

-1 -0.00267 -1 -0.00699

-0.875 -0.00208 -0.875 -0.00558

-0.75 -0.0023 -0.75 -0.00489

-0.625 -0.0015 -0.625 -0.00397

-0.5 -0.00167 -0.5 -0.00366

-0.375 -8.41E-04 -0.375 -0.00335

-0.25 -0.00101 -0.25 -0.00204

-0.125 -4.40E-04 -0.125 -0.00123

0 -1.85E-04 0 5.07E-05

0 8.20E-05 0 5.07E-05

0.123 -3.06E-04 0.1225 -9.17E-05

0.245 2.29E-04 0.245 1.93E-04

0.368 2.43E-04 0.3675 -4.01E-04

0.49 5.63E-04 0.49 5.07E-05

0.612 7.51E-04 0.612 1.46E-04

0.735 0.00122 0.7345 0.0015

0.857 0.00174 0.857 0.00143

0.98 0.00257 0.9795 0.00181

1.1 0.00329 1.102 0.00293

1.22 0.00375 1.2245 0.00333

1.35 0.00438 1.347 0.00454

1.47 0.00545 1.4695 0.00476

1.59 0.00607 1.592 0.00626

38

1.71 0.00689 1.7145 0.00702

1.84 0.00785 1.8365 0.00816

1.96 0.00845 1.959 0.00866

2.08 0.00938 2.0815 0.01061

2.2 0.0103 2.204 0.01132

2.33 0.0104 2.3265 0.01313

2.45 0.0123 2.449 0.01482

2.57 0.0131 2.5715 0.0161

2.69 0.0139 2.694 0.01786

2.82 0.015 2.8165 0.02157

2.94 0.0156 2.939 0.02304

3.06 0.0161 3.061 0.02399

3.18 0.0176 3.1835 0.02385

3.31 0.0186 3.306 0.02533

3.43 0.0197 3.4285 0.02756

3.55 0.0204 3.551 0.0292

3.67 0.0219 3.6735 0.03075

3.8 0.0229 3.796 0.03277

3.92 0.0241 3.9185 0.03446

4.04 0.0253 4.041 0.03574

4.16 0.0265 4.1635 0.03836

4.29 0.0276 4.2855 0.04073

4.41 0.0289 4.408 0.04283

4.53 0.03 4.5305 0.04542

4.65 0.031 4.653 0.04756

4.78 0.0323 4.7755 0.05086

4.9 0.0336 4.898 0.0517

5.02 0.0348 5.0205 0.05346

5.14 0.0362 5.143 0.05643

5.27 0.0372 5.2655 0.05847

5.39 0.0381 5.388 0.06075

5.51 0.0395 5.51 0.06311

5.63 0.0404 5.6325 0.06518

5.76 0.0419 5.755 0.06682

5.88 0.0428 5.8775 0.06889

6 0.0439 6 0.0716

39

Lampiran C Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan

Sambungan p-n pada Berbagai Temperatur Pemanasan

p-n 200C, 6 h p-n 300C, 2h p-n 300C, 6h p-n 400C, 2h p-n 400C, 6h

V A/mm2 V A/mm2 V A/mm2 V A/mm2 V A/mm2

6 0.08388 -3 -0.00295 6 0.05348 6 0.01325 6 0.00944

5.886 0.08678 -2.87 -0.00392 5.8795 0.05283 5.9 0.01323 5.89 0.00928

5.772 0.08557 -2.74 -0.00318 5.7595 0.05186 5.8 0.01262 5.77 0.00921

5.658 0.08386 -2.6 -0.0033 5.639 0.05034 5.7 0.01213 5.66 0.00899

5.5445 0.08195 -2.47 -0.00273 5.519 0.04905 5.6 0.01192 5.54 0.0088

5.4305 0.07965 -2.34 -0.00238 5.3985 0.04748 5.5 0.01186 5.43 0.00868

5.3165 0.07812 -2.21 -0.00183 5.2785 0.04684 5.4 0.01143 5.32 0.00842

5.2025 0.07632 -2.07 -0.00159 5.158 0.04561 5.3 0.01126 5.2 0.00823

5.0885 0.07394 -1.94 -0.00163 5.038 0.04406 5.2 0.01101 5.09 0.00735

4.9745 0.07237 -1.81 -0.00115 4.9175 0.04311 5.1 0.01071 4.97 0.00778

4.861 0.07037 -1.67 -0.00119 4.7975 0.04183 5 0.01048 4.86 0.00754

4.747 0.06816 -1.54 -9.21E-04 4.677 0.04054 4.9 0.0099 4.75 0.00745

4.633 0.06642 -1.41 -8.00E-04 4.557 0.03947 4.8 0.00995 4.63 0.00695

4.519 0.06459 -1.28 -9.74E-04 4.4365 0.03814 4.7 0.00966 4.52 0.00704

4.405 0.06279 -1.14 -9.61E-04 4.3165 0.03674 4.6 0.00934 4.41 0.00642

4.291 0.06098 -1.01 -4.93E-04 4.196 0.03574 4.5 0.00938 4.29 0.00669

4.177 0.05865 -0.88 -7.20E-04 4.076 0.03446 4.4 0.00853 4.18 0.00614

4.0635 0.05689 -0.747 -6.40E-04 3.9555 0.03296 4.3 0.00868 4.06 0.00592

3.9495 0.05518 -0.615 -7.47E-04 3.8355 0.03198 4.2 0.00852 3.95 0.00585

3.8355 0.05325 -0.482 -4.80E-04 3.715 0.03087 4.1 0.00824 3.84 0.00578

3.7215 0.05109 -0.35 -3.59E-04 3.595 0.02934 4 0.00806 3.72 0.00585

3.6075 0.0494 -0.217 -4.53E-04 3.4745 0.02837 3.9 0.00767 3.61 0.00526

3.4935 0.04759 -

0.0845 -7.87E-04 3.3545 0.02708 3.8 0.00731 3.49 0.00483

3.3795 0.04554 0.048 -5.20E-04 3.234 0.02597 3.7 0.00701 3.38 0.00483

3.266 0.04386 0.181 -5.33E-04 3.114 0.02464 3.6 0.00685 3.27 0.00445

3.152 0.04153 0.314 -2.39E-04 2.9935 0.02359 3.5 0.0066 3.15 0.00414

3.038 0.0396 0.446 -6.13E-04 2.8735 0.02204 3.4 0.00635 3.04 0.00393

2.924 0.03812 0.579 2.88E-05 2.753 0.02102 3.3 0.00602 2.92 0.00378

2.81 0.03634 0.711 5.10E-04 2.633 0.01948 3.2 0.0059 2.81 0.00347

2.696 0.03458 0.844 0.0011 2.5125 0.01843 3.1 0.00583 2.7 0.00355

2.5825 0.03254 0.976 0.00146 2.3925 0.01738 3 0.00554 2.58 0.00345

2.4685 0.03104 1.11 0.00189 2.272 0.01603 2.9 0.00533 2.47 0.00359

2.3545 0.02925 1.24 0.00256 2.152 0.01524 2.8 0.00506 2.35 0.00281

40

2.2405 0.02773 1.37 0.0029 2.0315 0.01358 2.7 0.00465 2.24 0.00274

2.1265 0.02557 1.51 0.00377 1.9115 0.01272 2.6 0.00444 2.13 0.00248

2.0125 0.02405 1.64 0.00413 1.791 0.0118 2.5 0.00428 2.01 0.00274

1.8985 0.02207 1.77 0.00491 1.671 0.01032 2.4 0.00423 1.9 0.00195

1.785 0.02029 1.9 0.00545 1.5505 0.00904 2.3 0.00374 1.79 0.00179

1.671 0.01893 2.04 0.00587 1.4305 0.00806 2.2 0.00342 1.67 0.00188

1.557 0.01708 2.17 0.00704 1.31 0.00728 2.1 0.00309 1.56 0.00164

1.443 0.01563 2.3 0.00789 1.19 0.00616 2 0.00326 1.44 0.00174

1.329 0.01401 2.43 0.00906 1.0695 0.0044 1.9 0.00281 1.33 0.00131

1.215 0.0123 2.57 0.00985 0.9495 0.00366 1.8 0.00267 1.22 0.00114

1.1015 0.01047 2.7 0.0107 0.829 0.00328 1.7 0.00241 1.1 4.79E-04

0.9875 0.00935 2.83 0.0115 0.709 0.00267 1.6 0.0023 0.988 6.45E-04

0.8735 0.00818 2.96 0.0127 0.5885 0.00174 1.5 0.00189 0.874 2.75E-05

0.7595 0.00652 3.1 0.0136 0.4685 4.08E-04 1.4 0.00165 0.76 2.41E-04

0.6455 0.00588 3.23 0.0139 0.348 -1.15E-04 1.3 0.00159 0.646 -4.25E-

04

0.5315 0.0044 3.36 0.0153 0.228 -2.00E-05 1.2 0.00128 0.532 -1.87E-

04

0.4175 0.00352 3.49 0.0166 0.1075 -2.34E-04 1.1 8.74E-04 0.418 -3.53E-

04

0.304 0.00252 3.63 0.0174 -

0.0125 -7.33E-04 1 0.00105 0.304 1.23E-04

0.19 0.00145 3.76 0.0184 -0.133 -0.00128 0.9 7.63E-04 0.19 -1.87E-

04

0.076 6.45E-04 3.89 0.0197 -0.253 -0.00138 0.8 4.81E-04 0.076 -2.82E-

04

-0.038 -2.82E-04 4.02 0.02 -

0.3735 -0.00154 0.7 3.44E-04

-

0.038 -0.00123

-0.152 -0.00109 4.16 0.0217 -

0.4935 -0.00226 0.6 3.01E-04

-

0.152

-3.77E-

04

-0.266 -0.00195 4.29 0.0226 -0.614 -0.00195 0.5 2.84E-04 -

0.266

-5.20E-

04

-

0.3795 -0.00285 4.42 0.0234 -0.734 -0.00252 0.4 1.98E-04 -0.38 -0.0013

-

0.4935 -0.00378 4.55 0.0242

-

0.8545 -0.00226 0.3 1.47E-04

-

0.494

-3.77E-

04

-

0.6075 -0.00497 4.69 0.0257

-

0.9745 -0.00278 0.2 5.27E-05

-

0.608 -0.00102

- -0.00561 4.82 0.0268 -1.095 -0.00344 0.1 -5.81E-04 - -0.00154

41

0.7215 0.722

-

0.8355 -0.00658 4.95 0.0281 -1.215 -0.00356 0 -1.53E-04

-

0.836 -0.0014

-

0.9495 -0.00751 5.08 0.0291

-

1.3355 -0.00368

-

0.1 -2.30E-04 -0.95

-9.72E-

04

-

1.0635 -0.00846 5.22 0.0301

-

1.4555 -0.00442

-

0.2 -1.02E-04 -1.06 -0.00123

-1.177 -0.00932 5.35 0.031 -1.576 -0.00466 -

0.3 -3.07E-04 -1.18 -0.00114

-1.291 -0.0101 5.48 0.0322 -1.696 -0.00459 -

0.4 -6.15E-04 -1.29 -0.00149

-1.405 -0.01098 5.61 0.0334 -

1.8165 -0.00454

-

0.5 -6.75E-04 -1.41 -0.00145

-1.519 -0.01193 5.75 0.0341 -

1.9365 -0.00463

-

0.6 -4.52E-04 -1.52 -0.00183

-1.633 -0.01277 5.88 0.0352 -2.057 -0.00606 -

0.7 -7.52E-04 -1.63 -0.00195

-1.747 -0.01358 6.01 0.0362 -2.177 -0.0052 -

0.8 -7.86E-04 -1.75 -0.00192

-1.861 -0.01467

-

2.2975 -0.00611

-

0.9 -7.44E-04 -1.86 -0.00216

-

1.9745 -0.01557

-

2.4175 -0.00606 -1 -0.00104 -1.97 -0.00211

-

2.0885 -0.01607

-2.538 -0.00701

-

1.1 -0.00103 -2.09 -0.00195

-

2.2025 -0.01736

-2.658 -0.00675

-

1.2 -8.72E-04 -2.2 -0.00218

-

2.3165 -0.01855

-

2.7785 -0.00713

-

1.3 -0.00165 -2.32 -0.00226

-

2.4305 -0.01919

-

2.8985 -0.00791

-

1.4 -0.00157 -2.43 -0.00254

-

2.5445 -0.02016

-3.019 -0.00775

-

1.5 -0.00119 -2.54 -0.00195

-2.658 -0.02107

-3.139 -0.00951 -

1.6 -0.00125 -2.66 -0.00375

-2.772 -0.02202

-

3.2595 -0.00936

-

1.7 -0.00127 -2.77 -0.00271

-2.886 -0.0229

-

3.3795 -0.01051

-

1.8 -0.00167 -2.89 -0.00223

42

-3 -0.02416

-3.5 -0.01079 -

1.9 -0.00145 -3 -0.00283

-- -- -2 -0.00162

-

2.1 -0.00155

-

2.2 -0.00157

-

2.3 -0.00173

-

2.4 -0.00183

-

2.5 -0.00187

-

2.6 -0.00217

-

2.7 -0.0024

-

2.8 -0.00248

-

2.9 -0.00249

-3 -0.00283

43

Lampiran D Data Pengukuran Arus terhadap Tegangan

Sambungan p-n pada Pemanasan Tiap Pelapisan

p-n, 300C , 2h

V A/mm2

6 0.99919

5.886 0.85413

5.5445 0.81173

5.4305 0.78282

5.3165 0.75555

5.2025 0.72248

5.0885 0.70441

4.9745 0.68206

4.861 0.67399

4.747 0.64575

4.633 0.62554

4.519 0.60016

4.405 0.58196

4.291 0.56587

4.177 0.5491

4.0635 0.52502

3.9495 0.50506

3.8355 0.48258

3.7215 0.46317

3.6075 0.44522

3.4935 0.42657

3.3795 0.40429

3.266 0.3866

3.152 0.36874

3.038 0.34429

2.924 0.3287

2.81 0.31311

2.696 0.29407

2.5825 0.25382

2.4685 0.25075

2.3545 0.23617

2.2405 0.22066

2.1265 0.20973

2.0125 0.19717

44

1.8985 0.18036

1.785 0.16112

1.671 0.14708

1.557 0.13431

1.443 0.12334

1.329 0.11262

1.215 0.10241

1.1015 0.09128

0.9875 0.0822

0.8735 0.07169

0.7595 0.06148

0.6455 0.05022

0.5315 0.03955

0.4175 0.03102

0.304 0.02186

0.19 0.01358

0.076 0.00543

-0.038 -1.20E-04

-0.152 -0.0097

-0.266 -0.01735

-0.3795 -0.02495

-0.4935 -0.03302

-0.6075 -0.04151

-0.7215 -0.0495

-0.8355 -0.05744

-0.9495 -0.06555

-1.0635 -0.07387

-1.177 -0.08122

-1.291 -0.0887

-1.405 -0.09656

-1.519 -0.10328

-1.633 -0.10879

-1.747 -0.11341

-1.861 -0.11728

-1.9745 -0.12119

-2.0885 -0.12551

-2.2025 -0.1393

-2.3165 -0.15169

-2.4305 -0.13606

45

-2.5445 -0.12295

-2.658 -0.12997

-2.772 -0.11173

-2.886 -0.1127

-3 -0.1559