Perpustakaan Digital ITB

Upaya modifikasi sifat struktur, optik, dan listrik seng oksida (ZnO) untuk meningkatkan performa fotodetektor cahaya tampak telah dilakukan melalui pemberian doping logam tembaga (Cu). Dopan Cu dipilih karena memiliki konduktivitas listrik tinggi juga jari-jari ionnya yang mendekati Zn sehingga penyisipan atom mudah dilakukan. Lapisan ZnO doping Cu (CZO) ditumbuhkan menggunakan confocal DC magnetron co-sputtering di atas substrat silikon (Si) dengan memvariasikan daya sputtering Cu (15 dan 20 W) sementara daya sputtering Zn konstan 80 W. Selanjutnya, juga dipelajari pengaruh annealing treatement pada suhu 600? setelah lapisan ZnO dan CZO dideposisi. Morfologi permukaan dan komposisi unsur, sifat struktur, ikatan kimia, absorbansi, dan fotoluminesensi dari lapisan ZnO dan CZO dikarakerisasi menggunakan Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) dan energy dispersive X-ray (EDX), X-ray diffraction (XRD), spektroskopi Fourier transforms-infrared (FTIR), ultraviolet-visible (UV-Vis), dan photoluminescence (PL). Selain itu, pengukuran I-V dengan konfigurasi metal-semiconductor-metal (MSM) diinvestigasi untuk mengetahui sifat listrik ZnO dan CZO sebagai material fotodetektor cahaya tampak. Citra FESEM menunjukkan perubahan bentuk dan ukuran partikel batang menjadi lebih pendek seiring meningkatnya daya sputtering Cu. Lapisan yang di annealing menghasilkan morfologi berbentuk granular dan ukurannya berkurang serta lebih homogen. Dopan Cu telah berhasil tersubtitusi pada sistem ZnO yang dikonfirmasi dari analisis EDX. Oleh karena itu, Cu mempengaruhi karakteristik dari lapisan ZnO. Spektrum XRD mengidentifikasi fasa struktur ZnO dengan arah orientasi kristal bidang (002) sepanjang sumbu-c yang tegak lurus terhadap substrat. Pada daya sputtering Cu 20 W setelah deposisi (tanpa annealing) dan yang di annealing, ditemukan fasa CuO monoklinik dengan bidang (202). Kristalinitas lapisan CZO semakin baik akibat meningkatnya daya sputtering Cu dan pengaruh annealing yang ditunjukkan dengan ukuran kristalit yang tinggi, regangan kisi dan kerapatan dislokasi yang rendah. Identifikasi ikatan kimia dari spektrum FT-IR mengkonfirmasi ikatan vibrasi kuat dari Zn-O yang semakin tajam akibat pengaruh annealing. Selain itu, terjadi pergeseran puncak yang mengindikasikan berhasilnya subtitusi Cu pada kisi ZnO. Pengaruh annealing menunjukkan kemurnian lapisan meningkat dengan hilangnya unsur pengotor dari karbon C=C. Berdasarkan spektrum absorbansi UV-Vis, terjadi redshift akibat doping Cu yang merujuk pada penurunan energi celah pita karena efek Burstein-Moss (BM). Hal ini juga terjadi pada lapisan yang di annealing. Energi celah pita lapisan ZnO dan CZO setelah annealing lebih kecil dibandingkan tanpa annealing karena tepi pita absorbansinya rendah. Sifat fotoluminesensi menunjukkan penurunan intensitas PL seiring meningkatnya daya sputtering Cu sehingga menyebabkan penurunan cacat dan tingkat energi keadaan eksitasi bebas. Selain itu, pergeseran puncak emisi menandakan terjadinya rekristalisasi akibat annealing. Selanjutnya, sifat listrik ZnO dan CZO dalam deteksi cahaya dipelajari dari kurva karakteristik I-V (arustegangan) pada kondisi gelap dan terang menggunakan cahaya tampak dari solar simulator. Kurva I-V menunjukkan arus foto dari lapisan ZnO doping Cu lebih tinggi dibandingkan ZnO murni, baik pada lapisan yang di annealing maupun yang tidak di annealing. Peningkatan daya sputtering Cu menunjukkan sensitivitas yang tinggi dua kali lipat dari ZnO, dan responsivitas meningkat tiga kali lipat pada bias 5 Volt. Sensitivitas dan responsivitas ZnO doping Cu dengan daya sputtering 20 W yang di annealing menghasilkan nilai tertinggi sebesar 10,01 dan 6,7 mA/W. Selain itu, tinggi penghalang Schottky yang rendah berperan penting pada transport elektron dari logam ke semikonduktor. Oleh karena itu, peningkatan daya sputtering Cu dan perlakuan annealing dengan memodifikasi sifat struktur dan optik telah berhasil meningkatkan kinerja fotodetektor cahaya tampak.