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.