ABSTRAK Muhammad Arief Mustajab E. M.
PUBLIC Yati Rochayati COVER Muhammad Arief Mustajab E. M.
PUBLIC Yati Rochayati BAB 1 Muhammad Arief Mustajab E. M.
PUBLIC Yati Rochayati BAB 2 Muhammad Arief Mustajab E. M.
PUBLIC Yati Rochayati BAB 3 Muhammad Arief Mustajab E. M.
PUBLIC Yati Rochayati BAB 4 Muhammad Arief Mustajab E. M.
PUBLIC Yati Rochayati BAB 5 Muhammad Arief Mustajab E. M.
PUBLIC Yati Rochayati PUSTAKA Muhammad Arief Mustajab E. M.
PUBLIC Yati Rochayati
Material semikonduktor feromagnetik d0 memiliki potensi sebagai salah satu jenis
material spintronik untuk menghindari kontroversi dari doping logam magnetik
dalam sistem diluted magnetic semiconductor (DMS). Material ZnO didoping Li
menjadi salah satu material semikonduktor feromagnetik d0 yang intensif dipelajari
karena dapat menghasilkan sifat feromagnetik di temperatur ruang dan pada saat
bersamaan mengatur tipe konduktivitas semikonduktor. Akan tetapi, sifat
feromagnetik di temperatur ruang dari material ZnO didoping Li masih dipengaruhi
oleh metode penumbuhan dan sintesis. Maka dari itu, tujuan dari penelitian ini adalah
melakukan studi pada penumbuhan lapisan tipis ZnO didoping Li dengan metode
aerosol-assisted MOCVD (AA-MOCVD) sebagai material semikonduktor
feromagnetik d0 dan menginvestigasi sifat feromagnetik di temperatur ruang serta
karakteristik transpor magnetik (magnetotransport).
Lapisan tipis ZnO ditumbuhkan di atas substrat Si(100) pada rentang temperatur
substrat 200 °C hingga 400 °C. Lapisan tipis ZnO dikarakterisasi untuk
mengidentifikasi pengaruh parameter temperatur substrat terhadap sifat fisis lapisan
tipis ZnO sehingga dapat memperoleh temperatur penumbuhan yang optimum.
Sementara lapisan tipis ZnO didoping Li ditumbuhkan dengan konsentrasi doping Li
dari 0 hingga 20 mol%. Lapisan tipis ZnO didoping Li dikarakterisasi untuk
menganalisis pengaruh konsentrasi doping Li terhadap sifat fisis lapisan tipis
terutama sifat feromagnetik di temperatur ruang. Pengukuran transpor magnetik
dilakukan pada persambungan ZnO:Li/Si dan ZnO:Li/ZnO melalui pengukuran I-V
dalam pengaruh medan magnet eksternal dan junction magnetoresistance (JMR).
Lapisan tipis ZnO dengan berbagai temperatur substrat memiliki struktur polikristal
heksagonal wurtzite (P63mc). Temperatur substrat dapat meningkatkan kristalinitas
dan mengubah preferensi orientasi kristal lapisan tipis. Konsentrasi pengotor C
dalam lapisan tipis ZnO berkurang seiring dengan meningkatnya temperatur substrat
dan hilang pada temperatur 400 °C. Seluruh lapisan tipis ZnO dengan berbagai
temperatur substrat memiliki konduktivitas tipe-p akibat dari terbentuknya vakansi
oksigen dan interstisial Zn. Kenaikan temperatur substrat menurunkan resistivitas
dan meningkatkan mobilitas Hall sebagai efek dari peningkatan kristalinitas.
Temperatur substrat optimum yang dipilih untuk menumbuhkan lapisan tipis ZnO
didoping Li dengan metode AA-MOCVD yaitu sebesar 400 °C. Lapisan tipis ZnO dengan konsentrasi doping Li dari 0 hingga 20 mol% telah tumbuh
dengan preferensi orientasi kristal dalam arah bidang (002). Konsentrasi doping Li
mendistorsi struktur kristal ZnO yang disebabkan oleh inkorporasi ion Li dalam
bentuk Li substitusional dan interstisial. Inkorporasi ion Li ke dalam matriks kristal
ZnO mencapai saturasi saat konsentrasi doping 15 mol%. Inkorporasi ion Li
didominasi oleh Li substitusional dibandingkan Li interstisial. Kehadiran inkorporasi
Li substitusional dan interstisial bersamaan dengan Zn interstisial dapat menjadi
indikasi terbentuknya vakansi Zn. Tipe konduktivitas ZnO didoping Li berubah
menjadi tipe-p mulai dari konsentrasi doping Li sebesar 10 mol%. Lapisan tipis ZnO
didoping Li menunjukkan sifat feromagnetik halus (soft ferromagnetic) dengan
adanya kurva loop histerisis pada kurva M-H. Nilai magnetisasi saturasi dari lapisan
tipis ZnO didoping Li meningkat hingga konsentrasi doping 15 mol% dan sedikit
berkurang saat konsentrasi 20 mol%. Nilai magnetisasi saturasi tertinggi dicapai
pada lapisan tipis ZnO dengan doping 15 mol% Li yaitu sebesar 0,068 emu/g.
Hasil pengukuran transpor magnetik pada perangkat heterojunction ZnO:Li/Si dan
homojunction ZnO:Li/ZnO menunjukkan adanya perubahan kurva I-V saat diberi
medan magnet sebesar 0,38 T yang mengindikasikan adanya efek magnetoresistansi.
Nilai JMR dari perangkat homojunction ZnO:Li/ZnO lebih besar dibandingkan pada
perangkat heterojunction ZnO:Li/Si akibat pengaruh dari perbedaan konduktivitas
di batas antar lapisan. Perubahan nilai JMR pada perangkat homojunction
ZnO:Li/ZnO terhadap konsentrasi doping Li menunjukkan adanya pengaruh dari
magnetisasi pada akumulasi spin di perbatasan antar lapisan. Dari hasil penelitian ini
dapat ditunjukkan bahwa lapisan tipis ZnO didoping Li memiliki sifat feromagnetik
pada temperatur ruang. Dengan terukurnya nilai JMR pada persambungan material
feromagnetik dan semikonduktor menunjukkan bahwa lapisan tipis ZnO didoping Li
berpotensi dikembangkan sebagai material untuk aplikasi spintronik.