Perpustakaan Digital ITB

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.