Perpustakaan Digital ITB

Lapisan tipis ZnO tanpa doping dan ZnO doping Al (AZO) dengan konsentrasi Al yang berbeda telah berhasil dideposisikan di atas substrat silikon menggunakan metode direct current-unbalanced magnetron sputtering (DC-UBMS). Penambahan doping Al dengan konsentrasi yang berbeda pada lapisan tipis ZnO dilakukan untuk mempelajari dan menganalisis pengaruhnya terhadap sifat optik dan listrik lapisan tipis ZnO untuk aplikasi fotodetektor. Sampel lapisan tipis yang ditumbuhkan diberi nama ZnO (konsentrasi Al 0%), AZO1 (konsentrsai Al sebesar 1%), AZO3 (konsentrasi Al 3%), dan AZO5 (konsentrasi Al 5%). Sifat optik dan listrik lapisan tipis masing-masing dikarakterisasi menggunakan spektrofotometer UV-Vis dan pengukuran I-V dengan konfigurasi struktur fotodetektor metal-semiconductor-metal (MSM). Selain itu, morfologi pemukaan dan struktur kristal lapisan tipis juga diinvestigasi menggunakan scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy, dan X-ray diffraction (XRD). Hasil gambar SEM menunjukkan bahwa lapisan tipis AZO memiliki morfologi yang lebih homogen dengan ukuran butir partikel yang lebih kecil dibandingkan lapisan tipis ZnO. Ini mengindikasikan bahwa dopan Al dengan jumlah yang kecil telah berhasil tersubstitusi ke dalam kisi ZnO yang dapat dikonfirmasi dari hasil EDX. Unsur Al diduga telah memainkan peran penting dalam pendistribusian elemen ZnO dari target sputtering ke substrat dan memberikan kontribusi pada peningkatan jumlah nukleasi serta kehomogenan lapisan. Dari pola XRD, lapisan tipis ZnO dan AZO yang telah ditumbuhkan pada substrat silikon menampikan lapisan tipis dengan bentuk struktur polikristal. Selain itu, diperoleh nilai full width at half maximum (FWHM) dari puncak-puncak difraksi untuk lapisan tipis AZO lebih sempit dibandingkan lapisan tipis ZnO. Penurunan nilai FWHM ini disertai dengan peningkatan intensitas puncak difraksi. Hal ini mengindikasikan bahwa kualitas kristal lapisan tipis lebih baik ketika ditambahkan doping Al. Berdasarkan spektrum absorbansi optik, doping Al diketahui dapat meningkatkan band gap optik lapisan dari 3,25 eV pada lapisan tipis ZnO menjadi 3,48 eV pada lapisan tipis AZO5. Pergeseran band gap ke arah energi yang lebih besar disebabkan karena adanya efek Burstein-Moss (BM). Lapisan tipis ZnO maupun AZO menunjukkan transparansi yang tinggi dengan nilai rata-rata transmitansi ~ 90%, namun transmitansi optik lapisan tipis AZO semakin menurun dengan meningkatnya konsentrasi doping Al yang disebabkan oleh peningkatan ketebalan lapisan tipis AZO. Selanjutnya untuk mengetahui sifat listrik lapisan dan sesitivitas terhadap deteksi cahaya, karakteristik arus versus tegangan (I-V) telah diukur di bawah kondisi gelap dan terang menggunakan sinar ultraviolet. Dari hasil karakterisasi I-V tersebut didapatkan kurva I-V yang tidak linier untuk kedua kondisi yang disebabkan karena adanya pembentukan penghalang Schottky diantara sambungan logam dan semikonduktor sebagai konsekuensi penggunaan kontak logam Ag pada lapisan tipis ZnO ataupun AZO. Doping Al pada ZnO juga meghasilkan nilai photocurrent yang jauh lebih tinggi daripada dark current. Ini disebabkan karena ion Al3+ dapat mengganti posisi ion Zn2+ dan bertindak sebagai donor yang menyumbang satu elektron bebas lalu meningkatkan kosentrasi pembawa muatan pada sistem ZnO sehingga photocurrent meningkat. Disamping itu, lapisan tipis menunjukkan rasio photocurret-to-dark current (Ip/Id) yang lebih tinggi setelah ditambahkan doping Al yang berkaitan dengan peningkatan sensitivitas deteksi cahaya. Peningkatan sensitivitas tersebut, yaitu dari 5,8 (ZnO) menjadi 12,5 (AZO5). Hasil penelitian ini dengan jelas menunjukkan bahwa doping Al memiliki peran yang signifikan dalam modifikasi sifat-sifat lapisan tipis ZnO dan dapat meningkatkan performa deteksi cahaya dari material ZnO berbasis fotodetektor.