Oleh: excitonindo | Februari 23, 2008

Mengenal Perkembangan Nanoteknologi Berbasiskan Material Semikonduktor II-VI

Oleh : Iwan Sugihartono

Nanoteknologi merupakan teknologi yang dibangun dengan orde 10 pangkat -9 meter alias 0.0000000010 m atau 10-9 m. Bisa dibayangkan sebuah ukuran yang amat sangat kecil. Bandingkan dengan diamater sebuah atom yang berkisar 0.00000000010 m atau 10-10 m. Jadi dalam fabrikasi dan karakterisasinya dibutuhkan alat yang resolusinya ber orde nano juga. Untuk fabrikasi material berbasiskan skala nano biasanya digunakan yang namanya molecular beam epitaxy (MBE), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), phase vapor transport (VPT), magnetic sputtering, hydrothermal (menggunakan efek temperatur), deposisi menggunakan LASER, dan sebagainya. Sedangkan untuk karakterisasinya digunakan transmission elektron microscopy (TEM) yang memiliki resolusi tinggi kurang lebih 200 kV, scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), field emission SEM, dan sebagainya.

 

 

 

 

Gambar 1, menunjukkan contoh dari image mikroskopis material semikonduktor GaAs. Image yang dihasilkan sebanding dengan jumlah atom dari Ga dan As. Terlihat dari gambar bahwa jarak sumbu pusat antara dua buah atom tersebut adalah 1.4 x 10-10 m. Dari resolusi yang dimiliki oleh scanning TEM/STEM sebesar 200 kV dapat dihasilkan pancaran electron dengan panjang gelombang 0.0025 nm. Dengan demikian karakterisasi nano sekarang ini sudah sangat maju, karena kita dapat melihat struktur kristal dari material. Nah dari fabrikasinya kita akan mengenal berbagai jenis bentuk nanostructure, seperti : nanotube, nanowire, nanopilar, nanorod, nanocomb, nanoflower, dsb. Gambar 2 menunjukkan bentuk dari material nano, yaitu nanotube. Disebut nanotube karena bentuknya seperti tabung yang dibentuk oleh rangkaian struktur kristal.

Mengapa ilmu nano dan teknologinya penting? Begini, dalam perkembangan teknologi saat ini, yang dibutuhkan adalah improvisasi alat/device. Untuk lebih mendapatkan material yang secara makroskopis baik dari segi sifat listrik mapun optisnya, maka analisis nano memegang peranan yang penting. Ketika kita menganalisis material dalam ukuran nano, maka kita akan melihat bagaimana distribusi dari elektron yang terlihat dari image yang yang diperoleh (menggunakan STEM/TEM, FESEM, High Resolution TEM, SEM, dan AFM). Para ilmuwan Fisika termasuk ilmuwan dalam bidang material dan elektronik saat ini tengah berusaha menciptakan material untuk menghasilkan material yang berguna dalam industri optoelektronik. Tentu dasarnya adalah teknologi semikonduktor yang sudah dikenal lama. Dengan perkembangannya, teknologi semikonduktor mampu menghasilkan dioda, lalu transistor bahkan yang lebih kompleks lagi yaitu mikroprosesor. Peralatan/Devices tersebut sangat berperan dalam penemuan computer, handphone, dsb.

Analisis nano berperan cukup penting untuk mengimprove metode-metode yang digunakan saat ini. Analisis tersebut tidak hanya digunakan para eksperimentalis saja, namun juga para teoritis yang tergabung dalam kelompok riset Fisika Zat Mampat atau Condensed Matter. Mereka menggunakan persamaan fisika (Persamaan Schrodinger, bandstructure, fungsi gelombang Bloch, nearly free electron model, density functional theory, dan sebagainya yang mampu memprediksikan besar energi yang dapat dihasilkan oleh material.

Dari pernyataan di atas saya ambil contoh image dari material ZnO yang fabrikasinya menggunakan Vapour Phase Transport (VPT) seperti yang terlihat pada gambar 3. Dengan menggunakan metode VPT secara nano scale terlihat bahwa material ZnO tersebut membentuk pilar yang hampir uniform disetiap titiknya. Di dalam sebuah pilar probabilitas terdapat electron akan semakin besar. Untuk memahami ini dibutuhkan pengetahuan tentang mekanika kuantum seperti yang saya sebutkan di paragraph sebelumnya. Dari hasil fabrikasi dan karakterisasi tersebut lalu hasilnya dikonfirmasi dengan pengukuran Hall (Hall effect) menggunakan 4 buah probe untuk melihat sifat listrik dari material semikonduktor. Dari hasil pengukuran, sebuah nanopilar ZnO dapat menghasilkan hambatan spesifik sebesar 8 x 10-2 Ωcm, bila diasumsikan mobilitas dari electron sebesar 100 cm2/Vs maka akan menghasilkan konsentrasi pembawa electron sebesar 8 x 1017 cm-3 [2]. Secara teori apabila jumlah konsentrasi pembawa elektronnya besar maka proses generasi dan rekombinasi akan sebanding dengan jumlah tersebut. Sehingga untuk menghasilkan kualitas cahaya (light diode, LD, berbasis pn junction) yang berasal dari material ZnO akan sesuai dengan yang diharapkan.

Dalam uji photonic, digunakan juga pengukuran Photoluminescence (PL) dari material ZnO/Zn(0.9)Mg(0.1)O berbasiskan quantum well (quantum well adalah representasi dari potensial sumur yang berfungsi sebagai perangkap buat electron, dapat dipelajari dengan menggunakan konsep persamaan Schrodinger dan fungsi gelombang Bloch) seperti terlihat pada gambar 4. Dalam gambar tersebut terlihat bahwa panjang gelombang dari material ZnO/Zn(0.9)Mg(0.1)O dapat menghasilkan energi foton sebesar 3.36 eV untuk kedalaman sumur (well thickness) 3 nm dan 3.35 eV dan 3.51 eV untuk kedalaman sumur 14 nm pada temperature 8 K. Pada kedalaman sumur 14 nm terdapat dua buah peak yang mengindikasikan adanya efek quantum confinement [3]. Sebagai informasi saat ini para ilmuwan dan insinyur sedang melakukan riset untuk mengimprove teknologi semikonduktor berbasiskan material ZnO.

 

Material tersebut memiliki energi gap (energi antara pita valensi dan konduksi) sebesar 3.34 eV dalam temperatur ruang dan energi eksiton (pasangan electron dan hole) sebesar 60 meV. Oleh karena itu material ini diprediksikan akan menggeser kejayaan material GaN dalam aplikasi optoelektronik yang sudah establish. Secara ekonomis karena harga produksinya juga lebih kecil maka peluang ZnO semakin besar.

References

  1. SM Sze. Semiconductor Devices, John Wiley and Sons, 1985
  2. A. Bakin et all, phys. Stat. sol © 4, no 1, 158-161 (2007)
  3. HP He et all, J. applied physics 40 (2007) 5039-5043

 

 


Responses

  1. Pak Iwan apa kabar saya Aan yang kmarin minta tolong waktu mau ke ICTP. saya sekarang mau neliti tentang Nanopartikel tetapi tentang efek Toxicity in Aquatic Environment,
    Penelitian ini terinspirasi dari aktivitas Riset&monitoring Lingk saya di beberap perusahaan minyak lepas pantai di Jawa timur. Tetapi kendala saya sekarang terletak pad minimnay informasi tentang nanopartikel. terutama tentang sifat fisika karena saya juga mau mengulas tentang fisikanya karena sy mahsiswa fisika.
    Apa saran pak Iwan Buat saya? Trima Kasih

    +6281331964006
    khunaif@yahoo.co.id

  2. Pak Iwan apa kabar saya wati. Saya sedang melakukan penelitian tentang lapisan tipis dengan bahan ZnO, namun saya masih kurang referensi tentang ZnO. Saya sudah membaca beberapa artikel bapak di blogger, saya harap bapak bisa memberikan saya referensi tentang ZnO.
    Terima kasih pak..

  3. BUat yang ingin berkorespondensi dan diskusi langsung dengan saya harap kontak saya lewat japri : iwan0002@ntu.edu.sg

    salam

    Iwan

    excitonindo

  4. Pak iwan..Sy sngat trtarik dgn materi yg bpa tulis,krn sy sdg dlm proses mnulis novel sdikitny ttg tknologi nano,mka dr it sy ingin mminta ijin,brkenankah tlisan bpa sy jdikan pdoman dlm pmblajaran novel sya krn sya msh kkurangan referensi.Nah,nmun ada suatu hal yg ingin sya tnyakan,di amerika skrg ini sdh bnyk org yg mmkai chip yg di pasang di tbuhnya sndri,tntu bpa mgkn sdh thu hal itu,herannya bgaimna sel sraf mnusia dpt mnrima printh dr chip it,apbila bpa tahu info it sy akn dgn sng hti mmplajariny krn ssh skli mnmukn jwbnnya wlaupun sy sdh brusha mncriny..Trma ksh..Slam..

  5. […] The busiest day of the year was April 27th with 46 views. The most popular post that day was Mengenal Perkembangan Nanoteknologi Berbasiskan Material Semikonduktor II-VI. […]

  6. bagaimana kalau bisa menggunaka LED sebagai penganti solar sell….. karena banah LED juga termasuk bahan semikonduktor…. bisa atau tidak yaaa?????


Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Kategori

%d blogger menyukai ini: