BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dunia elektronika mengalami kemajuan yang sangat pesat, terlihat dari ditemukannya komponen semikonduktor yang memiliki sifat listrik dan optik yang unik, hal tersebut dapat menjawab berbagai persoalan elektronika. Seiring dengan kemajuan teknologi dan kebutuhan pasar terhadap piranti elektronik dan optoelektronik, maka penelitian rekayasa bahan untuk pembuatan piranti elektronik mulai dikembangkan. Penelitian yang dilakukan tidak hanya mengacu pada kualitas produk yang dihasilkan, namun juga terhadap nilai ekonomisnya. Salah satu teknologi bahan semikonduktor yang dikembangkan adalah film tipis.
Film tipis terdiri dari bahan organik maupun inorganik, metal atau campuran metal organik yang mempunyai sifat konduktor, semikonduktor maupun isolator (Sudjatmoko, 2003:3). Pembuatan film tipis dapat dilakukan dengan teknik penumbuhan atom atau partikel pada permukaan substrat yang dapat menghasilkan film dengan ketebalan sampai orde mikrometer. Film tipis mempunyai sifat yang berbeda dengan bahan padatan, baik itu geometri (ukuran panjang, tebal dan lebar), komposisi dan strukturnya (Atmono, 2003:2). Sifat film tipis yang ditumbuhkan dapat dimodifikasi sesuai dengan tujuan penerapannya.
Material semikonduktor III-nitrida (AlN, GaN, InN) mempunyai kecepatan saturasi elektron, tegangan breakdown, conduction band-offset dan stabilitas termal tinggi sehingga sangat berpotensi untuk aplikasi devais elektronik yang
Gabekerja pada daya dan temperatur tinggi ( Ambacher. et al, 2000). Untuk memenuhi kebutuhan elektronika saat ini banyak dikembangkan transistor efek medan. Pada saat ini telah dikembangkan transistor efek medan berbasiskan struktur-hetero AlxGa1-xN/GaN (HFET) yang sering juga disebut sebagai high electron mobility transistor (HEMT) (Eastman, L.F. et al, 2001). Struktur-hetero Alx1-xN/GaN dapat menghasilkan gas elektron dua dimensi (2DEG) dengan rapat muatan dan mobilitas yang tinggi pada daerah antarmuka. Sifat dari Struktur-hetero AlxGa1-xN/GaN tersebut sangat baik untuk pembuatan piranti elektronik.
HFET berbasiskan struktur-hetero AlxGa1-xN/GaN secara signifikan berbeda dengan HEMT berbasiskan struktur-hetero yang lain. Sebelumnya telah dikembangkan HEMT dengan struktur-hetero AlGaAs/GaAs atau InAlAs/InGaAs. Struktur-hetero AlxGa1-xN/GaN mempunyai conduction band-offset lebih tinggi sehingga dapat menampung rapat muatan 2DEG dalam jumlah yang lebih tinggi. Ketidaksesuaian konstanta kisi antara lapisan AlxGa1-xN dan lapisan GaN pada struktur-hetero AlxGa1-xN/GaN menghasilkan efek piezoelektrik yang tinggi. Material III-nitrida mempunyai konstanta dielektrik yang tinggi sehingga ketika lapisan tipis AlxGa1-xN ditumbuhkan di atas lapisan GaN yang tebal maka akan terjadi strain yang menimbulkan adanya medan piezoelektrik induksi dalam struktur-hetero AlxGa1-xN/GaN. Sebagai hasilnya pada daerah antarmuka struktur-hetero tanpa doping dihasilkan 2DEG dengan rapat muatan yang tinggi. Adanya medan polarisasi spontan (polarisasi pada saat strain nol) dalam struktur-hetero AlxGa1-xN/GaN dapat meningkatkan rapat muatan (2DEG) (Hsu, L. and Walukieiwicz, W, 2001). Mobilitas dan rapat muatan 2DEG yang tinggi dalam struktur-hetero AlxGa1-xN/GaN ini sangat berpotensi dalam pembuatan HFET dengan unjuk kerja tinggi untuk aplikasi devais elektronik yang bekerja pada daya dan temperatur tinggi, sebagai contohnya adalah pada microwave.
Pada pembuatan devais elektronik khususnya HFET atau HEMT dari bahan semikonduktor golongan III-nitrida (seperti GaN dan paduannya seperti AlxGa1-xN) perlu diketahui sifat listrik maupun optik dari bahan semikonduktor yang digunakan. Apabila sifat-sifat dari bahan tersebut telah diketahui maka dapat membantu proses pembuatan devais elektronik yang menghasilkan produk dengan kualitas yang baik. Lapisan tipis dengan struktur-hetero AlxGa1-xN/GaN telah ditumbuhkan dengan metode MOCVD (metalorganic chemical vapor eposition) (Zhao, G. Y. et al., 2000) dan MBE (molecular beam epitaxy) (Elsass, C.R. et al, 2001) di atas substrat sapphire atau SiC. Persoalan penting pada HFET adalah penggunaan substrat dan konsumsi daya yang murah dengan menunjukkan arus kebocoran gate yang rendah dan unjuk kerja yang tinggi. Untuk mengetahui sifat listrik dari material semikonduktor golongan III-nitrida (seperti GaN dan paduannya seperti AlxGa1-xN) yang saat ini banyak dikembangkan dalam pembuatan HFET maka dalam penelitian ini dilakukan pengujian arus-tegangan (I-V) terhadap persambungan M-S-M pada semikonduktor paduan AlxGa1-xN yang ditumbuhkan pada substrat silikon (111) dengan lapisan penyangga AlN dengan metode dc magnetron sputtering. Kualitas dari persambungan antara kontak logam-semikonduktor yang dalam hal ini adalah filim tipis AlxGa1-xN perlu diketahui untuk selanjutnya film tersebut diaplikasikan dalam pembuatan divais. Kontak logam-semikonduktor dapat bersifat Ohmik apabila nilai resistansi besarnya tetap. Dengan pemberian variasi teganan atau bersifat schottky bila pada daerah persambungan logam-semikonduktor terdapat adanya potensial penghalang (barrier) dengan pemberian tegangan tertentu. Berdasarkan wacana tersebut maka sangat diperlukan investigasi terhadap sifat listrik suatu bahan sebelum membuat aplikasi divais.
Substrat silikon Si (111) merupakan substrat alternatif selain simetri kristalnya serupa dengan GaN juga harganya jauh lebih murah dibandingkan substrat SiC maupun sapphire. Pembuatan HFET di atas silikon mempunyai banyak keuggulan sehingga memungkinkan dibuatnya devais dalam dalam skala besar. Studi penumbuhan film tipis GaN di atas Si(111) telah dilakukan oleh Miyazaki et al (2001) dengan metode rf magnetron sputtering, juga oleh Randanowicz dan Narayan (2004) dengan metode MBE. DC magnetron sputtering sangat berpotensi sebagai salah satu metode penumbuhan lapisan tipis karena operasionalnya mudah dan biayanya relatif murah.
1.2 Permasalahan
Permasalahan yang dikaji dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh annealing kontak logam tehadap karakteristik arus-tegangan (I-V) persambungan M-S-M pada film tipis AlxGa1-xN yang ditumbuhkan dengan Metode DC Magnetron Sputtering.
5
1.3 Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh annealing kontak logam tehadap karakteristik arus-tegangan (I-V) persambungan M-S-M pada film tipis semikonduktor paduan AlxGa1-xN, sehingga didapatkan sifat yang sesuai untuk aplikasi divais.
1.4 Manfaat
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai pengaruh annealing kontak logam terhadap sifat listrik dari persambungan M-S-M pada film tipis semikonduktor paduan AlxGa1-xN yang ditumbuhkan dengan metode DC Magnetron Sputtering, baik itu menggunakan kontak logam aluminium (Al) maupun emas (Au). Penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan bagi penelitian selanjutnya untuk pembuatan devais elektronik yang menggunakan material semikonduktor golongan III-nitrida (seperti GaN dan paduannya seperti AlxGa1-xN) terlebih pada pembuatan HEMT (High Electron Mobility Transistor) atau HFET (Heterostucture Field Effect Transistor) serta diharapkan dapat memberi kontribusi yang bermanfaat bagi dunia industri.
1.5 Sistematika Penulisan
Skripsi ini terdiri dari tiga bagian, bagian awal berisi halaman judul, lembar pengesahan, abstrak, kata pengantar, motto dan persembahan, daftar isi, daftar tabel, daftar gambar, dan daftar lampiran. Bagian isi terdiri dari lima bab meliputi: bab I pendahuluan yang berisi latar belakang, permasalahan, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika skripsi. Bab II kajian pustaka yang berisi kajian mengenai landasan teori yang mendasari penelitian. Bab III metode penelitian yang menguraikan metode penelitian yang digunakan dalam penyusunan skripsi. Bab IV merupakan hasil penelitian dan pembahasan, yang di dalamnya berisi hasil penelitian serta pembahasannya. Bab V penutup meliputi kesimpulan hasil penelitian dan saran sebagai implikasi dari hasil penelitian. Bagian akhir skripsi berisi daftar pustaka dan lampiran-lampiran.
