STUDI EVOLUSI STRUKTUR UNTUK MODIFIKASI SIFAT OPTIK, ELEKTRONIK DAN MAGNETIK LAPISAN TIPIS ZINC OXIDE BERSTRUKTUR NANO YANG DITUMBUHKAN DENGAN DC-UNBALANCED MAGNETRON SPUTTERING

• Main Author: KURNIAWAN (NIM: 30214303), ROBI
• Format: Dissertations
• Language: Indonesia
• Online Access: https://digilib.itb.ac.id/gdl/view/30653
• Institution: Institut Teknologi Bandung

Suatu modifikasi struktur dan morfologi telah dilakukan pada lapisan tipis ZnO berstruktur nano untuk mendapatkan parameter optik, elektronik, dan magnetik yang optimal. Pada penelitian ini, lapisan tipis ZnO berstruktur nano <br /> <br /> ditumbuhkan dengan menggunakan metode sputtering. Material ZnO ditumbuhkan menggunakan bahan awal berupa serbuk ZnO dan selanjutnya dideposisi di atas substrat silikon (100) dengan suhu substrat sebesar 300 °C. Sebagai perbandingan, ZnO berstruktur nano juga ditumbuhkan dengan metode spray menggunakan larutan Zn(CH3COO)2.H2O pada suhu substrat yang sama sebesar 300 °C. Karakterisasi sampel dilakukan dengan menggunakan X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), RT66A <br /> <br /> ferroelectric test, photoluminescence (PL), UV-Vis spectrophotometer, dan magnetic properties measurement system (MPMS). Dari kedua metode penumbuhan tersebut, telah berhasil difabrikasi nanomaterial ZnO. Berdasarkan <br /> <br /> hasil karakterisasi awal menggunakan XRD dan FESEM, nanomaterial ZnO dengan metode sputtering memiliki karakteristik struktur dan morfologi yang lebih baik, khususnya dalam hal distribusi dan keseragaman ukuran partikel. ZnO dengan metode sputtering memiliki orientasi tinggi pada bidang (002) sedangkan ZnO dengan metode spray memiliki orientasi dominan pada bidang (100), (002), dan (101). Selanjutnya, ZnO dengan metode sputtering lebih dipilih dan menjadi fokus pada penelitian ini karena memiliki orientasi yang tinggi pada bidang polar. Penelitian selanjutnya difokuskan untuk optimasi struktur ZnO melalui variasi parameter (waktu dan daya) penumbuhan untuk mendapatkan distribusi yang seragam dan regangan yang tinggi. Dari proses optimasi diperoleh bahwa ukuran butiran ZnO meningkat dari 70,478 nm hingga 175,431 nm seiring <br /> <br /> dengan peningkatan waktu deposisi, sedangkan peningkatan daya deposisi hingga 12 W menyebabkan peningkatan difusi ZnO di atas substrat Si sehingga tersusun lebih rapat dan memiliki ukuran butiran yang seragam sebesar 55,768 nm. <br /> <br /> Namun, dari hasil XRD dapat ditunjukkan bahwa ZnO dengan susunan yang lebih rapat dan seragam memiliki nilai regangan yang kecil. Untuk mendapatkan dua kondisi secara bersamaan, yaitu nilai regangan yang tinggi serta distribusi yang seragam, dilakukan penelitian lanjutan untuk memodifikasi struktur dan morfologi ZnO. Pada tahap ini struktur ZnO dimodifikasi dari nanopartikel iv menjadi kolumnar. Melalui pengontrolan parameter deposisi, penumbuhan struktur kolumnar dapat dilakukan pada satu tahap tanpa katalis lain dan patterning. Modifikasi lebih lanjut dilakukan dengan annealing dan pendadahan. Dapat ditunjukkan bahwa peningkatan suhu annealing menyebabkan evolusi struktur pada ZnO. Semua sampel menunjukkan struktur wurtzite dengan orientasi kristal yang dominan pada bidang (002). Respon polarisasi menyerupai football menunjukkan kebocoran arus pada sampel karena kehadiran defek VO. Selanjutnya, pengaruh modifikasi struktur terhadap sifat elektronik telah diamati. Penurunan ukuran sampel mengakibatkan blue shift pada celah pita dimana transisi elektronik bergantung pada kehadiran defek pada sistem. Di sisi lain, pendadahan karbon ke dalam ZnO menyebabkan pengurangan ketinggian kolumnar namun tidak mengubah bentuk ZnO secara signifikan. Penambahan atom karbon menyebabkan perubahan respon polarisasi dan penurunan kebocoran arus pada sistem. Selain itu, kehadiran atom karbon menyebabkan red shift pada celah pita. Lebih lanjut, investigasi sifat polarisasi pada kondisi disinari menunjukkan adanya perubahan respon polarisasi pada semua sampel. Sebuah pergeseran kurva polarisasi teramati pada set sampel ZnO yang didadah <br /> <br /> karbon. Lebih lanjut, respon feromagnetik diperoleh dengan memodifikasi struktur ZnO NC tanpa didadah. Kehadiran VO and VZn berperan penting dalam memunculkan sifat feroelektrik dan feromagnetik di ZnO. Munculnya sifat <br /> <br /> feroelektrik dan feromagnetik dapat digunakan untuk memunculkan sifat magnetoelektrik di ZnO, yang mana merupakan kunci penting dalam aplikasi penyimpanan memori yang dapat diganti dan tidak mudah hilang. Hasil kami <br /> <br /> akan memberikan pengetahuan yang baik mengenai pengontrolan sifat optik, elektronik dan magnetik, yang berperan penting untuk pengembangan divais dengan sensitivitas yang tinggi, seperti sensor dan divais berbasis optoelektronik.