PENGARUH FRAKSI MOL Mn/Ga LARUTAN TERHADAP KOMPOSISI DAN MIKRO STRUKTUR LAPISAN TIPIS GaN: Mn YANG DIDEPOSISI METODE SOL-GEL

dokumen-dokumen yang mirip
BAB III METODE PENELITIAN. Metode penelitian yang dilakukan adalah metode eksperimen yang dilakukan di

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Lokasi penelitian dilakukan di Laboratorium Fisika Material, Jurusan

PENGARUH LAJU MOLAR Mn LARUTAN TERHADAP MIKROSTRUKTUR FILM LAPISAN GaN: Mn YANG DIDEPOSISI DI ATAS SUBSTRAT Si MENGGUNAKAN METODE CSD

Pengaruh Laju Molar Mn Larutan Terhadap Mikrostruktur Lapisan Tipis GaN:Mn yang Dideposisi di atas Substrat Si Menggunakan Metode Sol-Gel

RINGKASAN HIBAH BERSAING

BAB I PENDAHULUAN. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi sangat mempengaruhi peradaban

BAB III EKSPERIMEN & KARAKTERISASI

BAB I PENDAHULUAN. Pada saat ini dunia elektronika mengalami kemajuan yang sangat pesat, hal ini

ARTIKEL ILMIAH HIBAH BERSAING

BAB I PENDAHULUAN. Perkembangan teknologi yang semakin maju dalam beberapa dekade ini

Mikrostruktur Semikonduktor GaN di Atas Substrat Silikon Dengan Metode Sol-Gel

PENUMBUHAN LAPISAN TIPIS SEMIKONDUKTOR GaN DI ATAS SUBSTRAT SILIKON DENGAN METODE SOL-GEL

Deskripsi METODE UNTUK PENUMBUHAN MATERIAL CARBON NANOTUBES (CNT)

III. METODOLOGI PENELITIAN. analisis komposisi unsur (EDX) dilakukan di. Laboratorium Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) Batan Serpong,

Efek Konsentrasi Doping Mangan (Mn) Terhadap Ukuran Butir dan Struktur Kristal Partikel Nano Zn (1-x) Mn x (x=0; 0,02; 0,03)

BAB I PENDAHULUAN. Indonesia merupakan negara berkembang yang berada dikawasan Asia

Oleh Budi Mulyanti NIM : Tim Pembimbing Dr. Sukirno Prof. Dr. M. Barmawi Dr. Pepen Arifin Dr. Maman Budiman

Bab IV. Hasil dan Pembahasan

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

III. METODOLOGI PENELITIAN. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari 2013 sampai dengan Juni 2013 di

PENGARUH SUHU FURNACE DAN RASIO KONSENTRASI PREKURSOR TERHADAP KARAKTERISTIK NANOKOMPOSIT ZnO-SILIKA

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LatarBelakang

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metoda eksperimen.

PENUMBUHAN FILM TIPIS SEMIKONDUKTOR

Molekul, Vol. 5, No. 1, Mei 2010 : KARAKTERISTIK FILM TIPIS TiO 2 DOPING NIOBIUM

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

PASI NA R SI NO L SI IK LI A KA

Bab III Metodologi Penelitian

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

Penumbuhan Film Tipis Semikonduktor Ferromagnetik GaN:Mn Menggunakan Metode Plasma Assisted Metal Organic Chemical Vapor Deposition (PA-MOCVD)

Bab III Metodologi Penelitian

HASIL DAN PEMBAHASAN. didalamnya dilakukan karakterisasi XRD. 20%, 30%, 40%, dan 50%. Kemudian larutan yang dihasilkan diendapkan

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

I. PENDAHULUAN. kimia yang dibantu oleh cahaya dan katalis. Beberapa langkah-langkah fotokatalis

METODOLOGI PENELITIAN

Pengaruh Temperatur dan Waktu Putar Terhadap Sifat Optik Lapisan Tipis ZnO yang Dibuat dengan Metode Sol-Gel Spin Coating

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN. sol-gel, dan mempelajari aktivitas katalitik Fe 3 O 4 untuk reaksi konversi gas

Metodologi Penelitian

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

PREPARASI DAN KARAKTERISASI PADUAN SEMIKONDUKTOR Sn(Se 0,6 Te 0,4 ) DENGAN METODE BRIDGMAN MELALUI VARIASI WAKTU PEMANASAN

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Penelitian yang dilakukan di Kelompok Bidang Bahan Dasar PTNBR-

Berkala Fisika ISSN : Vol 4, No. 2, April 2001, hal 40-44

PEMBUATAN SENSOR GAS HIDROGEN BERBASIS FILM TIPIS GaN DENGAN TEKNIK SOL GEL SPIN COATING UNTUK KOMPONEN PADA SISTEM PENDETEKSI KEBOCORAN GAS

ABSTRAK DAN EXECUTIVE SUMMARY PROGRAM PENELITIAN HIBAH BERSAING

SIDANG TUGAS AKHIR. Jurusan Teknik Material & Metalurgi Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember

BAB III METODE PENELITIAN. Pelaksanaan penelitian ini pada dasarnya meliputi tiga tahapan proses

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

KARAKTERISTIK LISTRIK KERAMIK FILM Fe 2 O 3 DENGAN VARIASI KETEBALAN YANG DIBUAT DARI MINERAL LOKAL DI ATMOSFIR UDARA DAN ATMOSFIR ALKOHOL

BAB III METODE PELAKSANAAN. Metode penelitian yang dilakukan menggunakan eksperimen murni yang

STRUKTUR DAN KOMPOSISI KIMIA LAPIS TIPIS BAHAN SEMIKONDUKTOR Sn(Se 0,2 S 0.8 ) HASIL PREPARASI TEKNIK VAKUM EVAPORASI UNTUK APLIKASI SEL SURYA

METODOLOGI PENELITIAN

BAB III METODE PENELITIAN. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juli 2005 sampai Juni 2006, bertempat di

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Mulai. Persiapan alat dan bahan. Meshing AAS. Kalsinasi + AAS. Pembuatan spesimen

BAB I 1 PENDAHULUAN. kemampuan mengubah bentuk radiasi cahaya menjadi sinyal listrik. Radiasi yang

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Untuk mendapatkan jawaban dari permasalahan penelitian ini maka dipilih

PENGARUH DAYA PLASMA PADA STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT OPTIK FILM TIPIS CdTe YANG DITUMBUHKAN DENGAN DC MAGNETRON SPUTTERING

2 SINTESIS DAN KARAKTERISASI NANOSTRUKTUR ZnO

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. perlakuan panas atau annealing pada lapisan sehingga terbentuk butiran-butiran

Penumbuhan Lapisan Tipis Material Sensor Giant Magnetoresistance Berstruktur Sandwich dengan Metode Sputtering

STUDI EFEK FOTOVOLTAIK DAN PIROELEKTRIK Ba 0,75 Sr 0,25 TIO 3 (BST) YANG DIDADAH GALIUM (BGST) DI ATAS SUBSTRAT SI (100) TIPE-P ERDIANSYAH PRATAMA

BAB I PENDAHULUAN. Telah disadari bahwa kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi harus

PENGARUH KETEBALAN LAPISAN PENYANGGA TERHADAP KUALITAS FILM TIPIS GaN

III. METODE PENELITIAN. Penelitian telah dilaksanakan selama tiga bulan, yaitu pada bulan September 2012

BAB III METODE PENELITIAN

PENGARUH SUHU SUBSTRAT TERHADAP KUALITAS KRISTAL LAPISAN TIPIS Sn(Se 0,4 Te 0,6 ) HASIL PREPARASI DENGAN TEKNIK EVAPORASI VAKUM

STRUKTUR DAN KOMPOSISI KIMIA LAPISAN TIPIS Sn(So,4Te0,6) HASIL PREPARASI DENGAN TEKNIK EVAPORASI VAKUM

METODELOGI PENELITIAN. Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Kimia Anorganik-Fisik Universitas

4 Hasil dan Pembahasan

BAB IV PERHITUNGAN & ANALSIS HASIL KARAKTERISASI XRD, EDS DAN PENGUKURAN I-V MSM

Bab III Metodologi Penelitian

Sintesis Nanopartikel ZnO dengan Metode Kopresipitasi

Oleh : Nofi Marlini / J2D ABSTRACT

SINTESIS DAN KARAKTERISASI SIFAT MAGNETIK BARIUM M-HEKSAFERRIT DENGAN DOPING ION Zn PADA VARIASI TEMPERATUR RENDAH

III. METODELOGI PENELITIAN. Penelitian ini telah dilakukan di Laboratorium Biomassa Terpadu Universitas

KARAKTERISTIK MORFOLOGI DAN OPTIK FILM TIPIS TiO 2 :Co YANG DITUMBUHKAN DENGAN METODE MOCVD DI ATAS SUBSTRAT SILIKON

Nama dan Gelar Lengkap : Dr. Budi Mulyanti, M.Si. Tempat/Tanggal Lahir : Pemalang, 09 Januari 1963

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. 4.1 Pengaruh waktu annealing terhadap diameter dan jarak antar butir

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

III. METODOLOGI PENELITIAN. Penelitian ini dilakukan pada bulan Mei-Juli 2013 di Laboratorium Kimia

EFEK FOTOVOLTAIK DA PIROELEKTRIK Ba 0,25 Sr 0,7 75TiO 3 (BST) YA G DIDADAH IOBIUM (B ST) ME GGU AKA CHEMICAL SOLUTIO DEPOSITIO. Agung Seno Hertanto

Metodologi Penelitian

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. (C), serta unsur-unsur lain, seperti : Mn, Si, Ni, Cr, V dan lain sebagainya yang

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN

BAB I PENDAHULUAN. disamping memberikan dampak positif yang dapat. dirasakan dalam melakukan aktifitas sehari hari, juga dapat memberikan beberapa

HASIL DAN PEMBAHASAN. dengan menggunakan kamera yang dihubungkan dengan komputer.

I. PENDAHULUAN. kinerjanya adalah pemrosesan, modifikasi struktur dan sifat-sifat material.

UJI KETAHANAN KOROSI TEMPERATUR TINGGI (550OC) DARI LOGAM ZIRKONIUM DAN INGOT PADUAN

PENGARUH WAKTU ALUR PEMANASANTERHADAP KUALITAS KRISTAL Sn(S 0,4 Te 0,6 ) HASIL PREPARASI DENGAN TEKNIK BRIDGMAN

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Sintesis Nanopartikel MnO 2 dengan Metode Elektrolisa Larutan KMnO 4

SINTESIS DAN KARAKTERISASI CORE-SHELL ZnO/TiO2 SEBAGAI MATERIAL FOTOANODA PADA DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) SKRIPSI

Hariadi Aziz E.K

Struktur kristal dan Morfologi film tipis GaN yang ditumbuhkan dengan metoda Hot-Wire Pulsed Laser Deposition

I. PENDAHULUAN. oleh H.K Onnes pada tahun 1911 dengan mendinginkan merkuri (Hg) menggunakan helium cair pada temperatur 4,2 K (Darminto dkk, 1999).

BAB III METODE PENELITIAN

BAB IV ANALISA DATA & PEMBAHASAN

Transkripsi:

MT-45 PENGARUH FRAKSI MOL Mn/Ga LARUTAN TERHADAP KOMPOSISI DAN MIKRO STRUKTUR LAPISAN TIPIS GaN: Mn YANG DIDEPOSISI METODE SOL-GEL Heri Sutanto 1), Iis Nurhasanah 1), Istadi 2) 1) Jurusan Fisika, FSM Universitas Diponegoro 2) Jurusan Teknik Kimia, FT Univeristas Diponegoro Jl. Prof. Soedharto, SH Tembalang Semarang Telepon (024) 74680822 e-mail: herisutanto@gmail.com Disajikan 29-30 Nop 2012 ABSTRAK Pengaruh fraksi mol mn/ga larutan terhadap komposisi dan mikro struktur lapisan tipis gan:mn yang dideposisi metode sol-gel. Dalam makalah ini dilaporkan hasil penelitian pengaruh fraksi mol larutan Mn/Ga pada lapisan tipis GaN:Mn terhadap karakteristik komposisi dan mikro struktur. Lapisan Tipis GaN:Mn telah dideposisikan di atas substrat Si(111) menggunakan metode Chemical Solution Deposition (CSD) dengan teknik spin coating. Fraksi mol Mn/Ga yang digunakan adalah 4%, 6%, 8%, dan 10%. Larutan gallium-manganese-citrate-amine disintesis dengan menggunakan Ga2O3 sebagai sumber gallium dan MnO2 sebagai sumber mangan. Kristal kering dari sintesis kemudian dilarutkan dalam Ethylenediamine dengan molaritas 0,6 M sehingga membentuk gel. Gel digunakan untuk deposisi lapisan tipis GaN:Mn di atas substrat Si (111) dengan teknik spin coating. Spin coater diputar dengan kecepatan putar 1100 rpm selama 20 detik. Lapisan tipis GaN:Mn dipanaskan pada temperatur 900 o C selama 2 jam pada lingkungan N2 UHP dengan laju alir tetap sebesar 120 sccm. Komposisi atomik padatan, struktur kristal, dan morfologi permukaan lapisan tipis GaN:Mn hasil deposisi dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Energy Dispersive of X-ray (EDX), dan Scanning Electron Microscope (SEM). Hasil uji EDX menunjukkan bahwa semakin besar fraksi mol Mn/Ga larutan menghasilkan %At Mn semakin meningkat. Diperoleh korelasi fraksi mol Mn/Ga larutan dengan padatan dengan persamaan y= 0,023x 3 0,352x 2 1,742x -2,81. Seluruh lapisan tipis GaN:Mn hasil deposisi masih terjadi kekosongan nitrogen, terdapat impuritas karbon dan memiliki struktur polikristal wurtzite. Konstanta kisi a pada rentang 3,2077 Å 3,2621 Å dan kisi c pada rentang 5,1094 Å 5,3038 Å bervariasi terhadap persentase atomik Mn. Tingkat kekasaran permukaan lapisan tipis GaN:Mn sebesar 16,72 29,90 nm. Ukuran dan distribusi bulir yang homogen terbentuk pada lapisan tipis dengan fraksi mol Mn/Ga 6%. Kata Kunci: GaN:Mn, Spintronik, CSD, spin coating, mikrostruktur I. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi informasi yang sangat pesat dalam dekade terakhir ini ditunjang oleh perkembangan industri rangkaian terintegrasi (integrated circuit atau disingkat dengan IC) dan industri penyimpanan data magnetik Dalam upaya menggabungkan keunggulan karakteristik elektronik dan magnetik di atas, diperkenalkan suatu divais baru, yaitu divais spintronik, yang bekerja dengan cara memanfaatkan muatan dan spin elektron yang bergerak dalam induk semikonduktor (semiconductor host). Keunggulan divais ini meliputi non-volatile, laju pemrosesan data yang lebih tinggi dan ukuran divais yang lebih kecil [1,2]. Selama lebih dari tiga puluh tahun fisikawan dan insinyur melakukan penelitian mengenai divais transfer muatan (charge-transfer) dan teknologi semikonduktor sehingga mengalami perkembangan yang sangat luar biasa hingga ditemukannya divais spintronik. Spintronik dikembangkan dalam berbagai aplikasi antara lain: divais logika spintronik (spintronic logic), magnetic random acces memory (MRAM), dan sensor medan magnet [3]. Material yang dapat digunakan untuk divais spintronik adalah material yang bersifat feromagnetik pada suhu kamar dan memiliki efisiensi yang cukup tinggi saat injeksi spin (Ohno, 1998). Material yang memenuhi sifat tersebut dimiliki oleh material Diluted Magnetic Semiconductor (DMS) atau semikonduktor feromagnetik. Beberapa tahun terakhir banyak peneliti yang memfokuskan penelitiannya pada material ini untuk aplikasi divais spintronik. Material DMS diperoleh dengan cara inkorporasi unsur magnetik dari logam transisi ke dalam semikonduktor non magnetik [4]. Material ini memiliki potensi untuk divais spintronik karena

MT-46 dapat digunakan untuk menyimpan data sekaligus memproses data [5] GaN:Mn merupakan material DMS yang banyak dikembangkan oleh para peneliti. GaN:Mn memiliki keunggulan dibandingkan dengan material DMS lain seperti ZnO:Co, GaN:Gd, dan AlN:Cr yaitu temperatur Curie (TC) di atas temperatur kamar, ideal untuk injeksi spin dan cocok dengan perkembangan teknologi semikonduktor yang telah ada. Temperatur Curie (TC) GaN:Mn dilaporkan lebih dari 300 K [6]. Deposisi semikonduktor feromagnetik GaN:Mn telah dilakukan dengan berbagai metode, antara lain metode Plasma Assisted Metal Organic Chemical Vapor Deposition (PA- MOCVD) [7], Molecular Beam Epitaxy (MBE) [8], dan implantasi ion [9]. Substrat silikon (Si) yang digunakan dalam penumbuhan lapisan tipis GaN:Mn memiliki keunggulan dibandingkan substrat safir dan SiC yang biasa digunakan dalam penumbuhan GaN dan paduannya. Substrat Si tersedia dalam ukuran yang besar dan harganya relatif murah, sehingga cocok digunakan untuk kalangan industri karena biaya produksi yang lebih rendah. Meskipun demikian, substrat Si masih terdapat ketidaksesuaian kisi dan koefisien ekspansi termal dengan GaN:Mn, yaitu masing-masing sebesar 17% dan 56% [10]. Hal tersebut menyebabkan deposisi lapisan tipis GaN:Mn di atas substrat Si menjadi tidak mudah. Pada penelitian ini dilakukan deposisi lapisan tipis GaN:Mn di atas substrat Si (111) menggunakan metode CSD teknik spin coating. Besar fraksi mol Mn/Ga larutan divariasikan dalam rentang 4% - 10%. Pengaruh besar fraksi mol Mn/Ga dianalis terhadap karakteristik komposisi padatan yang terbentuk dan mikrostruktur lapisan tipis GaN:Mn melalui pengujian menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), dan Energy Dispersive X-Ray (EDX). II. METODE PENELITIAN Deposisi lapisan tipis GaN:Mn menggunakan metode CSD dari kristal gallium-manganesse-citrate-amine. Pembuatan gel gallium-manganese-citrate-amine dilakukan dengan melarutkan kristal gallium-manganese-citrate-amine dalam ethylendiamine. Kristal gallium-manganese-citrate-amine diperoleh melalui preparasi gel dari larutan yang mengandung ion Ga 3+, ion Mn 4+, dan asam sitrat (CA) dengan fraksi mol Mn/Ga yang bervariasi antara 4% - 10%. Serbuk Ga2O3 dan serbuk MnO2 dengan fraksi mol Mn/Ga 4% 10% dilarutkan dalam campuran 5 ml HCl dan 5 ml HNO3. Larutan dinetralisir hingga mencapai ph 7,6-8 dengan cara menambahkan ammonia (NH4OH) sehingga didapatkan ion Ga 3+ dan ion Mn 4+ dalam larutan. Asam sitrat ditambahkan pada larutan dengan rasio molar Ga:CA adalah 1:1 agar ion-ion yang telah terpecah bergabung kembali dan membentuk larutan gallium-manganese-citrateamine. Kristal hasil sintesis kemudian disaring menggunakan kertas saring, dibilas dengan aseton dan dikeringkan dalam vakum desikator. Kristal kemudian dilarutkan dalam ethylendiamine dengan molaritas 0,6 M agar menjadi gel 0103: Heri Sutanto dkk. gallium-manganese-citrate-amine yang akan dilapiskan pada substrat Si (111). Sebelum proses deposisi lapisan tipis GaN:Mn di atas substrat Si(111), substrat Si dibersihkan terlebih dahulu dengan metode RCA. Si dicuci dengan aseton, kemudian dengan metanol masing-masing selama 10 menit menggunakan sistem pencuci ultrasonik untuk menghilangkan pengotor organik seperti lemak dan minyak. Selanjutnya Si dicuci dengan DI water (deionized water) selama 1 menit dan dimasukkan ke dalam larutan HF 20% selama 10 detik untuk menghilangkan lapisan SiO2 yang mungkin terbentuk selama proses penyimpanan substrat. Selanjutnya, substrat dicuci dengan DI water dan dikeringkan dengan disemprot gas nitrogen (N2) teknis. Substrat kemudian diletakkan di atas spin coater dan ditetesi dengan gel gallium-manganese-citrate-amine. Substrat yang telah ditetesi gel diputar menggunakan spin coater dengan laju putar sebesar 1200 rpm selama 20 detik. Sampel dikeringkan (drying) pada temperatur 150 o C selama 10 menit dilanjutkan proses pirolisis di atas hot plate pada temperatur 350 o C selama 20 menit. Sampel dipanaskan dalam furnace pada temperatur 900 o C selama 2 jam sambil dialiri gas nitrogen (N2) untuk dekomposisi dengan kecepatan alir sebesar 240 sccm. Kenaikan dan penurunan temperatur furnace diatur 10 o C/menit. Pengaliran N2 dilakukan untuk memberikan sumber prekursor N supaya terjadi ikatan antara anion-anion Ga 3+ dengan N 3- sehingga terbentuk lapisan GaN:Mn. Hasil-hasil penelitian berupa lapisan tipis selanjutnya dikarakterisasi dengan EDX untuk menentukan komposisi, XRD untuk mengetahu struktur dan parameter kisi kristal yang terentuk serta pengujian SEM untuk mengetahui morfologi permukaan lapisan. III. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil analisis komposisi atom menggunakan EDX pada lapisan tipis GaN:Mn yang terbentuk bertujuan untuk mengetahui atom-atom penyusun lapisan, inkorporasi atom Mn ke dalam lapisan dan mengamati keberadaan atom pengotor. Hasil analisis komposisi tersebut ditunjukkan pada tabel 1 dan korelasi fraksi molar Mn/Ga larutan terhadap %At padatan hasil deposisi ditunjukan gambar 1. Gambar 1. Grafik presentase atomik Mn (%At Mn) padatan hasil deposisi lapisan tipis GaN:Mn dengan berbagai fraksi mol Mn/Ga. Hasil pengujian komposisi menunjukkan bahwa terjadi kenaikan %At Mn dengan penambahan/ kenaikan fraksi

mol Mn/Ga larutan. Selain itu, secara umum komposisi padatan dari lapisan hasil deposisi menunjukkan bahwa terjadi kekosongan nitrogen dan masih hadirnya atom pengotor karbon (C). Besar persentase atomik karbon bervariasi pada lapisan GaN:Mn dan tidak bergantung pada fraksi mol Mn/Ga larutan. Adanya pengotor karbon diduga menyebabkan sulitnya inkorporasi Mn ke dalam GaN dikarenakan atom Mn akan sulit menyisip ke dalam GaN apabila terdapat atom karbon. Hal ini sesuai dengan pola grafik pada gambar 1 yang tidak linier (tidak stokiometrik) di mana persentase atomik Mn padatan hasil deposisi jauh lebih kecil dari fraksi molar Mn/Ga larutan yang dibuat. Tabel 1. Persentase atomik unsur lapisan tipis GaN:Mn dengan berbagai fraksi mol Mn/Ga dengan menghitung atom karbon Fraksi mol Mn/Ga (%) At (%) Mn Ga N C Ga/N 4 0,04 2,19 2,33 7,07 0,94 6 0,06 6,34 2,28 12,01 2,78 8 0,65 11,76 5,46 19,12 2,15 10 2,94 15,31 4,72 13,92 3,24 Inkorporasi Mn ke dalam lapisan tipis GaN dimaksudkan agar diperoleh lapisan tipis GaN:Mn dengan kualitas kristal yang rata dan homogen sehingga lapisan tipis tersebut memiliki sifat semikonduktor dan sifat feromagnetik. Tingkat inkorporasi Mn ke dalam GaN juga dapat dipengaruhi oleh perbedaan jari-jari atom dopan (Mn) relatif terhadap jari-jari atom yang disubtitusi (Ga) yang dapat menyebabkan terjadinya regangan. Jika energi regangan naik dengan kuat karena konsentrasi doping bertambah maka dopan tidak akan dapat diinkorporasikan [7]. Dari hasil penelitian diperoleh korelasi fraksi mol Mn/Ga larutan dengan %At Mn padatan yang memenuhi persamaan y = 0,023x 3-0,352x 2 + 1,745x - 2,81. Selain itu, dari hasil pengujian EDX diperoleh nilai rasio Ga/N yang kurang dari 1 menunjukkan bahwa terjadi kekosongan Ga pada lapisan, sedangkan nilai rasio Ga/N yang lebih dari 1 menunjukkan bahwa lapisan tipis yang terbentuk mengalami kekosongan nitrogen (nitrogen vacancy). Sampel dengan fraksi mol Mn/Ga 4% mengalami kekosongan Ga, sedangkan sampel dengan fraksi mol Mn/Ga 6%, 8%, dan 10% mengalami kekosongan nitrogen. Adanya kekosongan nitrogen menyebabkan GaN bersifat sebagai semikonduktor tipe-n. Sebaliknya, kekosongan Ga dapat bertindak sebagai akseptor dan menyebabkan GaN bersifat sebagai semikonduktor tipe-p [11]. Struktur kristal lapisan tipis yang terbentuk diamati dari hasil pengujian XRD. Pola XRD semua lapisan tipis yang dideposisikan dengan fraksi mol Mn/Ga tertentu menunjukkan adanya puncak yang bersesuaian dengan bidang GaN. Selain puncak Si, terdapat pula puncak-puncak MT-47 yang tidak identik dengan puncak GaN yang mengindikasikan adanya fase lain. intensitas (a.u) SiO 2 (112) Si (111) SiO 2 (400) GaN (1010) GaN (0002) GaN (1011) MnO 2 (111) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2 ( ) GaN (1012) MnO 2 (302) MnO 2 (212) (10%) Gambar 2. Pola XRD lapisan tipis GaN:Mn dengan berbagai fraksi mol Mn/Ga. Struktur kristal wurtzite lapisan tipis GaN:Mn yang terbentuk diidentifikasi menggunakan JCPDS nomor 02-1078. Pada sampel 4% teramati dua puncak difraksi yang masing-masing mengindikasikan bidang SiO2 (112) dan GaN (1011). Pada sampel 6% teramati adanya puncak difraksi bidang GaN (1011) dan fase lain SiO2 (112), MnO2 (111), MnO2 (302), dan MnO2 (212). Pada sampel 8% teramati adanya puncak difraksi bidang GaN (1011) dan fase lain SiO2 (112). Pada sampel 10% teramati puncak difraksi bidang GaN (1010), GaN (0002), dan GaN (1012) serta puncak difraksi fase lain SiO2 (440) dan MnO2 (111). Dari Hasil uji XRD dihitung beberapa parameter mikrostruktur [12] seperti ditunjukkan tabel 2. Si (222) (8%) (6%) (4%) Tabel 2. Nilai konstanta kisi dan regangan kisi lapisan tipis GaN:Mn dengan berbagai fraksi mol Mn/Ga. Fraksi mol Mn/Ga (%) Konstanta kisi Strain atau stress ( ) a (Å) c (Å) a c 4 3,2560 5,2939 0,0210 0,0210 6 3,2542 5,2911 0,0204 0,0204 8 3,2621 5,3038 0,0229 0,0229 10 3,2077 5,1094 0,0059-0,0146 Nilai konstanta kisi pada masing-masing sampel lebih besar dibandingkan dengan nilai konstanta kisi dari referensi. Hasil ini menunjukkan bahwa terjadi regangan kisi pada semua sampel lapisan tipis GaN:Mn hasil deposisi. Nilai konstanta kisi semua sampel yang diperoleh bersesuaian dengan nilai konstanta kisi GaN dengan struktur wurtzite, sehingga dapat dikatakan bahwa lapisan tipis GaN:Mn yang terbentuk memiliki struktur wurtzite [11]. Hasil uji citra SEM morfologi permukaan dan citra 3D lapisan tipis GaN:Mn yang dideposisi di atas substrat Si (111) dengan berbagai fraksi mol Mn/Ga diperlihatkan pada gambar 3.

MT-48 0103: Heri Sutanto dkk. (a) (b) (c) (d) Gambar 3. Citra SEM morfologi permukaan dan citra 3D morfologi lapisan tipis GaN:Mn dengan berbagai fraksi mol Mn/Ga (a) 4%, (b) 6%, (c) 8%, dan (d) 10%. Gambar 3 (a), (c), dan (d) memperlihatkan lapisan tipis GaN:Mn dengan fraksi mol Mn/Ga sebesar 4%, 8%, dan 10% yang memiliki permukaan dengan keseragaman bulir rendah. Pada sampel 4% terlihat adanya permukaan substrat yang tidak tertutup lapisan serta lapisan tersusun dari sekumpulan butiran yang bentuknya berupa batang kecil karena pertumbuhan bulir yang belum sempurna seperti yang ditunjukkan oleh lingkaran merah. Sampel 8% menunjukkan adanya aglomerasi di atas permukaan, dan sampel 10% memperlihatkan adanya retakan dan terbentuk pulau-pulau pada permukaan lapisan seperti yang ditunjukkan oleh lingkaran merah. Lapisan tipis GaN:Mn dengan fraksi mol Mn/Ga sebesar 6% memiliki permukaan yang paling homogen dibandingkan dengan lapisan tipis GaN:Mn dengan fraksi mol Mn/Ga yang lain. Sampel 4% memiliki ukuran bulir (grain size) terbesar yaitu 197,4 nm, sedangkan ukuran bulir terkecil yaitu pada sampel 8% dengan ukuran 167,9 nm. Tingkat kekasaran terkecil terjadi pada sampel 8% dan terbesar pada sampel 6%. Sampel 6% memiliki tingkat kekasaran yang besar namun memiliki keseragaman bulir yang paling baik diantara yang lainnya. Kehadiran unsur pengotor seperti karbon pada substrat akan memperlambat laju koalisi dan terjadi migrasi batas bulir, apabila pengotor hadir dan menutupi sebagian dari permukaan bebas bulir kristal maka akan menghasilkan suatu permukaan lapisan tipis yang morfologinya tersusun atas kubah-kubah (Sutanto, 2008). IV. KESIMPULAN Lapisan tipis GaN:Mn telah berhasil dideposisikan di atas substrat Si (111) menggunakan metode CSD teknik spin coating dengan variasi fraksi mol Mn/Ga sebesar 4%, 6%, 8%, dan 10%. Lapisan tipis hasil deposisi secara umum bersifat kekosongan nitrogen dan terdapat impuritas karbon. Persen atomik Mn dari lapisan tipis GaN:Mn hasil deposisi meningkat dengan kenaikan fraksi molar Mn/Ga larutan. Seluruh lapisan tipis GaN:Mn memiliki struktur wurtzite dan belum stokiometrik. Konstanta kisi a pada rentang 3,2077 Å 3,2621 Å dan kisi c pada rentang 5,1094 Å 5,3038 Å bervariasi terhadap persentase atomik Mn. Tingkat kekasaran permukaan lapisan tipis GaN:Mn sebesar 15,3 29,90 nm. Ukuran dan distribusi bulir yang homogen terbentuk pada lapisan tipis dengan fraksi mol Mn/Ga 6%. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terimakasih kepada Pemerintah Republik Indonesia atas dukungan dana pada Program Penelitian Insentif Riset Dasar-KNRT Tahun 2012. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ir. Wikanda atas bantuan analisis SEM-EDX, Dra. Mujamilah, M.Si atas bantuan analisis VSM, Yopi Hendrawan, ST atas analisis XRD, Isrina, S.Si, Nursidi, S.Si atas bantuan dalam sintesis dan pihak-pihak yang membantu dalam pelaksanaan penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA [1] Zorpette, G. (2001), The Quest of Spin Transistor, IEEE Spectrum, USA. [2] Awschalom, D.D., Loss, D., dan Samarth, N. (Eds.) (2002): Semiconductor Spintronics and Quantum Computation, Springer-Verlag Berlin, Germany. [3] Chiolerio, Alessandro, 2009, Spintronic Devices, Polithechnic of Turin. [4] Ohno, H, 1998, Making Nonmagnetic Semiconductors Ferromagnetic, Science: 951-956. [5] Reed, M.L., Reed, M. J., Luen, M.O., Berkman, E.A., Arkun, F.E., Bedair, S.M., Zavada, J.M., danel-masry, N.A., 2005, Magnetic properties of Mn doped GaN and p-i-n junctions, Department of Electrical and

MT-49 Computer Engineering, North Carolina State University Raleigh. [6] Liu, C., Yun, F., Morkoc, H., 2005, Ferromagnetism of ZnO and GaN: A Review, Department of Electrical Engineering and Physics Department, Virginia Commonwealth University. [7] Mulyanti, Budi, 2007, Studi Penumbuhan GaN-Mn Di Atas Substrat Silikon dengan Metode Plasma Assisted Metal Organic Chemical Vapor Deposition, Fisika Material Elektronik ProgramStudi Fisika ITB, Bandung. [8] Kikkawa, S., Ohtaki, S., Takeda, T., Yoshiasa, A., Sakurai, T., Miyamoto, Y., 2006, Manganese Doped Gallium Oxynitride Prepare by Nitridation of Citrate Precursor, Osaka University: Japan. [9] Reed, M.L., 2003, Growth and characterization of Room Temperature Ferromagnetic Mn:GaN ang Mn:InGaN for Spintronic Applications, Disertasi Doktor, North Carolina State University, 37-40, 148. [10] Sutanto, Heri, 2008, Penumbuhan Struktur Hetero AlxGa1-xN/GaN di Atas Substrat Substrat Si (111) dengan Metode Plasma Assisted Metalorganic Chemical Vapor Deposition (PA-MOCVD) dan Karakteristiknya, Disertasi Doktor, Institut Teknologi Bandung. [11] Gil, Bernard., 1998, Group III Nitride Semiconductor Compounds, Clarendon Press, OXFORD: New York. [12] Suryanarayana, C., Norton, M. G., 1998, X-Ray Diffraction: A Practical Approach, Plenum Press: New York and London.