KUMPULAN ABSTRAK TESIS DISERTASI DOKTOR 2005 INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG SEKOLAH PASCASARJANA Jl. Tamansari No. 64 Bandung 40116 Gedung CCAR lt. IV Telp. : +6222 251 1495; Fax. : +6222 250 3659 E-mail : pasca@itb.ac.id; http://www.pps.itb.ac.id
Kata pengantar Dengan memanjatkan puji syukur k Hadirat Tuhan Yang Maha Esa, pada kesempatan ini Sekolah Pascasarjana telah menerbitkan buku kumpulan abstrak Program Magister dan Doktor tahun 2005 Buku kumpulan abstrak tesis ini memuat abstrak tesis/disertasi dari Program Studi Magister dan Doktor yang ada di lingkungan Sekolah Pascasarjana ITB, lulusan periode Wisuda bulan Maret, Juli, September 2005 Penerbitan buku kumpulan abstrak tesis Sekolah Pascasarjana ITB tahun 2005 merupakan salah satu upaya untuk menyebar luaskan informasi ilmiah yang di hasilkan dari penelitian para mahasiswa Sekolah Pascasarjana ITB, dengan harapan dapat dimanfaatkan secara optimal oleh masyarakat. Bagi para mahasiswa kumpulan abtrak ini dapat dipakai sebagai sumber rujukan bagi penelitian yang akan mereka lakukan. Kami menyampaikan ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam proses penerbitan buku ini. Kritik membangun dan saran-saran kami harapkan dari para pembaca yang terhormat. Hal tersebut akan sangat berguna untuk menyempurnakan abtrak tesis yang akan kami terbitkan kemudian. Bandung, 15 Februari 2006 Sekolah Pascasarjana ITB Dekan, Prof.Dr.Ir. Ofyar Z. Tamin, M.Sc. NIP. 131 286 861 i
Sekilas Tentang Sekolah Pascasarjana ITB menyelenggarakan pendidikan pascasarjana dalam jenjang Magister dan Doktor. Program pendidikan Magister ini bertujuan untuk meningkatkan taraf penguasaan ilmu dan kemampuan yang diperoleh peserta selama pendidikan Sarjana, agar lebih aktif dan mantap berperan, baik dalam pandangan ilmunya maupun dalam penerapannya. Untuk mencapai tujuan ini, walaupun terbuka untuk memilih salah satu bidang khusus tertentu, tetap dijaga penguasaan wawasan program secara menyeluruh, agar para lulusannya tetap dapat bergerak secara lincah di dalam lingkup pekerjaannya. Program pendidikan Magister yang diselenggarakan di ITB memiliki arah orientasi bersifat akademik/ilmiah, yang lebih ditekankan pada kemampuan ilmu secara lebih mendalam. Pendidikan Magister Profesional pada saat ini masih dijajaki oleh beberapa team dan/atau komisi dari berbagai disiplin ilmu. Jangka waktu pendidikan untuk program pendidikan Magister adalah dua tahun, yang terbagi atas 4 (empat) semester. Beban studi normal pada setiap semester berkisar antara 9 SKS hingga maksimum 12 SKS. Beban akademik keseluruhan program Magister adalah adalah 36 SKS, sehingga jangka waktu belajar dapat ditempuh dalam 3 semester. Jangka waktu studi maksimum program Magister tidak lebih dari 3 (tiga) tahun. Program Dktor bertujuan menghasilkan lulusan yang mempunyai sikap akademik, mampu meneliti secara mandiri, dan mampu memberi sumbangan berarti kepada khasanah ilmu pengetahuan, ilmu pengetahuan teknik, atau ilmu seni rupa dan desain. Penelitian yang mengarah kepada gelar Doktor dapat dilakukan dalam Ilmu Pengetahuan Teknik, Ilmu Matematika dan Pengetahuan Alam, Ilmu Seni Rupa dan Desain. Gelar Doktor diberikan setelah promovendus/promovenda menunjukkan penguasaan pengetahuan secara mendalam dalam cabang keilmuan tersebut di atas, menunjukkan kemampuan dan ketrampilan meneliti secara mandiri dalam satu atau lebih cabang yang tercakup ke dalam salah satu bidang tersebut di atas dan penelitian itu bersifat orisinil atau mengungkapkan suatu kebaharuan. Hasil penelitian itu menambah khasanah ilmu pengetahuan/ilmu teknik/ilmu seni rupa/desain yang telah ada atau mengungkapkan masalah baru yang menurut kaidah ilmu pengetahuan teknik/seni rupa dan desain, dapat dibuktikan dalam disertasi sehingga tidak meragukan. Jangka waktu pendidikan untuk program pendidikan Doktor adalah tiga tahun, yang terbagi atas 6 (enam) semester. Beban studi normal pada setiap semester berkisar antara 9 SKS hingga maksimum 12 SKS. Beban akademik keseluruhan program Doktor adalah 40-60 SKS. Jangka waktu studi maksimum program Doktor tidak lebih dari 5 (lima) tahun. Sejarah pendidikan pascasarjana ITB berjalan seiring dengan sejarah perkembangan ITB itu sendiri, yakni sejarah didirikannya Technische Hogeschool te Bandung (Th) pada tanggal 3 Juli 1920. Tercatat bahwa lulusan pascasarjana pertama pada waktu itu adalah N.H. Van Harpen yang memperoleh gelar Doktor bidang ilmu teknik dengan kekhususan Sipil pada tahun 1930. Sebelumnya J.W. Ijerman memperoleh gelar Doktor honoris causa pada bidang yang sama tahun 1925. ii
Seiring dengan perjalanan sejarah Negara Indonesia, pada tahun 1950 didirikan Universitas Indonesia sebagai hasil integrasi Balai Perguruan Tinggi Republik Indonesia (19 Agustus 1945) dan Universiteit van Indonesia (1947) berdasarkan Undang-Undang Darurat no. 7 tahun 1950. Institut Teknologi Bandung (ITB) diresmikan tanggal 2 Maret 1959 dan merupakan gabungan dua fakultas yang merupakan bagian dari Universitas Indonesia yang berada di Bandung, yaitu fakultas Teknik dan Fakultas Ilmu Pasti dan Ilmu Alam ditambah Balai Universiter Guru Gambar. Pada saat masih berstatus sebagai Fakultas Teknik dan Fakultas Ilmu Pasti dan Ilmu Alam, Universitas Indonesia, pendahulu ITB ini telah menghasilkan 17 orang Doktor dalam bidang Teknik SIpil, Teknik Kimia, Geologi, Fisika, Farmasi, Matematika dan Kimia. Lulusan Doktor ITB yang pertama J.A. Katili, Geologi, yang menyelesaikan studinya tahun 1960. Sejak itu sampai tahun 2005 telah dihasilkan 404 orang Doktor, termasuk 3 orang Doktor honoris causa, yaitu Dr.Ir. Soekarno, presiden pertama Republik Indonesia, Dr.Ir. Sediatmo, dan Prof.Dr.Ir. Rooseno. Pada tahun 1976 berdiri Sekolah Pascasarjan di Institut Teknologi Bandung, yang selanjutnya berubah menjadi Program Pascasarjana, dan namanya kembali menjadi Sekolah Pascasarjana di tahun 2005. Lulusan program Doktor pertama dari Sekolah Pascasarjana adalah Ir. Sri Hardjoko yang memperoleh gelar Doktor di tahun 1979 untuk bidang studi Teknik Mesin dengan Pembimbing/Promotor Prof.Ir. Samudro, Prof.Dr. R. Van Hasselt dan Prof.Ir. Handojo. Program Magister di Institut Teknologi Bandung dimulai tahun 1979 dengan tiga program studi yaitu program studi Fisika, Matematika, dan Teknik Mesin. Selanjutnya pada tahun 1980 berkembang menjadi 11 program studi karena dibuka 8 (delapan) program studi baru yaitu program studi Arsitektur, Biologi, Elektroteknik, Farmasi, Kimia, Teknik Kimia, Teknik Sipil, dan Teknik dan Manajemen Industri. Saat ini secara keseluruhan terdapat 33 program studi Magister di lingkungan Sekolah Pascasarjana ITB. Sejak tahun akademik 1979/1980 hingga bulan September 2005 Sekolah Pascasarjana ITB telah menghasilkan sebanyak 12.714 lulusan program Magister (S2) dari berbagai program studi. iii
DAFTAR ISI Kata pengantar dari Dekan Sekolah Pascasarjana ITB Pendahuluan I II Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Program Studi Matematika 01-45 Program Studi Fisika 46-97 Program Studi Kimia 98-132 Program Studi Aktuaria 133-143 Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati Program Studi Biologi 144-190 Sekolah Farmasi Program Studi Farmasi 191-241 Fakultas Ilmu Kebumian dan Teknologi Mineral Program Studi Geologi 242-279 Program Studi Rekayasa Pertambangan 280-316 Program Studi Perminyakan 317-364 Program Studi Geofisika Terapan 365-376 Program Studi Sains Kebumian 377-393 Fakultas Teknologi Industri Program Studi Teknik Kimia 394-441 Program Studi Teknik Mesin 442-469 Program Studi Teknik Fisika 470-488 Program Studi Teknik Manajemen dan Industri 489-576 Program Studi Teknik Penerbangan 577-583 iv
Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Program Studi Teknik Elektro 584-701 Program Studi Informatika 702-812 Sekolah Arsitektur, Perencanaan dan Pengembangan Kebijakan Program Studi Pembangunan 813-856 Program Studi Transportasi 857-868 Program Studi Arsitektur 869-963 Program Studi Perencanaan Wilayah dan Kota 964-1061 Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Program Studi Teknik Sipil 1062-1202 Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika 1203-1257 Program Studi Teknik Lingkungan 1258-1297 Program Studi Sistem dan Teknik Jalan Raya 1298-1353 Fakultas Seni Rupa dan Desain Program Studi Seni Rupa 1354-1384 Program Studi Desain 1385-1411 Sekolah Bisnis dan Manajemen Program Studi Magister Administrasi Bisnis 1412-1555 v
Kumpulan Abstrak DADI RUSDIANA - NIM : 30299003 Program Studi Fisika Fisika - FMIPA PENUMBUHAN DAN KARAKTERISASI FILM TIPIS GaN DENGAN PULSED LASER DEPOSITION DAN APLIKASINYA PADA FOTODETEKTOR ULTRAVIOLET Semikonduktor paduan III-Nitrida seperti AlN, GaN, InN beserta paduannya merupakan material yang masih menjadi pusat perhatian para peneliti, karena memiliki keunikan antara lain memiliki celah pita langsung (direct bandgap) yang lebar (1,9 6,2 ev) dan sangat stabil bila dioperasikan pada temperatur tinggi. Oleh karena itu, semikonduktor paduan III-Nitrida sangat berpotensi untuk diaplikasikan pada pembuatan devais optoelektronik yang bekerja pada daerah panjang gelombang hijau, biru dan ultraviolet seperti LED, dioda laser dan detektor ultraviolet, serta dapat diaplikasikan pada devais elektronik seperti high electron mobility transistor (HEMT) dan metal semiconductor field effect transistors (MESFET). Pada umumnya penumbuhan film tipis semikonduktor paduan III-Nitrida dilakukan dengan metoda metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) dan molecular beam epitaxy (MBE) yang sudah teruji kualitasnya. Sehingga banyak aplikasi devais berbasis semikonduktor III-Nitrida dibuat dengan metoda tersebut. Pulsed Laser Deposition (PLD) merupakan metoda penumbuhan film tipis yang relatif baru khususnya untuk penumbuhan film tipis berbasis semikonduktor III-Nitrida. Apabila dibandingkan dengan teknik penumbuhan lain seperti MOCVD dan MBE, PLD merupakan teknik penumbuhan film tipis yang lebih sederhana dan lebih murah dari segi eksperimen dan biaya operasionalnya, sehingga dengan demikian teknik penumbuhan PLD khususnya untuk film tipis berbasis III-Nitrida masih sangat potensial untuk dikembangkan terutama untuk aplikasi devais optoelektronik. Dalam penelitian ini telah dilakukan penumbuhan film tipis GaN dengan metoda PLD, dengan parameterparameter penumbuhan diantaranya temperatur substrat dan tekanan parsial gas nitrogen. Kemudian dari hasil optimasi parameter penumbuhan tersebut, telah dibuat sampel untuk aplikasi devais optoelektronik seperti detektor ultraviolet dengan struktur fotokonduktor dan fotodioda Schottky. Penggunaan lapisan penyangga pada penumbuhan film tipis GaN di atas substrat sapphire ternyata dapat meningkatkan sifat-sifat film, baik struktur kristal, sifat optik maupun sifat listriknya. Dari hasil karakterisasi XRD, ternyata terdapat kecenderungan peningkatan kualitas kristal film apabila ketebalan lapisan penyangga diperbesar hingga 25 nm yang menunjukkan terorientasinya kristal kearah sumbu c yaitu (0002) dan (0004), kualitas kristal akan mengalami degradasi bila lapisan penyangga diperbesar hingga 56 nm dengan munculnya orientasi lain (1010) dan (1011). Tebal lapisan penyangga yang optimum dalam penelitian ini yaitu 25 nm dengan karakteristik film yaitu memiliki transmisi optik 55 % pada daerah energi di bawah celah pita energi (3,4 ev), serta memiliki konsentrasi elektron 1,5 x 10 19 cm -3 dengan mobilitas 19,1 cm 2 /V.s. Kecenderungan peningkatan kualitas kristal pada film juga terjadi pada variasi temperatur substrat yang diperbesar dari 600 o C sampai 680 o C, hal tersebut dapat diamati dari hasil pola XRD dengan menyempitnya FWHM puncak bidang kristal (0002) dari 1,1 o hingga 0,4 o. Pengaruh tekanan parsial gas yang divariasikan dari 0,15 mbar sampai 0,35 mbar, ternyata dapat mempengaruhi sifat-sifat film baik struktur kristal, sifat optik maupun sifat listrik. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan, kualitas kristal film tipis mengalami peningkatan apabila tekanan parsial gas nitrogen diperbesar hingga 0,25 mbar yang ditunjukkan dengan munculnya orientasi kristal yang searah dengan sumbu c yaitu (0002) dan (0004), namun ternyata kualitas kristal akan mengalami degradasi apabila tekanan parsial gas diperbesar hingga 0,35 mbar yaitu dengan munculnya orientasi bidang (1011). Hal serupa ditemukan juga pada film yang ditumbuhkan dengan tekanan parsial gas 0,15 mbar tanpa menggunakan filamen pemanas pada aliran gas nitrogen. Hasil karakterisasi SEM menunjukkan pada permukaan film tersebut masih terdapat partikulasi GaN yang terbentuk dengan ukuran 0,1 sampai 0,4 µm, namun pembentukan partikulasi tersebut mulai berkurang apabila tekanan parsial gas diperbesar 58
Kumpulan Abstrak Fisika - FMIPA hingga 0,35 mbar dengan menggunakan filamen pemanas. Variasi tekanan parsial gas pada penumbuhan film tipis GaN juga dapat mempengaruhi sifat optik dan sifat listrik film. Dari hasil karakterisasi optik dan listrik, menunjukkan bahwa transmisi optik mengalami peningkatan dari 35 % sampai 55 % dan mobilitas elektron dari 12,5 Cm 2 /V.s sampai 19,1 Cm 2 /V.s apabila tekanan parsial gas diperbesar dari 0,15 mbar sampai 0,25 mbar, namun ternyata transmisi optik dan mobilitas elektron mengalami penurunan apabila tekanan parsial gas diperbesar sampai 0,35 mbar. Dari hasil optimasi parameter penumbuhan tersebut, telah dibuat fotodetektor dengan struktur fotokonduktor dan fotodioda Schottky. Dari hasil karakterisasi I-V pada sampel fotokonduktor untuk kondisi penyinaran diperoleh peningkatan konsentrasi elektron 4,6 x 10 18 cm -3 dengan fotokonduktivitas 59,9 Ω -1 cm -1, sedangkan pada kondisi gelap konduktivitasnya sekitar 45,7 Ω -1 cm -1, berarti terdapat peningkatan konduktivitas pada sampel fotokonduktor sekitar 14,2 Ω -1 cm -1 akibat penyinaran dengan energi foton 3,4 ev. Dari kurva I-V tersebut juga diperoleh resistansi kontak sekitar 0,26 Ω.cm 2 dengan tinggi penghalang antara alumunium dengan GaN adalah sekitar 0,44 ev pada kondisi gelap, sedangkan pada kondisi penyinaran tinggi penghalang mengalami penurunan yaitu 0,43 ev. Resistansi kontak yang rendah tersebut menunjukkan bahwa kontak alumunium memiliki karakteristik kontak ohmik pada semikonduktor GaN tipe-n. Sedangkan pada sampel fotodioda Schottky resistansi kontak pada kondisi gelap yaitu sekitar 2,04 x 10 9 Ω.cm 2 dengan tinggi barrier 1,03 ev, sedangkan pada kondisi penyinaran tinggi barrier menjadi 0,93 ev. Hasil pengukuran responsivitas pada sampel fotokonduktor dan fotodioda Schottky, menunjukkan bahwa sampel cukup peka terhadap sinar dengan panjang gelombang antara 310 nm sampai 365 nm yang masih dalam rentang panjang gelombang ultraviolet. Sedangkan untuk panjang gelombang lebih besar dari 365 nm, respon arus pada kedua sampel mengalami penurunan secara tajam. Hal ini menggambarkan bahwa kedua sampel memiliki panjang gelombang pancung (cutoff wavelength) λ c = 365 nm. GROWTH AND CHARACTERIZATION OF GaN THIN FILM PREPARED BY PULSED LASER DEPOSITION AND ITS APPLICATION TO ULTRAVIOLET DETECTOR The group III-nitride semiconductors such as AlN, GaN, InN and their alloys are currently under intense investigation due to their unique properties. The III-nitride alloys are a wide and direct bandgap semiconductor (1,9 ev - 6,2 ev) with enormous applications in both electronic devices operating under high temperature and high power conditions such as high electron mobility transistor (HEMT) and metal semiconductor field effect transistors (MESFET) and optoelectronic devices in the green, blue and ultraviolet wavelength regions such as LED, laser diode and ultraviolet detector. High quality III-nitride films have mostly been prepared by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) and molecular beam epitaxy (MBE) techniques. So that many devices application of III-nitride semiconductor were fabricated by MOCVD and MBE techniques. Compared to the MOCVD and MBE techniques, Pulsed Laser Deposition (PLD) is a relatively new growth technique for the growth of IIInitride thin films, so that this technique is very potential to be developed for the applications of optoelectronic devices. In this research the growth of GaN thin films by PLD technique has been investigated, with growth parameters as follows: substrate temperature and nitrogen partial gas pressure. Based on the optimum growth conditions, optoelectronic devices such as ultraviolet photo-detector with photo-conductor and Schottky photo-diode structures have been prepared. 59
Kumpulan Abstrak Fisika - FMIPA The use of buffer layers between sapphire substrate and GaN thin films have been studied. The results showed that film properties such as crystal structures, optical and electrical properties were improved. XRD characterization show there was most probability to create a better of crystal structure with c- axis orientations of (0002) and (0004) if the buffer layer thickness was 25 nm. In addition to that if the thickness of buffer layer increases up to 56 nm the quality of crystal structure will be reduced. This can be seen by the addition peaks of (1010) and (1011) orientations. By using several buffer layer thicknesses, it is found that the optimum thickness of buffer layer was around 25 nm. This film has optic transmission of 55 % at area of energy below gap energy (3.4 ev), and has electron concentration of 1.5 x 10 19 cm -3 with carrier mobility of 19 cm 2 /V.s. Good quality film was found at substrate temperature range from 600 o C up to 680 o C. The effects of the nitrogen pressure during growth on the properties of GaN films have been investigated. XRD characterization shows that GaN film with c- axis orientation of (0002) and (0004) occurs if nitrogen gas partial pressure increase up to 0.25 mbar, but the quality of GaN film decrease if gas partial pressure increase up to 0.35 mbar. Similar result was also found for the gas partial pressure of 0.15 mbar without using heater filament at nitrogen gas flow. SEM characterization shows that at the surface of the film, there are GaN particulates of the size of 0.1 0.4 µm. Number of particulates decrease if partial gas pressure increases up to 0.35 mbar by using heater filament. The optical and electrical properties of GaN films were greatly dependent on the nitrogen partial pressure. It can be seen from the change of optical transmission from 35 % to 55 % and the change of electron mobility from 12.5 cm 2 /V.s to 19.05 cm 2 /V.s if partial gas pressure increases from 0.15 mbar to 0.25 mbar. I-V characterization on photoconductor samples under irradiating condition showed that electron concentration and photoconductivity were around 4.65 x 10 18 cm -3 and 59.9 Ω -1 cm -1, respectively. While at dark condition, the dark conductivity was around 45.7 Ω -1 cm -1. There was an increase of conductivity around 14.2 Ω -1 cm -1 resulting from irradiation with photon energy of 3.4 ev. It was also observed that the contact resistance was around 0.26 Ω.cm 2 with barrier height of 0.44 ev at a dark condition, while at irradiation condition, the barrier height was slightly reduced down to 0.43 ev. The value of contact resistance indicates that Al contact show ohmic contact of GaN semiconductors. The contact resistance of photodiode Schottky sample was around 2.04 x 10 9 Ω.cm 2 with barrier height 1.03 ev at dark condition. This value reduces down to 0.93 ev under the irradiation condition. The spectral responses of photoconductor and Schottky photodiode samples have the current responsivity which increase at λ> 310 nm and remain nearly flat for λ= 347 nm - 365 nm. While for wavelength higher than 365 nm, the current responses of both the samples were reduced significantly. This depicts that both samples have cutoff wavelength (λ c ) around 365 nm. 60