3. Preparasi Lapisan Tipis Semikonduktor P-N Junction Menggunakan Teknik Implantasi Ion Untuk Aplikasi Detektor Sawar Muka (PFIS-3)

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang.

Pada saat ini aplikasi dari perkembangan teknologi lapisan tipis telah meluas, misalnya komponen aktif dari alat yang digunakan untuk komputer dan komunikasi dan bidang mikroelektronik. Alasan yang sesuai dengan tuntutan perkembangan teknologi lapisan tipis menuju teknologi tinggi adalah sifat atau karakter lapisan tipis yang dapat divariasi secara drastis baik secara langsung (variasi parameter deposisi) maupun secara tidak langsung (annealing dan irradiasi).

Salah satu aplikasi lapisan tipis berhubungan dengan pembuatan detektor sawar muka. Detektor sawar muka adalah sambungan antara semikonduktor tipe P dengan semikonduktor tipe N, dimana daerah sambungan tersebut merupakan daerah aktif detektor. Detektor sawar muka menggunakan tenaga dari partikel sinar alpha untuk menimbulkan pasangan elektron-hole dalam bahan semikonduktor. Jumlah pasangan elektron-hole yang terbentuk sebanding dengan besar tenaga radiasi. Medan listrik yang ditimbulkan tegangan terbalik akan menyapu elektron ke terminal positif dan hole ke terminal negatif. Kepekaan dari suatu detektor sawar muka diantaranya tergantung pada bahan untuk membuat sambungan P-N. Bahan Silikon adalah salah satu bahan semikonduktor yang cocok untuk keperluan tersebut, karena mempunyai resistivitas tinggi (Agus Baskoro, 1992:339).

Untuk mengubah dari Silikon intrisik menjadi ekstrisik bahan Silikon diberi ketidakmurnian Boron (untuk membuat tipe P) dan ketidakmurnian Posfor (untuk membuat tipe N). Untuk memberikan ketidakmurnian pada bahan Silikon diantaranya menggunakan teknik implantasi ion. Teknik implantasi ion ini dapat memberi ketidakmurnian lebih baik, karena hanya ion tertentu (tidak dikotori unsur lain) yang dicangkokan pada bahan yang dikehendaki. Dosis dan kedalaman pencangkokan dapat dikendalikan dengan mengatur waktu dan energi ion yang dicangkokan. Dengan demikian akan terjadi sambungan N-P yang baik dan pada akhirnya akan menambah kepekaan detektor sawar muka.

Dalam metode implantasi ion, dimanfaatkan kemampuan akselerator untuk “menanamkan” atom ketidakmurnian langsung kedalam substrat. Teknik ini merupakan salah satu teknik pembuatan sambungan N-P semikonduktor yang mencapai kemajuan dalam proses reaktif dan modifikasi bentuk. Teknik implantasi ion mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan metode difusi, epitaksi dan paduan. Kelebihan dari teknik implantasi ion adalah: (Reka Rio, S dan Lida, M.1982:178)
1. Bahan yang diimplantasikan memiliki tingkat kemurnian yang sangat tinggi, karena menggunakan magnet pemisah massa sehingga dapat dipilih ion tertentu saja yang diinginkan.
2. Jumlah (dosis) pengotor yang ditambahkan dapat diatur dan diamati dari berkas arus ion dengan teliti.
3. Kosentrasi atom pengotor yang diimplantasikan sangat seragam.
4. Kedalaman sambungan dapat diatur dengan sangat teliti melalui pengaturan tenaga implantasi.
5. Tidak memerlukan temperatur tinggi dalam pengoperasianya.
Selain mempunyai keunggulan-keunggulan tersebut, teknik implantasi ion mempunyai kelemahan yaitu menghasilkan kerusakan yang tersisa pada lapisan yang diimplantasi. Bentuk nyata dari kerusakan belum diketahui dengan pasti, bisa terdiri dari interstisi (sisipan), yaitu atom yang berpindah ke posisi interstisi dalam kisi, kekosongan, yaitu lubang yang ditinggalkannya, atau dislokasi, yaitu cacat kristal dengan sebaris atom tidak berada pada posisi yang seharusnya.
Profil kerusakan untuk implantasi dosis rendah (≤ 1012 ion/cm2) adalah terbentuknya lorong terisolasi dan terbatas pada volume tertentu saja, sedangkan untuk dosis tinggi (≥1014 ion/cm2) akan terjadi tumpang tindih dari daerah-daerah yang rusak. Kerusakan yang diakibatkan oleh pengimplanan tersebut dapat dikompensasi sampai pada batas-batas tertentu dengan memanaskannya, biasanya pada suhu 600 oC-1000 oC, karena dengan adanya pemanasan diharapkan tenaga vibrasional atom-atom meningkat dan atom cenderung untuk kembali teratur (Mayer dkk, 1970 : -).
Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil implantasi ion antara lain: energi ion dopan, massa ion dopan (jenis atom dopan), massa atom bahan yang diimplantasi (sasaran), kuat arus ion dopan dan suhu penganilan. Berdasarkan faktor-faktor tersebut dan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya yaitu implantasi ion Au ke permukaan wafer Silikon tipe N, maka akan diteliti lebih lanjut bagaimana pengaruh ketidakmurnian ion Boron yang dicangkokan pada wafer Silikon tipe N menggunakan teknik implantasi ion terhadap karakterisasi diode sambungan N-P. Karakterisasi diode sambungan N-P meliputi resistansi lapis, karakteristik arus tegangan I-V berupa arus dadal dan tegangan dadal serta kapasitansi sambungan N-P.

B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah dapat diidentifikasi masalah sebagai berikut:
1. Apa saja faktor-faktor yang dapat mempengaruhi hasil implantasi ion?
2. Bagaimana pengaruh dosis ion dopan Boron terhadap resistansi lapis, karakteristik arus tegangan I-V dan kapasitansi sambungan N-P yang digunakan untuk menentukan lebar daerah deplesi?

C. Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, masalah yang diteliti akan dibatasi tentang :
Pengaruh dosis ion dopan Boron yang diimplantasikan pada semikonduktor tipe N terhadap resistansi lapis, karakteristik arus tegangan I-V dan kapasitansi sambungan N-P yang digunakan untuk menentukan lebar daerah deplesi .

D. Rumusan Masalah
Dari batasan masalah seperti tesebut di atas, maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut yaitu:
1. Bagaimana pengaruh dosis ion dopan Boron yang diimplantasi pada semikonduktor tipe N terhadap resistansi lapis?
2. Bagaimana karakteristik arus dadal dan tegangan dadal pada sambungan N-P?
3. Bagaimana pengaruh dosis ion dopan Boron yang diimplantasi pada semikonduktor tipe N terhadap lebar lapisan deplesi?

E. Tujuan Penelitian
Sesuai dengan masalah yang diteliti, maka tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui pengaruh dosis ion dopan Boron yang diimplantasi pada semikonduktor tipe N terhadap resistansi lapis
2. Untuk mengetahui karakteristik arus dadal dan tegangan dadal pada sambungan N-P
3. Untuk mengetahui pengaruh dosis ion dopan Boron yang diimplantasi pada semikonduktor tipe N terhadap lebar lapisan deplesi.

F. Manfaat Penelitian
1. Informasi tentang karakter arus tegangan I-V berupa tegangan dadal dan arus dadal pada sambungan N-P.
2. Disamping menambah khasanah ilmu pengetahuan juga untuk memberi gambaran tentang pembuatan sambungan N-P dari wafer Silikon tipe N yang diberi ketidakmurnian ion dopan Boron.
3. Sebagai bahan referensi dan informasi bagi penelitian lanjutan.
Untuk mendapatkan file lengkap dalam bentuk MS-Word, (bukan pdf) silahkan klik Cara Mendapatkan File atau klik disini