Sifat Listrik Kapasitor MOS dengan Oksida Strontium Titanat (SrTiO 3 )

## Hadi Kurniawan
Dosen Prodi Pendidikan Teknik Elektro Fakultas Tarbiyah dan Keguruan Universitas Islam Negeri Ar-raniry Banda Aceh

## Abstrak
Telah  dilakukan  pengujian  pada  semikonduktor  kapasitor  metal  oksida(MOS)  dengan  bahan  oksida  Strontium Titanat (SrTiO 3 ) yang disintesis menggunakan metode  chemical bath deposition (CBD) dengan substrat silicon kristal.  Oksida  strontium  titanat  adalah  oksida  yang  memiliki  nilai  dielektrisitas  yang  tinggi.  Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  deposisi  lapisan  oksida  berada  pada  ketebalan  200  nm,  dan  didapatkan  kapasitansi terbesar 304 pF pada oksida dengan ketebalan 33,34 nm dan luas substrat 0,7 cm 2.
Keyword : Capacitance, Metal Oxide Semiconductor (MOS), Strontium Titanat (SrTiO 3 ), Dielectric Constanta.

## PENDAHULUAN
Teknologi  semikonduktor  mengalami  perkembangan  yang  pesat,      mulai  dari penemuan  bahan,  teknik  pembuatan  maupun  aplikasinya  di  bidang  elektronika  dan optoelektronik.  Penemuan  bahan  semikonduktor  yang  paling  sederhana  dimulai  dengan ditemukannya  silikon,  germanium  sampai  dengan  ditemukannya  bahan  semikonduktor paduan.  Lapisan  tipis  adalah  suatu  film  yang  sangat  tipis  dari  bahan  organik  ataupun anorganik,  metal  maupun  campuran  metal  organik  yang  memiliki  sifat-sifat  konduktor, semikonduktor maupun isolator (Darsikin, 2005). 1
Lapisan  tipis  yang  dibuat  dengan  teknik  penumbuhan  atom  atau  partikel  pada permukaan  substrat  dengan  ketebalan  sampai  orde  mikrometer  semakin  banyak  diteliti  dan dimanfaatkan.  Sifat  umum  lapisan  tipis  dari  suatu  bahan  berbeda  dengan  bahan  padatan, karena proses preparasi (misalnya: evaporasi , sputtering ), geometri (ukuran panjang, tebal dan lebar) komposisi dan strukturnya (Darsikin, 2005). 2 Sifat-sifat lapisan tipis yang ditumbuhkan dapat dimodifikasi sesuai dengan tujuan penerapannya. Berbagai bahan yang memiliki potensi
1 Darsikin, Khairurrijal, Sukirno dan M Barmawi. 2005. Sifat Listrik Lapisan tipis SrTiO 3 untuk kapasitor MOS. Jurnal Matematika dan Sains. 2005. Vol 10 no 3, hal 87-91.
2 Darsikin, Khairurrijal, Sukirno dan M Barmawi. 2005. Sifat Listrik Lapisan tipis SrTiO 3 untuk kapasitor MOS. Jurnal Matematika dan Sains. 2005. Vol 10 no 3, hal 87-91.
Hadi Kurniawan                                                                                                                                                       2
sebagai semikonduktor telah banyak diteliti, mulai dari bahan yang memiliki sifat fotokatalis, magnetis storage dan dielektrik. Strontium titanat (SrTiO 3 ) sebagai bahan oksida telah banyak diteliti.
Material  dengan  struktur  perovskit  ini  banyak  digunakan  sebagai  material  dielektrik dalam  kapasitor,  konduktor  ion  oksigen  dalam  sebuah  sensor,  substrat  dalam  bahan superkoduktor  atau  sebagai  material  piezoelektrik  dalam  aktuator  (Benthem,  2001).  Dengan keunggulan  tesebut  maka  bahan  strontium  titanat  banyak  dibuat  dalam  bentuk  lapisan  tipis. Pembuatan  yang  telah  dilakukan  dengan  menggunakan Chemical  Bath  Deposition .  Cara  ini dinilai  memiliki  keunggulan  dibandingkan  dengan  cara  lain,  diantaranya  adalah  proses penumbuhan lebih sederhana, biaya yang lebih hemat dan hasil deposisi yang bagus.

## PEMBAHASAN

## Bahan dan Metode
Wafer Strontium titanat (SrTiO 3 ) yang telah disubstitusikan  di atas wafer silikon di ukur besaran arus (I) dan tegangannya (V) dengan menggunakan rangkaian seri antara power suplay dan  multimeter.  Untuk  menghitung  kapasitansi  (C)  digunakan  LCR  meter  sehingga dielektrisitas dari kapasitor dapat dihitung.

## Hasil dan Diskusi
Pengukuran arus dan tegangan memberikan besar arus (I), rapat arus (J), resistansi (R) dan  tegangan  (V)  yang  digunakan.  Pengukuran  juga  menghitung  kapasitansi  lapisan  tipis dengan menggunakan struktur kapasitor MOS ( Metal Oxide  Semiconductor ).
Dari  hasil  pengukuran  resistansi  sebelum  dan  sesudah  pelapisan  pada  sampel  A, berdasarkan  persamaan  (2.13)  diperoleh    ketebalan  lapisan  tipis  sampel  1  sebesar  36,80  nm. Dengan  cara    yang  sama  ketebalan  ,  kapasitansi  akumulasi  dan  rapat  arus    dari  11  sampel lainnya dapat dilihat pada tabel 4.2.
Tabel 4.2. Kapasitansi akumulasi, ketebalan, volume oksida dan luas permukaan  lapisan tipis.
Dari  tabel  4.2  dapat  dilihat  bahwa  kapasitansi  suatu  bahan  sangat  bergantung  pada ketebalan  dan  luas  permukaan  bahan  itu  sendiri.  Semakin  besar  luas  permukaan  lapisan oksida,  maka  kapasitansi  makin  besar.  Sama  dengan  lapisan  oksida,  semakin  tebal  lapisan oksidanya  maka  konstanta  kapasitansinya  semakin  besar  pula.  Hal  ini  dipengaruhi  oleh pergeseran muatan akibat adanya medan magnet oleh tegangan yang diberikan.
Kapasitansi akumulasi terbesar adalah pada sampel C yaitu 360 pF, hal ini disebabkan karena sampel C telah mengalami perendaman selama 8 jam dan pemanasan pada suhu 220 0 C selama  2  jam.  Walaupun  ketebalannya  tidak  begitu  besar  akan  tetapi  lapisan  tipis  yang terbentuk sudah dalam fase kristal sehingga polarisasi mudah terjadi.
Rapat arus adalah banyaknya arus yang mengalir tiap satuan luas. Untuk lapisan oksida SrTiO 3 luas  daerah  yang  dipakai  adalah  luas  dari  substrat  yang  digunakan.  Grafik perbandingan  rapat  arus  dan  tegangan  yang  diberikan  pada  lapisan  tipis  dapat  dilihat  pada gambar 4.3.
Gambar 4.3. Perbandingan rapat arus (J) dan tegangan (V)
Kurva  rapat  arus  dan  muatan  yang  linier  menunjukkan  adanya  konduktivitas  ohmik, dimana bahan yang dibuat memiliki sifat-sifat dari sebuah material ohmik. Pada penelitian ini untuk  membandingkan  bahan  yang  memiliki  konduktivitas  ohmik  diambil  tiga  sampel  yang memiliki  nilai  kapasitansi  akumulasi  tertinggi  yaitu  sampel  B,  C  dan  I,  dengan  kapasitansi akumulasi  berturut-turut  adalah  304,07  pF,  360  pF  dan  320  pF.  Sampel  B  hampir  memiliki sifat ohmik, terlihat dari grafik gambar 4.3 dimana grafiknya hampir linier.
Hal  ini  diakibatkan  karena  sampel  B  mengalami  perendaman  sampel  selama  8  jam, sehingga lapisan  yang terbentuk  lebih tebal.  Sementara itu sampel C dan I merupakan bahan dielektrik  yang  ditunjukkan  oleh  tidak  liniernya  grafik    dan  setiap  kenaikan  tegangan mempengaruhi rapat arusnya. Tingginya kapasitansi pada sampel C merupakan efek dari luas permukaan.  Semakin  luas  permukaan  lapisan  tipis  suatu  bahan  maka  kapasitansinya  juga semakin besar.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  dan  pembahasan  yang  telah  dilakukan  dapat  diperoleh kesimpulan Konstanta dielektrik pada lapisan tipis ini cukup besar pada sampel A dan C yaitu 70,1436 dan 96,1966 sehingga lapisan tipis ini cocok digunakan untuk bahan dielektrik untuk kapasitor Metal Oxide Semiconductor (MOS).
0 100 200 300 400 500 600 700 0 1 2 3 4 5 6 R ap at ar u s (A. Cm -2)
Tegangan (V)

## DAFTAR PUSTAKA
Abdulah, Mikrajuddin. 2009. Pengantar Nanosains. ITB.Bandung.
Akhiruddin.  M,  Hasiholan  T.R,  dan  Mersi  K.  2009.  Penumbuhan  Film  Nanokristal  SnO 2 dengan Metode Chemical Bath Deposition (CBD). Jurnal Nanosains & Nanoteknologi. Edisi Khusus, Agustus 2009.
Asmuni. 2000. Karakterisasi Pasir Kuarsa (SiO 2 ) dengan metode X-RD. FMIPA USU. Medan. Brinker, Jeffrey dan Goerge W. Scherer. 1990. California : Academic Press.
Chia  Hao  Chang  and  Yun  Hwei  Shen.  2006.  Synthesis  and  characterization  of  chromium doped SrTiO 3 photocatalyst. Science Direct Material Letter. 2006. vol 60, 129-132.
Darsikin,  Khairurrijal,  Sukirno  dan  M  Barmawi.  2005.  Sifat  Listrik  Lapisan  tipis  SrTiO 3 untuk kapasitor MOS. Jurnal Matematika dan Sains. 2005. Vol 10 no 3, hal 87-91.
Gutowski Casey. 2008. Silikon Based solar cellsare the foundation of a variety of fotofvoltaik technologies and applications. Photonic Spectra. 2008 Vol 2, issue 6, 70-76.
Hannes Guhl, Wolfram Miller and Karsten Reuter. 2009. Oxygen adatoms at SrTiO 3 (001): A density functional theory study. Surface Science. 2009. 604, 372-376.
Hans Ulrich Krebs.  2010. Polymer Thin Film. Vorlesung Lecture.Jerman.
Heri Sutanto. 2001. Pengaruh Variasi  Temperatur Penumbuhan Terhadap Karakteristik  Sifat listrik Lapisan tipis GaN diatas Si (111) dengan metoda PA-MOVCD. Jurnal Berkala Fisika. 2001. Vol 4 no 2, hal 40-44.
Isaacs, Alan. 1994. A Concise Dictionarry Of Physics . London : Oxfosrd University Press.
J.H.  Haeni,  P.  Irvan,  W.Chang,  et  all.  2004.  Room-temperature  ferroelectricity  in  strained SrTiO 3 . Letter To Nature, 2004. Vol 430.
Kwok Ng. 1997. Complete Guide To Semiconductor Devices. New Jersey : McGraw-ill Inc.
K  Van  Benthem  and  Elsasser.  2001. Bulk  Elektronic  Structure  of  SrTiO 2 :  Eksperiment  and Theory .  Journal of Applied Physics. 2001. Vol 90, no. 12.
Nikolais  Luigi  dan  Carotenuto  G.  2005. Metal-Polimer  Nanocomposite. New  Jersey.  John Willey and Soon Inc.
Norton.D.P,  Theodoropoulou.  N.A,  dkk.  2003. Propertis  of  Mn-Implanted  BaTiO 3 ,  SrTiO 3 and KTaO 3 . Electrochemical and Solid State Letter. 2003. 6 (2) G19-G21.
Rio,  S.  Reka  dan  Masamori  Iida.  1999. Fiska  Dan  Teknologi  Semikonduktor. PT  Pradnya Paramita. Jakarta.
Rusdiana Dadi. 2006. Pengaruh Temperatur Deposisi Penyangga Aluminium Nitrida terhadap Struktur  Kristal  dan  Morfologi  Lapisan  tipis  GaN  dengan  Metoda  DC  Unbalanced Magnetron Sputtering. Jurnal Matematika dan Sain. 2006. vol 11. No 1.
Sands, Donald E. 1975. Introduction To Crystallograph . W. A. Benjamin Inc. New Jersey. Vlack,  Lawrence  H  Van.  1981. Element  Of  materials  Science  and  Engineering .  Addision- Wesley Pubishing Company.  Massachu.