Penumbuhan Lapisan Tipis Berbasis Silikon dengan Sistem Hot Wire PECVD (Bagian III)

LAPORAN PENELITIAN  – Lembaga Penelitian Universitas Tadulako (Mei 2009).  Laporan hasil penelitian fundamental yang berjudul penumbuhan lapisan tipis berbasis silikon dengan sistem hot wire PECVD.  Penelitian ini merupakan penelitian tahun ke-3 setelah pelaksanaan Seminar Nasional Hasil Penelitian Multi Tahun yang diketua oleh Drs. Syamsu, M.Si. dengan anggota Amiruddin Kade, S.Pd., M.Si., dan Haeruddin, S.Pd., M.Si. dan dibiayai oleh DP2M DIKTI dengan nomor kontrak: : 0432/SP2H/PP/DP2M/X/2008 tanggal 20 OKTOBER 2008.

RINGKASAN - Sistem HW-PECVD digunakan untuk menumbuhkan lapisan tipis a-Si:H, mc-Si:H, dan poly-Si di atas  gelas corning 7059 dengan menggunakan gas silan (SiH₄) 10% dalam gas hidrogen (H₂) sebagai sumber gas. Lapisan tipis yang telah ditumbuhkan dikarakterisasi untuk mengamati sifat optik dan listrik maupun struktur lapisannya dengan menggunakan spektrometer ultraviolet visible (UV-Vis), DEKTAK IIA, X-ray diffractometer (XRD), dan scanning electron microscope (SEM). Konduktivitas diukur dengan metode dua titik (coplanar). Melalui optimasi parameter tekanan deposisi diperoleh lapisan tipis a-Si:H berkualitas baik dengan konduktivitas gelap yang relatif tinggi. Lapisan tipis a-Si:H yang ditumbuhkan dengan laju deposisi 0,68 Å/s, memiliki celah pita optik sebesar 1,98 eV, serta konduktivitas gelap 4,23x10^-9 S/cm. Hasil ini menunjukkan bahwa dengan menggunakan sistem HW-PECVD, sifat optik lapisan telah berhasil ditingkatkan tanpa menurunkan sifat listriknya. Lapisan tipis mc-Si:H yang telah berhasil ditumbuhkan dengan optimasi temperatur substrat, memiliki celah pita optik yang menurun dari 1,44 eV sampai 1,05 eV dengan meningkatnya temperatur substrat dari 175 ^oC sampai 275 ^oC. Penurunan celah pita optik ini mengindikasikan adanya perubahan struktur dari amorf ke mikrokristal. Lapisan tipis yang ditumbuhkan pada temperatur filamen 1000 ^oC berstruktur mikrokristal dengan orientasi kristal <111>, <220>, dan <311>. Lapisan tipis mc-Si:H ini ditumbuhkan dengan laju deposisi yang tinggi yaitu 14,57 Å/s. Lapisan tipis poly-Si telah berhasil ditumbuhkan dengan orientasi kristal <111>, <220>, dan <311>. Laju deposisi lapisan tipis poly-Si yang diperoleh berkisar 2,2 nm/s. Konduktivitas gelap dan terangnya masing-masing adalah 6,00x10^-6 S/cm dan 6,20 x 10^-4 S/cm pada tekanan deposisi 300 mTorr. Akhirnya dapatlah disimpulkan bahwa telah berhasil ditumbuhkan lapisan tipis berbasis silikon (a-Si:H, mc-Si:H, dan poly-Si) dengan sistem hot wire plasma enhanced chemical vapor deposition (HW-PECVD) dengan kualitas yang baik.

SARAN - Percobaan lebih lanjut pada sistem HW-PECVD bisa dilakukan dengan mengoptimasi jarak antara filamen dengan substrat, dan temperatur filament untuk penumbuhan lapisan tipis a-Si:H. Optimasi temperatur substrat masih diharapkan pada penumbuhan lapisan tipis mC-Si:H. Demikian pula optimasi rasio laju aliran gas dopan dalam gas silan pada penumbuhan lapisan tipis a-Si:H, mC-Si:H, dan poly-Si untuk menumbuhkan lapisan tipis tipe p dan n. Hal ini berguna untuk meningkatkan kualitas lapisan tipis berbasis silikon yang terbentuk. Dengan demikian aplikasi lapisan tipis berbasis silikon untuk devais dapat meningkatkan karakteristik sifat optik dan listriknya.