Analisis Pengaruh Ukuran Bahan terhadap Emisi Spontan Fotodioda Galium Arsenida Tipe P-I-N Junction

Abstract

Perkembangan penelitian mengenai perangkat optoelektronika banyak dilakukan. Salah satu perangkat yang banyak diteliti adalah fotodioda. Fotodioda adalah sensor cahaya semikonduktor yang mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Hal ini dapat terjadi ketika cahaya mengenai permukaan fotodioda mengakibatkan elektron tereksitasi dan menimbulkan hole (lubang) yang bermuatan positif. Elektron akan tertarik ke sumber tegangan positif dan hole tertarik ke sumber tegangan negatif, sehingga arus listrik dapat mengalir dalam sebuah rangkaian. Besarnya jumlah pasangan elektron-hole berbanding lurus dengan besar intensitas yang didapatkan fotodioda. Fotodioda dapat menghantarkan arus listrik ketika dikenai cahaya (foton). Partikel dapat berinteraksi dengan cahaya (foton) melalui cara mengabsorpsi atau mengemisikan foton. Emisi cahaya dapat terjadi secara spontan atau terstimulasi. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh variasi ukuran bahan fotodioda terhadap emisi spontan yang terjadi pada fotodioda tersebut. Bahan yang digunakan untuk penelitian adalah bahan semikonduktor galium arsenida (GaAs). Penelitian ini dilakukan secara simulasi menggunakan aplikasi Comsol Multiphysic 5.2a. Tahapan simulasi yang dilakukan adalah pertama-tama masukkan parameter input yang telah didapat dari beberapa referensi, langkah kedua adalah membentuk geometri fotodioda dalam bidang 2D, ketiga melakukan pengaturan kondisi batas menggunakan metode doping analitik dan geometri, langkah keempat yaitu menambahkan jenis bahan dan pembuatan mesh, kelima menyelesaikan permasalahan menggunakan persamaan Poisson dan Kontinuitas, langkah keenam mengatur nilai variasi ukuran bahan dan yang terakhir membuat kurva emisi spontan. Variasi ukuran bahan fotodioda yang divariasikan meliputi tebal dan lebar devais. Tebal devais divariasikan dari 0,5m sampai 1m. Lebar devais divariasikan dari 1m sampai 5m. Hasil simulasi yang dilakukan menghasilkan kurva emisi spontan. Kurva tersebut menyatakan hubungan antara energi foton terhambur dan daya emisi spontan. Pada variasi tebal devais fotodioda antara 0,5m sampai 1m, didapatkan hasil bahwa pada ketebalan devais paling kecil nilai emisi spontan maksimum yang didapatkan adalah yang paling besar. Hal ini dinyatakan melalui variasi tebal devais terkecil 0,5m didapatkan emisi spontan maksimum sebesar 2,47 × 1026(m-3s-1) pada energi foton terhambur 1,440eV. Pada variasi lebar devais fotodioda antara 1m sampai 5m, didapatkan hasil bahwa pada lebar devais paling kecil nilai emisi spontan maksimum yang didapatkan adalah yang paling besar. Hal ini dinyatakan melalui variasi lebar devais terkecil 1m didapatkan emisi spontan maksimum sebesar 1,11 × 1019 (m-3s-1) pada energi foton terhambur 1,441eV. Kesimpulan yang dapat diambil pada penelitian ini adalah pada tebal dan lebar devais paling kecil, memiliki nilai emisi spontan maksimum terbesar yang dihasilkan.