PENGARUH TEMPERATUR PENUMBUHAN TERHADAP MORFOLOGI PERMUKAAN FILM TIPIS ZnO DITUMBUHKAN DENGAN METODE SPIN COATING

Abstract

Seng oksida (ZnO) merupakan oksida konduktif transparan yang banyak diteliti sebagai alternatif pengganti untuk bahan dasar pembuatan sensor gas. Dalam berbagai aplikasi, khususnya sebagai komponan piranti optoelektronik bahan ZnO biasa dibuat dalam bentuk film tipis. Salah satu sifat menarik yang dimiliki oleh ZnO adalah pembentukan struktur kristal yang dapat terjadi dibawah temperatur 400ᴼC. akan tetapi hal tersebut tergantung dari pelarut dan metode penumbuhan yang digunakan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui parameter temperatur pemanasan optimum untuk penumbuhan lapisan film tipis ZnO dengan menggunakan prekursor Zinc(TMHD)2 di atas substrat Si(100) menggunakan metode spin coating. Untuk memperkecil ketidaksesuaian kisi (lettice mismatch) antara substrat dengan film tipis maka digunakan wetting layer ZnO (cair). Penelitian ini melalui 4 tahapan yaitu preparasi prekursor, preparasi substrat, proses penumbuhan dan proses karakterisasi untuk mengetahui karakteristik film tipis. Untuk mengetahui morfologi permukaan dilakukan karakterisasi dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (EDS) digunakan untuk mengetahui komposisi kimia penyusun film tipis ZnO. Dalam proses spin coating, spinner diputar dengan laju 3000 rpm selama 20 detik, kemudian lapisan dipanaskan pada suhu 100ᴼC selama 10 menit untuk menguapkan pelarut prekursor selanjutnya proses penumbuhan struktur kristal film tipis dengan variasi temperatur 350ᴼC, 400ᴼC, 450ᴼC, 500ᴼC dan 550ᴼC. Proses penumbuhan tanpa menggunakan wetting layer pada temperatur 350ᴼC dan 400ᴼC diperoleh hasil persentase komposisi atom ZnO tidak ada. Sedangkan pada temperatur 450ᴼC dan 500ᴼC persentase komposisi ZnO lapisan tipis yang dihasilkan adalah sebesar 0,02 %, serta 0,56 %. Semakin tinggi temperatur penumbuhan maka komposisi ZnO yang terdapat pada film tipis semakin tinggi hal tersebut berkaitan dengan temperatur anneling sudah mencapai melting point dari film tipis tersebut. Selain itu untuk hasil analisa SEM pada temperatur penumbuhan 450ᴼC dan 500ᴼC memiliki struktur butiran yang halus dan homogen, akan tetapi pada proses ini film tipis yang hasilkan masih bersifat amorf. Untuk memperbaiki sifat dari film tipis maka penelitian ini digunakan wetting layer ZnO (cair). Film tipis yang ditumbuhkan dengan memakai wetting layer pada temperatur penumbuhan (400-500)ᴼC dihasilkan film tipis yang bersifat polikristal. Dari analisa SEM menunjukkan bahwa film tipis ZnO tersusun dari sekumpulan butiran penyusun yang berbentuk kolumnar, tegak lurus terhadap permukaan substrat Si(100) dan pembentukan kristal lebih teratur (preferred orientation) serta seragam. Hal tersebut diperkuat dengan hasil anallisa AFM yang menunjukkan bahwa penyusun film tipis ZnO berbentuk butiran diseluruh permukaan film, dengan kekasaran roughness Root Meas Squre (RMS) masing-masing sebesar (a) 7.34 μm, (b) 8.30 μm, (c) 7.54μm, (d) 8.17μm untuk temperatur (a) 400ᴼC, (b)450ᴼC, (c) 500ᴼC, dan (d) 550ᴼC. Sehingga dalam penelitian ini film tipis yang ditumbuhkan dengan menggunakan wetting layer memiliki kualitas lebih baik dibandingkan dengan film tipis yang ditumbuhkan tanpa penggunaan wetting layer.