PEMBUATAN TRANSISTOR EFEK MEDAN ORGANIK (OFET) BERBASIS FILM TIPIS CuPc UNTUK DETEKSI GAS CO2

DRS.SUJARWATA,M.T., Prof. Dr. Kusminarto; Dr.Eng. Kuwat Triyana, M.Si.

2015 | Disertasi | S3 Ilmu Fisika

Penelitian ini bertujuan membuat OFET berbasis film tipis CuPc dengan struktur bottom contact untuk deteksi gas CO2. Eksperimen diawali dengan melakukan deposisi film tipis di atas substrat Si, kemudian dikarakterisasi menggunakan X-RD dan SEM. Hasil karaketisasi X-RD dan SEM untuk menentukan film tipis optimum yang dimanfaatkan dalam proses pembuatan OFET. Beberapa OFET dibuat dengan panjang channel bervariasi: 100 mu m, 200 mu m dan 300 mu m menggunakan metode vacuum evaporator, sedangkan proses perencanaan dilakukan dengan lithography. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa film tipis CuPc yang dideposisikan dengan arus 45 A merupakan film tipis yang optimum. Tahapan pembuatan OFET adalah sebagai berikut: diawali dengan pencucian substrat Si/SiO2 dengan etanol dalam ultrasonic cleaner, kemudian dilakukan deposisi elektroda source dan drain di atas substrat SiO2. Selanjutnya dilakukan deposisi film tipis CuPc diantara source/drain dan diakhiri dengan deposisi gate. OFET yang sudah dibuat kemudian dikarakterisasi menggunakan El-Kahfi 100 untuk menentukan karakteristik keluaran. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa OFET dapat mendeteksi gas CO2 pada daerah aktif, sedangkan pada daerah saturasi OFET tidak dapat mendeteksi gas CO2. Pengujian OFET berbasis film tipis CuPc bertujuan untuk mendeteksi gas CO2. Waktu tanggap adalah kemampuan sensor gas untuk mengenali gas yang dideteksinya, sedangkan waktu pemulihan adalah waktu yang dibutuhkan sensor gas untuk kembali pada posisi normalnya. Waktu tanggap OFET terhadap gas uji CO2 dengan panjang channel: 100 mu m, 200 mu m dan 300 mu m berturut-turut: (50,0 pm 0,1) detik, (120 pm 1) detik dan (150 pm 1) detik. Sedangkan waktu pemulihan berturut-turut: (60 pm 1) detik, (101 pm 1) detik dan (119 pm 1) detik. Hasll penelitian ini menunjukkan bahwa panjang channel OFET berpengaruh terhadap waktu tanggap sensor gas, semakin kecil panjang channel semakin cepat tanggap sensor gas. Waktu tanggap dari sensor gas yang terbaik adalah pada panjang channel OFET terkecil, sebaliknya panjang channel lebih besar memberikan waktu tanggap kurang baik. Hal ini terjadi karena resistansi OFET dengan panjang channel lebih besar akan menurun lambat ketika dikenai gas. Pembuatan OFET yang diaplikasikan sebagai sensor gas harus memperhatikan panjang channel agar mempunyai waktu tanggap yang baik.

This research aimed to fabricate a CuPc thin film-based organic field-effect transistor (OFET) with bottom-contact structure for detecting CO2 gas. The experiment was started by doing deposition of CuPc thin film on Si substrate which was, then, continued by having its characterization using X-RD and SEM. The result of the X-RD and SEM characterization was employed to define the optimum thin film which will be used in the process of OFET fabrication. Several OFETs were fabricated with various channel lengths: 100 mu m, 200 mu m and 300 mu m by using vacuum evaporator method, while the planning process was performed by lithography technique. The result showed that the CuPc thin film deposited with 45 A current was the optimum thin film. The steps of the OFET fabrication were as follows. It was started by blenching the substrat with etanol in an ultrasonic cleaner. It was, then, followed by the deposition of source and drain electrodes on the SiO2 substrate. The next step was doing the CuPc thin film deposition between source/drain. Finally, the gate deposition was carried out. The fabricated OFET was then characterized by using the El-Kahfi 100 to determine its output characteristic. The result indicated that the OFET can detect CO2 gas in active area, but in saturation area it cannot. The purpose of the CuPc thin film-based OFET test was to detect CO2 gas. The response time is gas sensor ability to recognize a detected gas, while the recovery time is the time taken by the sensor to return to its normal position. The response time of OFET with channel lengths of 100 mu m, 200 mu m and 300 mu m to CO2 test gas were (50.0 pm 0.1), (120 pm 1) s and (150 pm 1) s, while its recovery time were (60 pm 1) s, (101 pm 1) s and (119 pm 1) s respectively. These results showed that the OFET channel length influenced gas sensor response time: the shorter the channel length, the quicker the gas sensor response. The best gas sensors response time was at the shortest OFET channel length and, inversely, the longer channel length caused longer response time. This occured because the resistance of OFET with longer channel length will decrease slowly when the OFET was subjected by the gas. Prior to have the good response time, the fabrication of OFET, applied as a gas sensor, has to pay attention to its channel length.

Kata Kunci : OFET, lithography, sensor gas, Response time, Recovery time