twitter rss

Teknik Rekayasa Molekul

Labels:
Beberapa teknik yang telah lama digunakan untuk melakukan riset di bidang elektronika molekul adalah teknik Langmuir-Blodgett, Spin-Coating, dan Self-Assembly seperti yang akan diuraikan di bawah. Teknik - teknik tersebut dipergunakan untuk merekayasa molekul yaitu menyusun molekul dengan orientasi yang teratur dan homogen dalam bentuk lapisan tipis (thin film) dan memendapkannya baik berujud mono-lapis atau multilapis bagi perancangan piranti elektronika seperti dioda, transistor, sensor, dan lain-lain. Sifat-sifat film yang dimendapkan akan sangat bergantung kepada jenis molekul dari bahan yang digunakannya yaitu bersifat insulator, semikonduktor, konduktor atau superkonduktor.
Rekayasa molekul memungkinkan untuk menggabungkan berbagai jenis molekul yang berarti menggabungkan berbagai sifat-sifat molekul yang ada.
  1. Langmuir-Blodgett Teknik Langmuir-Blodgett (LB).memungkinkan untuk menyusun molekul dalam bentuk thin film monolapis. Nama Langmuir-Blodgett diambil dari dua peneliti yaitu Irving Langmuir dan Katherine Blodgett yang telah berjasa mengembangkan teknik tersebut pada tahun 1930-an. Dengan teknik ini dimungkinkan untuk menyusun molekul film dan memendapkannya dalam skala Angstrom (10-10 m) dengan kualitas lapisan yang homogen. Konsep dasar daripada teknik LB adalah memindahkan film yang dibentuk di atas permukaan air ke atas substrat. Film yang termendap biasa disebut dengan film LB. Penyusunan molekul di atas permukaan air dilakukan dengan menekan molekul secara perlahan-lahan dan mempertahankannya untuk tekanan tertentu. Sedangkan pemindahan molekul film dari permukaan air ke atas substrat dilakukan dengan cara menarik substrat dari dalam air ke luar permukaan air secara perlahan-lahan sehingga diperoleh satu lapisan molekul film. Untuk mendapatkan banyak lapisan film, cara ini dilakukan berulang-ulang. Semakin banyak lapisan film yang termendap maka mendapan film akan semakin tebal. Jenis bahan yang memungkinkan untuk dimendapkan menggunakan teknik LB adalah bahan organik atau kombinasi organik dan logam (organometallic) yang memiliki sifat tertentu yaitu tidak larut dalam air dan dapat membentuk lapisan film di atas permukaan air. Teknik ini memerlukan ketelitian dalam pemilihan bahan juga selama proses pembuatan film. Meskipun begitu, hasil film yang diperoleh adalah sangat homogen dengan ketebalan yang dapat diatur secara akurat. 
  2. Spin-Coating Dengan menggunakan teknik spin-coating lapisan molekul akan bisa dibuat sebagai film yaitu dengan cara menyebarkan larutan film ke atas substrat terlebih dahulu, kemudian substrat diputar dengan kecepatan konstant tertentu agar dapat diperoleh mendapan film di atas substrat. Semakin cepat putaran, akan diperoleh film yang semakin homogen dan tipis. Teknik ini telah dipergunakan untuk memendapkan thin film bagi keperluan piranti non-linear optik. Bahan film yang memungkinkan dimendapkan menggunakan teknik ini adalah dari berbagai bahan organik ataupun organometallic. Dibandingkan dengan teknik LB, maka teknik ini lebih mudah dan lebih banyak jenis bahan yang bisa dimendapkan. Di sisi lain kesempurnaan dalam mengatur molekul film tidak sebaik jika dibandingkan dengan yang diperoleh menggunakan teknik LB. Namun, dengan berbagai cara, dimungkinkan untuk mendapatkan kualitas film yang makin sempurna.
  3. Self-Assembly Teknik ini dipergunakan untuk mengatur molekul agar dapat dimendapkan monolapis film yang diperoleh dengan cara mencelupkan substrat ke dalam suatu larutan tertentu sehingga ikatan antar molekul dengan substrat didasarkan kepada tarikan elektrostatis kation dan anion. Dewasa ini teknik self-assembly telah digunakan untuk menghasilkan monolapis atau multilapis lipid dan protein yang dimendapkan di atas substrat silikon untuk membuat piranti 'bioelectronics molecular'. Dibandingkan dengan teknik LB dan spin coating, maka teknik self-assembly akan dapat menghasilkan ikatan film yang cukup kuat, namun sejauh ini jenis bahan yang bisa direkayasa masih sangat terbatas.
Piranti Elektronika Molekul
Dengan dimungkinkannya menyusun molekul sehingga bisa dibuat lapisan yang memiliki sifat sebagaimana bahan yang dipilih maka suatu piranti akan bisa di-desain dengan baik yaitu dapat mengatur ketebalan dengan akurat dalam order Angstrom. Jika kita bandingkan dengan partikel debu yang mempunyai besar dalam order mikron (10-6 m) maka piranti yang dibuat jauh lebih kecil. Beberapa piranti telah berhasil dibuat dengan menggunakan teknik di atas untuk piranti : transistor, solar cell, diode, suis memori, LED, reflektor sinar-X, dan lain sebagainya. Dalam artikel ini akan diberikan contoh beberapa struktur piranti elektronika molekul dan hasil karakterisasi yang telah diperolehnya. Dalam tahapan awal untuk men-desain piranti, teknik tersebut telah dikombinasikan bersama-sama dengan teknik pemendapan thin film lainnya untuk bahan logam seperti teknik sputtering dan evaporation.

a. Transistor

Piranti MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) telah dibuat dengan menggunakan bahan polybenzinidazole (PBI) film LB yang berfungsi sebagai bahan insulator [11]. Film PBI tersebut dibuat untuk ketebalan sekitar 300 Å (12 lapisan). Desain piranti MISFET seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Untuk substrat telah digunakan bahan Indium Phosphate (InP) yang di-implantasi menggunakan ion silikon. Elektrode Gate dibuat dari lapisan bahan Ti/Au, sedangkan elektrode Source dan Drain dibuat dari bahan SiO2 yang kesemua lapisan tersebut dimendapkan dengan teknik evaporation. Sedangkan hasil karakterisasi tegangan Source-Drain, VSD terhadap arus Source-Drain, ISD (VG adalah tegangan Gate) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
 


Gambar 1. Struktur MISFET menggunakan film LB bahan polybenzinidazole (PBI) sebagai lapisan insulator.
Gambar 2
Gambar 2. Karakterisasi piranti MISFET yang diperoleh.
b. Sensor Gas
Sensor gas ammoniak (NH3) telah dibuat menggunakan bahan Kuprum Phthalocyanine (CuPc) dengan teknik pemendapan LB untuk jumlah lapisan sebanyak 45 (ketebalan < 2000 Å ) [12]. Film LB dimendapkan di atas mikroelektrode sehingga berbentuk suatu piranti sensor ditunjukkan pada Gambar 3.
    Gambar 3
    Gambar 3. Struktur piranti sensor gas yang dibuat.
      Jika permukaan mendapan film dari piranti sensor ini dikenai gas amoniak (sebanyak 2 p.p.m.) maka akan terjadi perubahan kekonduksian listrik terhadap perubahan waktu pengamatan sebagaimana terlihat pada Gambar 4.



Gambar 4
Gambar 4. Karakterisasi piranti sensor yang teramati
c. Solar Cell
Struktur solar cell telah dibuat menggunakan teknik pemendapan film spin-coating dari bahan Kuprum phthalocyanine (CuPc) dicampurkan dengan bahan polyvinylidence (PVdF) kemudian di-dop dengan bahan 8% bahan Chloranil dengan ketebalan lapisan 4 m m yang dimendapkan di atas substrat dari lapisan Indium Tin Oxide (ITO) seperti terlihat pada Gambar 5. Lapisan elektrode dibuat dari bahan Indium. Dari desain ini efek photovoltaic diperoleh sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6. Meskipun efisiensi yang diperoleh masih rendah (2%) jika dibandingkan dengan solar cell yang sudah ada sekarang yang dibuat dari bahan silikon, namun hasil tersebut telah menunjukkan prospek daripada bidang elektronika molekul. Sejalan dengan perkembangan eksplorasi bahan baru maka efisiensi tersebut dimungkinkan akan selalu meningkat.  


Gambar 5. Desain solar cell menggunakan bahan CuPc - PVdF yang di-dop dengan bahan Chloranil.
Gambar 6
Gambar 6. Efek photovoltaic yang diperoleh dari karakterisasi solar cell

Pengembangannya di Indonesia
Sejauh ini nampaknya belum banyak penelitian yang mengarah kepada bidang elektronika molekul dikarenakan beberapa sebab yang salah satunya adalah pengembangan teknologi yang didasarkan kepada kerjasama inter-disipliner belum begitu maju, juga trend pengembangan teknologi yang ada sebagian besar masih diprioritaskan kepada upaya mengejar ketertinggalan teknologi yang sedang nampak. Meskipun demikian, diharapkan dalam waktu dekat riset di bidang ini telah mulai diberi perhatian sebagaimana yang terjadi di dunia Barat dan Jepang. Sehingga kita tidak terkejut atau terlalu berat untuk mengejarnya jika teknologi elektronika molekul ini akhirnya muncul dan menggantikan trend teknologi yang ada sekarang. Banyak aspek yang mendukung untuk mengawali penelitian di bidang elektronika molekul antara lain yaitu konsep dasar peralatan yang dipergunakan untuk merekayasa molekul adalah relatif murah sehingga budget untuk pengoperasiannya bisa dijangkau oleh banyak institusi riset di Indonesia. Faktor lain adalah sumber alam di Indonesia yang memungkinkan untuk mengeksplorasi berbagai bahan dan membuat sintesis bahan baru bagi keperluan berbagai desain.

Post a Comment

IP