ABSTRAK
Galium oksida (Ga2O3) merupakan bahan semikonduktor dengan celah pita energi lebar (Eg = 4,8 eV) berpotensi untuk aplikasi devais elektronik dan optoelektronik. Material Ga2O3 secara ekstensif telah digunakan untuk aplikasi sebagai luminescent phosphor. Ga2O3 didoping dengan Mn menampilkan luminesensi hijau. Mn merupakan salah satu unsur transisi yang berpotensi untuk aplikasi fosfor luminesensi, karena Mn memiliki “excellent luminescent center”. Gas argon murni (kemurnian 99,99%) digunakan sebagai salah satu parameter penumbuhan yang berfungsi sebagai gas sputtering yang mengalami proses ionisasi dan membentuk plasma.
Tujuan penelitian menumbuhkan dan mempelajari struktur dan sifat optik film tipis Ga2O3:Mn dengan variasi tekanan gas argon. Film tipis Ga2O3:Mn telah ditumbuhkan di atas substrat Si (100) dengan metode dc magnetron sputtering. Film ditumbuhkan dengan tekanan gas argon dan jumlah fraksi mol Mn yang divariasikan. Karakteristik XRD menunjukkan penambahan tekanan gas argon pada penumbuhan film tipis Ga2O3:Mn tidak menampakkan perubahan struktur kristal film yang signifikan. Struktur kristal kedua sampel (PAr = 550 mTorr dan 600 mTorr) menunjukkan fase monoklinik dengan orientasi bidang (11). Sampel pada tekanan 550 mTorr memiliki FWHM lebih kecil, intensitas lebih tinggi dan kualitas kristal lebih baik. Karakterisasi sifat optik film tipis Ga−72O3:Mn menggunakan photoluminesence (PL) dengan eksitasi panjang gelombang 220 nm. Penambahan fraksi mol Mn dalam film tipis Ga2O3 dapat meningkatkan intensitas fotoluminesensi film dan beorientasi pada daerah panjang gelombang hijau dengan rentang antara 490-496 nm. Pergeseran puncak fotoluminesensi ke panjang gelombang lebih pendek (Eg lebih besar) dipengaruhi oleh medan kristal dan lebar bandgap. Ion Mn2+ memiliki medan kristal lemah yang mengemisikan warna hijau. Kehadiran atom Mn pada ikatan Ga-O menjadi renggang dan bandgap menjadi tegang, sehingga celah pita energi dari spektrum fotoluminesensi semakin besar. Mn deep impuritas membuat pita impuritas (Mn acceptor) terdistribusi menuju dan mendekati pita valensi atau pita konduksi, sehingga energi gap menjadi semakin lebar. Penambahan tekanan gas argon pada penumbuhan film tipis Ga2O3:Mn dengan fraksi mol Mn yang sama meningkatkan ketebalan dan orientasi kristal lebih homogen sehingga intensitas luminesensi film bertambah tinggi. Penambahan tekanan gas argon mempengaruhi tingkat intensitas luminesensi film, tapi tidak mempengaruhi daerah puncak panjang gelombang emisinya, yaitu emisi hijau. Puncak panjang gelombang untuk fraksi mol 5% adalah ±491 nm (2,53 eV) dan fraksi mol 2% adalah ±494 nm (2,52 eV).
