#2 steady-state fotokonduktif -...
TRANSCRIPT
Elektronika Organik
Eka Maulana, ST., MT., MEng.
Teknik ElektroUniversitas Brawijaya
#2 Steady-State Fotokonduktif
Senin, 25 Februari 2013
Kerangka materi
• Tujuan:
Memberikan pemahaman tentang mekanisme efek
fotokonduktif dalam bahan organik.
2
Konsepfotokonduktif
Penyerapancahaya
Steady-statefotokonduktif
mekanisme pergerakan elektron bebas dan hole, bahanfotokonduktor organik untuk aplikasi optik
Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Bagaimana cara merubah cahaya menjadi aplikasi elektronik?
KeajaibanKeajaiban ““ElektronElektron””
semikonduktor
CahayaCahaya
energienergi lainlain
CurrentCurrent((ElektronElektron))
3Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Pertanyaan Dasar
Fotokonduktif
Konsep Dasar Fotokonduktif: Fenomena optis dan elektris dalam material
semikonduktor yg mempengaruhi daya hantar listrik.
Pengaruh konduktivitas yang diakibatkan olehpenyerapan gelombang elektromagnetik.
Paparan cahaya mengenai material semikonduktorsehingga menyebabkan pertukaran elektron-hole.
Energi foton memicu pergerakan elektron bebas dalamDiagram Tingkat Energi [valence band – conduction band].
4
BahanOrganik
Foton Konduktivitasmaterial
Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Cahaya ~ sumber energi bebas tak terbatas
• Cahaya memiliki sifat dualisme– Gelombang elektromagnetik (Teori Maxwell) dengan tertentu
• Kecepatan propagasi c• Gelombang radio, Microwave, IR, Visible, UV, X-Ray, -Ray
– Paket energi, foton atau partikel (teori Planck & Einstein)
• Sifat-sifat cahaya– Propagasi– Polarisasi– Interferensi– Difraksi– Radiasi
oo
nmeV1240hcE
5Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Sifat-sifat Cahaya
WarnaWarna oo (nm) (nm) f (Hz)f (Hz) EEfotonfoton ((eVeV))
red 630-760 ~4.5 x 1014 ~1.9orange 590-630 ~4.9 x 1014 ~2.0yellow 560-590 ~5.2 x 1014 ~2.15green 500-560 ~5.7 x 1014 ~2.35blue 450-500 ~6.3 x 1014 ~2.6violet 380-450 ~7.1 x 1014 ~2.9
Cahaya dengan panjang gelombang oo < 400 disebut ultraviolet (UV).
Cahaya dengan panjang gelombang oo > 700 nm disebut infrared (IR).
Cahaya tersebut tidak dapat kita lihat langsung, namaunbisa dirasakan dengan cara mendeteksi efek panasnya (IR) dan dampak yang terlihat pada penderita kebakaran kulitkarena UV.
6Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Efek Fotokonduktif
7
Spektrum Elektromagnetik
Selisih pita energi
FotonPita Konduksi
Pita Valensi
Diagram Tingkat Energi Elektron
(e,h)
Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Latarbelakang Pendekatan Konsep
8
Diilhami dari mekanisme fotosintesis
Cahaya
KarbohidratAir
Karbon dioksida
Oksigen
Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Pengaruh Panjang Gelombang Cahaya dan Proses Pelepasan Elektron
9Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Mekanisme transfer energi sering terjadi dalam sistem biologi
10Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Optical Generation dari Model elektron bebas dan hole
Jika foton memiliki energi yang lebih besar daripada Gap Energi, foton akan diserap oleh semikondukor, mengeluarkan elektron dari pita valensi ke pita konduksi, dimana elektron bebas untuk bergerak.Hole bebas berada disebelah kiri pada pita valensi.Proses penyerapan (absorbsi) ini mendasari operasi detektor cahaya fotokonduktif, fotodioda, fotovoltaik (solar) cell, dan kamera solid-state.
Ene
rgi E
lekt
ron
“Conduction Band”(hampir) Kosong
“Valence Band”(hampir) terisi penuh
“terlarang” GapEnergi
11Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
foton
Carrier Generation and Recombinations
• Melalui mekanisme pasangan elektron & hole.• Hamburan transport bisa terjadi karena variasi ketidak-
sempurnaan kristal.The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again.
Pada equilibrium termal Dibawah illuminasi optis
Conduction Band
Valence Band
13Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
14
Transisi Pita ke pita adalah interaksi optoelektronik dalam semikonduktor
14Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Prinsip Kerja Efek Fotokonduktif
15
Ener
gi B
and
Gap
(Eg)
Kondisi (I): tidak ada foton; (II): Ef>Eg; (III): terdapat aceptor Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Sifat-Sifat Optis
• Energi foton (hf) harus lebih besar atau melebihi gap energi semiconduktor (Eg) .
• Hamburan mempengaruhi transport elektron and hole• Dua jenis hamburan:
– Absorpsi foton – Emisi foton(dari rekombinasi e&h)
16Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
EmisiAbsorpsi
Pita Valensi
Pita Konduksi
Foton
Foton
Emisi-emisi Foton (Radiative Recombination)
• Emisi spontan– Tidak membutuhkan foton pemicu– Emisi tak-koheren– contoh: LED
• Emisi terstimulasi– Mensyaratkan sejumlah foton– Emisi Koheren– contoh: Laser dioda
• Rekombinasi Radiatif– Pasangan elektron-hole dari injeksi muatan
(dari cahaya atau baterai external)– Gain: (Emisi - Absorpsi)– Sinar optik akan tumbuh sebagai hasil Gain positif
• Rekombinasi Non-radiatif– Ketika rekombinasi menghasilkan panas atau “phonon”
17Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Eh
Ee
Ec
Ev
Eghω
+ ++++
- --- -
Pita Valensi
Pita Konduksi
Photoconductive Light Detectors
• Foton memiliki energi yang lebih besar daripada gap energi semikonduktor yang diserap,
• Sehingga menciptakan elektron** bebas dan hole bebas,• mengakibatkan resistivitas r semikonduktor menurun
(konduktivitas meningkat)
Semi-konduktor
E=hfI Vout
Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik 18
Material Fotokonduktor Organik
23Steady-State Fotokonduktif | Elektonika Organik
Organik PhotoConductor
Tugas Individu
25Material Organik | Elektonika Organik
1. Jelaskan Sifat dasar material organik fotokonduktor.
2. Jelaskan mekanisme exiton.
3. Jelaskan struktur dan sifat material organik PTCDA.
Tugas softcopy (ELORFotokonduktif_[Nama].doc/docx) dikirim ke :email : [email protected]: ELORFotokonduktif_[Nama]
Struktur Molekul prototype semikonduktor organik
27
PPV: poly(p-henylenevinylene)PFO: polyfluorene, P3AT: poly(3-alkylthiophene),Alq3: tris(8-hydroxyquinoline) aluminium, fullerene C60,CuPc: Cu-phthalocyanine,
Material Organik | Elektonika Organik
Molekul Material Organik Transistor
Commonly used organic molecules. Both α-4T and α-6T are a chain of thiophene rings, and tetracene and pentacene are polyacenes (fused benzene rings). C60 possesses a fullerene-type ball structure. CuPc and F-CuPc have a coordinate structure. (Liang Wang, “Nanoscale Organic and Polymeric Field-Effect Transistors and Their Applications as Chem. Sensors,” Ph.D. dissertation, The University of Texas at Austin.) 28