MODUL I

Fabrikasi OLED dengan Teknik Laminasi

A. Tujuan

1. Mahasiswa mampu membuat OLED dengan teknik laminasi

2. Mahasiswa mampu menjelaskan langkah-langkah fabrikasi OLED dengan teknik laminasi

3. Mahasiswa mampu menggunakan peralatan spin coater, magnetic stirrer, ultrasonic

cleaner, dan desiccator

4. Mahasiswa mampu melakukan karakterisasi OLED.

B. Dasar Teori

Organic Light Emitting Diode (OLED) merupakan sebuah LED yang menggunakan

bahan dasar organik sebagai lapisan emissive yang dapat memancarkan cahaya ketika

mendapatkan aliran arus listrik. Material organik yang digunakan dalam struktur OLED

merupakan material yang memiliki unsur karbon di dalam molekulnya. Salah satu yang

mendorong perkembangan OLED adalah proses fabrikasinya yang sederhana. Bahan organik

yang menjadi lapisan emissive dapat ditumbuhkan pada substrat seperti plastik transparan, kaca,

atau metal foil transparan yang bersifat konduktif.

Sebuah single layer OLED mengandung sebuah lapisan organik yang diletakkan

diantara dua elektroda. Lapisan organik ini memiliki fungsi sebagai electron transport layer,

hole transport layer, dan emission layer. Secara umum sebuah OLED memiliki struktur yang

terdiri atas katoda, anoda, substrat, dan lapisan organik yang terletak diantara katoda dan anoda.

Lapisan organik tersebut terdiri atas Electron Transport Layer (ETL), Emissive Layer (EML),

Hole Transport Layer (HTL), dan Hole Injection Layer (HIL). Gambar 1 memperlihatkan

struktur OLED.

Penjelasan fungsi struktur OLED

a. Substrat

Substrat merupakan komponen penting pada divais dan display. Sebuah substrat

membutuhkan transparansi yang tinggi, permukaan yang rata, memiliki dimensi yang stabil

terhadap perubahan suhu, serta memiliki ketahanan terhadap HNO3, HF, NaOH. Pada

umumnya glass, kertas plastik seperti plastik bening, metal foil yang transparan dapat

digunakan sebagai substrat.

b. Anoda

Indium Tin Oxide (ITO) merupakan bahan material yang paling sering digunakan untuk

anoda. Hal ini disebabkan oleh work function yang tinggi yaitu (4.3-5.1 eV) dengan

transparansi yang mencapai 90% pada cahaya tampak, memiliki konduktivitas yang baik,

penyerapan yang baik pada substrat dan kemampuan pembuatan pattern yang baik.

c. Hole Injection Layer (HIL)

Lapisan ini menginjeksikan hole dari anoda ke emissive layer. Material yang dapat menjadi

HIL adalah material dengan mobilitas hole yang tinggi agar dapat menginjeksikan hole.

Contoh material HIL adalah 4,4,4- tris[3- methylphenylphenylamino]triphenylamine (m-

MTDATA) dan copper phthalocyanine (CuPc).

Gambar 1. Struktur OLED

d. Hole Transport Layer (HTL)

Hole transport layer (HTL) merupakan material yang memiliki potensial ionisasi yang

rendah dan elektron afinitas yang rendah namun memiliki mobilitas hole yang tinggi dengan

cara menerima dan mengirim hole dengan muatan positif. Contoh material yang digunakan

sebagai HTL adalah N,N’-diphenyl-N,N’-bis(3-methylphenyl)1,10-biphenyl- 4,4’ diamine

(TPD), N,N’-diphenyl-N,N’-bis(1-naphthylphenyl)-1,1’-biphenyl- 4,4’-diamine (NPB) dan

1,1’-bis(di-4-tolylaminophe-nyl)cyclohexane (TAPC).

e. Emissive Layer (EML)

EML merupakan lapisan yang terbuat dari molekul organik atau polimer atau dendrimer

dengan efisiensi, lifetime, dan kemurnian warna yang tinggi. EML merupakan lapisan tempat

elektron dan hole berekombinasi dan menghasilkan warna yang dapat diatur sesuai dengan

material pilihan pada EML yang bergantung pada energi gap. Energi gap ini merupakan jarak

diantara highly occupied molecular orbit (HOMO) dan lower unoccupied molecular orbit

(LUMO). EML OLED terdiri dari host dan dopant. Host material untuk transportasi muatan,

memungkinkan terbentuknya pasangan hole dan elektron yang akan berekombinasi

(excitons). Sedangkan dopant tersebar pada lapisan host karena proses co-evaporation.

f. Electron Transport Layer (ETL)

Material ETL harus memiliki afinitas elektron yang tinggi dan kemampuan hole blocking.

ETL berfungsi untuk transportasi elektron yang memudahkan elektron mengalir dari katoda

ke lapisan emisi. Hal ini dapat mencegah terjadinya akumulasi elektron pada perbatasan

katoda dengan ETL. Contoh material yang digunakan sebagai ETL adalah aluminumtris-8-

hydroxyquinoline (Alq3) dan 9,10-di(2-napthyl)anthracene (ADN).

g. Katoda

Katoda berfungsi untuk menginjeksi elektron ke lapisan emisi. Work function dari katoda

relatif lebih kecil (2.9-4.0 eV) agar mengurangi barrier untuk menginjeksi elektro ke EML.

Material yang biasa digunakan adalah aluminium (Al) dan beberapa material lain seperti

MgO, CsF, Al2O3 dan NaCl.

Organik LED beroperasi dengan prinsip electrolumincescence. Keseimbangan

jumlah elektron dan hole yang berekombinasi di daerah emisi menjadi penting terkait

efisiensi. Ketika OLED diberikan tegangan maka arus listrik akan mengalir dari katoda ke

anoda melalui lapisan organik. Katoda memberikan elektron pada EML yang mengandung

molekul organik, sedangkan anoda memberikan hole. Ketika kedua muatan bertemu pada

lapisan emisi maka cahaya akan keluar. Warna dari cahaya yang muncul bergantung pada

tipe molekul organik pada EML. Mekanisme dari cara kerja OLED akan ditampilkan pada

Gambar 2.

C. Peralatan Praktikum Alat:

1. Glove 2. Masker 3. Pinset 4. Hotplate dan Magnetic stirrer 5. Spin Coater 6. Ultrasonic cleaner 7. Alat laminating

Bahan:

1. Larutan PFO 2. Plastik Laminating 3. Aluminium Foil

Gambar 2. Prinsip kerja OLED

4. PEDOT:PSS 5. Indium Tin Oxide (ITO)

D. Prosedur Percobaan

1. Persiapan Anoda NamaProses Prosesyangdilakukan PenampangSamping Penampang

AtasPreparation 1. Pembersihan

MagneticStirrer

PengamatanITOSebelumpencucian

1. PotongITO2x2cm2. Melakukan

PengamatanITOmenggunakanMikroskop.

3. MelakukanpengamatanITOmenggunakanAFM(1x1cm)

ITOCleaning 1. Cucidenganairsabun+aquadest(ukurtahanan)ultrasonic(10min)

2. Cucidenganacetoneultrasonic(10min)

PengamatanITOsesudahpencucian

1. MelakukanPengamatanITOmenggunakanMikroskop.

2. MelakukanpengamatanITOmenggunakanAFM

SpinCoatITO+PEDOT:PSS

1. Start:500rpm,t=5s

2. Mid:<=2000rpm,t=60s

3. End:500rpm,5s

PemanasanITO+PEDOT:PSS

1. T=110oC,t=5min

2. Persiapan Katoda+Emissive Layer

NamaProses Prosesyangdilakukan PenampangSamping Penampang

AtasPFOPreparation 1. PFO(5mg)

2. Toluene(670mg)3. Adukdengan

magneticstirrer(min30menit)

4. Dalamsuhuruangan

AluminiumPreparation

1. PotongAluminium2x2cm

SpinCoatAl+PFO

1. Start:500rpm,t=5s

2. Mid:1300rpm,t=60s)

3. End:500rpm,t=5s

PemanasanAl+PFO

1. T=80oC,t=5min

2. Penggabungan Anoda dan Katoda

NamaProses Prosesyangdilakukan PenampangSamping PenampangAtas

PemotonganAl+PFO

1. MemotongAl+PFOdenganukuran2x0.25cm

PemotonganAl 1. MemotongAldenganukurang2x0.75cm

PenggabunganAl+PFOdenganITO+PEDOT:PSS

1. MemotongPlastikInsulatordenganukuran1.5x2.5cm

2. MenyusunpenampangAl+PFOdanITO+PEDOT:PSS

3. PerhatikanITO+PEDOTPSSyangakanbersentuhandenganPFOdanjangansampaiterbalik

Laminasi 1. Lapisangabunganyangtelahdisusundilapisidenganplastiklaminasi

E. Tugas 1. Lakukan karakterisasi I-V OLED menggunakan SPA 4145B

2. Ulangi langkah 1 sebanyak 3 kali.

3. Plot hasil karakterisasi menggunakan software Origin.

4. Amati hasil pengukuran dan analisa

F. Referensi

Alexander Smith, “A method to determine the presence of oxygen in organic light-emitting diodes (OLEDs),” Graduate Thesis and Dissertations. Paper 11854, 2010.

N. Thejokalyani, S.J. Dhoble., “Novel approaches for energy efficient solid state lighting by RGB organic light emitting diodes–A review,” Elsevier, 2014.

MODUL II

Karakterisasi Divais Semiconduktor dengan

Semiconductor Parameter Analyzer HP 4145B

A. Tujuan 1. Mahasiswa mampu mengkarakterisasi divais semikonduktor dengan menggunakan

SPA

2. Mahasiswa mampu pengoperasian SPA HP 4145B

3. Mahasiswa mampu mengevaluasi hasil karakterisasi I-V divais semikonduktor

B. Dasar Teori

Setelah sebuah divais berhasil difabrikasi, langkah selanjutnya adalah melakukan karakterisasi. Karakterisasi ini diperlukan untuk memastikan apakah divais yang difabrikasi

memiliki karakteristik seperti yang diinginkan. Karakterisasi juga dilakukan untuk memeriksa

karakteristik divais dengan struktur baru yang karakteristiknya sama sekali belum diketahui.

Diantara perangkat yang digunakan untuk karakterisasi divais semikonductor adalah

Semiconductor Parameter Analyzer 4145B dari Hewlett-Packard (1986-1994). SPA 4145B

merupakan intrumen yang memiliki performa tinggi dan dapat digunakan untuk mengukur,

menganalisa, dan menampilkan secara grafis karakteristik DC dari berbagai divais semikonduktor

seperti diode, BJT, FET, IC, dan divais lainnya. Aplikasi utama dari HP 4145B ini meliputi evaluasi

divais baru, pemilihan komponen untuk disain rangkaian, inspeksi input/output, pengendalian

proses semikonduktor, quality control dan untuk menjamin kualitas divais yang dibuat.

Tampilan pada SPA ini sepenuhnya grafis sehingga mudah untuk digunakan mulai dari hasil pengukuran, setup pengukuran, pesan error dan analisa data. Hasil pengujian dapat ditampilkan dalam salah satu dari empat mode, grafik, list, matriks dan schmoo.

HP 4145B dilengkapi dengan 4 SMU (Source Monitor Unit). Setiap saluran SMU memiliki

tiga mode operasi, yaitu voltage source/current monitor (V), current source/voltage monitor (I),

dan common (COM). Sumber tegangan dan sumber arus dapat dibuat konstan atau berubah-ubah.

Perubahan sumber tegangan dan arus dapat dibuat linear atau logarimik. Setiap SMU dapat diatur

baik sebagai sumber tegangan atau arus.

HP 4145B ini dilengkapi dengan media untuk disket menyimpan sistem operasi, setup pengukuran dan hasil pengukuran.

Fitur-fitur yang dimiliki SPA 4145B antara lain:

- Fully automatic, dapat mengkarakterisasi sifat dc divais semikonduktor dengan cepat.

- Memiliki resolusi pengukuran yang tinggi, dapat mengukur arus dan tegangan untuk rentang I: 1pA - 100mA, V: 1mV - 100V

- Fungsi analisis grafik yang fleksibel untuk mengekstrak parameter yang diinginkan

secara cepat.

- Dilengkapi dengan disket untuk menyimpan 240 program atau 105 hasil pengukuran.

- Dilengkapi dengan 4 SMU (Source Monitor Unit), masing-masing dapat digunakan sebagai sumber tengangan/monitor arus atau sebagai sumber arus/ monitor tegangan. SMU ini memiliki range mulai dari:

V: ± 1 mVdc sampai ± 100 Vdc

I: ± 1 pAdc to ± 100 mAdc

(resolusi ±50 fA pada mode pengukuran arus)

- Memiliki akurasi pengukuran sbb:

V: ±1.15% sampai ± (0.15%+40mV)

I: ±1.4% sampai ± 1.8%

- Memiliki kecepatan pengukuran sampai 180 pengukuran per detik

Gambar 1 memperlihatkan tampilan dari SPA 4145B

Gambar 1. Tampilan SPA 4145B

C. Peralatan Praktikum 1. Semiconductor Parameter Analyzer HP 4145B

2. Digital microscope

3. Micro Probe station

4. Pinset

5. Divais semikonduktor (Transistor, diode dll)

6. Perangkat computer

7. Software pengambil data pengukuran

D. Rangkaian Percobaan

Gambar 2. Koneksi antara SPA, Micro Probe Station, dan PC

G. Prosedur Percobaan

1. Aktifkan SPA 4145B dan PC yang akan digunakan;

2. Aktifkan program VEE Pro;

3. Periksa hubungan antara SMU dan konfigurasi channel;

4. Letakkan divais yang akan diukur pada Micro Probe Station dan kemudian letakkan probe sesuai dengan variabel dan channel dari SMU yang digunakan;

5. Pastikan divais semikondutor yang akan diukur sudah terpasang dengan baik dan

benar;

6. Tentukan variabel yang akan diukur (VBE, IBE, VC, IC, Vstep, max dan min, dll);

7. Tentukan variabel pengkuran yang akan digunakan dalam grafik;

8. Lakukan pengukuran dengan melalui perangkat lunak VEE Pro;

9. Amati dan catat besaran pengukuran dengan menggunakan kursor yang telah

disediakan;

10. Tampilkan grafik didapat dengan menggunakan perangkat lunak Origin. F. Tugas

1. Cari kurva karakteristik divais yang akan diukur dari website.

2. Amati dan gambar hasil pengukuran secara grafis.

3. Catat hasil pengukuran dengan melihat data dari mode tampilan list.

4. Analisa perbedaan yang terjadi pada hasil pengukuran dan dari datasheet;

5. Ulangi praktikum untuk divais semikonduktor yang berbeda.