Ulasan Jurnal Stages In the Catalyst-Free InP Nanowire Growth on Silicon (100) by Metal Organic Chemical Vapor Deposition

Pemaparan Masalah:

Secara umum, penggunaan metode High Pressure High Temperature atau HPHT merupakan metode yang telah banyak digunakan dan sering diteliti hingga saat ini. Seiring dengan penggunaan metode HPTP, penggunaan katalis dan pelarut cukup sentral teramati dalam sintesis diamond. Namun, kelemahan yang ada saat ini adalah penggunaan katalis non-logam memberikan kualitas yang rendah dibandingkan dengan katalis berbasis logam dengan perolehan kemurnian dan kualitas yang lebih tinggi. Sayangnya, penelitian ini belum dilakukan secara intensif terkait pengaruh berat katalis dalam proses pertumbuhan diamond.

Pemaparan Solusi:

Pemfokusan arah riset dalam penggunaan aloy berbasis logam Ni (nikel) yang diamati efek beratnya (2.0 mm; 2.4 mm; dan 2.8 mm) dalam proses pertumbuhan kristal diamond. Kemudian untuk mendapatkan data yang akurat, penggunaan Finite Element Method (FEM) dilakukan untuk mengetahui detail sektor temperatur dan perbedaan berat katalis  untuk menyelidiki efek pada morfologi dan kesempurnaan diamond. Dalam keadaan Temperature Gradient Growth (TGG)-HPHT, FEM diharapkan dapat mengaktualisasikan 2 hal yakni: (1) simulasi lelehan kristal dan temperatur pelarut saat proses pertumbuhan kristal berlangsung dan (2) menjelaskan mekansime pertumbuhan kristal diamond.

Pemaparan Hasil:

Penggunaan katalis aloy-Ni memberikan pengaruh yang cukup signifikan  terhadap perubahan morfologi biji/benih (seed) diamond. Penggunaan katalis 2.0 mm menunjukkan bentuk kristal oktahedral dengan dominasi muka kristal [111]. Sedangkan lainnya (katalis 2.4 mm dan 2.8 mm), membentuk cub-octahedral dengan dominasi muka kristal [100] dan [111]. Dalam penelitian inipun, pengaruh temperatur-tekanan sistem (TGG-HPHT) dapat teramati dengan jelas pada setiap perubahan morfologi dari kubik hingga oktahedral. 

Gambar 1. Fase diagram P-T kristalisasi diamond dan grafit

Berdasarkan Gambar 1, menunjukkan bahwa kenaikan tekanan mengakibatkan pelebaran secara signifikan (red-circle) dalam sistem pelarut-logam (pelarut jenis logam) dan karbon-katalis. Sedangkan, perolehan data sintesis dalam penelitian berada pada daerah A (perolehan pengumpulan data pada tekanan 5.7 GPa).

Daerah A menjelaskan apabila temperatur tinggi, maka daerah diamond bergeser ke arah kanan pada daerah berbentuk-V membentuk sebuah struktur oktahedral. Sebaliknya, apabila temperatur rendah, bentuk cub-octahedral memungkinkan terjadi. Disini pula dapat dilihat pada daerah A (blue-line), peran katalis sangat signifikan dimana perubahan morfologi secara signifikan terjadi yakni dengan merubah suhu sintesis sekitar daerah pertumbuhan kristal diamond yang hanya berada pada rentang temperatur yang sempit (~30°C).

Gambar 2. Distribusi temperatur pada berbagai penambahan berat katalis (E: kontak dengan sumber karbon; O kontak dengan kristal benih/biji). (a) 2.0 mm, (b) 2.4 mm dan (c) 2.8 mm.

Berdasarkan analisis FEM pada Gambar 2, dapat terlihat bahwa temperatur pada bagian dasar (E; kontak dengan sumber karbon) dari katalis menurun dengan kenaikan berat katalis. Hal ini pun dapat diliat pada Gambar 3 yang menunjukkan daerah E tidak mengalami perubahan temperatur secara signifikan yakni konstan di sekitar suhu 1298°C-1288°C. Sedangkan pada daerah O, perubahan dapat terlihat jelas seiring dengan kenaikan berat katalis.  Hasil ini mengungkapkan bawah temperatur pada pusat daerah pertumbuhan  menurun dengan kenaikan berat katalis dimana baik untuk mengubah morfologi diamond secara signifikan.

Gambar 3.  Perbandingan  temperatur pada daerah O dan E pada berbagai berat katalis.