11
04 Desember 2014 13/351081/TK/41271 DETEKTOR SEMIKONDUKTOR SEBAGAI PENDETEKSI PANCARAN DAN ENERGI PARTIKEL RADIASI Nia Febriyanti Jurusan Teknik Fisika – Universitas Gadjah Mada Jalan Grafika no. 2, Yogyakarta [email protected] ABSTRAK Partikel radiasi yang dipancarkan oleh suatu sumber radiasi bersifat random atau acak bergantung pada besarnya energi yang dipancarkan oleh sumber radiasi. Demikian, pancaran radiasi terdiri dari 2 jenis yaitu radiasi pengion dan radiasi non-pengion. Pengaruh pancaran radiasi yang berbahaya adalah radiasi peng-ion, dimana jika terpapar radiasi tersebut dapat maka struktur sel bahkan gen didalam tubuh dapat berubah. Perubahan struktur sel atau gen sangatlah berbahaya karena menimbulkan penyakit, komplikasi, bahkan kematian. Dikarenakan keterbatasan manusia tidak bisa melihat ataupun merasakan pancaran partikel radiasi maka manusia membutuhkan sebuah instrument yang dapat mendeteksi adanya sumber radiasi. Instrument yang sangat penting dalam mengukur besar laju cacah sebuah sumber radiasi adalah detektor namun setiap detektor pasti memiliki kelebihan dan kekurangan. Detektor yang mengalami kemajuan teknologi yang sangat pesat adalah detektor semikonduktor dikarenakan perkembangan ilmu pengetahuan tentang bahan semikonduktor, dimana bahan semikonduktor menjadi bahan utama dalam pembuatan detektor ini. Kata Kunci : Detektor, Semikonduktor, Radiasi, Detektor Semikonduktor I. PENDAHULUAN anca indra manusia tidak bisa secara langsung untuk menangkap atau melihat ada tidaknya partikel radiasi nuklir, karena manusia tidak bisa melihat partikel yang memiliki ukuran mikron bahkan nano. Radiasi dapat diartikan sebagai energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel atau gelombang. 1 P Jika ditinjau dari "muatan listrik"nya, radiasi dapat dibagi menjadi radiasi pengion dan radiasi non-pengion . 1 Radiasi pengion adalah radiasi yang dapat mengionkan materia yang dilewatinya, semakin besar intensitas dari radiasi yang dipancarkan akan berdampak buruk bagi materi yang dilewatinya. Karakteristik dari radiasi pengion adalah gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang >> 100 nm dan frekuensi << 10 16 . Sedangkan, radiasi non-pengion adalah radiasi yang tidak dapat mengion materi yang dilewatinya berapapun besar intensitas yang dipancarkan. Karakteristik yang dimiliki radiasi non-pengion adalah gelombang yang memiliki panjang gelombang < 100 nm dan frekuensi > 10 16 . Radiasi sendiri tidak bisa dilihat dengan mata telanjang ataupun dirasakan oleh tubuh tanpa menggunakan apapun. Manusia membutuhkan suatu peralatan khusus untuk mengukur pancaran partikel radiasi. Alat yang digunakan haruslah yang didesign secara khusus untuk mengukur radiasi karena radiasi yang terpancarkan oleh suatu benda bersifat acak atau 1 http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/proteksiradiasi/pengenalan_radiasi /1-1.htm diakses 03 Desember 2014

Detektor Semikonduktor Sebagai Pendeteksi Pancaran Dan Energi Partikel Radiasi

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Detektor semikonduktor

Citation preview

Page 1: Detektor Semikonduktor Sebagai Pendeteksi Pancaran Dan Energi Partikel Radiasi

04 Desember 2014 13/351081/TK/41271

DETEKTOR SEMIKONDUKTOR SEBAGAI PENDETEKSI PANCARAN DAN ENERGI PARTIKEL RADIASI

Nia FebriyantiJurusan Teknik Fisika – Universitas Gadjah MadaJalan Grafika no. 2, [email protected]

ABSTRAKPartikel radiasi yang dipancarkan oleh suatu sumber radiasi bersifat random atau acak bergantung pada besarnya energi yang dipancarkan oleh sumber radiasi. Demikian, pancaran radiasi terdiri dari 2 jenis yaitu radiasi pengion dan radiasi non-pengion. Pengaruh pancaran radiasi yang berbahaya adalah radiasi peng-ion, dimana jika terpapar radiasi tersebut dapat maka struktur sel bahkan gen didalam tubuh dapat berubah. Perubahan struktur sel atau gen sangatlah berbahaya karena menimbulkan penyakit, komplikasi, bahkan kematian. Dikarenakan keterbatasan manusia tidak bisa melihat ataupun merasakan pancaran partikel radiasi maka manusia membutuhkan sebuah instrument yang dapat mendeteksi adanya sumber radiasi. Instrument yang sangat penting dalam mengukur besar laju cacah sebuah sumber radiasi adalah detektor namun setiap detektor pasti memiliki kelebihan dan kekurangan. Detektor yang mengalami kemajuan teknologi yang sangat pesat adalah detektor semikonduktor dikarenakan perkembangan ilmu pengetahuan tentang bahan semikonduktor, dimana bahan semikonduktor menjadi bahan utama dalam pembuatan detektor ini.

Kata Kunci : Detektor, Semikonduktor, Radiasi, Detektor Semikonduktor

I. PENDAHULUANanca indra manusia tidak bisa secara langsung untuk menangkap atau melihat ada tidaknya partikel radiasi nuklir, karena manusia tidak bisa melihat partikel yang memiliki ukuran mikron bahkan nano. Radiasi dapat

diartikan sebagai energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel atau gelombang.1P

Jika ditinjau dari "muatan listrik"nya, radiasi dapat dibagi menjadi radiasi pengion dan radiasi non-pengion.1

Radiasi pengion adalah radiasi yang dapat mengionkan materia yang dilewatinya, semakin besar intensitas dari radiasi yang dipancarkan akan berdampak buruk bagi materi yang dilewatinya. Karakteristik dari radiasi pengion adalah gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang >> 100 nm dan frekuensi << 1016. Sedangkan, radiasi non-pengion adalah radiasi yang tidak dapat mengion materi yang dilewatinya berapapun besar intensitas yang dipancarkan. Karakteristik yang dimiliki radiasi non-pengion adalah gelombang yang memiliki panjang gelombang < 100 nm dan frekuensi > 1016.

Radiasi sendiri tidak bisa dilihat dengan mata telanjang ataupun dirasakan oleh tubuh tanpa menggunakan apapun. Manusia membutuhkan suatu peralatan khusus untuk mengukur pancaran partikel radiasi. Alat yang digunakan haruslah yang didesign secara khusus untuk mengukur radiasi karena radiasi yang terpancarkan oleh suatu benda bersifat acak atau random. Pada saat tertentu nilainya akan berbeda dengan beberapa waktu yang akan datang, oleh karena itu pengukuran menggunakan detektor harus diulang sebanyak mungkin agar data yang didapatkan semakin akurat. Dengan demikian untuk mendeteksi dan mengukur pancaran partikel radiasi nuklir membutukan bantuaan peralatan instrumentasi yang dikenal sebagai detektor. Dengan demikian, salah satu untuk mendeteksinya adalah dengan menggunakan detektor, dimana prinsip kerja peralatan tersebut pada umumnya didasarkan pada interaksi partikel radiasi terhadap detektor (sensor) yang sedemikian rupa sehingga tanggap (respon) dari alat akan sebanding dengan efek radiasi atau sebanding dengan sifat radiasi yang diukur. Apabila dilihat dari segi jenis radiasi yang akan dideteksi dan diukur, diketahui ada beberapa jenis detektor namun disini akan dibahas detektor semikonduktor yang tersusun dari bahan semikonduktor.2

Tujuan penulis membuat makalah ini adalah untuk mengetahui bagaimana karakteristik bahan semikonduktor, apa saja jenis dan bahan semikonduktor, bagaimana prinsip dan cara kerja dari detektor semikonduktor, apa saja tipe dari detektor semikonduktor, serta keuntungan dan kerugian menggunakan detektor semikonduktor.

Manfaat dari penulisan makalah ini adalah untuk memberikan informasi studi literatur berkaitan dengan detektor semikonduktor sebagai pendeteksi pancaran dan energi partikel radiasi.

Batasan masalah yang dibuat penulis hanya pada pembahasan detektor semikonduktor sebagai pendeteksi pancaran dan energi partikel radiasi.

1 http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/proteksiradiasi/pengenalan_radiasi/1-1.htm diakses 03 Desember 20142 Wardhana, Wisnu Arya, Teknologi Nuklir Proteksi Radiasi dan Aplikasinya, Andi Yogyakarta, Yogyakarta, 2007.

Page 2: Detektor Semikonduktor Sebagai Pendeteksi Pancaran Dan Energi Partikel Radiasi

04 Desember 2014 13/351081/TK/41271

II. DETEKTOR SEMIKODIKTORKarakteristik bahan semikonduktor

Arus atau pulsa listrik dapat mengalir melalui bahan yang disebut konduktor. Bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik disebut isolator dan semikonduktor namun semikonduktor dapat mengalirkan arus listrik jika memenuhi persyaratan tertentu.

Berikut adalah mekanisme terjadinya arus pada bahan konduktor. Elektron bisa berpindah ke level energi lebih rendah dengan melepaskan sejumlah energi. Begitu sebaliknya, elektron bisa berpindah ke level energi lebih tinggi dengan menyerap sejumlah energi. Elektron yang menempati level terluar dinamakan elektron valensi. Jika elektron valensi menyerap sejumlah energi, elektron tersebut akan lepas dari ikatan atom dan menjadi elektron bebas. Pada beberapa material, elektron bebas ini bisa berpindah dari satu atom ke atom yang lain sehingga terjadi apa yang dinamakan arus listrik. Material tersebut dinamakan material konduktor.

Gambar 1 : Susunan atom pada konduktor.

Gambar 1 menunjukkan atom-atom pada konduktor, dalam hal ini tembaga (Copper), yang tersusun rapi dalam baris dan kolom, yang biasanya disebut lattice.

Gambar 2 : Aliran elektron pada kawat tembaga jika dikenai beda potensial pada kedua ujungnya.

Elektron yang telah lepas dari ikatan atom (digambarkan dalam lingkaran kecil) berada bebas diantara atom-atom. Jika kedua ujung sepotong kawat tembaga diberi gaya dari luar, misalnya berupa beda potensial dari sebuah baterai, maka elektron akan bergerak dari kutup negatif ke kutub positif, sehingga timbul yang dinamakan arus listrik seperti yang ada pada Gambar 2. Karakteristik kelistrikan semikonduktor yang berbeda jika dibandingkan isolator dan konduktor dan bagaimana pemberian doping pada semikonduktor dengan bahan tertentu untuk mengendalikan lingkungan kelistrikannya karena bahan semikonduktor terdiri dari elektron dan hole, yang dapat menyebabkan terjadinya arus listrik adalah adanya pergerakan elektron dan hole ini.

Penjelasan tentang semikonduktor dapat dijelaskan dengan teori pita energi dimana teori tersebut dapat dijabarkan dengan menggunakan model atom seperti pada Gambar 3 dimana sebuah atom terdiri dari initi atom dan elektron yang bergerak mengelilingi inti pada orbit-orbit tertentu sesuai dengan tingkat level energinya. Semakin jauh posisi orbit suatu elektron pada inti atom, semakin tinggi level energinya. Elektron yang menempai level terluar dinamakan elektron valensi. Elektron valensi mempunya tingkat level energi terbesar.

Page 3: Detektor Semikonduktor Sebagai Pendeteksi Pancaran Dan Energi Partikel Radiasi

04 Desember 2014 13/351081/TK/41271

Gambar 3 : Model atom dan level energi elektron.Di antara level energi individual yang dimiliki elektron pada orbit tertentu, terdapat celah energi (energy

gap). Elektron tidak dapat mengorbit pada celah tersebut, tetapi elektron bisa melewatinya dengan cepat, misalkan pada saat elektron menerima energi tambahan dari luar (seperti energi panas atau cahaya) atau saat melepas energinya ke luar.

Bila atom-atom tunggal saling berdekatan sehingga membantuk suatu kisi-kisi kristal, maka atom-atom akan berinteraksi dengan mempunyai ikatan kovalen. Karena level energi setiap elektron valensi tidak sama, maka level energi jutaan elektron dari suatu bahan akan membentuk rentang energi yang selanjutnya disebut pita energi valensi atau pita valensi.

Jika elektron valensi menyerap sejumlah energi, elektron tersebut akan lepas dari ikatan atom dan menjadi elektron bebas dengan level energi terletak pada level pita energi konduksi. Gambar 4 menunjukkan besar celah energi (Eg) antara pita valensi dan pita konduksi suatu bahan isolator, semikonduktor, atau konduktor. Dapat dilihat bahwa besar pita konduksi suatu bahan akan menunjukkan apakan bahan tersebut termasuk isolator,semikonduktor, atau konduktor.

Gambar 4 : Perbandingan besar energi gap (Eg) antara pita valensi dan pita konduksi suatu bahan isolator, semikonduktor, atau konduktor.

Pada bahan isolator, jarak antara pita valensi dan pita konduksi sangat jauh. Elektron valensi membutuhkan energi yang relatif besar untuk bisa meloncat ke pita konduksi, sehingga pada suhu ruang, hanya ada sedikit sekali (atau tidak ada) elektron bebas pada pita konduksi. Sebaliknya, pada bahan konduktor, pita valensi dan pita konduksi saling tumpang tindih. Elektron-elektron valensi berupa elektron bebas yang sekaligus menempati pita konduksi. Oleh karena itu bahan konduktor sangat mudah menghantarkan arus listrik jika dikenai beda potensial di kedua ujungnya.

Bahan semikonduktor memiliki besar celah energi yang relatif lebih kecil dari isolator dan relatif lebih besar dari konduktor. Pada suhu mutlak 0o K, tidak ada elektron bebas pada pita konduksi sehingga pada suhu ini, semikonduktor merupakan isolator yang baik. Namun pada suhu ruang, energi dari luar yang lebih besar dari energi gap mampu untuk membuat elektron berpindah dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas.

Bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon dan germanium. Memiliki struktur seperti gambar 5.

Gambar 5 : Struktur atom silikon dan germanium.

Semikonduktor instrinsik dari bahan semikonduktor yaitu besar energi gap silikon dan germanium masing-masing adalah 1,1 eV dan 0,67 eV. Pada suhu mutlak 0o K, tidak ada elektron bebas pada pita konduksi, sehingga pada suhu ini, semikonduktor merupakan isolator yang baik. Namun pada suhu ruang, misal 300 o K, energi dari luar (seperti panas atau cahaya) yang lebih besar dari energi gap mampu untuk membuat elektron bepindah dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas (lihat Gambar 6). Tempat yang ditinggalkan elektron pada pita velensi disebut hole dan bersifat seperti muatan positif. Pada semikonduktor instrinsik, jumlah elektron bebas sama dengan jumlah hole.

Page 4: Detektor Semikonduktor Sebagai Pendeteksi Pancaran Dan Energi Partikel Radiasi

04 Desember 2014 13/351081/TK/41271

Gambar 6 : Proses terbentuknya elektron bebas dan hole pada semikonduktor instrinsik.

Jenis dan Bahan Semikonduktor

Menurut Owens et al. Ada beberapa jenis semikonduktor yang berasal dari beberapa golongan pada tabel periodik.

Gambar 7 : Daftar bahan semikonduktor

Namun yang paling sering digunakan untuk detektor semikonduktor adalah silikon dan germanium. Detektor jenis ini dapat bekerja pada suhu rendah 300o K untuk silikon dan 80o K untuk germanium.

Karakteristik Detektor Semikonduktor

Detektor semikonduktor sering disebut dengan detektor zat padat. Detektor semikonduktor atau detektor zat padat tergolong detektor generasi baru yang berkembang berkat kemajuan teknologi semikonduktor. Pemilihan bahan dasar semikonduktor tergatung pada jenis partikel radiasi yang akan diukur. Untuk mendeteksi partikel

Page 5: Detektor Semikonduktor Sebagai Pendeteksi Pancaran Dan Energi Partikel Radiasi

04 Desember 2014 13/351081/TK/41271

radiasi gamma dan sinar-X diperlukan bahan dengan nomor ator lebih besar agar dapat mencapai efisiensi yang tinggi. Detektor semikonduktor, pada prinsipnya bekerja melalui konsep pengukuran perubahan konduktivitas suatu bahan yang disebabkan oleh adanya radiasi ionisasi.

Struktur detektor semikonduktor adalah sebuah diode berupa P-N atau P-I-N yang diberi reserve biased, yaitu diberi tegangan lebih negatif terhadap katoda. Pada keadaan ini tercipta suatu barrier pada junction yang mereduksi arus bocor sehingga arus ini menjadi sangat kecil. Dalam keadaan ini medan listrik dalam semikonduktor dapat dibuat sedemikian rupa sehingga cukup efisien untuk mengumpulkan charge partikel yang disebabkan oleh parikel radiasi yang menembusnya. Dalam kenyataan, arus bocor pada reserved biased menimbulkan noise atau derau pada tampilan detektor. Pada detektor berbahan germanium noise cukup kecil bila detektor didinginkan sampai 80o K. Sedangkan, bahan silikon dapat bekerja pada suhu 300o K atau 27o C.

Apabila detektor semikonduktor ditembus olehpartikel radiasi maka dalam depletion layer timbul pasangan lubang-elektron atau electron-hole pair. Medan listrik yang ditimbulkan oleh reserve biased voltage akan menggiring charge keluar dari depletion layer masuk ke daerah di luar P-N junction. Jumlah muatan yang terbebaskan sebanding dengan energi radiasi dan ini menimbulkan pulsa listrik. Agar P-N junction detektor berefisiensi penuh maka semua energi partikel radiasi harus habis di dalam depletion layer. Berikut adalah gambar detektor semikonduktor:

Gambar 7 : Skema semiconductor junction3

Bahan germanium dan silikon masing-masing mempunyai 4 valensi elektron yang membentuk kristal yang terdiri atas kisi yang digabungkan oleh ikatan kovalen. Penyerapan energi oleh kristal akan merusak ikatan tersebut. Untuk dapat melempar satu elektron valensi agar menghasilkan satu elektron bebas dan terbentuk satu lubang hanya diperlukan energi 1,12 eV. Elektron bebas tersebut dapat bergerak dengan mudah dalam kristal. Demikian juga dengan lubangnya. Suatu elektron yang berdekatan dengan lubang dapat melompat ke dalam lubang dan akan menghasilkan lubang bekas tempat elektron semula berada. Dengan menghubungkan semikonduktor ke rangkaian listrik di dalam semikonduktor, karena elektron akan mengalir menuju ke arah terminal positif dan hole akan mengalir ke terminal positif pula.

Kerja detektor semikonduktor tergantung pada adanya kelebihan atau kekurangan elektron. Semikonduktor yang kelebihan elektron disebut semikonduktor tipe n, sedangkan semikonduktor yang kelebihan lubang disebut semikonduktor tipe p. Bahan semikonduktor murni biasanya mempunyai jumlah elekron dan hole yang sama. Kelebihan elektron atau kelebihan hole dapat diperoleh dengan menambahkan impurity atau kedalam bahan semikonduktor.

Bila ada partikel yang melintasi daerah depletion layer maka akan terbentuk pasangan elektron-hole sebagai hasil tumbukan yang mengionisasikan antara partikel radiasi dengan kristl semikonduktor. Medan listrik yang kemudian akan menggiring atau menyapu luang dan elektron ke arah terminal masing-masing. Jadi inilah yang menyebabkan kenaikan dalam hambatan beban pada waktu elektron mengalir sepanjang rangkaian luar.

Tipe dan Jenis Detektor Semikonduktor

3 Sumber http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode4.gif diakses 03 Desember 2014

Page 6: Detektor Semikonduktor Sebagai Pendeteksi Pancaran Dan Energi Partikel Radiasi

04 Desember 2014 13/351081/TK/41271

Ada beberapa jenis detektor semikoduktor yang dikenal seperti semikonduktor surface barrier dan diffused detector, lalu ada detektor yang termasuk jenis baru yang dapat menggantikan diffused detector yaitu ion implanted detector. Selain itu ada juga jenis detektor depletion layer, misalnya detektor jenis partially depleted layer, totally depleted layer dan annual partially depleted layer. Namun yang akan dibahan adalah beberapa jenis detektor berikut:

a. Surface barrier: untuk mengukur radiasi alfa dan betaDetektor ini memiliki lapisan jenis–p yang sangat tipis, yang diletakan di atas lapisan jenis–n. Detektor ini sangat efektif dalam pendeteksian partikel bermuatan dan pemisahan tingkat energi yang berbeda-beda.Kemampuan untuk memisahkan energi yang berbeda-beda disebut dengan resolusi energi. Detektor surface barrier dapat memisahkan tiga kelompok partikel alfa dari Am-241 dengan energi 5,486; 5,443; dan 5,389 MeV.Satu masalah pada detektor surface barrier yang harus mendapat perhatian adalah permukaan kristal harus selalu tetap bersih dan bebas dari minyak atau bahan-bahan pengotor lainnya. Selain itu, detektor ini sangat sensitif terhadap cahaya, karena foton cahaya dapat mencapai volume sensitif-nya dan menghasilkan pasangan elektron dan hole.

b. PIPS (Passivate Implant Planar Silicon): untuk mengukur radiasi alfa dan betaSalah satu metode yang digunakan untuk memasukan bahan pengotor pada permukaan semikonduktor adalah dengan memberikan paparan berkas ion pada permukaan menggunakan akselerator. Sebagai contoh: kristal silikon diberi paparan berkas ion boron, akan memiliki lapisan–p yang terbentuk pada permukaannya. Metode pemberian doping ini akan membuat kristal lebih stabil dan tidak akan dipengaruhi oleh kondisi lingkungan.Detektor ini dapat digunakan dalam spektrometri alfa, monitoring beta, deteksi beta berenergi rendah dan ion-ion berat.

c. HPGe: untuk mengukur radiasi gammaDetektor semikonduktor germanium memiliki efisiensi yang tinggi untuk mengukur radiasi gamma, namun pada kenyataannya detektor Ge(Li) harus tetap berada dalam temperatur yang sangat rendah, walaupun sedang tidak digunakan, pada umumnya digunakan nitrogen cair. Hal inilah yang merupakan salah satu keterbatasan jenis detektor ini. Apabila bahan pengotor dalam kristal germanium tetap rendah, hal ini dapat menyebabkan untuk mendapatkan volume sensitif relatif lebih kecil. Jenis detektor ini disebut dengan High Purity Germanium Detektor. Detektor jenis ini dapat disimpan dalam ruangan dengan temperatur kamar tanpa menimbulkan kerusakan pada kristalnya, namun harus tetap didinginkan sebelum digunakan untuk mengurangi jumlah panas yang ditimbulkan oleh elektron dalam pita konduksi. Seperti detektor Ge(Li), detektor ini juga efisien digunakan untuk mengukur radiasi gamma.

d. LEGe: untuk mengukur radiasi Sinar-X dan gammaLEGe merupakan kependekan dari Low Energy Germanium Detektor, merupakan konsep baru dalam geometri detector germanium dengan beberapa kelebihan tersendiri dibandingkan dengan detector planar atau coaxial dalam beberapa aplikasi. Detektor LEGe dibuat dengan jendela bagian depan yang tipis. Kapasitansi detektor lebih kecil daripada detektor planar dengan ukuran yang sama. Derau (noise) pada amplifier pada umumnya meruapakan fungsi dari kapasitansi detektor, namundetektor LEGe memiliki bising yang lebih rendah, sehingga memiliki resolusi yang lebih baik pada energi yang rendah dan menengah. Detektor LEGe memiliki daerah aktif 50 mm2 s.d. 38 mm2 dan dengan ketebalan berkisar antara 5 mm s.d. 20 mm.. Untuk meningkatkan respon pada tingkat eneergi yang rendah, biasanya dilengkapi dengan jendela tipis yang terbuat dari bahan Be. Untuk aplikasi yang melibatkan energi di atas 30 keV, detektor LEGe dapat dilengkapi dengan jendela yang terbuat dari bahan alumunium setebal 0,5 mm.

e. SiLi: untuk mengukur radiasi Sinar-XDetektor jenis ini sama dengan detektor semikonduktor Ge(Li), namun memiliki kelebihan yaitu detektor ini dapat disimpan pada temperatur kamar tanpa menimbulkan kerusakan pada kristal, dan dapat dioperasikan pada temperatur kamar. Untuk meningkatkan kemampuannya, detektor ini dapat didinginkan dengan menggunakannitrogen cair sebelum digunakan. Silikon memiliki nomor atom yang lebih rendah dibandingkan dengan germanium, hal ini berarti kemungkinan berinteraksinya dengan radiasi gamma lebih kecil. Detektor semikonduktor Si(Li) tidak lebih efisien dalam pengukuran radiasi gamma, apabila dibandingkan dengan etektor Ge(Li), namun sangat efisien untuk mengukur radiasi gamma yang memiliki energi yang rendah (kira-kira kurang dari 150 keV) atau Sinar-X dan partikel beta atau elektron.

f. Ge (Li)Detektor semikonduktor yang terbuat dari bahan-bahan seperti silikon dan germanium, dapat ditambahkan ke dalamnya bahan lithium. Daerah, tempat ditambahkannya bahan lithium tersebut dinamakan sebagai intrinsic

Page 7: Detektor Semikonduktor Sebagai Pendeteksi Pancaran Dan Energi Partikel Radiasi

04 Desember 2014 13/351081/TK/41271

region atau lithium drifted yang berada di antara bahan semikonduktor jenis –p dan jenis –n. Besar kecilnya ukuran instrinsic region menentukan volumen sensitif sebuah detektor. Jenis detektor yang terbuat dari bahan semikonduktor, yang ke dalam kristal germanium-nya ditambahkan bahan lithium disebut sebagai detektor Ge(Li). Pada temperatur ruangan, atom-atom lithium akan terus bergerak melalui kristal germanium akan mengubah ukuran instrinsic region, hal inilah yang menjadikan detektor Ge(Li) harus selalu berada dalam temperatur yang sangat rendah, bahkan pada saat detektor jenis ini tidak sedang digunakan. Detektor Ge(Li) merupakan detektor yang efisien dalam pengukuran radiasi gamma dan memiliki resolusi energi yang baik.

Keuntungan dan Kerugian Menggunakan Detektor Semikonduktor

Detektor ini mempunyai beberapa keunggulan yaitu lebih effisien dibandingkan dengan detektor isian gas:1 karena terbuat dari zat padat, serta mempunyai resolusi yang lebih baik daripada jenis detektor lain.

Dimana, resolusi detektor adalah kemampuan detektor untuk membedakan energi radiasi yang berdekatan. Suatu detektor diharapkan mempunyai resolusi yang sangat kecil (high resolution) sehingga dapat membedakan energi radiasi secara teliti. Resolusi detektor disebabkan oleh peristiwa statistik yang terjadidalam proses pengubahan energi radiasi, noise dari rangkaian elektronik, serta ketidak-stabilan kondisi pengukuran.4

2 Selain itu kemampuan mencacah detektor semikonduktor cepat karena resolving time-nya sangat kecil, yaitu dalam orde nano detik.2

3 Respon sebanding (linier) dengan energi radiasi yang diserahkan ke dalam depletion layer oleh partikel radiasi. Hal ini menghasilkan resolusi energi yang sangat tajam untuk partikel radiasi bermuatan, sehingga sering digunakan dalam spektrometri partikel radiasi.2

4 Detektor semikonduktordapat beroperasi dengan deganga yang sangat rendah, sekitar 25-300 volt.2

5 Detektor berukuran lebih kecil.5

6 Memiliki efisiensi yang lebih tinggi untuk radiasi gamma.4

7 Fast timing characteristic yang memungkinkannya dapat mengukur.4

8 laju cacah yang tinggi.4

9 Memiliki volume detektor efektif yang dapat diatur sesuai dengan jenisradiasi yang diukurnya.4

Sedangkan jika kita lihat dari segi kelemahan detektor semikonduktor yaitu:3

1 Harganya lebih mahal.2 Pemakaiannya harus sangat hati-hati karena mudah rusak.3 Beberapa jenis detektor semikonduktor harus didinginkan pada temperatur Nitrogen cair sehingga

memerlukan dewar6 yang berukuran cukup besar.

III. KESIMPULAN Dari pembahasan tentang semikonduktor didapatkan bahwa detekor semikonduktor sangat baik dikarenakan

memiliki ketelitian yang tinggi dalam membedakan energi radiasi yang mengenainya sehingga kita dapat langsung mengetahui jenis radiasi apa yang terpancar dari sumber radiasi. Dengan semakin berkembangnya teknologi semikonduktor serta kebutuhan elektronika akan bahan semikonduktor menjadikan detektor semikonduktor ini dapat berkembang sangat pesat. Dengan demikian, penelitian lebih lanjut tentang detektor semikonduktor ini sangat diperlukan.

IV. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih saya tujukan untuk keluarga saya terutama Ibu saya yang telah menyemangati saya

dalam pembuatan makalah ini, teman-teman kelompok saya yang dengan senang hati bertukar pikiran dengan saya, serta bapak Agus Budhie Wijatna selaku dosen pengampun dalam mata kuliah deteksi dan pengukuran radiasi yang telah membantu saya dalam penyusunan makalah ini.

V. DAFTAR PUSTAKAJurnal

4 http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/Pengukuran_Radiasi/Dasar_00.htm diakses 03 Desember 20145 http://ansn.bapeten.go.id/files/ins_Alat_Ukur_Radiasi.pdf . diakses 03 Desember 20146 Tabung Dewar : dipergunakan untuk menyimpan Nitrogen (N2) cair kapasitas dibawah 50 Liter.

Page 8: Detektor Semikonduktor Sebagai Pendeteksi Pancaran Dan Energi Partikel Radiasi

04 Desember 2014 13/351081/TK/41271

[1] Owens, Alan., Peacock, A. Compound semiconductor radiation detectors. Compound semiconductor radiation detectors. 11 June 2004.

Buku dan Bagian dari Buku[1] Tsoulfanidis, Nicholas, Measurement and Detection of Radiation, Hemisphere Publishing Corporation,

London, 1983.[2] Wardhana, Wisnu Arya, Teknologi Nuklir Proteksi Radiasi dan Aplikasinya, Andi Yogyakarta, Yogyakarta,

2007.[3] Faridah, 2012, Modul Ajar Mata Kuliah Elektronika, Jurusan Teknik Fisika, UGM.[4] Malvino, A. P., 2005, Electronic Principles, Mc Graw Hill

Internet

[1] http://ansn.bapeten.go.id/files/ins_Alat_Ukur_Radiasi.pdf. diakses 03 Desember 2014

[2] http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/Pengukuran_Radiasi/Dasar_00.htm diakses 03 Desember 2014

[3] http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode4.gif diakses 03 Desember 2014