Studi DFT (Density Functional Theory) : Perilaku Hidrogen dalam GaN

1.Abstract

Peran Komputasi Kinerja Tinggi (High Performance Computing-HPC) untuk penelitian di bidang
material dalam dekade ini mengalami peningkatan yang signifikan. HPC ini salah satunya berperan
dalam mereduksi biaya penelitian dan juga waktu dengan adanya simulasi untuk melakukan
perancangan material baru. Dalam bidang penelitian fisika material terkondensasi (condensed
material physics), salah satunya pengembangan material semikonduktor, peran HPC sangat
diperlukan. Simulasi parameter fisik pada skala atomik yang melibatkan perhitungan kuantum yang
rumit dalam jumlah yang besar, tentu membutuhkan sumber daya komputasi yang cukup besar dan
handal.
Salah satu atom yang memainkan peranan penting dalam banyak semikonduktor adalah atom
Hidrogen. Hidrogen merupakan pengotor umum di banyak semikonduktor. Kemampuan Hidrogen
sebagai pengotor pada semikonduktor memiliki dampak besar pada teknologi. Hidrogen hampir
tidak pernah terjadi sebagai pengotor netral dalam semikonduktor atau insulator. Dalam
kebanyakan semikonduktor, hidrogen karena itu bertindak sebagai pengotor yang bersifat
amphoteric impurity (dapat berupa donor atau akseptor). Sifat Hidrogen dalam semikonduktor
Nitrida Golongan III (AlN, GaN, InN) cukup menarik untuk diketahui. Sifat golongan ini yang
mempunyai celah pita (Band Gap) yang cukup besar, ikatan interatomic yang kuat dan konduktivitas
termal yang tinggi, golongan semikonduktor ini merupakan kandidat perangkat optoelektronik yang
menjanjikan. Secara umum GaN adalah semikonduktor konduktif bertipe-n (n-type conductive), dan
relative sulit dicapai untuk p-type. Terdapat metode yang bisa digunakan untyuk mencapai p-type,
yaitu dengan mengaktivasi dope-Mg pada GaN melalui proses thermal annealing dan Hidrogen
berperan penting pada proses tersebut. Perilaku atom Hidrogen sebagai pengotor pada GaN dapat
diketahui dengan melakukan simulasi komputer dengan pendekatan Density Functional Theory (DFT).

 

2.Keywords
3.Objective

Mengetahui perilaku atom Hidrogen sebagai pengotor pada GaN dengan pendekatan Density Functional Theory (DFT).

4.Methodology

Pada penelitian ini akan difokuskan untuk mengetahui perilaku atom hidrogen yang berinteraksi
semikonduktur GaN. Sifat kunci apa saja yang menentukan sifat-sifat pengotor hidrogen dalam GaN
dalam hal (i) energi pembentukan (yaitu energi yang dibutuhkan untuk menggabungkan pengotor
ke dalam host) dan (ii) tingkat transisi elektronik, yang menentukan perilaku sifat elektronik.
Beberapa hal tersebut dapat diperoleh dengan melakukan perhitungan menggunakan pendekatan
yang didasarkan pada teori kerapatan fungsional (DFT). Penelitian ini menggunakan perhitungan DFT
dengan simulasi komputer menggunakan paket program PHASE0 yang bersifat open source.
Dilakukan simulasi pada dua jenis geometri struktur GaN, yaitu strukrur wurtzite dengan supercell
32-108 atom dan struktur zincblende dengan 16-54 atom dengan penambahan 1 atom hidrogen
sebagai pengotor dalam tiga keadaan, yaitu positif H,netral H dan negatif H. Digunakan ultrasoft
pseudopotensial dan energi pertukaran dengan tipe GGA. Perhitungan pada skala atomik ini
melibatkan perhitungan kuantum yang cukup rumit dan memerlukan sumber daya komputasi yang cukup besar dan handal. Untuk itu diperlukan sumber daya komputasi berupa Komputer Kinerja
Tinggi (HPC) untuk melakukan perhitungan tersebut.

 

5.Team
6.Computation plan (required processor core hours, data storage, software, etc)
7.Source of funding
8.Target/outputs
9.Date of usage
01/12/2014 - 31/10/2015
10.Gpu usage
-
11.Supporting files
b56ae-dinan_proposal_grid_lipi.pdf
12.Created at
27/11/2014
13.Approval status
approved