Fabrikasi dan Karakterisasi Prototipe Sensor Gas No2 Berbasis Lapisan Tipis Copper Phthalocyanine Sebagai Sensor Gas yang dapat Bekerja Pada Suhu Ruang

Telah dilakukan fabrikasi lapisan tipis Copper Phthalocyanine (CuPc) dengan menggunakan elektroda emas (Au) yang dideposisikan di atas substrat kaca. Deposisi lapisan tipis CuPc dan elektroda emas dilakukan dengan teknik lithography dengan metode vakum evaporasi pada tekanan vakum (~ 6 x 10-4 Pa). Karakterisasi lapisan tipis CuPc dilakukan pada suhu kamar . Dari hasil karakterisasi lapisan tipis CuPc merespon adanya gas uji yang ditunjukkan dengan peningkatan konduktivitasnya. Lapisan tipis CuPc juga merespon variasi  konsentrasi gas yang diberikan. Waktu respon dan waktu pemulihan lapisan tipis CuPc masing – masing sebeasr 55 detik dan 60 detik dan untuk konsentrasi yang lebih tinggi diperlukan waktu yang lebih lama. Variasi ketebalan mempengaruhi respon sensor, lapisan yang lebih tebal akan mempunyai sensitivitas yang lebih besar tetapi waktu respon dan pemulihannnya akan lebih lama. Fungsi transfer dari respon CuPc terhadap perubahan konsentrasi gas uji berbentuk fungsi  polynomial, sehingga sensitivitas CuPc tidak konstan tetapi tergantung pada inputnya. Lapisan tipis CuPc memiliki stabilitas yang rendah dalam merespon gas uji, oleh karena itu perlu optimasi untuk meningkatkan stabilitas lapisan tipis CuPc agar dapat dimanfaatkan sebagai sensor gas yang memadai.

Selama ini teknologi lapisan tipis sebagai elemen dasar sensor gas mengarah kepada bentuk Metal Oxide Semiconductor (MOS). Penelitian tentang sifat MOS sebagai sensor gas, yaitu menggunakan lapisan tipis dari bahan-bahan anorganik seperti  ZnO, CeO, SnO, maupun TeO2. Temperatur dimana sensor MOS dapat bekerja secara efisien tergantung pada atmosfer gas dan sifat bahan, dalam kasus ini suhunya sekitar 200 0C – 800 0C (Peter, 2004), karena jauh dari suhu kamar maka harus ditambahkan sistem pemanas pada pemakaian sensor ini. Selain itu, sensor gas dengan bahan anorganik juga membutuhkan biaya fabrikasi yang relatif mahal.

Selain menggunakan bahan anorganik, sensor gas dapat dibuat dengan memanfaatkan bahan organik. Salah satunya bahan organik yang dapat dimanfaatkan sebagai sensor gas yaitu Metal Phthalocyanine (MPc). Satu hal yang istimewa dari sensor gas MPc dibandingkan dengan Inorganic Metal Oxide, yaitu dapat dioperasikan pada temperatur yang jauh lebih rendah. Untuk inorganic metal oxide sensing gas hanya bisa dilakukan pada suhu tinggi (diatas 3000C), sedangkan sensor gas MPc selalu dapat dioperasikan pada suhu operasi dibawah 2000C, bahkan pada suhu kamar (Lee dkk, 2004). Salah satu MPc yang menunjukkan respon terhadap gas khususnya gas NO2 yaitu Copper Phthalocyanine (CuPc), sehingga mempunyai prospek sebagai sensor gas NO2.  CuPc dapat dibuat dalam bentuk lapisan tipis dengan kemurnian yang tinggi dan konduktivitas lapisan tipis CuPc dipengaruhi oleh gas yang berada di sekitarnya, karena terjadi adsorbsi molekul-molekul gas pada permukaan lapisan tipis CuPc. CuPc dapat digunakan sebagai sensor gas dalam bentuk lapisan tipis semikonduktif untuk mendeteksi NO2 dan Cl2 (Guilaud dkk, 1998).
CuPc merupakan semikonduktor organik tipe-p yang menunjukkan sensitivitas yang sangat tinggi untuk mendeteksi gas seperti NO2 dan Cl2. Sensitivitas yang tinggi tersebut diakibatkan adanya interaksi gas dengan lapisan tipis CuPc  dengan jumlah pembawa muatan yang besar dalam konduktivitas lapisan tersebut.

Sensor gas berbahan MPc dapat diproduksi dengan desain dan optimasi lapisan tipis dengan sensitivitas, selektivitas dan stabilitas (sss) dengan tingkat yang berbeda. Interaksi antara lapisan phtalocyanine dan gas mungkin diklasifikasikan dalam beberapa bagian, diantaranya irreversible chemical affinity, reversible chenical reaction or bulk sorption. Interaksi ini menghasilkan perubahan deteksi dalam sifat fisis lapisan termasuk konduktivitas, massa, dan sifat-sifat optik lainnya.  Dalam penelitian ini, akan dibuat lapisan tipis CuPc dalam bentuk thin film untuk diteliti karakteristik responnya terhadap gas uji. Penelitian ini meliputi pembuatan lapisan tipis CuPc dengan menggunakan vacuum evaporator dan karakterisasi lapisan tipis CuPc sebagai sensor gas.