UJI SIFAT LISTRIK DAN STRUKTUR KRISTAL FOTODIODA Ba0,5Sr0,5TiO3 DENGAN VARIASI PENDADAHAN Fe2O3
SEORIM BESSIE
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tesis “Uji Sifat Listrik dan Struktur Kristal Fotodioda Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan Variasi Pendadahan Fe2O3” adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis yang lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka pada bagian akhir tesis ini.
Bogor, Juni 2011
Seorim Bessie NIM G751090161
Electrical Properties and Crystal Structure of Photodiode Ba0,5Sr0,5TiO3 with Fe2O3 Doping Variations ABSTRACT Ba0,5Sr0,5TiO3 (BST) thin film was doped by Ferium (Fe2O3) has been done with doping variation 2.5%, 5%, 7.5% and 10% above the substrate Si (100) p-type using chemical solution deposition (CSD) methods by spin coating technique at 3000 rpm for ± 30 seconds. Ba0,5Sr0,5TiO3 thin film made with 1 M concentration and the annealing temperature by 850oC. The results of current-voltage (I-V curves) characterization shows that the BST thin film and BFST are photodiodes. Electrical conductivity values BST and BFST thin films are in the range of semiconductor materials and obtain the electrical conductivity increased when the higher intensity light is used. The result of the dielectric constant increases with the addition of Fe2O3 doping. SEM results showed that the BST and BFST material is a thin film with thickness of the order 10-6 m. Result of XRD showed that BST and BFST is cubic. Keywords: BST, optical and electrical properties, structural characteristics.
RINGKASAN
Seorim Bessie (G751090161). Uji Sifat Listrik dan Struktur Kristal Fotodioda Ba0,5Sr0,5TiO3
dengan
Variasi
Pendadahan
Fe2O3.
Dibimbing
oleh
IRZAMAN dan IRMANSYAH. Dalam penelitian ini dilakukan beberapa tahapan yang berkaitan dengan Uji Sifat Listrik dan Struktur Kristal
Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan terlebih dahulu dilakukan
pembuatan film tipis bahan ferroelektrik Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan menggunakan metode chemical solution deposition (CSD). Sedangkan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bubuk stronsium Asetat [Sr(CH3COOH)2, 99%], bubuk Barium Asetat [Ba(CH3COO)2, 99%] dan Titanium Isopropoksida [Ti(C12H28O4), 99,999%] dalam bentuk cairan. Pelarut yang digunakan dalam penelitian yaitu 2-metoksietanol [H3COCH2CH2OH, 99%] dan substrat yang digunakan adalah Si(100) tipe-p. Untuk mendapatkan hasil yang baik dibutuhkan takaran yang tepat sesuai proporsi yang diinginkan. Dalam penelitian ini perhitungan massa bahan dalam pembuatan larutan yang digunakan adalah: Massa Barium asetat = (0,1916) x (0,0025 liter pelarut) x (255, 439 gr/mol); massa Stronsium asetat (0,1543) x (0,0025 liter pelarut) x (205,732 gr/mol); dan massa Titanium Isopropoksida = (1) x (0,0025 liter pelarut) x (284,291 gr/mol). Larutan Ba0,5Sr0,5TiO3 didapat dari campuran Barium Asetat [Ba(CH3COOCH2OH), 99,9%] Stronsium Asetat [Sr(CH3COO)2, 99%] dan Titanium Isoproksida [Ti(C12H28O4), 99,99%] ke dalam pelarut 2-mitoksietanol [H3COOCH2OH, 99,9%] sesuai takaran gram massa yang telah ditentukan. Setelah bahan-bahan tersebut dicampur, substrat silikon yang telah dipotong dengan ukuran 1x1 cm2 dan telah dicuci melalui proses pencucian substrat, kemudian diberi tetesan larutan untuk membentuk lapisan dengan cara spincoating dengan kecepatan putar 3000 rpm selama 30 detik. Setelah terbentuk lapisan tipis di atas substrat silikon, kemudian di annealing pada suhu 850oC dan dipertahankan selama 15 jam dengan laju kenaikan 100oC/jam.
iv
Setelah selesai melakukan proses annealing maka substrat silikon di metalisasi dengan reaktor Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), kemudian dilakukan
pemasangan
kontak,
lalu
film
tipis
dikarakterisasi
dengan
spektrofotometer untuk mengetahui serapan panjang gelombang, kurva arustegangan dan fotokonduktivitas listriknya. Kemudian karakterisasi sifat struktur meliputi SEM, EDAX dan XRD. Pada pengamatan hasil karakterisitik spektrum serapan panjang gelombang, film tipis yang dihasilkan memiliki serapan pada panjang gelombang cahaya tampak. Dengan adanya serapan pada panjang gelombang ini, maka film tipis berpotensi sebagai sensor. Kurva karakteristik arus-tegangan menunjukkan bahwa film tipis merupakan fotodioda berdasarkan ciri kurva karakteristik dioda dan terjadi kurva karakteristik ketika dilakukan pengukuran pada kondisi gelap terang. Dari hasil karakterisasi film tipis dapat membangkitkan arus listrik pada ordo nanometer, akan tetapi besarnya arus yang dihasilkan berbeda beda pada masing-masing perlakuan. Berdasarkan penghitungan nilai konduktivitas listriknya dapat meningkat dengan adanya jumlah pendadahan yang diberika pada permukaan film tipis, film tipis merupakan semikonduktor, dimana dalam proses ini dapat menghasilkan kristal pada pertemuan anoda dan katoda. Untuk menghasilkan massa kristal yang baik dibutuhkan perlakuan yang hati-hati dan teliti, tingkat kemurnian bahan kimia yang murni sangat diperlukan agar mendapatkan hasil yang baik pula, serta diperlukan semikonduktor dengan properti elektronik yang handal.
© Hak Cipta milik IPB, Tahun 2011 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar Institut Pertanian Bogor. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin IPB
UJI SIFAT LISTRIK DAN STRUKTUR KRISTAL FOTODIODA Ba0,5Sr0,5TiO3 DENGAN VARIASI PENDADAHAN Fe2O3
SEORIM BESSIE
Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Biofisika
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. Kiagus Dahlan
HALAMAN PENGESAHAN Judul Tesis
:
Nama : Program Studi :
Uji Sifat Listrik dan Struktur Kristal Fotodioda Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan Variasi Pendadahan Fe2O3 Seorim Bessie Biofisika
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Irzaman, M.Si
Dr. Ir. Irmansyah, M.Si
Ketua Program Studi S2 Biofisika
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Agus Kartono M.Si
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc. Agr
Tanggal Ujian : 27 Juni 2011
Tanggal kelulusan :
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur dan hormat serta kemuliaan patut dinaikkan kepada Allah dalam nama Tuhan Yesus, karena atas berkat dan pertolonganNya penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul Uji Sifat Listrik dan Struktur Kristal Fotodioda Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan variasi pendadahan Fe2O3 sesuai waktu yang diharapkan. Penelitian ini dibuat sebagai salah satu syarat kelulusan pada program pascasarjana Mayor Biofisika di Institut Pertanian Bogor. Pada kesempatan ini, penulis juga ingin mengucapkan terimakasih kepada: Orang tua, adik-adik dan kakak-kakakku tercinta, atas support dan doa yang tak kunjung henti, istriku tersayang Lukita Utami S.E, ananda Agung Yudistiro Bessie, dan Felania Utami Bessie, yang selalu membantu dalam doa dan sebagai penyemangat walaupun hanya sekedar lewat telepon. Rekan-rekan seperjuangan di S1 departemen Fisika (Hilal dkk) dan Program Pascasarjana S2 Biofisika IPB. Kemudian Dr. Ir. Irzaman M.Si, dan Dr. Ir. Irmansyah M.Si selaku pembimbing yang selalu memberikan motivasi, wawasan ilmu, ide, memberikan semangat dalam melakukan penelitian. Serta tak lupa kepada Dr. Kiagus Dahlan selaku penguji luar komisi pada ujian tesis, yang telah memberi masukan dan saran kepada penulis. Pemerintah Kabupaten Bulungan melalui Dinas Pendidikan Kabupaten Bulungan yang memberi kesempatan kepada penulis untuk melanjutkan studi dan menanggung biaya selama masa studi. Semoga Tesis ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya dalam ilmu pengetahuan. Penulis juga menyadari bahwa Tesis ini masih jauh dari sempurna sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun bagi kemajuan aplikasi material khususnya bahan dasar pembuatan sensor yang dikembangkan ini. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa senantiasa melimpahkan berkat dan kasihNya kepada kita semua. Amin. Juni 2011
Seorim Bessie
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Desa Kolbano, Kecamatan Amanuban Tengah, Kabupaten Timor Tengah Selatan, Propinsi Nusa Tenggara Timur, pada Tanggal 15 Maret 1975 dari pasangan Alexander Bessie dan Yublina Sabuna. Penulis merupakan anak ke empat dari dua belas bersaudara. Penulis menyelesaikan studi sarjana strata satu (S1) di Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FPMIPA) Jurusan Biologi pada Intitut Keguruan dan Ilmu Pendidikan (IKIP PGRI) di Tuban Jawa Timur pada Tahun 2006 dan lulus Tahun 2001. Pada Tahun 2005 penulis mengabdikan diri sebagai Guru di SMP Negeri 2 Sekatak, Kabupaten Bulungan Kalimantan Timur hingga sekarang, pada Tahun 2009 penulis diberikan kesempatan oleh Pemerintah Daerah Kabupaten Bulungan melalui Dinas Pendidikan Kabupaten Bulungan untuk melanjutkan studi ke sekolah pascasarjana Institut Pertanian Bogor (IPB) Mayor Biofisika melalui program kerjasama PEMDA Bulungan melalui Dinas Pendidikan Kabupaten Bulungan dengan Sekolah Pascasarjana IPB.
DAFTAR ISI halaman
ABSTRAK
i
RINGKASAN
iii
KATA PENGANTAR
xi
RIWAYAT HIDUP
DAFTAR ISI
xiii
xv
DAFTAR GAMBAR
xvii
DAFTAR TABEL
xix
DAFTAR LAMPIRAN
xix
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Tujuan Penelitian
2
1.3. Hipotesis
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1. Barium Stronsium Titanat (BaxSr1-xTiO3)
5
2.2. Doping Semikonduktor
8
2.3. Bahan Pendadah
9
2.4. Karakteristik Arus–Tegangan
10
2.5. Substrat Si (Silikon)
11
2.6. Ferium Oksida (Fe2O3)
12
2.7. Fotodioda
12
2.8. Fotokonduktivitas
13
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
15
3.1. Waktu dan Tempat
15
3.2. Bahan dan Alat
15
3.3. Persiapan Bahan
15
3.4. Pembuatan Film Tipis
16
xvii i 3.4.1.
Persiapan substrat
16
3.4.2.
Pembuatan larutan BST dan BSFT
16
3.4.3.
Proses penumbuhan film tipis
17
3.4.4.
Proses annealing
17
3.4.5.
Proses metalisasi dan pemasangan kontak
18
3.5. Karakterisasi Film Tipis
18
3.5.1
Karakterisasi sifat optik film tipis BST
18
3.5.2
Karakterisasi konstanta dielektrik film tipis BST
19
3.5.3
Karakterisasi arus-tegangan film tipis BST
19
3.5.4
Karakterisasi konduktivitas listrik
19
3.5.5
Uji sifat struktur (XRD, SEM, dan EDAX)
20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
21
4.1. Karakterisasi Sifat Optik Film Tipis BST
21
4.2. Uji Sifat Listrik Film Tipis BST
22
4.2.1
Karakteristik arus-tegangan film tipis BST
22
4.2.2
Pengukuran konduktivitas listrik
26
4.2.3
Pengukuran ketebalan film dan kontanta dielektrik
27
4.3. Analisis Sifat Struktur
28
4.3.1
Hasil XRD
28
4.3.2
Hasil pencitraan SEM/EDAX
30
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
35
5.1. Kesimpulan
35
5.2. Saran
35
DAFTAR PUSTAKA
35
LAMPIRAN
37
DAFTAR GAMBAR halaman
Gambar 2.1. Struktur (a) stronsium, dan (b) titanat
5
Gambar 2.2. Konstanta kisi dari BaTiO3 terhadap fungsi suhu
6
Gambar. 2.3. Tegangan bias dielektrik film tipis BST relatif konstan dengan kenaikan suhu yang berbeda
7
Gambar 2.4. Spektrum konduktivitas listrik dan resistivitas
14
Gambar 3.1. Proses annealing
18
Gambar 4.1. (a) Spektrum absorbansi film tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 yang didadah Fe2O3 terhadap panjang gelombang
21
(b) Spektrum reflektansi film tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 yang didadah Fe2O3 terhadap panjang gelombang (nm) Gambar 4.2. (a) Kurva karakterisasi I-V film tipis BST, 0 % Fe2O3
22 23
(b) Kurva karakterisasi I-V film tipis BST, 2,5 % Fe2O3
24
(c) Kurva karakterisasi I-V film tipis BST, 5 % Fe2O3
24
(d) Kurva karakterisasi I-V film tipis BST, 7,5 % Fe2O3
25
(e) Kurva karakterisasi I-V film tipis BST, 10 % Fe2O3
25
Gambar 4.3. Hubungan antara konduktivitas listrik film tipis terhadap variasi pendadah Fe2O3
26
Gambar 4.4. (a) Hubungan ketebalan film tipis BST terhadap variasi konsentrasi pendadah Fe2O3
27
(b) Hubungan konstanta dielektrik film tipis BST terhadap variasi konsentrasi pendadah Fe2O3
27
Gambar 4.5. Kurva XRD film tipis BST
29
Gambar 4.6. (a) Hasil SEM dan EDAX BST 0 % Fe2O3
30
(b) Hasil SEM dan EDAX BST 2,5 % Fe2O3
31
(c) Hasil SEM dan EDAX BST 5 % Fe2O3
32
(d) Hasil SEM dan EDAX BST 7,5 % Fe2O3
33
(e) Hasil SEM dan EDAX BST 10 % Fe2O3
34
DAFTAR TABEL halaman
Tabel 4.1. Analisis data XRD film tipis BST
29
DAFTAR LAMPIRAN halaman
1
Data Karakterisasi I-V
39
2
Data dan pengolahan data Konstanta Dielektrik
41
3
Massa film tipis + substrat sebelum dan setelah di annealing
47
4
Pengolahan data konduktivitas listrik film tipis BST
49
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Seiring berkembangnya kemajuan teknologi, pemanfaatan sensor sangat dibutuhkan dalam berbagai aplikasi, sehingga pembuatan bahan dasar sensor tentu dibutuhkan dalam jumlah yang besar dengan berbagai kombinasi untuk mendapatkan hasil terbaik yang lebih efektif dan efisien. Dengan adanya alasan tersebut di atas maka pada penelitian ini dilakukan pengujian sifat listrik dan struktur kristal fotodioda pada Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan variasi pendadahan Fe2O3 sebagai referensi dalam memperkaya penyediaan bahan dasar pembuatan sensor. Teknologi film tipis BST saat ini merupakan teknologi yang sangat menarik untuk dikembangkan karena sifat-sifat feroelektriknya, diantaranya untuk aplikasi sensor suara, sensor gerak, sensor cahaya dan lain sebagainya (Syafutra et al. 2008). Ferroelektrik memiliki kemampuan untuk mengubah arah listrik internalnya, dapat terpolarisasi secara spontan dan menunjukkan efek histerisis yang berkaitan dengan pergeseran dielektrik dalam menanggapi medan listrik internal. Polarisasi spontan dihasilkan oleh susunan ion dalam sel satuan kristal padatnya yang tidak simetrik (noncentrosymmetric). Film tipis ferroelektrik banyak digunakan dalam aplikasi untuk piranti elektrooptik dan elektronik. Beberapa material film tipis ferroelektrik yang sering digunakan antara
lain
BaxSr1-xTiO3, PbTiO3, Pb(ZrxTix-1)O3, SrBiTaO3,
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 dan Bi4Ti3O12. Aplikasi-aplikasi film tipis ferroelektrik menggunakan sifat dielektrik, pyroelektrik, dan elektrooptik yang khas dari bahan ferroelektrik. Sebagian dari aplikasi elektronik yang paling utama dari film tipis ferroelektrik di antaranya: non-volatile memori yang menggunakan kemampuan polarisasi (polarizability) yang tinggi, kapasitor film tipis yang menggunakan sifat dielektrik, dan sensor pyroelektrik yang menggunakan perubahan konstanta dielektrik karena suhu dan actuator piezoelektrik yang menggunakan efek piezoelektrik yang tersusun atas perovskite banyak mendapat perhatian karena memiliki kemungkinan untuk menggantikan memori berbasis material SiO2 yang digunakan sebagai Ferroelectric Random Acces Memory (FRAM).
2
Dalam penelitian ini, film tipis BST dideposisikan di atas substrat Si (100) tipe-p dengan menggunakan teknik/metode CSD (chemical solution deposition). Kelebihan menggunakan metode ini bisa digunakan untuk mendapatkan film tipis dengan biaya yang murah dan dilakukakan di laboratorium sederhana dan dirahapkan mendapatkan hasil bahan dasar BST yang bersifat semikonduktor. Oleh karena itu, metode ini perlu dikembangkan penggunaanya agar lebih efektif dan efisien dalam penumbuhan material ferroelektrik di atas substrat (Schwartz, 1997). Dalam penelitian ini akan diuji sifat listrik dan struktur kristal fotodioda pada Ba0,5Sr0,5TiO3 pada konsentrasi 1 Molar dengan variasi pendadahan Fe2O3 dan dibuat dengan metode CSD serta
diannealing pada suhu 850⁰C dengan
kenaikan suhu awal 100oC/jam.
1.2. Tujuan Penelitian Pada penelitian ini telah dilakukan penumbuhan film tipis Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) dengan variasi konsentrasi pendadah Ferium (Fe2O3) 2,5%, 5%, 7,5% dan 10% diatas substrat silikon (Si) tipe-p. Metode yang digunakan yaitu chemical solution deposition (CSD) . Tujuan pendadahan adalah untuk mendapatkan hasil terbaik dari perlakuan-perlakuan yang berbeda-beda, dalam hal ini dilihat pada konsentrasi tertentu yang dapat meningkatkan performance dari film tipis BST. Secara khusus, beberapa tujuan penelitian ini antara lain : a. Karakterisasi sifat Optik film tipis BST yang meliputi absorbansi dan reflektansi menggunakan alat spektrofotometer UV-VIS b. Karakterisasi sifat listrik dari film tipis BST meliputi karakterisasi arustegangan menggunakan I-V meter, karakterisasi konduktivitas listrik dari pengukuran konduktansi menggunakan LCR meter, karakterisasi konstanta dielektrik untuk mengetahui kemampuan penyimpanan muatan, serta c. Mengkaji struktur kristal film tipis BST meliputi XRD, SEM, dan EDAX.
3
1.3. Hipotesis Penambahan doping Fe2O3, menghasilkan struktur kristal yang berbeda, meliputi : pencitraan gambar permukaan dan ketebalan, konstanta kisi, jenis struktur. Penambahan doping Fe2O3 juga dapat mempengaruhi daerah serapan film tipis ketika diberi cahaya. Penambahan doping juga dapat merubah arus-tegangan pada kondisi perbedaan terang-gelap (sifat fotodioda). Nilai konduktivitas listrik meningkat seiring dengan pemberian doping serta intensitas cahaya pada permukaan film tipis. Penambahan doping Fe2O3 juga dapat mempengaruhi ketebalan film tipis sehingga dihasilkan konstanta dielektrik yang berbeda.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Barium Stronsium Titanat (BaxSr1-xTiO3) BST merupakan kombinasi dua material perovskit barium titanat (BaTiO) dan stronsium titanat (SrTiO). Pada kedudukan A, kisi ABO3 dibagi bersama antara ion Ba2+ dan Sr2+, sedangkan B ditempati oleh ion Ti4+. Seperti pada gambar 2.1 (a) dan (b), menunjukkan struktur dan konstanta kisi dari BTO murni terhadap temperatur. Transisi dari keadaan kubik ke fase tetragonal (ferroelektrik) terjadi pada temperatur 669 K. Sedangkan pada STO murni berbentuk kubik pada suhu ruangan karena fase transisi dari kubik ke tetragonal terjadi pada 378 K (Kugeler, 2006).
Gambar 2.1. (a)
Gambar 2.1. (b) Gambar 2.1. Struktur: (a) stronsium dan (b) titanat
6
Feroelektrik merupakan material elektronik khususnya dielektrik yang terpolarisasi secara spontan dan memiliki kemampuan untuk mengubah arah listrik internalnya. Polarisasi yang terjadi merupakan hasil dari penerapan medan yang mengakibatkan adanya ketidaksimetrisan struktur kristal pada suatu material ferroelektrik. Selain itu ferroelektrik merupakan material yang memiliki polarisasi listrik dengan adanya medan listrik eksternal, polarisasi ini dapat dihilangkan dengan memberikan medan eksternal yang arahnya berlawanan. Sifat listrik yang muncul dari material dengan sifat listrik mokroskopiknya. Muatan positif dan negatif pada material ini berkaitan dengan sifat listrik pada material ini tidak selalu terdistribusi secara simetris. Jika jumlah muatan dikali jarak untuk semua elemen dari satuan sel tidak nol maka momen sel akan mengandung momen dipol listrik. Momen dipol per-satuan volume disebut sebagai polarisasi dielektrik. (Erviansyah, 2010). Polarisasi spontan yang besar menimbulkan ketergantungan suhu konstantanta dielektrik yang besar, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2. Konstanta kisi dari BaTiO3 terhadap fungsi suhu (C.Kugeler et al, 2006)
7
Gambar. 2.3. Tegangan bias dielektrik film tipis BST relative konstan dengan suhu pertumbuhan yang berbeda (X.H Zhu et al, 2005)
Penumbuhan pada suhu yang sangat tinggi dapat mengakibatkan kejenuhan difusi oksigen dan pembentukan lapisan kekurangan oksigen pada interface antara film tipis BST dan elektroda bawah dan dengan demikian konsentrasi oksigen dan cacat film jauh lebih tinggi, yang dapat mempengaruhi sifat dielektrik film tipis BST. Singkatnya, suhu yang sesuai sangat penting bagi pertumbuhan film tipis BST berkualitas tinggi pada wafer Si, dan pasca-anil oksigen murni sangat efektif untuk meningkatkan sifat listrik film tipis.
8
Tegangan bias bergantung pada konstanta dielektrik relatif untuk film tipis BST yang ditumbuhkan pada berbagai suhu, dimana tegangan karakteristik V diukur pada frekuensi 100 kHz dan suhu ruang dengan sinyal gelombang amplitudo kecil hingga 0,1 V (Atmel Corp. 2003). Umumnya digunakan untuk mengevaluasi kinerja keseluruhan bahan dielektrik untuk perangkat lunak microwave. Konstanta dielektrik film meningkat dengan meningkatnya suhu disebabkan oleh peningkatan kristalinitas dan pertumbuhan ukuran butir, dan peran nonlinier yang kuat dengan tegangan yang diterapkan. Degradasi dalam sifat dielektrik dengan mengurangi ketebalan film pada film tipis feroelektrik oleh adanya lapisan antarmuka dielektrik rendah pada satu atau kedua antarmuka elektroda.
2.2. Doping Semikonduktor Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya dapat dikontrol dengan menambah sedikit bahan pendadah. Bahan pendadah ini juga disebut dopan. Semikonduktor dengan device elektronik yang dapat diperlukan untuk produksi massa. Tingkat larutan kimia yang diperlukan sangat tinggi dan tingkat kesempurnaan yang tinggi juga diperlukan karena adanya doping, bahkan dalam device yang berukuran mikro sekalipun dapat memiliki efek besar pada device material kristal, karena sedikit kesalahan dalam struktur kristal (seperti dislokasi, kembaran, dan retak tumpukan) akan mengganggu device semikonduktivitas dari material. Retakan kristal merupakan penyebab utama rusaknya perangkat semikonduktor. Semakin besar kristal, semakin sulit mencapai kesempurnaan yang diperlukan. Proses produksi massa ini menggunakan ingot (bahan dasar) kristal dengan diameter antara empat hingga dua belas inci (300 mm) yang ditumbuhkan sebagai silinder kemudian diiris menjadi bentuk wafer. Dalam pembuatan film tipis diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat semikonduktor.
9
Sebuah teknik untuk
mencapai kemurnian
yang tinggi termasuk
pertumbuhan kristal menggunakan proses Czochralski. Langkah tambahan yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian bahan dikenal sebagai perbaikan zona. Dalam perbaikan zona, sebagian dari kristal padat dicairkan. Pendadahan cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan, sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga menghasilkan bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan. Pada pembuatan perangkat semikonduktor yang melibatkan heterojunction antara bahan-bahan semikonduktor yang berbeda, konstanta kisi, antara lain panjang dari struktur kristal yang berulang, sangat penting untuk menentukan kompatibilitas antar bahan.
2.3.
Bahan Pendadah
Pendadah adalah bahan yang digunakan untuk menambah jumlah elektron atau hole pada material semikonduktor. Dalam penelitian ini, digunakan semikonduktor tipe-p sebagai pembawa mayoritas muatan hole. Doping dalam jumlah yang besar pada semikonduktor dapat meningkatkan faktor yang lebih besar dari satu milyard. Penambahan bahan pendadah dapat menyebabkan perubahan parameter kisi, konstanta dielektrik, sifat elektrokimia, sifat elektrooptik, dan sifat pyroelektrik dari keramik film tipis (Ban, 2002). Sifat semikonduktor Barium Stronsium Titanat akan menjadi baik bila diimpurisasi dengan bahan tertentu karena semikonduktor BST hanya dapat dihasilkan melalui pendadahan. Seperti dalam penelitian ini Fe2O3 digunakan sebagai bahan pendadah dimana divariasikan dalam empat ukuran, yakni 2,5%, 5%, 7,5% dan 10%, dengan maksud untuk mendapatkan ukuran yang terbaik untuk dapat mengeksitasi elektron dari pita valensi menuju pita konduksi. Untuk dapat merubah sifat material maka diperlukan bahan pendadah agar dapat merubah parameter kisi, konstanta dielektrik, sifat elektrokimia, sifat elektrooptik dan pyroelektrik dari lapisan tipis. Untuk menaikan konsentrasi elektron atau hole, diperlukan bahan pendadah dalam kristal semikonduktor.
10
Dopan-dopan tersebut memiliki energi sedikit lebih besar diatas pita valensi (ekseptor) atau sedikit lebih rendah di bawah pita konduksi (donor). Akseptor menerima penambahan elektron dari pita valensi dan termuati ion-ion negative sehingga membentuk sebuah hole (doping-p). Donor melepaskan sebuah elektron kedalam pita konduksi dan termuati ion-ion positif (doping-n). Konsentrasi pembawa minoritas menjadi jauh lebih kecil dibandingkan dengan konsentrasi pembawa mayoritas (Kwok, 1995).
2.4. Karakteristik Arus–Tegangan Karakteristik arus–tegangan dari dioda, atau kurva I–V, berhubungan dengan perpindahan dari pembawa muatan melalui bagian yang dinamakan lapisan penipisan atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan diantara semikonduktor p-n. Ketika pertemuan p-n, elektron pita konduksi dari daerah N menyebar ke daerah P dimana terdapat banyak hole yang menyebabkan elektron bergabung dan mengisi hole yang ada, baik hole dan elektron bebas yang ada tereksitasi, meninggalkan donor bermuatan positif pada sisi-N dan akseptor bermuatan negatif pada sisi-P. Daerah disekitar pertemuan p-n menjadi dimiskinkan dari pembawa muatan dan karenanya berlaku sebagai isolator. Walaupun demikian, lebar dari daerah pemiskinan tidak dapat tumbuh tanpa batas. Untuk setiap pasangan elektron-hole yang bergabung, ion dopan bermuatan positif ditinggalkan pada daerah terkotori-n dan ion dopan bermuatan negatif ditinggalkan pada daerah terkotori-p. Saat penggabungan berlangsung dan lebih banyak ion ditimbulkan, sebuah medan listrik terbentuk didalam daerah pemiskinan yang memperlambat penggabungan dan akhirnya menghentikannya. Medan listrik ini menghasilkan tegangan tetap dalam persambungan. Rapat muatan tetap merupakan muatan yang menetap di dalam material dielektrik, yang menunjukkan kecacatan kristal bagi material dielektrik karena dapat mengurangi jumlah ionisasi pada film terhadap metal (kontak alumunium) dan mengurangi nilai konstanta dielektrik karena terjadi dielectric loss akibat tegangan bias.
11
Dioda bandangan merupakan menghantar pada arah terbalik ketika tegangan panjar mundur melebihi tegangan dadal dari pertemuan p-n. Sifat listriknya mirip dan sulit dibedakan dengan dioda Zener, dan kadang-kadang salah disebut sebagai dioda Zener, padahal dioda ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik yang membentangi pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi pada pertemuan, menyebabkan arus besar mengalir melewatinya, mengingatkan terjadinya bandangan yang menjebol bendungan. Dioda bandangan didesain untuk dadal pada tegangan terbalik tertentu tanpa menjadi rusak. Perbedaan antara dioda bandangan (yang mempunyai tegangan dadal terbalik diatas 6.2 V) dan dioda Zener adalah panjang kanal yang melebihi rerata jalur bebas dari elektron, jadi ada tumbukan antara mereka. Perbedaan yang mudah dilihat adalah keduanya mempunyai koefisien suhu yang berbeda, dioda bandangan berkoefisien positif, sedangkan Zener berkoefisien negatif.
2.5. Substrat Si (Silikon) Silikon merupakan unsur yang paling banyak kedua di kerak bumi setelah oksigen. Sebagian besar unsur bebas silikon tidak ditemukan di alam. Oleh karena itu, silikon dihasilkan dengan mereduksi kuarsa dan pasir dengan karbon yang berkualitas tinggi. Silikon untuk penggunaan semikonduktor dimurnikan lebih lanjut dengan metode pelelehan berzona kristal Czochralski. Kristal silikon ini memiliki kilap logam dan mengkristal dengan struktur intan. Silikon oksidasi (SiO2) digunakan sebagai gate dielektrik karena bentuk non kristal (amorphous) yang sesuai untuk insulator, dengan daya tahan terhadap medan listrik yang tinggi (sekitar 10 MV/cm), kestabilan terhadap panas, dan lebih lagi karena kualitas interlayer Si/SiO2 yang tinggi (jumlah muatan yang terjebak dalam interlayer < 1011/cm). kualitas interlayer Si/SiO2 sangat penting peranannya karena merupakan bagian utama chanel dimana carrier (baik hole atau elektron) melintas. Hingga saat ini SiO2 masih tetap yang terbaik sehingga dapat digunakan dalam berbagai penelitian yang berkaitan dengan film tipis dan aplikasinya dalam device elektronik.
12
2.6. Ferium Oksida (Fe2O3) Untuk menambah daya konduksi semikonduktor yaitu dengan cara doping. Ini berarti menambahkan atom-atom yang tidak murni ke dalam kristal intrinsik untuk merubah daya konduksi listriknya. Apabila doping yang digunakan adalah atom pentavalen maka kristal dipastikan hanya dapat menghasilkan satu elektron bebas (atom donor), namun bila dimasukkan atom trivalen maka masing-masing hole akan membantu untuk menerima elektron bebas selama rekombinasi (atom ekseptor). Tidak semua atom dapat digunakan sebagai atom ekseptor atau atom donor, namun atom tersebut harus memenuhi beberapa syarat antara lain: mempunyai ukuran atom yang hampir sama dengan atom murni (semikonduktor intrinsik yang akan didoping), sehingga dapat masuk dan tidak merusak struktur kristal atom murni; serta memiliki jumlah elektron valensi berbeda dengan atom murni. Penambahan ion pendoping Fe3+ akan membentuk ruang hampa di posisi ion O2-. Ion dopan Fe3+ memiliki valensi lebih dari 4+, maka kekurangan muatan positif (+) akan terjadi pada struktur perovskite terbentuk ruang hampa pada posisi ion oksigen sebagai kompensasi untuk menetralkan (elektroneutraly balance). Semakin banyak penambahan ion Fe3+ maka dapat meningkatkan ion oksigen yang terlepas.
2.7. Fotodioda Fotodioda adalah semikonduktor sensor cahaya yang menghasilkan arus atau tegangan ketika sambungan semikonduktor p-n dikenai cahaya. Fotodioda dianggap sebagai baterai solar, tetapi biasanya mengacu pada sensor untuk mendeteksi intensitas cahaya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh dioda foto ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Device fotokonduktifitas dibuat dengan tujuan untuk menghasilkan perubahan resistansi atau tegangan ketika disinari cahaya. Dengan demikian divais banyak digunakan sebagai on-off devices (saklar), measuring devices, atau limited power sources. Fenomena fotokonduktivitas terjadi ketika sinar cahaya jatuh pada sebuah semikonduktor dan penyebab meningkatnya konduktivitas listrik. Pengukuran arus-tegangan merupakan hal yang sangat penting untuk penentuan sifat fotodioda (Arief 2010).
13
Fotodioda
merupakan
persambungan
semikonduktor
tipe-p
dan
semikonduktor tipe-n yang dapat menghasilkan arus listrik jika dikenai cahaya. Sifat fotodioda yang sensitiv terhadap perubahan intensitas cahaya dapat dimanfaatkan sebagai detector cahaya. Arus listrik ini merupakan hasil aktivitas lepasnya pasangan elektron-hole. Dengan penambahan pendadahan pada bahan semikonduktor maka dapat meningkatkan sensitivitas daerah tanggap fotodioda pada range cahaya yang jatuh pada permukaannya (Greane 1996 & Johnson 2004). Foton yang jatuh pada permukaan semikonduktor akan mentransfer energi pada atom penyusunnya. Jika energi foton ini lebih besar dari pada energi pita valensi semikonduktor maka elektron ini akan dapat tereksitasi pada pita konduksi. Elektron yang tereksitasi dari pita valensi ini akan meninggalkan hole pada valensi, sedangkan elektron yang ada pada pita konduksi akan mengalir sebagai arus listrik. Diantara persambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n terdapat lapisan deplesi dengan besar medan listrik tertentu . Medan listrik pada lapisan deplesi ini akan mempercepat elektron-elektron yang terbebas dari lapisan-p menuju lapisan-n dan hole akan menuju lapisan-p. Pasangan elektron di dalam lapisan-n dan lapisan-p akan dihasilkan pada waktu yang bersamaan dan bergerak dari pita konduksi pada lapisan yang lain. Pada saat itu hole akan didifusikan melewati lapisan deplesi dan akan dipercepat, kemudian hole ini akan dikumpulkan pada pita valensi dan lapisan-p. pasangan elektron-hole yang dihasilkan ini sebanding dengan cahaya yang diterima oleh lapisan-p dan lapisann. Muatan positif dihasilkan pada lapisan-p dan muatan negative pada lapisan-n. Jika lapisan-p dan lapisan-n dihubungkan dengan rangkaian luar, elektron akan mengalir dari lapisan-p (Johnson 2004 & Irzaman 2008).
2.8.
Fotokonduktivitas Material berdasarkan nilai konduktivitas listrik dapat diklasifisikan menjadi
tiga yaitu konduktor, isolator dan semikonduktor. Perbedaan nilai dari konduktivitas listrik ketiga material tersebut seperti pada Gambar 4.3.1 yang menunjukkan spektrum konduktivitas listrik dan resistivitas listrik. Material semikonduktor mempunyai nilai konduktivitas pada selang antara 10-8 – 103 S/cm.
14
Nilai konduktivitas suatu material tergantung pada material itu sendiri, listrik akan memiliki konduktivitas apabila terdapat bahan penghantar arus listrik. Persamaan berikut ini merupakan hubungan konduktivitas listrik dan resistansi : σ=
(2.1)
Fotokonduktivitas adalah konduktivitas listrik yang dihasilkan dari eksitasi electron dari pita valensi menuju pita konduksi ketika menyerap energi foton yang lebih besar dari energi pita terlarang. Elektron yang tereksitasi ke pita konduksi meningkatkan pembawa muatan sehingga meningkatkan konduktivitas listrik. Perubahan
resistansi
atau
tegangan
akan
terjadi
ketika
perangkat
fotokonduktivitas dikenai cahaya. Dengan demikian perangkat banyak digunakan sebagai ON-OFF device (saklar), measuring devices, atau limited power sources.
Gambar 2.4. Spektrum konduktivitas listrik dan resistivitas
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Material Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor dimulai bulan Mei 2010 sampai Bulan Mei 2011
3.2. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bubuk Stronsium Asetat [Sr(CH3COO)2, 99%], bubuk Barium Asetat [Ba(CH3COO)2, 99%] dan Titanium Isopropoksida [Ti(C12H28O4), 99,999%] dalam bentuk cairan. Pelarut yang digunakan adalah 2-metoksietanol [H3COCH2CH2OH, 99%] dan substratnya adalah Si(100) tipe-p. sedangkan alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah resistor 10 kΩ dan 100 kΩ, osiloskop, masker, potensiometer, LCR meter, I-V meter, XRD, SEM, tissue, isolasi, sarung tangan karet, cawan petris, tabung reaksi, stopwatch, spatula, gunting, pinset, hotplate, gelas ukur Iwaki 10 ml, mortal, pipet, reactor spincoater, neraca analitik model BL 6100.
3.3. Persiapan Bahan Film tipis BaxSr(1-x)TiO3 yang dibuat adalah Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan konsentrasi 1molar, yang didadah Fe2O3 dengan lima perlakuan yang berbeda yakni tanpa doping, dengan didoping Fe2O3 = 2,5%, 5%, 7,5% dan 10%. Untuk menghitung masa Barium Asetat, Stronsium Asetat, dan Titanium Isoproksida yang akan dilarutkan dalam 2,5 ml 2-metoksietanol sebagai berikut: Massa Barium Asetat = (0,5) x (0,0025 liter pelarut) x (255,439 gr/mol), massa Stronsium Asetat = (0,5) x (0,0025 liter pelarut) x (205,732 gr/mol) dan massa Titanium Isopropoksida = (1) x (0,0025 liter pelarut) x (284,291 gr/mol). Perhitungan massa tersebut sesuai dengan persamaan stoikiometri: 0,5Ba(CH3COO)2 + 0,5 Sr(CH3COO)2 + Ti(C12H28C4) + 22O2 Ba0,5Sr0,5TiO3 + 16CO2 + 17H2O
16
3.4. Pembuatan Film Tipis 3.4.1. Persiapan substrat Substrat yang digunakan dalam deposisi film tipis adalah substrat silikon tipe-p (Si) dengan orientasi bidang kristal. Substrat dipotong berukuran 1 cm2. Setelah itu dilakukan pencucian substrat menggunakan aseton pro analisis untuk menghilangkan kotoran (minyak dan lemak) yang menempel pada permukaan substrat di dalam ultrasonic. Substrat dibilas dengan air deionisasi water. Substrat dietsa dengan campuran larutan asam florida (HF 5%) sebanyak 2% dari di water selama 10 menit. Tujuan dari etsa dengan HF adalah agar permukaan substrat halus dan menghilangkan oksida serta mencegah terjadinya reoksidasi (Miyazaki et al, 2001). Kemudian substrat direndam lagi dengan di water.
3.4.2. Pembuatan larutan BST dan BSFT Film tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 yang ditumbuhkan diatas substrat dengan metode CSD dibuat dengan cara mencampurkan Barium Asetat [Ba(CH3COO)2, 99%] + Stronsium Asetat [Sr(CH3COO)2, 99%] + Titanium Isopropoksida [Ti(C12H28O4), 99,999%] + bahan pendadah sebagai precursor dan 2-metoksi etanol sebagai bahan pelarut. Dalam penelitian ini digunakan fraksi molar untuk Ba dan Sr sebesar 0,5. Untuk pembuatan BFST, metode CSD yang digunakan sama seperti pembuatan BST. Hanya saja pada BFST ditambahkan ferium oksida (Fe2O3) sebanyak 2,5%, 5%, 7,5% dan 10% dari BST yang terbentuk. Untuk mendapatkan komposisi yang sesuai dengan yang diharapkan, bahan-bahan tersebut sebelumnya diperhalus dengan spatula dan ditimbang dengan menggunakan neraca analitik sebelum dilakukan campuran, setelah bahanbahan dicampur, larutan dikocok selama 30 menit dengan menggunakan alat ultrasonik yaitu bransonic 2510. Setelah itu larutan disaring untuk mendapatkan larutan yang bersifat homogen dan BST siap di deposisi dengan teknik CSD.
17
3.4.3. Proses penumbuhan film tipis Substrat Si yang telah dibersihkan dengan asam fluida diletakkan di atas piringan reactor spin coating yang telah ditempel dengan isolasi di tengahnya agar tidak terlepas, lalu substrat diberi tetesan BST sebanyak 3 tetes. Kemudian dilakukan pemutaran reactor spin coating yang riset dengan kecepatan 3000 rpm selama 30 detik. Proses penetesan BST dan BFST dilakukan 3 kali untuk tiap substrat dengan tujuan mendapatkan tiga lapisan pada substrat, kemudian substrat di ambil dengan menggunakan pinset untuk menghindari sentuhan secara langsung pada permukaan substrat yang telah ditetes dan ditempatkan di atas hotplate untuk dipanaskan 15 menit dengan tujuan menguapkan sisa larutan yang masih tersisa sehingga mendifusikan larutan BST dan BFST.
3.4.4. Proses annealing Proses annealing pada suhu yang berbeda menghasilkan karakterisasi film tipis yang berbeda pula dalam dalam hal struktur kristal, ketebalan dan ukuran butir. Struktur kristal, ketebalan dan ukuran butir ini akan berpengaruh pada sifat listrik dari film tipis. Pada penelitian ini, untuk mendapatkan struktur kristal maka film tipis yang telah mengalami proses spin coating diannealing pada suhu 850oC dengan laju pemanasan 100oC/jam dan ditahan selama 15 jam. Proses annealing dilakukan secara bertahap. Pemanasan dimulai dari suhu ruang kemudian dinaikan hingga suhu annealing yang diinginkan dengan kenaikan suhu pemanasan yang disesuaikan setelah didapatkan suhu 850oC kemudian suhu pemanasan ditahan konstan hingga 15 jam. Kemudian dilakukan furnace cooling selama 9 jam sampai didapatkan kembali suhu ruang yakni 35oC seperti tampak pada gambar 3.1. Penelitian ini menggunakan furnace model Vulcan 3-310. Dalam proses annealing ada beberapa metode yang memanfaatkan deposisi dari fasa uap atau penembakan langsung dengan partikel, ion, atau radiasi yang diuraikan, setiap proses yang dibahas terdiri dari tiga tahapan yaitu : sumber bahan untuk lapisan, bahan tersebut dipindahkan dari sumber ke permukaan substrat dan bahan pelapis berpenetrasi dan memodifikasi permukaan substrat atau membentuk lapisan penutup.
18
Untuk lebih memahami proses annealing maka dapat dilihat pada Gambar 3.1 di bawah ini :
Gambar 3.1 Proses annealing
3.4.5. Proses metalisasi dan pemasangan kontak Proses selanjutnya adalah metalisasi yang bertujuan membentuk lapisan katoda dan anoda pada film tipis yang didadah Fe2O3. Proses metalisasi menggunakan uap alluminium agar film tipis dapat dipasang kontak berupa kabel berukuran serat tipis dengan tujuan mempermudah dalam karakterisasi sesuai kebutuhan penelitian.
3.5. Karakterisasi Film Tipis BST 3.5.1 Karakterisasi sifat optik Karakterisasi sifat optik ini meliputi karakterisasi spektrum reflektansi (pemantulan) dan spektrum absorbansi (penyerapan). Hal ini dilakukan untuk melihat spektrum serapan film tipis pada rentang panjang gelombang cahaya tertentu, yang selanjutnya dijadikan dasar untuk memilih sifat optik yang paling baik dari berbagai variasi doping untuk digunakan dalam aplikasi film tipis ketika bekerja terhadap cahaya. Pada penelitian ini digunakan spectrofotometer UV-VIS Ocean Optic USB 1000 untuk melihat spektrum serapan film tipis BST pada daerah panjang gelombang cahaya tampak (390 – 780 nm).
19
3.5.2 Karakterisasi konstanta dielektrik film tipis BST Penentuan konstanta dielektrik ε dilakukan dengan penyusunan rangkaian elektronik dan film tipis. Perhitungan konstanta dielektrik dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan : I = Ioe-t/RC
(3.1)
Nilai maksimun dapat dihitung pada persamaan I = , = Ioe
(3.2)
dan dapat dihubungkan dengan; t = RC, atau C = dari hubungan C = ε
0
(3.3) (3.4)
3.5.3. Karakterisasi arus-tegangan Karakterisasi arus tegangan dilakukan untuk melihat sifat dominan dari film tipis BST. Pengukuran arus-tegangan film tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 menggunakan Keithley’s Source Meter family model 2400. Pengukuran ini dilakukan pada kondisi gelap dan terang. Intensitas cahaya yang jatuh di permukaan film pada kondisi terang adalah sebesar 578 lux. Tegangan pencatu yang diberikan film tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 adalah dari -12 V sampai +12 V dengan kenaikan 0,5 V. Film tipis BST memiliki spektrum serapan panjang gelombang yang lebar mulai dari Ultra violet sampai infra merah (Syahfutra 2009 dan Irzaman 2008) dengan demikian film tipis akan memiliki respon pada panjang gelombang di luar daerah cahaya tampak.
3.5.4. Karakterisasi konduktivitas listrik Nilai konduktansi G diukur dengan LCR meter. Data konduktansi film tipis yang didapatkan dapat digunakan untuk menghitung nilai konduktivitas listrik menggunakan persamaan (2.1), kemudian dibandingkan dengan data literatur apakah film tipis yang terbentuk termasuk bahan konduktor, semikonduktor atau bahan isolator sesuai gambar 2.4.
20
3.5.5. Karakterisasi sifat struktur (XRD, SEM, dan EDAX) Karakterisasi sifat struktur meliputi : Karakterisasi XRD untuk menentukan model struktur kristal film tipis yang telah dibuat dan dari hasil pengujian dapat digunakan untuk mencari indeks miller dan parameter kisi struktur kristal film tipis BST. Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) dan EDAX untuk mengetahui pencitraan permukaan serta susunan bahan film tipis yang terbentuk.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Karakteriasi Sifat Optik Film Tipis BST Film Tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 yang diannealing dengan temperatur 850oC dapat terbentuk oleh serapan maksimum yakni: serapan terjadi pada panjang gelombang cahaya tampak warna hijau 500 nm pada silikon tanpa pendadah seperti sedangkan silikon dengan pendadah ferium 2,5% terabsorbansi pada panjang gelombang 600 nm sampai 800 nm. Kemudian menurun pada suhu yang tinggi, untuk BST dengan pendadah ferium 5% ternyata mengalami penyerapan pada panjang gelombang 410 nm lalu menurun pada suhu tinggi. Si film tipis dengan pendadah Fe 7,5% dan 10% hampir mengalami penyerapan yang sama, walaupun film tipis dengan pendadah 7,5% mengalami dua kali puncak pada panjang gelombang 410 nm dan 430 nm seperti pada gambar 4.1.(a). Hasil spektrum reflektansi mempengaruhi bentuk spektrum serapan film tipis BST (Chaidir 2008). Dapat pula diketahui daerah serapan efektif dari spektrum reflektansi yang ditunjukkan pada gambar 4.1. (b), yang mana nilai reflektansi ini merupakan kebalikan dari absorbansi. Nilai absorbansi maksimum terjadi pada saat reflektansi minimum. Artinya pada saat terjadi sedikit pemantulan, terjadi penyerapan yang optimal pada rentang panjang gelombang tertentu.
Gambar 4.1. (a).
22
Gambar 4.1. (b). Gambar 4.1.
Spektrum; (a) absorbansi, dan (b) reflektansi; film tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 yang didadah Fe2O3 terhadap panjang gelombang (nm).
4.2. Sifat Listrik Film Tipis BST 4.2.1 Karakteristik arus-tegangan film tipis BST Pengukuran kurva arus-tegangan menggunakan alat I-V meter. Pengukuran tersebut dilakukan dengan dua perlakuan yaitu pada kondisi gelap dan kondisi terang yang disinari dengan lampu neon 100 watt. Tegangan pada sumbu horizontal merupakan variable bebas. Dari hasil pengukuran arus tegangan, film tipis menunjukkan kurva dioda baik pada kondisi gelap maupun kondisi terang seperti pada gambar 4.2.(a), 4.2.(b), 4.2.(c), 4.2.(d), 4.2.(e). terbentuknya kurva diode ini menunjukkan telah terbentuknya persambungan semikonduktor tipe-p dari substrat dengan semikonduktor tipe-n pada film tipis. Persambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n dikenal dengan nama p-n junction, maka karakteristik film tipis yang dibuat sama dengan karakteristik dari dioda yang merupakan gabungan antara dua elektroda yaitu anoda dan katoda. Hasil pengukuran ini menunjukkan film tipis bersifat fotodioda, dengan menunjukkan adanya pergeseran karakteristik kurva dioda ketika diberi cahaya dengan intensitas 580 lux. Bergesernya kurva dioda saat kondisi terang karena adanya tambahan arus pada pita konduksi dari pita valensi.
23
Tambahan arus pada pita konduksi ini disebabkan oleh tereksitasinya elektron pada pita valensi ke pita konduksi karena energi foton yang datang lebih besar dari pita terlarangnya. Dari kelima sampel di bawah ini, walaupun perlakuannya berbeda yaitu BST murni maupun didadah menunjukkan sifat yang homogen yakni hampir menunjukkan kurva linier ketika diberi cahaya lampu. Pada kurva yang diperoleh dapat dilihat adanya pergeseran antara kurva yang diperoleh pada kondisi disinari dan pada kondisi gelap. Hal ini menunjukkan seberapa besar sensivitas atau kepekaan film tipis terhadap cahaya yang datang pada permukaan film tipis.
Gambar 4.2. (a)
24
Gambar 4.2. (b)
Gambar 4.2. (c)
25
Gambar 4.2. (d)
Gambar 4.2. (e) Gambar 4.2.
Kurva karakterisasi I-V film tipis BST, doping Fe2O3: (a) 0 %, (b) 2,5 %, (c) 5%, (d) 7,5 %, (e) 10 %.
Pada film tipis murni maupun yang didadah Fe2O3 dengan temperatur 850oC, kenaikan arus foton cukup besar pada cahaya dengan intensitas kurang dari 3000 lux, maka dari keseluruhan kurva di atas menunjukkan bahwa film tipis BST bersifat fotodioda.
26
4.2.2. Pengukuran Konduktivitas Listrik Pada perhitungan nilai konduktivitas listrik yang didapat dari pengukuran konduktansi, dapat dilihat bahwa yang paling tinggi adalah film tipis BST yang didadah ferium 7,5%, dengan kisaran nilai kondukivitas listrik 429x10-6 S/cm. Tertinggi kedua adalah film tipis BST dengan didadah Fe2O3 10% pada rentang 372x10-6 S/cm. konduktivitas tertinggi ketiga adalah film tipis BST dengan didadah ferium 5%, yaitu pada rentang 339x10-6 S/cm. Selanjutnya BST yang didadah Fe2O3 2,5% pada rentang nilai konduktivitas listrik 150x10-6 S/cm dan urutan terakhir adalah pada rentang 92x10-6 S/cm pada film tipis BST murni tanpa pendadah. Dari nilai konduktivitas listrik hasil perhitungan dari konduktansi, diperoleh selang nilai konduktivitas pada orde 10-6 S/cm. hal ini menunjukkan bahwa film tipis BST dan film tipis BST yang didadah Fe2O3 (BSFT) termasuk golongan semikonduktor dengan orde konduktivitas pada rentang semikonduktor.
Gambar 4.3.
Hubungan antara konduktivitas listrik film tipis BST terhadap variasi konsentrasi pendadah Fe2O3
27
4.2.3. Pengukuran ketebalan film dan konstanta dielektrik Gambar ketebalan film tipis di bawah ini menunjukkan semakin besar doping yang diberi makan akan meningkatkan ketebalan, sedangkan untuk gambar kurva dielektrik adalah untuk menunjukkan perbedaan antara doping pada lempengan tipis. Disini dapat di lihat bahwa pemberian doping Fe2O3 5% dapat memberikan pengaruh ketebaan pada film tipis. Gambar 4.4 (a) menunjukkan hubungan ketebalan terhadap variasi doping ferium. Dapat terlihat bahwa ketebalan pada rentang 10-6 m (𝞵m) yang berati film BST ini termasuk kedalam golongan film tipis.
Gambar 4.4. (a).
Gambar 4.4.(b). Gambar 4.4. Hubungan (a) ketebalan, dan (b) konstanta dielektrik, pada film tipis BST terhadap variasi konsentrasi pendadah Fe2O3.
28
Konstanta dielektrik (ε) yang diperoleh ketika diberi tegangan berbeda menghasilkan nilai ε yang berbeda pula. Analisis data dielektrik dalam gambar 4.4.(b) terlampir dalam lampiran 2. Pada gambar 4.4.(a) dan 4.4.(b) dapat terlihat bahwa ketebalan film tipis BST berbanding lurus terhadap nilai konstanta dielektrik. Nilai konstanta dielektrik merupakan gambaran material karena dapat menyimpan muatan listrik seiring dengan salah satu fungsi kapasitor sebagai penyimpan muatan. Sifat kapasitor pada film tipis muncul akibat persambungan p-n antara silikon dan film tipis. Film tipis yang bertipe–n memiliki muatan negatif bebas yaitu elektron dan substrat silikon memiliki muatan positif bebas yaitu hole. Tepat pada daerah sambungan dan sekitarnya terjadi difusi yang mengakibatkan adanya rekombinasi, yaitu penggabungan elektron dan hole lalu hilang. Dengan rekombinasi ini, di sekitar daerah sambungan tidak ada lagi muatan-muatan bebas dan yang tertinggal hanyalah ion-ion statik; yaitu ion-ion dari atom donor dan akseptor. Daerah sambungan seperti ini disebut dengan lapisan deplesi. Karena daerah deplesi mengandung muatan positif statik pada salah satu sisi dan muatan negatif pada sisi lain, maka timbul medan listrik pada daerah deplesi.
4.3. Analisis Sifat Struktur 4.3.1. Hasil X-Ray diffraction ( XRD ) Pengukuran XRD dilakukan di ruang vakum dengan tujuan untuk mengurangi tumbukan antar partikel. Puncak-puncak difraksi yang teramati mengidentifikasikan partikel film tipis BST memiliki distribusi orientasi kristal. Gambar di bawah ini menunjukkan bahwa pengukuran XRD dalam penelitian ini terdapat lima puncak yaitu pada 31,610, 38,330, 44,550, 64,970 dan yang terakhir pada 78,150
29
Gambar 4.5. Kurva XRD film tipis BST
Tabel 4.1.Analisis data XRD film tipis BST No Puncak
2Ɵ
Ɵ
Sin22Ɵ
Sin2Ɵ
Sin2Ɵ
Sin2Ɵ/3
Sin2Ɵ/4
Sin2Ɵ/5
Sin2Ɵ/A
s
hkl
/2
1
31.61
15.81
0.27472
0.07418
0.03709
0.02473
0.01855
0.01484
2.06521
2
110
2
38.33
19.17
0.38464
0.10777
0.05389
0.03592
0.02694
0.02155
3.00039
3
111
3
44.55
22.28
0.49215
0.14368
0.07184
0.04789
0.03592
0.02874
4.00002
4
200
4
64.97
32.49
0.82099
0.28845
0.14423
0.09615
0.07211
0.05769
8.03045
8
220
5
78.15
39.08
0.95783
0.39732
0.19866
0.13244
0.09933
0.07946
11.06138
11
311
Σ
Dari tabel diatas maka diperoleh nilai konstanta kisi dengan persamaan sebagai berikut : √
√
Maka hasil XRD menunjukkan bahwa BST yang didadah ferium oksida memiliki struktur kristal berbentuk kubus dengan parameter kisi sekitar 4,0648 Å.
30
4.3.2. Hasil Pencitraan SEM dan EDAX Pada hasil pencitraan SEM, dapat diketahui morfologi film tipis seperti yang dapat dilihat pada gambar 4.6.(a), 4.6.(b), 4.6.(c), 4.6.(d), 4.6.(e) di bawah ini menunjukkan susunan bahan yang muncul seperti Ba, Sr, TiO3 dan Fe.
Gambar 4.6. (a) BST murni
31
Gambar 4.6. (b) BST didadah 2,5% Fe2O3
32
Gambar 4.6. (c) BST didadah 5% Fe2O3
33
Gambar 4.6. (d) BST didadah 7,5% Fe2O3 Hasil SEM menunjukkan permukaan yang retak-retak tidak merata, hanya pada gambar 4.5.(d) dengan pemberian pendadahan ferium oksida 7,5% permukaan terlihat menggumpal. Sedangkan EDAX menunjukkan susunan bahan dari film tipis, dari hasil pada gambar ternyata dari doping Fe2O3,5% sampai doping 10% terdapat susunan bahan yang selalu muncul, kecuali pada BST murni.
34
Gambar 4.6. (e) BST didadah 10% Fe2O3 Gambar 4.6.
Hasil SEM dan EDAX untuk BST dengan pendadah Fe2O3 (a) 0 % (murni); (b) 2,5%; (c) 5%; (d) 7,5%; (e) 10%.
Hasil SEM pada BST yang didadah ferium oksida dilakukan untuk mengetahui secara kuantitatif bagaimana jumlah dan struktur kristal sesuai dengan penambahan doping Fe2O3. Dapat diketahui bahwa penambahan pendadah ferium oksida dapat mempengaruhi susunan kristal film tipis.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa uji sifat listrik film tipis
BST dan struktur kristal fotodioda dengan variasi pendadahan ferium menggunakan metode chemical solution deposition (CSD) maka film tipis BST merupakan semikonduktor ,karena mempunyai nilai konduktivitas listrik dalam selang semikonduktor. Spektrum serapan Ba0,5Sr0,5TiO3 (BST) terjadi pada daerah cahaya tampak. Hasil XRD menunjukkan bahwa BST berstruktur kubus dengan parameter kisi 4,0648 Å. Hasil SEM dan EDAX menunjukkan bahwa BST yang didadah ferium oksida sesuai dengan banyaknya penambahan pendadah ferium. Karakterisasi arus-tegangan dan konduktivitas listrik dari film tipis merupakan fotodioda, sehingga layak untuk digunakan sebagai bahan dasar pembuatan sensor dalam berbagai aplikasi device elektronik.
5.2
Saran Penelitian lanjutan tentang BST sangat diharapkan agar dapat membantu
menyediakan bahan dasar yang nantinya digunakan dalam industri elektronik terutama yang berkaitan dengan sensor. Perlu diperhatikan hal-hal yang mungkin dapat mempengaruhi nilai akurasi sensor yang menggunakan film tipis BST yaitu: jarak waktu antar kegiatan, timbangan elektronik yang tidak stabil, karena ini merupakan hal-hal yang bisa saja terabaikan sehingga dikhawatirkan mengurangi nilai keabsahanya.
DAFTAR PUSTAKA Aep. 2008. Uji Sifat Listrik dan Optik Ba0.25Sr0.75TiO3 yang didadah Niobium (BSNT) ditumbuhkan diatas substra silikon Tipe-P dan gelas korning dengan penerapanya sebagai fotodioda. Agung. 2008. Efek Fotovoltaik dan Piroelektri Ba0,25Sr0,75TiO3 (BST) yang didadah Niobium (BNST) menggunakan metode Chemical Solution Deposition. Ban Z G, Alpay SP. 2002. Phase diagrams and dielectric response of epitaxial barium stronsium titanate films: A theoretical analysis. J Appl Phys 91 (11) : 9288-9296 Bernard Jaffe, William R. Cook, Jr., and Hans Jaffe, Piezoelectric Ceramics, (Academic Press Limited, 1971), pp49-51.6. ibid, p50Kwok KN 1995. Complete Guide To Semikonductor Device. United States Of America : McGraw-Hill, inc. Erviansyah R, 2010. Studi karakteristik sensor cahaya dan sensor suhu berbasis film tipis Ba0,25Sr0,75TiO3 (BST) yang didadah ferium oksida (BFST) menggunakan metode chemical solution deposition Giridharam NV. 2001 Struktural, Morphologi and electrical studies on Barium Stronsium Titanate film by sol-gel technique. Cryst Res Technol 36 (1) : 6577. Irzaman 2008. Studi fotodioda film tipis semikonduktor BST didadah tantalum. Jurn sai Mate Indo 10(2) : 18-24 Irzaman, Arif A, Syafutra H, Romzie M. 2009. Studi konduktivitas listrik, kurva I-V dan celah energy fotodioda berbasis film tipis semikonduktor BST yang didadah gallium menggunakan metode chemical solution deposition (CSD) jurn Apl 5(1):22-30. Irzaman, Y.Davina, A. Fuad, P. Arifin, M. Budiman, and M. Barmawi. 2003. Physical and Pyroelectric Properties of Tantalum Oxide Doped Lead Zirconium Titanate [Pb0,9950(Zr0,525Ti0,465Ta0,010)O3] Thin Film and Its Application for IR Sensor. Physica Status Solidi (a), Germany, 199 (3) 416 424. Kingery W. D., Bowen H. K., and Uhlmann D.R., Introduction to Ceramics, 2nd ed.(John Wiley & Sons, New York), pp 913-973 Kwok KN 1995. Complete Guide to Semikonduktor device. United States of America : McGraw-Hill, inc
38
Moulson A. J. Herbert J. 1990. Electroceramics, Chapman and Hall, pp182-205.8. ibid, pp 182-184. Novianty I, Yani S, Cahyani R, Athiyah Z, Casnan, Fendi, Serah S, Hartono J, Rofiah N, Syahfutra H, Akhiruddin, Irzaman.2010. Electrical properties of photoconductivity based Ba0,5Sr0,5TiO3 thin film doped Fe2O3 as light sensor. Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor Robert WS, 1997. Deposition of Perovskite Thin Films.Department of Ceramic and Materials Engineering, Clemson University Schwartz R W. 1997. Chemical solution deposition of perovskite thin films. Chem Mater 9 (11): 2325-2340. Syafutra H, Irzaman, Darmasetiawan H, Herdianata H, Heriawati F, Hikam M, Arifin P. 2008. Penumbuhan film tipis BST diatas substrat Si (100) tipe-p untuk aplikasi sensor cahaya. Di dalam: peningkatan peran sains dalam pertanian dan industri. Prosiding seminar nasional sains II; Bogor, 14 Nov 2009: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Setiawan A. 2008. Uji sifat listrik dan optic BST yang didadah niobium (BSNT) ditumbuhkan diatas substrat Si (100) tipe-p dan gelas corning dengan penerapannya sebagai fotodioda [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan alam, Institut Pertanian Bogor Thomes W. J., Jr., K. Simmons-Potter, B. G. Potter, Jr., L. S. Weichman, “Transient radiation-induced effects in magnesium-doped lithium niobate,” Proc. of PRICM4, ed. by S. Hanada, Z. Zhong, et. al., 1415-1418, 2001.
LAMPI RAN Lampiran 1. Data Karakterisasi I-V Tegangan (V)
0%
2,5%
5%
7,5%
10%
Arus (A)
Arus (A)
Arus (A)
Arus (A)
Arus (A)
gelap
terang
gelap
terang
gelap
terang
gelap
terang
gelap
terang
-1.00E+01
-5.60E-05
-1.59E-04
-1.11E-04
-1.61E-04
-1.77E-04
-5.04E-04
-1.51E-04
-2.76E-04
-5.14E-04
-1.05E-03
-9.80E+00
-7.12E-05
-1.49E-04
-1.11E-04
-1.58E-04
-1.79E-04
-5.42E-04
-1.52E-04
-2.85E-04
-5.10E-04
-1.09E-03
-9.60E+00
-7.10E-05
-1.49E-04
-1.11E-04
-1.51E-04
-1.71E-04
-6.26E-04
-1.39E-04
-2.67E-04
-4.83E-04
-1.18E-03
-9.40E+00
-6.00E-05
-1.37E-04
-1.02E-04
-1.52E-04
-1.69E-04
-6.19E-04
-1.39E-04
-2.61E-04
-4.85E-04
-1.14E-03
-9.20E+00
-6.80E-05
-1.36E-04
-1.06E-04
-1.43E-04
-1.57E-04
-6.09E-04
-1.34E-04
-2.54E-04
-4.66E-04
-1.10E-03
-9.01E+00
-5.57E-05
-1.28E-04
-9.64E-05
-1.44E-04
-1.58E-04
-5.46E-04
-1.25E-04
-2.41E-04
-4.45E-04
-1.26E-03
-8.80E+00
-6.40E-05
-1.22E-04
-9.86E-05
-1.37E-04
-1.49E-04
-4.85E-04
-1.29E-04
-2.41E-04
-4.42E-04
-1.24E-03
-8.60E+00
-5.96E-05
-1.23E-04
-8.97E-05
-1.28E-04
-1.43E-04
-4.72E-04
-1.17E-04
-2.31E-04
-4.17E-04
-1.20E-03
-8.40E+00
-5.31E-05
-1.14E-04
-8.97E-05
-1.27E-04
-1.42E-04
-4.66E-04
-1.13E-04
-2.16E-04
-4.07E-04
-1.18E-03
-8.20E+00
-5.60E-05
-1.15E-04
-8.66E-05
-1.16E-04
-1.33E-04
-4.40E-04
-1.13E-04
-2.16E-04
-4.01E-04
-1.14E-03
7.80E+00
1.12E-04
2.55E-04
1.04E-04
1.13E-04
4.29E-05
6.49E-05
5.94E-05
9.40E-05
1.67E-04
4.61E-04
8.00E+00
1.17E-04
2.67E-04
1.08E-04
1.23E-04
3.51E-05
7.42E-05
6.41E-05
8.83E-05
1.74E-04
3.93E-04
8.20E+00
1.28E-04
2.73E-04
1.18E-04
1.20E-04
4.49E-05
7.09E-05
7.09E-05
9.63E-05
1.95E-04
4.16E-04
8.40E+00
1.25E-04
2.89E-04
1.17E-04
1.32E-04
4.45E-05
8.58E-05
6.39E-05
1.02E-04
2.13E-04
4.44E-04
8.60E+00
1.33E-04
2.98E-04
1.27E-04
1.33E-04
4.38E-05
8.66E-05
7.28E-05
9.79E-05
2.74E-04
4.75E-04
8.80E+00
1.41E-04
3.22E-04
1.31E-04
1.41E-04
5.19E-05
9.63E-05
7.37E-05
1.12E-04
2.93E-04
4.91E-04
9.00E+00
1.45E-04
3.34E-04
1.36E-04
1.50E-04
4.87E-05
1.04E-04
7.09E-05
1.10E-04
2.43E-04
5.31E-04
9.20E+00
1.51E-04
3.00E-04
1.46E-04
1.51E-04
5.22E-05
1.05E-04
8.19E-05
1.17E-04
3.02E-04
5.56E-04
9.40E+00
1.50E-04
3.67E-04
1.45E-04
1.64E-04
5.79E-05
1.19E-04
7.82E-05
1.24E-04
2.80E-04
5.55E-04
9.60E+00
1.62E-04
3.86E-04
1.57E-04
1.66E-04
5.29E-05
1.27E-04
8.26E-05
1.20E-04
3.70E-04
6.07E-04
9.79E+00
1.59E-04
4.29E-04
1.64E-04
1.75E-04
6.57E-05
1.31E-04
9.06E-05
1.35E-04
4.05E-04
6.44E-04
1.00E+01
1.68E-04
5.30E-04
1.68E-04
1.87E-04
6.39E-05
1.49E-04
8.38E-05
1.33E-04
4.07E-04
6.78E-04
………………. ……………….
41
Lampiran 2. Data dan contoh perhitungan pengukuran konstanta dielektrik film tipis Ba0,5Sr0,5TiO3
Kurva dielektrik silikon murni
42
Kurva dielektrik film tipis BST m1
= 0,1218 gr
m2
= 0,1110 gr
R
= 2 kOhm
Afilm tipis = 1,02 cm2 Akontak
= 5 mm2 = 5 x 10-6 m2
ρft
= 6,02 gr/cm3
ε0
= 8,85 x 10-12 f/m
V
= 0,63 . (Vo) = 0,63. (6) = 3,78 volt
Jadi jika diplot digambar maka didapatkan : τ
= 0,5 µs = 0,5 x 10-6 s = 5 x 10-7 s
CBST
=
d
=
= 2,5 x 10-10 F
=
= 1,759 x 10-3 cm = 1,759 x 10-5 m
=
Konstanta dielektrik (ε) ε =
=
= 103,47
43
Kurva dielektrik film tipis BST didadah Fe 2,5% m1
= 0,1234 gr
m2
= 0,1211 gr
R
= 2 kOhm
Afilm tipis = 1 cm2 Akontak
= 4 mm2 = x 10-6 m2
ρft
= 6,02 gr/cm3
ε0
= 8,85 x 10-12 f/m
V
= 0,63 . Vo
= 0,63. 6
= 3,78 volt
Jadi jika diplot digambar maka didapatkan : τ
= 0,5 µs = 0,5 x 10-6 s = 5 x 10-7 s
CBST
=
d
=
= 2,5 x 10-10 F
=
= 3,821 x 10-4 cm = 3,821 x 10-6 m
=
Konstanta dielektrik (ε) ε =
=
= 28,096
44
Kurva dielektrik film tipis BST didadah Fe 5% m1
= 0,1167 gr
m2
= 0,1042 gr
R
= 2 kOhm
Afilm tipis = 0,99 cm2 Akontak
= 6,5 mm2 = x 10-6 m2
ρft
= 6,02 gr/cm3
ε0
= 8,85 x 10-12 f/m
V
= 0,63 . Vo
= 0,63. 6
= 3,78 volt
Jadi jika diplot digambar maka didapatkan : τ
= 0,5 µs = 0,5 x 10-6 s = 5 x 10-7 s
CBST
=
d
=
= 2,5 x 10-10 F
=
= 2,097 x 10-3 cm = 2,097 x 10-5 m
=
Konstanta dielektrik (ε) ε =
=
= 134,434
45
Gambar 4. kurva dielektrik film tipis BST didadah Fe 7,5%
m1
= 0,1230 gr
m2
= 0,1200 gr
R
= 2 kOhm
Afilm tipis = 0,945 cm2 Akontak
= 5 mm2 = x 10-6 m2
ρft
= 6,02 gr/cm3
ε0
= 8,85 x 10-12 f/m
V
= 0,63 . Vo
= 0,63. 6
= 3,78 volt
Jadi jika diplot digambar maka didapatkan : τ
= 0,5 µs = 0,5 x 10-6 s = 5 x 10-7 s
CBST
=
d
=
= 2,5 x 10-10 F
=
= 5,273 x 10-4 cm = 5,273 x 10-6 m
=
Konstanta dielektrik (ε) ε =
=
= 31,018
46
Gambar 5. kurva dielektrik film tipis BST didadah Fe 10%
m1
= 0,1186 gr
m2
= 0,1140 gr
R
= 2 kOhm
Afilm tipis
= 1,045 cm2
Akontak
= 6 mm2 = x 10-6 m2
ρft
= 6,02 gr/cm3
ε0
= 8,85 x 10-12 f/m
V
= 0,63 . Vo
= 0,63. 6
= 3,78 volt
Jadi jika diplot digambar maka didapatkan : τ
= 0,5 µs = 0,5 x 10-6 s = 5 x 10-7 s
CBST
=
d
=
= 2,5 x 10-10 F
=
= 7,312 x 10-4 cm = 7,312 x 10-6 m
=
Konstanta dielektrik (ε) ε =
=
= 35,843
47
Lampiran 3. 1.
Massa Film Tipis BST Sebelum dan Sesudah di annealing
Massa BST sebelum diannealing Kode/Nomor
2.
Massa/gram A
B
C
D
E
1
0,1136
0,1133
0,1167
0,1230
0,1237
2
0,1239
0,1193
0,1202
0,1205
0,1252
3
0,1218
0,1234
0,1139
0,1276
0,1186
4
0,1211
0,1230
0,1196
0,1210
0,1204
5
0,1196
0,1115
0,1193
0,1155
0,0876
Massa BST setelah diannealing Kode/Nomor
Massa/gram A
B
C
D
E
1
0,1111
0,1131
0,1042
0,1200
0,1203
2
0,1219
0,1172
0,1147
0,1178
0,1250
3
0,1110
0,1211
0,1123
0,1270
0,1140
4
0,1218
0,1245
0,1268
0,1166
0,1202
5
0,1162
0,1084
0,1560
0,0990
0,1143
Informasi tambahan: Kode:
A = Film tipis BST tanpa doping B = Film tipis BST didadah ferium 2,5% C = Film tipis BST didadah ferium 5% D = Film tipis BST didadah ferium 7,5% E = Film tipis BST didadah ferium 10%
49
Lampiran 4.
Data Konduktivitas Listrik Film Tipis BST dari pengukuran Konduktansi
Doping Fe2O3 (%)
luas kontak (mm2)
jarak antara 2 kontak (cm)
konduktansi (nS)
konduktivitas listrik (nS/cm)
0
4
0.5
74.3686
92960.75
2,5
4
0.5
120.2433333
150304.1667
5
4
0.5
271.9381
339922.625
7,5
4
0.5
343.2566667
429070.8333
10
4
0.5
298.13
372662.5
Contoh perhitungan Konduktivitas listrik BST murni
Dengan σ = konduktivitas listrik (nS/cm) G = Konduktansi (nS) L = jarak antara 2 kontak (cm) A = luas kontak (cm2)
Untuk data yang lain, dapat dilakukan dengan cara yang sama.
