Karakterisasi Optik Bahan Ba0.5Sr0.5TiO3 yang Ditumbuhkan di Atas Substrat Silikon Tipe-p (111) yang didadah Niobium Oksida dan Klorofil
AEP SETIAWAN
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Karakterisasi Optik Bahan Ba0.5Sr0.5TiO3 yang Ditumbuhkan di Atas Substrat Silikon Tipe-p (111) yang didadah Niobium Oksida dan Klorofil adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Juni 2016 Aep Setiawani NIM G751140011
RINGKASAN AEP SETIAWAN. Karakterisasi Optik Bahan Ba0.5Sr0.5TiO3 yang Ditumbuhkan di Atas Substrat Silikon Tipe-p (111) yang didadah Niobium Oksida dan Klorofil. Dibimbing oleh IRZAMAN dan HUSIN ALATAS. Barium Stronsium Titanat (BST) merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, serta kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi. Penelitian tentang material ferroelektrik BST telah dikembangkan dan dilakukan sejak tahun 1999 oleh Irzaman dan kawan – kawan, pembuatan BST menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah, dan dilakukan dalam waktu yang relatif singkat. BST dibuat dengan 3 variasi yaitu BST, BST didadah Niobium Oksida dan BST didadah klorofil. Persentase massa pendadah yaitu 5%, 10% dari massa BST. Metode yang digunakan adalah Chemical Solution Deposition (CSD). Proses penumbuhan film tipis dilakukan dengan menggunakan spin Coating, dengan kecepatan 3000 rpm selama 30 detik. Proses penetesan dilakukan sebanyak 3 kali. BST diannealing pada suhu 850oC selama 22 jam waktu penahanan. Hasil karakterisasi XRD menunjukan tidak terjadi pergeseran struktur dari BST yang dibuat, hal ini dilihat dari nilai parameter kisi yang didapatkan yaitu : 4.07 Ǻ untuk BST, 4.07 Ǻ BST didadah 5% niobium oksida, 4.07 Ǻ BST didadah 10% niobium okdida, 4.06 Ǻ BST didadah 5% klorofil dan 4.08 Ǻ BST didadah 10% klorofil. Karakterisasi sifat optik menunjukan dengan adanya penambahan pendadah niobium oksida dan klorofil menyebabkan sifat absorbansi dari BST menjadi menurun, nilai indeks bias naik, dan nilai energi gap mengalami penurunan. Nilai energi gap adalah 2.23 eV BST didadah 5% niobium oksida, 2.05 eV BST didadah 10% niobium oksida, 2.46 eV BST didadah 5% klorofil dan 2.47 eV BST didadah 10% klorofil, dimana nilai energi gap berdasarkan literatur 3.45 eV. Kata kunci: Ba0,5Sr0,5TiO3, Chemical Solution Deposition (CSD), Klorofil, Parameter kisi, Energi gap
SUMMARY AEP SETIAWAN. Optical Characterizations of Niobium Doped and Chlorophyll Doped Ba0.5Sr0.5TiO3 on p-type (111) Silicon. Supervised by IRZAMAN and HUSIN ALATAS. Barium Stronsium Titanate (BST) a material have high constanta dielektric, so high charge storage capacity. The experiment about materials ferroelectric BST had been developed since 1999 by Irzaman et al the making of BST a simple tools, low cost, and short time period. BST made using three kinds of variation they are BST, BST doped Niobium Okside and BST doped Chlorophyll. Presented of mass doped was 5% and 10% from BST mass. The motede used was Chemical Solution Deposition (CSD). The growing of thin film ware using spin coating, with the speed 3000 rpm within 30 seconds. The dropes proces was done 3 times. BST was annealing at 8500 C temperature within 22 hours constantly. The result XRD characterizations showed that structure not shifted, so can looked from Lattice constants value that : 4.07 Ǻ for BST, 4.07 Ǻ BST doped 5% Niobium Okside, 4.07 Ǻ BST doped 10% Niobium Okdide, 4.06 Ǻ BST doped 5% Chlorophyll and 4,08 Ǻ BST doped 10% chlorophyll. The result optic characterizations showed droped absorbance and the value bandgap energy had growing. The value gap energy was 2.23 eV BST doped 5% niobium okside , 2.05 eV BST doped 10% niobium okside, 2.46 eV BST doped 5% Chlorophyll, and 2.47 eV BST doped 10% Chlorophyll, so the bandgap energy from literature 3.45 eV. Keywords
: Ba0,5Sr0,5TiO3, Chemical Solution Deposition (CSD), Chlorophyll, Lattice constants, Bandgap energy
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016 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 IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
Karakterisasi Optik Bahan Ba0.5Sr0.5TiO3 yang Ditumbuhkan di Atas Substrat Silikon Tipe-p (111) yang didadah Niobium Oksida dan Klorofil
AEP SETIAWAN
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Biofisika
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
Penguji Luar Komisi Pembimbing: Dr rer nat Hendradi Hardhienata, SSi MSi
Judul Tesis : Karakterisasi Optik Bahan Ba0.5Sr0.5TiO3 yang ditumbuhkan di atas Substrat Silikon Tipe-p (111) yang didadah Niobium Oksida dan Klorofil Nama : Aep Setiawan NIM : G751140011
Disetujui oleh Komisi Pembimbing
Dr Ir Irzaman, MSi Ketua
Dr Husin Alatas, SSi MSi Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi Komunikasi Pembangunan Pertanian dan Pedesaan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Mersi Kurniati, SSi MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 22 Juni 2016
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan November 2016 ini adalah mengenai karakteristik optik dari Ba0.5Sr0.5TiO3 yang didadah Niobium Oksida dan Klorofil. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Irzaman, MSi dan Bapak Dr Husin Alatas, SSi MSi selaku pembimbing, serta Ibu Dr Mersi Kurniati, SSi MSi dan Bapak Dr rer nat Hendradi Hardhienata, SSi MSi yang telah banyak memberi saran. Di samping itu, penulis sampaikan terima kasih kepada Dosen dan Staff Departemen Fisika IPB yang banyak membantu dalam proses pengambilan data dan admisistras, serta kepada teman – teman S2 Biofisika 2014 yang telah memberikan semangat dan bantuan dalam penulisan karya Ilmiah ini. Penghargaan penulis sampaikan kepada Program Diploma IPB yang telah memberikan bantuan biaya untuk sekolah S2 di Biofisika, Dahrul, Ade Kurniawan dan Johan Iskandar yang banyak memberikan masukan dalam penulisan. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada istri tercinta Yani, dua permata hati (Mahira Azni Kamila (rara) dan Maghfira Adya Anjani (fira) ) yang menjadi penyemangat terbesar dalam hidup, serta keluarga besar tercinta untuk kasih sayang dan semangat yang diberikan. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Juni 2016 Aep Setiawan
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
ix
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
ix
1 PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitan Rumusan Masalah Manfaat Penelitian Ruang Lingkup Penelitian
1 1 2 2 2 2
2 METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitan Bahan Penelitian Alat Prosedur Penelitian
2 2 2 3 3
3 HASIL DAN PEMBAHASAN Prosedur Pembuatan Ekstrak Klorofil Daun Jambu Karakterisasi XRD Karakterisasi Optik
6 6 6 8
4 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran
11 11 12
LAMPIRAN
14
RIWAYAT HIDUP
15
DAFTAR TABEL 1 Massa hasil perhitungan stokiometri 2 Nilai konstanta kisi
4 7
DAFTAR GAMBAR 1 Diagram Alir Penelitian 2 Proses Anneling 3 Hasil XRD BST, BST + 5% Nb dan BST + 10% Nb 4 Hasil XRD BST, BST + 5% klorofil dan BST + 10% Klorofil 5 Nilai absorbansi BST dan BST dengan pendadah 6 Nilai reflektansi BST dan BST dengan pendadah 7 Nilai indeks Bias BST dan BST dengan pendadah 8 Nilai energi gap BST (Hilaluddin M.N. et al. 2011) 9 Nilai energi gap BST + pendadah 5% niobium oksida 10 Nilai energi gap BST + pendadah 10% niobium oksid 11 Nilai energi gap BST + pendadah 5% klorofil 12 Nilai energi gap BST + pendadah 10% klorofil
3 5 6 7 8 8 9 9 10 10 10 11
DAFTAR LAMPIRAN 1 Perhitungan Nilai hkl
14
1 PENDAHULUAN Latar Belakang Barium Stronsium Titanat (BST) merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, serta kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi (Seo J.Y. et al. 2004). Penelitian tentang material ferroelektrik BST telah dikembangkan dan dilakukan sejak tahun 1999 oleh Irzaman dan kawan – kawan, pembuatan BST menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah, dan dilakukan dalam waktu yang relatif singkat (Irzaman et al. 2009, 2011, 2013). Film BST merupakan material ferroelektric yang peka terhadap perubahan intensitas cahaya (Iskandar et al. 2015). Film BST juga memiliki sifat piroelectric dan dapat diaplikasikan sebagai sensor suhu (Kurniawan et al. 2015). Pembuatan lapisan tipis sudah banyak dikembangkan dengan menggunakan metode tertentu. Metode pembuatan lapisan tipis secara umum dikelompokan menjadi dua yaitu metode vakum dan non-vakum. Metode dalam penelitian ini menggunakan metode nonvakum yaitu Chemical Solution Deposition (CSD). Metode CSD memiliki kontrol stokiometri yang baik, mudah dalam pembuatannya serta sintesisnya terjadi pada temperatur rendah (Irzaman, et al. 2014) Barium Stronsium Titanat (BST) telah dianggap salah satu kandidat yang paling menjanjikan untuk pembuatan perangkat. BST mempunyai sifat yang sangat baik diantarannya : dielektrik tinggi, kebocoran rendah dan dapat disesuaikan pada suhu Curie melalui variasi dari komposisi antara barium titanat (BT) dan strontium titanat (ST) (Irzaman, et al. 2013) . Pendadah BST menunjukkan beberapa keuntungan dalam mengurangi kerugian dielektrik, meningkatkan resistivitas, dan meningkatkan kemampuan selaras dielektrik, sehingga secara signifikan dapat meningkatkan sifat dielektrik, yang membuatnya menjadi kandidat potensial untuk elemen microwave (Irzaman, et al .2016) . BST Telah diimplementasikan sebagai perangkat sensor (Ibrahim, et al. 2012, 2014). Penambahan stronsium ke dalam BT pada senyawa BST dapat menurunkan suhu BST pada suhu ruang 25 0C yang mana bisa digunakan sebagai sensor dan sel surya (Itskovsky M.A. 1999, Irzaman, et al. 2015 dan Nuayi Abd. W.et al. 2014). Klorofil yang terdiri dari ikatan zat – zat karbon, hidrogen, nitrogen dan magnesium memiliki aktivitas utama mengubah zat organik dari zat anorganik sederhana dengan bantuan sinar matahari. Klorofil mengubah tenaga radiasi matahari menjadi tenaga kimia melalui proses fotosintesis atau dengan kata lain menyimpan tenaga matahari dalam tumbuh – tumbuhan berupa makanan dan bahan bakar yang nantinya akan muncul sebagai tenaga dalam bentuk kalori sewaktu terjadi pembakaran (Tien, C. 2006) Penelitian yang dilakukan adalah untuk melihat sifat Optik serta diperkuat dengan karakterisasi XRD untuk melihat parameter kisi dari film tipis BST yang didadah Niobium Oksida dan klorofil. Sifat optik dilihat dari celah energi (energi gap) sedangkan parameter kisi dilihat berdasarkan hasil analisis dari XRD. Substrat yang digunakan adalah silikon tipe-p (111) dengan suhu annealing 8500C.
2 Tujuan Penelitan Penelitian ini bertujuan untuk melihat sifat Optik dari film tipis BST yang didadah dengan Niobium oksida dan Klorofil. Rumusan Masalah 1. 2.
Apakah Struktur BST berubah dengan adanya penambahan pendadah Niobium Oksida dan Klorofil? Apakah Nilai energi gap berubah dengan adanya penambahan pendadah Niobium Oksida dan Klorofil? Manfaat Penelitian
Penelitian diharapkan menjadi landasan awal yang memberikan informasi mengenai struktur dan sifat optik BST dan BST didadah Niobium Oksida dan klorofil . Ruang Lingkup Penelitian 1.
2. 3.
Pada penelitian, film BST dibuat menggunakan metode CSD dengan suhu annealing 850 oC, waktu penahanan 22 jam dan dilakukan dalam skala laboratorium . Karakterisasi XRD untuk melihat struktur BST dan BST yang didadah Niobium Oksida dan Klorofil Karakterisasi Optik untuk melihat nilai Indeks Bias dan Energi gap
2 METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitan Penelitian dilakukan bulan Desember 2015 – April 2016. Tempat penelitian dilakukan di Laboratorium Fisika Material Elektronik Departemen Fisika FMIPA IPB. Bahan Penelitian Bahan yang digunakan adalah barium asetat bubuk [Ba (CH3COO) 2, 99%], stronsium asetat bubuk [Sr (CH3COO)2, 99%], Titanium Oksida [TiO2], bubuk Niobium Oksida , Ekstrak klorofil dari daun jambu, 2- metoksietanol, Aquabides, dan tipe-p Si (111) sebagai substrat. Dari solusi BST 1 M (2,5 ml) disintesis dengan mereaksikan barium asetat + titanium dioksida + Pendadah Niobium Oksida dan klorofil sebagai prekursor dan 2- metoksietanol melalui larutan kimia deposisi metode (CSD).
3 Alat Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah pemotong substrat, timbangan, spin coating, mortar, pipet, gelas ukur, tabung reaksi, pinset, spatula, sarung tangan karet, gunting, tisu pembersih, solasi, kertas saring, alat furnace (Vulcan), Spektroskopy UV-Vis (USB-4000) dan XRD (Shimadzu XRD-7000). Prosedur Penelitian
Mulai
Pembuatan Larutan BST dan BST + Pendadah
Persiapan Substrat
Penimbangan Bahan
Pemotongan substrat Si (111) tipe - p Barium Asetat + Stronsium Aseta + Titanium Oksida Dilarutkan dalam 2,5 ml 2-Metoksietanol +Pendadah Niobium Oksida dan Klorofil Dicuci dengan
Aquabides Sonikasi selama 60 menit dengan Bronson 2210
Spin coating larutan di atas substrat Si (111) tipe-p dengan kecepatan 3000 RPM
Annealing dengan suhu 8500C selama 22 jam waktu penahanan
Film BST dengan Pendadah Niobium Oksida dan Klorofil Gambar 1 Diagram alir penelitian Persiapan Substrat Substrat merupakan tempat penumbuhan film agar tumbuh baik dan merata yang kebersihannya harus dijaga. Substrat yang digunakan adalah substrat Si (111) tipe-p. Pertaman-tama, substrat dipotong membentuk persegi dengan ukuran (1x1) cm2, kemudian substrat dicuci dengan menggunakan larutan aquabides dan dikeringkan dengan menggunakan tissu kemudian disimpan di tempat yang telah disediakan.
4 Pembuatan larutan BST Film BST yang ditumbuhkan pada permukaan substrat dengan metode Chemical Solution Deposition (CSD) dibuat dengan cara mereaksikan barium asetat [Ba(CH3COO)2, 99%] sebanyak 0,3193 gram, stronsium asetat [Sr(CH3COO)2, 99%] 0,2571 gram, titanium Oksida [TiO2] 0,1997 gram, serta 2-metoksietanol sebanyak 2,5 ml sebagai bahan pelarut. Penentuan massa berdasarkan perhitungan stokiometri dapat dilihat dari reaksi : 0,5Ba (CH3COO) 2 + 0,5Sr (CH3OO) 2 + TiO2 + 4O2 - BaO0,5Sr0,5TiO3 + 4CO2 + 3H2O Tabel 1 Massa Hasil Perhitungan Stokiometri Massa (gram) Ba(CH3COO)2
Sr(CH3COO)2
0,3193
0,2571
TiO2
Ba0,5Sr0,5TiO3
0,1997
0,5208
Niobium dan Klorofil 5% 10% 0,026 0,0521
Penentuan massa pendadah ditentukan berdasarkan massa BST. Presentasi massa pendadah yaitu 5% dan 10% artinya massa pendadah 5% atau 10% dari massa BST. Penelitian yang dilakukan dibuat 5 Larutan BST, dimana larutan tersebut BST 0%, BST + 5% Niobium Oksida, BST 10% Niobium Oksida, BST 5% Klorofil dan BST 10% Klorofil. Proses Spin coating Proses spin coating bertujaan untuk mendoposisikan larutan BST yang dibuat di atas substrat silikon tipe – p . larutan BST, BST + pendadah diteteskan di atas substat silikon dan di spin coating selama 30 detik sebanyak 3 tetesan/lapisan dengan kecepatan 3000 rpm. Proses Anneling Proses Anneling bertujuan untuk pembentukan kristal pada film tipis BST yang dibuat. Film BST yang telah di spin coating selanjutnya dimasukan ke dalam furnace untuk proses anneling. Suhu maksimum yang digunakan adalah 8500C. Proses anneling dilakukan selama 38 jam. Prosedur pemanasan dimulai pada suhu kamar dan kemudian meningkat secara bertahap dengan kecepatan 1,67 oC / menit hingga mencapai suhu yang diinginkan yaitu 850oC selama 8 jam, setelah itu suhu nya ditahan 8500C selama 22 jam, kemudian diperlukan sekitar 8 jam untuk suhu tersebut kembali ke suhu kamar. Proses anneling dapat di lihat pada Gambar 2.
5
22 Jam Gambar 2 Proses Anneling
Waktu (jam)
Proses karakterisasi Karakterisasi XRD Karakterisasi XRD bertujuan untuk menentukan parameter kisi dari film tipis BST yang dibuat. Parameter kisi ini memberikan informasi mengenai jarak antar atom dari film tipis yang dibuat. Tahapan pelaksanaan uji struktur kristal dengan XRD adalah sebagai berikut: 1. 2.
3.
Sampel diletakkan pada sampel holder dari difraktometer sinar-X. Proses difraksi sinar-X dimulai dengan menyalakan difraktometer. Difraktometer ini menggunakan sumber Cu dengan tegangan 30 kV, arus 30 mA dan panjang gelombang, λ = 1,540 Ǻ. Pada penelitian ini dilakukan pengambilan data pola difraksi dengan cara kontinyu pada daerah sudut hamburan ( 2𝜃) dari 200 – 700 . Diperoleh hasil berupa hubungan antara sudut difraksi 2𝜃 dan intensitas sinar-X yang dipantulkan. Perhitungan parameter kisi menggunakan persamaan (1).
a=Cu/(2A) (1) Dimana a = parameter kisi (Ǻ), Cu = Panjang gelombang Tembaga (1.54060 Ǻ) dan A = Faktor pembagi yang memiliki nilai yang khas dapat dilihat pada Lampiran 1. Karakterisasi optik Karakterisasi optik menggunakan spektrometer UV-Vis USB-4000. Data yang didapatkan dari alat tersebut adalah nilai Absorbansi, Transmitansi, dan Reflektasi. Data Reflektansi digunakan untuk menentukan nilai indeks bias dan energi gap . Nilai indeks bias didapatkan dengan menggunakan persamaan (2). 𝒏=
𝟏+√𝑹 𝟏−√𝑹
dimana : n = nilai indeks bias, R = Reflektansi .
(2)
6 Beberapa penelitian yang telah dilakukan sebelumnya menyebutkan bahwa koefisien absorpsi sebanding dengan nilai dari ln[(Rmax – Rmin)/(R – Rmin)] seperti ditunjukkan pada persamaan (3). 2αt = ln[(𝑅max – 𝑅min )/(𝑅– 𝑅min )] (3) dimana t ketebalan film, Rmax dan Rmin masing-masing nilai maksimum dan minimum dari reflektansi film dan R nilai reflektansi yang bersesuain dengan energi foton. Dengan memplotkan nilai (αhυ)2 pada sumbu-y dan (hυ) pada sumbu-x akan didapatkan garis lurus pada rentang bandgap tertentu. Dengan mengekstrapolasi garis lurus ini pada saat nilai dari [ln {(Rmax – Rmin)/(R – Rmin)}]2 = 0, didapatkan kisaran energi gap dari BST (Vivin, K .et al. 1998).
3 HASIL DAN PEMBAHASAN Prosedur Pembuatan Ekstrak Klorofil Daun Jambu Ekstrak klorofil daun jambu dibuat dengan cara mencuci daun jambu menggunakan air mengalir lalu ditiriskan hingga kering. Daun jambu kemudian dihaluskan menggunakan mortar setelah itu ditimbang dengan perbandingan antara daun jambu halus dengan etanol 96% (1:10) yaitu sebanyak 25 gr daun jambu yeng telah dihaluskan, dimasukkan kedalam botol kaca berisi 250 ml etanol 96%, kemudian botol ditutup dan di kocok sesekali selama 24 jam perendaman. Ampas daun yang telah direndam dipisahkan dari larutan klorofil berwarna hijau. Larutan dimasukkan kedalam tabung sentrifuge dan diputar selama 10 menit. Larutan hasil sentrifuge ditempatkan kedalam cawan petri untuk diuapkan diatas hotplate hingga terbentuk pasta (etanolnya hilang). Ekstrak klorofil digunakan untuk pendadah BST. Massa Ekstrak klorofil digunakan 5% dan 10% dari massa BST berdasarkan perhitungan stokiometri. Karakterisasi XRD
BST + 10% Nb
BST + 5% Nb
BST Gambar 3 Hasil XRD BST, BST + 5% Nb dan BST + 10% Nb
7
BST + 5% Klorofil BST + 5% Klorofil BST Gambar 4 Hasil XRD BST, BST + 5% klorofil dan BST + 10% klorofil Gambar 3 dan 4 didapatkan dari hasil XRD. Dari gambar tersebut diambil nilai 2 𝜃 dari puncak – puncak tertentu. Digunakan pengolahan data dengan MS. Excel dan didapatkan nilai hkl untuk BST tanpa pendadah dan BST dengan pendadah. Metode yang digunakan untuk menganalisis sistem kristal adalah metode analitik. Metode ini dapat digunakan untuk menganalisis sistem kristal, indeks pola difraksi (hkl), dan menentukan parameter kisi suatu kristal. Pengindeksan dengan metode analitik meliputi pengerjaan aritmatik nilai sin2θ yang dicobakan dalam beberapa hubungan persamaan. Dari gambar 2 dan 3 dapat dilihat nilai hkl untuk BST terjadi pada puncak – puncak tertentu berdasarkan literatur . Nilai puncaknya terjadi pada sudut 2𝜃 sekitar 38o, 44o dan 65o. Dari sudut 2𝜃 tersebut berdasarkan persamaan (1) didapatkan nilai konstanta yang tertera dalam Tabel 2. Perhitungan lengkap parameter kisi BST tertera dalam Lampiran 1. Tabel 2 Nilai konstanta kisi
Nilai konstanta kisi hasil eksperimen (Ǻ) BST 4,07
Literatur nilai konstanta kisi BST (Ǻ) (Remmel T.et al.1999)
5% Nb 10% Nb 5% Klo 10% klo 4,07 4,07 4,08 4,06 3,95 Keterangan : Nb = niobium oksida, klo = klorofil
Berdasarkan nilai data dari Tabel 2 dapat dilihat nilai konstanta kisi cenderung tetap untuk BST dan BST + pendadah. Nilai konstanta kisi yang tetap dapat disimpulkan bahwa dengan penambahan pendadah jarak atom yang satu dengan yang lainnya dalam struktur kristal BST cenderung tetap. Jika dibandingkan dengan literatur dari program JCPDS – ICDD terdapat perbedaan yang tidak terlalu signifikan antara hasil eksperimen dengan literatur.
8 Karakterisasi Optik
Gambar 5 Nilai absorbansi BST dan BST dengan pendadah
Gambar 6 Nilai reflektansi BST dan BST dengan pendadah Berdasarkan Gambar 5 dan 6 hasil ploting antara panjang gelombang (m) dengan nilai absorbansi dan reflektansi didapatkan bahwa nilai reflektansi secara umum untuk BST didadah niobium oksida dan klorofil mengalami kenaikan, sedangkan untuk nilai absorbansi mengalami penurunan. Data gambar 4 dan 5 dapat disimpulkan BST yang didadah niobium oksida dan klorofil menurunkan sifat absorbansi.
9
Gambar 7 Nilai indeks bias BST dan BST dengan pendadah Indeks bias menyatakan perbandingan kecepatan cahaya di udara dengan kecepatan cahaya di medium. Berdasarkan persamaan (2) diperoleh Gambar 6. Nilai indeks bias secara umum mengalami kenaikan untuk BST yang didadah dengan nobium oksida dan klorofil. Bertambahnya kerapatan medium BST mengindikasikan adanya pendadah dalam BST, walaupun di furnace sampai suhu 8500C. Nilai indeks bias BST dan BST dengan pendadah berbanding lurus dengan nilai reflektansi.
Gambar 8 Nilai energi gap BST (Hilaluddin M.N. et al. 2011)
10
Gambar 9 Nilai energi gap BST + pendadah 5% niobium oksida
Gambar 10 Nilai energi gap BST + pendadah 10% niobium oksida
Gambar 11 Nilai energi gap BST + pendadah 5% klorofil
11
Gambar 12 Nilai energi gap BST + pendadah 10% klorofil Berdasarkan persamaan (3) pengolahan data Gambar 5 mengenai reflektansi diperoleh nilai energi gap sesuai dengan gambar 9,10, 11, dan 12. Data untuk menentukan nilai energi gap BST kurang bagus, maka menggunakan data literatur. Gambar 8 nilai BST dari literatur. Gambar 9 dan 10 didapatkan plot data yang kurang mulus, maka untuk mendapatkan nilai energi gap menggunakan garis bantuan. Penentuan energi gap berdasarkan hasil ploting antara energi dengan intensitas reflektansi. Ekstrapolasi dilakukan pada kurva yang memiliki gradien tertinggi dan memotong sumbu hv, nilai yang memotong sumbu hv adalah energi gap (Irzaman et al. 2013). Diketahui nilai energi gap untuk BST murni dari literatur 3.45 eV, energi gap BST didoping 5% niobium oksida 2.23 eV, energi gap BST didadah 10% niobium oksida 2.05 eV, energi gap BST didadah 5% 2.46 eV dan energi gap BST didadah 10% klorofil 2.47 eV. klorofil Penambahan pendadah membuat nilai energi gap menjadi berkurang (Setiawan A . 2016). Secara keseluruhan dari data tersebut diketahui dengan adanya penambahan pendadah menyebabkan energi gap semakin berkurang. Berkurangnya energi gap dari BST yang didadah niobium oksida dan klorofil disebabkan karena adanya level energi baru diantara pita valensi dan pita konduksi. Pendadah niobium oksida dan klorofil berperan dalam pembentukan level energi baru antara pita valensi dan pita konduksi.
4 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Berdasarkan data yang didapatkan maka dapat disimpulkan beberapa hal diantaranya penambahan pendadah tidak terlalu berpengaruh terhadap pergeseran nilai konstanta kisi, Penambahan pendadah menyebabkan sifat absorbansi BST menurun dan nilai energi gap menjadi turun.
12 Saran Perlu adanya pengkajian lebih lanjut untuk mengetahui posisi dari pendadah (klorofil) dari struktur BST yang dibuat apakah berikatan dengan BST atau terperangkap dalam ikatan BST dengan melakukan uji FTIR dan EDAX.
DAFTAR PUSTAKA Huck C, Poghossian A, Bäcker M, Reisert S, Schubert J, Zander W, Begoyan VK, Buniatyan VV, Schöning MJ. 2014.Chemical Sensors Based on a High-k Perovskite Oxide of Barium Strontium Titanate. Procedia Eng. 87:28–31. Hilalluddin M.N., Irzaman, Syafutra H. 2011. Pembuatan Sel Surya Berbasis Film Ferroelektrik Barium Strontium Titanate (Ba0,5Sr0,5tio3). Skripsi Sarjana Sains Departemen Fisika IPB. Ibrahim NB, Yusrianto E, Ibarahim Z. 2012. Effect of Different TiO2 Preparation Techniques on the Performance of the Dielectric Bolometer Ba0.6Sr0. 4TiO3 as a Distance Sensor. Sains Malays. 41:1029–1035. Irzaman, Syafutra H., Arif A., Alatas H., Hilaluddin M.N., Kurniawan A.,. Iskandar J, Dahru M.l, Ismangil A., Yosman D., Aminullah, Prasetyo L.B.,. Yusuf A., Kadri T.M. 2014. Formation of Solar Cells Based On Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) Ferroelectric Thick Film. AIP Publishing LLC. 24-34 Irzaman , Syafutra H. , Rancasa E., Nuayi A. W. , NurRahman Tb.G., Nuzulia N. A , Supu I., Sugianto , Tumimomor F. , Surianty , Muzikarno O. And Masrur. 2013. The Effect of Ba/Sr Ratio on Electrical and Optical Properties of BaxSr(1-x)TiO3 (x =0.25; 0.35; 0.45; 0.55) Thin Film Semiconductor. Ferroelektrik, 445 (1), 4-17 Irzaman, Siskandar R., Aminullah, Irmansyah and Alatas H. 2016. Characterization of Ba0.55Sr0.45TiO3 films as light and temperature sensors and its implementation on automatic drying system model. Integrated Ferroelectrics 168:1, 130-150 DOI: 10.1080/10584587.2016.1159537 Irzaman, Pebriyanto Y., Apipah E. R. , Noor I., Alkadri A. 2015. Characterization of Optical and Structural of Lanthanum Doped LiTaO3 Thin Films. Integrated Ferroelectrics, 167(1), page 137-145. Iskandar J, Syafutra H, Juansah J, Irzaman. 2015. Characterization of Electrical and Optical Properties on Ferroelectric Photodiode of Barium Stronsium Titanate (Ba0.5Sr0.5TiO3) Films Based on the Annealing Time Differences and its Development as light Sensor On Satellite Technology. J Proc Env Sci. Vol 24: 324-328. Itskovsky M. A. 1999. Kinetics of Ferroelektric Phase Transsition : Nonlinear Pyroelectric Effect and Ferroelectric Solar Cell. Jpn. J. App. Phy. 38 (8), 4812 – 4817 Joshi GP, Saxena NS, Mangal R, Mishra A, Sharma TP. 2003. Bandgap Determination of Ni–Zn Ferrites. Indian Academy of Sciences. Jurnal Material Scients. 26 (4), pp. 387–389. Kurniawan A, Yosman D, Arif A, Juansah J, Irzaman. 2015. Development and Application of 0.5Sr0.5TiO3 (BST) Thin Film as Temperature Sensor for Satellite Technology. J Proc Env Sci. Vol 24: 335-339.
13 Nuayi Abd. W., Alatas H., Irzaman, and Rahmat M. 2014. Enhancement of Photon Absorption on Ba𝑥Sr1−𝑥TiO3 Thin-Film Semiconductor Using Photonic Crystal. Hindawi Publishing Corporation International Journal of Optics Volume 2014, Article ID 534145. Remmel T, Gregory R, Baumert B. 1999. Characterization of Barium Strontium Titanate Films Using XRD. JCPDS-International Center of Diffraction Data. Seo J. Y., Park S. W. 2004. ChemicalMechanical Planarization Characteristic of Ferroelektrik Film for FRSM Aplication. Journal of Korean Physical Society, Vol 45, No . 3, Page 769-772 Setiawan A. Aminullah, Juansah J., Irzaman. 2016. Optical and Electrical Characterizations of Niobium-Doped Ba0.25Sr0.75TiO3 (BSNT) On P-Type Silicon and Corning Glass Substrates and Its Implementation as Photodiode on Satellite Of LAPAN – IPB. Procedia Enviromental Sciences 33 (2016) 620 – 625 Tien, C. 2006. Makanan dan Perspektif Al Quran dan Ilmu Gizi. Jakarta : Balai Penerbit FKUI Vipin K, Sharma KRS, Sharma TP, Singh V. 1998. Bandgap Determination in Thick Films from Reflectance Measurements, Jurnal Optical Materials 12 (1999). 115-119.
LAMPIRAN
14
Lampiran 1 Perhitungan nilai hkl Perhitungan hkl BST 0% 2θ
intensitas
38,32 44,5 64,88
2θ
θ
18 112 86
intensitas
38,32 44,62 64,86
2θ 38,28 44,48 64,84
2θ 38,22 44,52 64,8
2θ 38,34 44,52 64,86
sinθ
19,16 0,328047 0,107615 0,05380746 0,03587164 0,02690373 0,02152298 0,01793582 0,01537356 0,01345186 22,25 0,378466 0,143237 0,07161841 0,04774561 0,0358092 0,02864736 0,0238728 0,0204624 0,0179046 32,44 0,536174 0,287482 0,1437412 0,09582747 0,0718706 0,05749648 0,04791373 0,04106891 0,0359353
θ
24 118 110
intensitas
sinθ
θ
Perhitungan hkl BST + pendadah Niobium Oksida 5% sin (θ) sin2(θ)/2 sin2(θ)/3 sin2(θ)/4 sin2(θ)/5 sin2(θ)/6 sin2(θ)/7 sin2(θ)/8 sin2(θ)/A
sinθ
θ
sinθ
Perhitungan hkl BST + pendadah Klorofil 5% sin (θ) sin2(θ)/2 sin2(θ)/3 sin2(θ)/4 sin2(θ)/5 sin2(θ)/6 sin2(θ)/7 sin2(θ)/8 sin2(θ)/A
12 50 36
19,11 0,327223 0,107075 0,05353746 0,03569164 0,02676873 0,02141498 0,01784582 0,01529642 0,01338437 3 22,26 0,378628 0,143359 0,07167953 0,04778635 0,03583976 0,02867181 0,02389318 0,02047987 0,01791988 4,01660041 32,4 0,535585 0,286851 0,1434255 0,095617 0,07171275 0,0573702 0,0478085 0,04097871 0,03585637 8,03692382
intensitas
Perhitungan hkl BST + pendadah Klorofil 10% sin (θ) sin2(θ)/2 sin2(θ)/3 sin2(θ)/4 sin2(θ)/5 sin2(θ)/6 sin2(θ)/7 sin2(θ)/8 sin2(θ)/A
22 114 70
θ
sinθ
s
2
19,17 0,328212 0,107723 0,05386153 0,03590769 0,02693076 0,02154461 0,01795384 0,01538901 0,01346538 3 22,26 0,378628 0,143359 0,07167953 0,04778635 0,03583976 0,02867181 0,02389318 0,02047987 0,01791988 3,99243375 32,43 0,536027 0,287325 0,14366226 0,09577484 0,07183113 0,0574649 0,04788742 0,04104636 0,03591556 8,00175511
111 200 220
hkl 3 4 8
s
3,0000 3,9977 8,0215
2
hkl 3 4 8
3,0000 4,0135 8,0098
Perhitungan hkl BST + Pendadah Niobium Oksida 10% sin2(θ) sin2(θ)/2 sin2(θ)/3 sin2(θ)/4 sin2(θ)/5 sin2(θ)/6 sin2(θ)/7 sin2(θ)/8 sin2(θ)/A
19,14 0,327718 0,107399 0,05369939 0,03579959 0,02684969 0,02147975 0,0178998 0,01534268 0,01342485 22,24 0,378305 0,143115 0,07155731 0,04770487 0,03577865 0,02862292 0,02385244 0,02044495 0,01788933 32,42 0,535879 0,287167 0,14358332 0,09572222 0,07179166 0,05743333 0,04786111 0,04102381 0,03589583
s
3,000000 3,993038 8,014198
2
19,16 0,328047 0,107615 0,05380746 0,03587164 0,02690373 0,02152298 0,01793582 0,01537356 0,01345186 22,31 0,379435 0,143971 0,07198546 0,04799031 0,03599273 0,02879418 0,02399515 0,02056727 0,01799637 32,43 0,536027 0,287325 0,14366226 0,09577484 0,07183113 0,0574649 0,04788742 0,04104636 0,03591556
26 116 116
intensitas
sin2(θ) sin2(θ)/2 sin2(θ)/3 sin2(θ)/4 sin2(θ)/5 sin2(θ)/6 sin2(θ)/7 sin2(θ)/8 sin2(θ)/A
111 200 220
hkl 3 4 8
s
111 200 220
hkl 3 4 8
s
111 200 220
hkl 3 4 8
111 200 220
15
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Garut pada tanggal 2 November 1985 dari pasangan Bapak Ende Aji dan Ibu Nyai Uneh. Penulis merupakan putra ketiga dari empat bersaudara. Penulis menempuh pendidikan di SDN Cinagara 2 Garut pada tahun 1992-1998, SLTPN 2 Ciawi Tasikmalaya pada tahun 1998-2001, SMUN 1 Malangbong Garut pada tahun 2001-2004 dan pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa IPB melalui jalur USMI di jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Penegetahuan Alam. Penulis menyelesaikan studi strata satu (S1) pada tahun 2008. Tahun 2009 penulis menjadi pengajar di SMA YPHB Bogor hingga Tahun 2011. Tahun 2011 penulis diterima menjadi staf pengajar di Program Diploma IPB mengajar di Program Keahlian Teknik Komputer. Pada tahun 2014 penulis melanjutkan pendidikan ke Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor Program Mayor Biofisika.
