PROSIDING SEMINAR NASIONAL Penelitian, Pendidikan, dan Penerapan MIPA Tanggal 15 Mei 2010, FMIPA UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

PROSIDING SEMINAR NASIONAL Penelitian, Pendidikan, dan Penerapan MIPA Tanggal 15 Mei 2010, FMIPA UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

ISBN: 978 - 979 - 9314 - 4 - 3

Bidang: Matematika dan Pendidikan Matematika √ Fisika dan Pendidikan Fisika Kimia dan Pendidikan Kimia Biologi dan Pendidikan Biologi

Tema: “Peningkatan Keprofesionalan Peneliti, Pendidik dan Praktisi MIPA Untuk Mendukung Pembangunan Karakter Bangsa"

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta Tahun 2010

PROSIDING SEMINAR NASIONAL Penelitian, Pendidikan, dan Penerapan MIPA Tanggal 15 Mei 2010, FMIPA UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

ISBN: 978 - 979 - 9314 - 4 - 3 Tim Editor: 1. Kismiyantini, M.Si 2. Denny Darmawan, M.Sc 3. Erfan Priyambodo, M.Si 4. Agung Wijaya, M.Pd Tim Reviewer: 1. Dr. Hartono 2. Dr. Ariswan 3. Dr. Endang Wijayanti 4. Dr. Heru Nurcahyo

Tema: “Peningkatan Keprofesionalan Peneliti, Pendidik dan Praktisi MIPA Untuk Mendukung Pembangunan Karakter Bangsa"

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta Tahun 2010

ii

Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 15 Mei 2010

Kata Pengantar

Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga Prosiding Seminar Nasional MIPA Universitas Negeri Yogyakarta (UNY) 2010 ini dapat selesai disusun sesuai dengan tenggat waktu yang telah ditentukan oleh panitia. Seminar Nasional MIPA UNY 2010 diselenggarakan bersamaan dengan peringatan Dies Natalis UNY ke-46. Di usianya yang ke-46 ini, UNY diharapkan mampu berkontribusi dalam usaha pengembangan karakter bangsa demi tercapainya kemajuan, dan Fakultas MIPA yang setiap saat bergelut dengan pengkajian dan pengembangan sains dasar juga dituntut untuk dapat ikut berperan serta dalam usaha ini. Dalam rangka mengangkat tema tersebut, Seminar Nasional MIPA UNY 2010 menampilkan dua makalah utama, yaitu oleh Ir. Sularjo Kerto Atmojo, DESS., M.Sc dari Jurusan Teknik Fisika Institut Teknologi Bandung yang menyampaikan makalah “Pendidikan dan Penelitian Sains untuk Mendukung Pembangunan Karakter Bangsa” dan “Sains dan Pengembangan Karakter Bangsa” yang disampaikan oleh Dr. M. Ali Joko Wasono dari Jurusan Fisika Universitas Gadjah Mada. Diharapkan kedua makalah tersebut dapat memberikan gambaran jelas bagaimana sains dapat berkontribusi dalam usaha pembentukan karakter bangsa. Selain dua makalah utama yang mengangkat tema pengembangan karakter, dalam seminar ini juga disampaikan hasil kajian dan penelitian dalam bidang MIPA dan Pendidikan MIPA yang dilakukan oleh para peneliti di universitas dan lembaga penelitian yang ada di Indonesia. Makalah-makalah yang disampaikan terbagi atas empat bidang utama, yaitu: bidang matematika dan pendidikan matematika, bidang fisika dan pendidikan fisika, bidang kimia dan pendidikan kimia, serta bidang biologi dan pendidikan biologi. Seluruh makalah yang ada dalam prosiding ini telah disampaikan dalam kegiatan seminar nasional yang diselenggarakan pada tanggal 15 Mei 2010 di Fakultas MIPA UNY. Semoga prosiding ini dapat ikut berperan dalam penyebaran hasil kajian dan penelitian di bidang MIPA dan pendidikan MIPA sehingga dapat diakses oleh khalayak yang lebih luas dan bermanfaat bagi pembangunan bangsa.

Yogyakarta, Mei 2010 Tim Editor

iii


Sambutan Ketua Panitia Bismillahirrohmanirrohim Assalamualaikum Wr. Wb. Yang terhormat Rektor UNY, Yang terhormat Dekan FMIPA, dan yang terhormat para peserta Seminar Nasional FMIPA UNY Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT yang telah mengaruniakan berbagai rahmatNya sehingga dapat terselenggarakan “Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA” tanggal 15 Mei 2010 bertempat di Aula FMIPA, Universiyas Negeri Yogyakarta (UNY), Kampus Karangmalang, Yogyakarta. Selamat berjumpa kembali pada forum Seminar Nasional FMIPA UNY untuk yang sekian kalinya, entah sudah berapa kali kita bertemu dalam suasana seperti ini. Semoga persahabatan, pertemanan dan persohiban kita semakin erat dan berkembang, sebagaimana kata pepatah: musuh satu sudahlah banyak, teman seribu masihlah kurang. Tema Seminar Nasional kali ini Peningkatan Keprofesional Peneliti, Pendidik dan Praktisi MIPA untuk mendukung Pembangunan Karakter Bangsa”. Tema ini sejalan dengan salah satu cita-cita atau visi-misi UNY yang akan menghasilkan lulusan yang berkarakter. Dapat dikatakan UNY merupakan Kampusnya orang yang memiliki karakter. Oleh karena itu, seminar nasional kali ini mendatangkan pembicara yang memiliki kepakaran dalam pembangunan karakter yaitu: Ir. Sularjo Kerto Atmojo, DESS, MSc dari Teknik Fisika ITB dan Dr. Moh. Ali Joko Wasono dari Jurusan Fisika UGM. Bapak Rektor, Bapak Dekan dan Peserta seminar yang terhormat. Seminar kali ini dihadiri oleh 163 pemakalah, dan 79 yang terdiri non-pemakalah dan undangan. Pemakalah dan peserta berasal dari berbagai Universitas, Institusi atau Lembaga Penelitian di Indonesaia, diantaranya: LAPAN, UGM, Univ. Bengkulu, UAD, UII, UPI, UNNES, UNESA, UNIBRW, UNEJ, dan UIN Yogyakarta. Peserta seminar ini berasal dari berbagai bidang MIPA: Matematika, Fisika, Kimia dan Biologi dengan beragam tema atau judul. Seminar ini tidak mungkin terselenggara tanpa bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besar kepada Bapak Dr. Rachmad Wahab, MPd, Rektor UNY dan juga kepada Pembantu Rektor di UNY, Dr. Ariswan, dekan FMIPA dan juga kepada Pembantu Dekan di FMIPA. Sebagai ketua panitia, saya juga menyampaikan rasa terima kasih yang setinggi-tinginya kepada semua anggota panitia yang telah bekerja keras dan ikhlas demi suksesnya pelaksanaan kegiatan ini. Kami menyadari sepenuhnya bahwa terdapat kekurangan, kesalahan dan keterbatasan dilam penyelenggaraan kegiatan ini. Oleh karena itu, kami dengan tulus iklas untuk meminta maaf yang sebesar-besarnya dengan kerendahan hati. Akhirnya, kami berharap seminar nasional ini berjalan dengan lancer, sukses dan bermakna untuk mewujudkan Pendidikan Indonesia lebih gilang-gemilang. Wassalamu’alaikum Wr. Wb. Ketua Panitia Dr. Hari Sutrisno iv


SAMBUTAN DEKAN FMIPA UNY

Pertama- tama marilah kita panjatkan puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan berbagai kenikmatan kepada kita sekalian. Salah satu nikmat yang sekarang kita rasakan adalah nikmat kesehatan sehingga kita dapat menyelenggarakan seminar nasional ini. Selanjutnya perkenankan saya menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih kepada Ketua Panitia beserta seluruh jajaran kepanitiaan seminar nasional penelitian dan pendidikan MIPA yang telah mempersiapkan terselenggaranya seminar nasional ini. Hal ini sangat penting untuk saya sampaikan mengingat FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta (UNY) sedang bekerja keras untuk menggapai pengakuan publik sebagai fakultas yang berkualitas dalam melaksanakan sistem manajemen mutu menuju world class university (WCU). Kualitas di atas adalah kualitas yang berimbang dalam seluruh bidang Tri Darma Perguruan Tinggi, dengan tetap mengedepankan karakter mulia dalam melaksanakannya. Secara khusus perkenankan pula saya sampaikan terima kasih kepada yang terhormat Bapak Ir. Sularjo Kertoatmojo, DESS, MSc, dari Teknik Fiska ITB dan Dr. Moh. Ali Joko Wasono dari Jurusan Fisika FMIPA UGM yang telah berkenan menjadi pembicara kunci pada seminar nasional ini. Seminar nasional dengan tema ”Peningkatan Keprofesionalan Peneliti, Pendidik dan Praktisi MIPA untuk Mendukung Pembangunan Karakter Bangsa” tentu saja akan bermanfaat bagi pengembangan ilmu matematika dan IPA pada masa yang akan datang. Pengembangan tersebut tentu saja baik ditinjau dari sisi materi, penelitian maupun teknologi pembelajarannya dan pembentukan karakter yang mencerminkan sifat- sifat pada ilmu ke-mipa-an itu sendiri. Kita telah paham bahwa pemahaman terhadap ilmu pengetahuan dan teknologi akan dicapai manakala pemahaman terhadap ilmu dasarnya sangat memadai. Dimulai dari persoalan mipa sederhana sampai pada aplikasi bidang Fisika, Kimia, matematika, dan Biologi dalam teknologi yang sesuai dan bahkan pada bidang Ekonomi sekalipun. Oleh karena itu penelitian Bidang MIPA dan teknik pembelajaranya perlu dilakukan terus menerus agar aplikasi pada bidang- bidang di atas dapat dipahami oleh pembelajarnya. Seminar nasional ini harus mampu mendorong para peneliti dan prakstisi pendidikan bidang Matematika dan IPA dapat meramu bidang ini, sehingga mudah dipahami oleh siswa di dalam kelas, mampu melakukan penelitian, dan mengimplementasikan terapannya pada teknologi yang sesuai. Akhirnya saya mengucapkan terima kasih atas partisipasinya dalam seminar yang diselenggarakan oleh FMIPA UNY ini dengan harapan semoga memberikan pencerahan bagi kita khususnya yang selalu telibat dalam penelitian, pembelajaran dan aplikasi bidang MIPA dalam kehidupan kita masingmasing.

Dekan,

Dr. Ariswan NIP 19590914 1988031 003

v


Daftar Isi halaman Halaman Sampul

i

Halaman Editor dan Reviewer

ii

Kata Pengantar

iii

Sambutan Ketua Panitia

iv

Sambutan Dekan FMIPA UNY

v

Daftar Isi

vi

Makalah Utama: 1.

Tatanan Internal dalam Kaitan dengan Budaya, Pendidikan dan Penelitian MIPA U-1

Ir. Soelardjo Kertoatmojo, M.Sc., DESS 2.

Sains Dan Pengembangan Karakter Bangsa U-13

Dr. M. A. J. Wasono Makalah Paralel: Bidang Fisika 01. Kalkulasi Arus Induksi Geomagnet (Geomagnetically Induced Current) Di Indonesia

F-1

Anwar Santoso 02. Variasi Temporal Hidrometeor Di Jogjakarta Dan Hubungannya Dengan Panas Laten Kondensasi

F - 11

Arief Suryantoro 03. Analisis Kekontrasan Termal Wilayah Daratan Dan Lautan Saat Onset Monsun Di Jawa Tengah Dan Jogjakarta Arief Suryantoro, Krismianto dan Erma Yulihastin

F - 21

04. Prospek Penelitian Dan Aplikasi Fotovoltaik Sebagai Sumber Energi Alternatif Di Indonesia F - 31

Ariswan 05. Geoeffectiveness Of Coronal Mass Ejections Released From Super-Active Region Noaa 10486

F - 39

Bachtiar Anwar

vi


06. Struktur Kristal Dan Morfologi Film Tipis Gan Yang Ditumbuhkan Dengan Metoda Hot-Wire Pulsed Laser Deposition F - 47

Dadi Rusdiana 07. Peran GPCP dalam Menentukan Bila Awal Musim Kemarau/Penghujan di Indonesia Terkait dengan Dampak Terjadinya Isu Pemanasan Global

F - 53

Eddy Hermawan 08. Pengembangan Model Interaksi antara Fenomena Monsun, Dipole Mode dan ENSO dalam Mengkaji Perilaku Curah Hujan di Indonesia

F - 63

Eddy Hermawan 09. Studi Awal Pembuatan Keramik Film Tebal (Thick Film) Berbasis Fe2O3 dari Bahan Dasar Lokal untuk Sensor Gas Alkohol Endi Suhendi, Hera Novia1, Dani Gustaman Syarif, dan Djoko H. Prajitno

F - 87

10. Rancangan Alat Bantu Navigasi Bagi Penyandang Tuna Netra Menggunakan Sensor Ultrasonik F - 93

Frida Agung Rakhmadi 11. Rancangan Sistem Kontrol Suhu dan Kelembaban Kandang Ayam (Area Brooding) untuk Meningkatkan Kualitas Ayam Anakan

F - 99

Frida Agung Rakhmadi 12. Perancangan Sistem Observasi Geomagnet Landas Bumi Terintegrasi

F - 109

Harry Bangkit 13. Pengembangan Electronic Tone Gamelan “Guntur Madu” Heru Kuswanto, Agus Purwanto, Sumarna, dan Cipto Budi H

F - 113

14. Profil Bawah Permukaan Berdasarkan Metode Tahanan Jenis Di Tpa Babakan Ciparay Dan Sekitarnya Di Kabupaten Bandung F - 119

Mimin Iryanti dan Nanang Dwi Ardi 15. Kajian Deteksi C2H4, C3H6O dan NH3 dari Gas Hembus Pernafasan sebagai Bio-Marker Penyakit-Dalam dengan Metode Spektroskopi Fotoakustik Laser Mitrayana, M.A.J. Wasono, dan W. Rochmah

F - 123

16. Analisis Data Hasil Pengembangan Peralatan Observasi Geomagnet F - 133

Moh. Andi Aris B.

vii


17. Film Tipis ZnO Didoping Aluminium yang Dibuat dengan Metode Sol-Gel untuk Material Elektroda dalam Piranti Optoelektronik F - 139

P.Sinaga 18. Analisis Kemunculan Badai Magnet Sudden Commencement Dan Gradual Storm Menggunakan Data Magnetometer Biak

F - 145

Setyanto Cahyo P 19. Keterkaitan Antara Medan Magnet Antar Planet Dengan Kecepatan Angin Surya

F - 151

Sity Rachyany 20. Struktur Kristal Dan Sifat Transport Listrik Bahan Polikristal La1-XSrxMnO3 (X=0,1; 0,2 Dan 0,3) Perovskit

F - 157

Sujito 21. Survei Metode Geolistrik Resistivitas Untuk Pendeteksian Pipa Air Terpendam Menggunakan Elektroda Porous Pot Dan Elektroda Logam

F - 163

Sukmaji Anom Raharjo 22. Analisis Data Seismogram Yang Direkam Di Stasiun XMI Untuk Gempa Bumi Di Selat Sunda 19 Juli 2006

F - 169

Supardiyono 23. Pengukuran Rasio Muatan-Massa Elektron e/m Dengan Memanfaatkan Osiloskop Untuk Pendidikan Fisika

F - 177

Suryasatriya Trihandaru 24. Fungsi Partisi Kanonik Lengkap (GCPF, Grand Canonical Partition Function) Untuk Sistem Parafermi Orde Dua

F - 181

R. Yosi Aprian Sari 25. Pengaruh Molaritas Ga2O3 pada struktur kristal dan Morfologi film tipis GaN yang ditumbuhkan dengan teknik Spin Coating

F - 187

Yuyu R. Tayubi dan Dadi Rusdiana 26. Analisis Ekonomi Dan Lingkungan Penerapan Nano Hydro Power Generation

F- 193

Mohammad Taufik 27. Aplikasi Nano Hydro Power Untuk Daerah Terpencil

F- 197

Mohammad Taufik

viii


Bidang Pendidikan Fisika 01. Pembelajaran Fisika Menggunakan Media Interaktif Program Java Applet Pada Konsep Optika Geometri F - 201

Achmad Samsudin 02. Pengaruh Pembelajaran Pemecahan Masalah Secara Kelompok Kooperatif terhadap Kemampuan Pemecahan Masalah Siswa SMA

F - 209

Agus Jauhari dan Andi Suhandi 03. Evolusi Dan Entropi

F - 215

Ahmad Abu Hamid 04. Model Pembelajaran Fisika Berbasis Fenomena untuk Mengembangkan Pemahaman Konsep dan Keterampilan Proses Sains Pebelajar A. Suhandi, I. Kaniawati, Y. R. Tayubi dan Hikmat

F - 225

05. Integral Eliptik, Fungsi yang Sering Terlupakan, Padahal Sangat Berguna dalam Fisika F - 231

A. Suhandi dan Y. R. Tayubi 06. Mengembangkan Peta Konsep Berbantuan Software CMAPTOOLS Versi 5.03 Lite

F - 239

Ani Rusilowati dan Mobinta Kusuma 07. Penilaian Kinerja (Performance Assessment) Pada Pembelajaran Fisika Smp Melalui Kegiatan Laboratorium

F - 247

Asep Sutiadi 08. Strategi Pembelajaran Sains Kontekstual Di Sekolah Berbasis Agama Melalui Implementasi Metode Rukyat Mengunakan Astronomical Telescope (Meade ETX 125-EC) (Studi Kasus Penetapan Awal Bulan Hijriah)

F - 253

Dadan Rosana dan Slamet M.T. 09. Pembelajaran Sains Berbasis Keterampilan Proses Untuk Membangun Landasan Karakter Moral Pada Peserta Didik

F - 267

Suciati 10. Lesson Study Berbasis MGMP Ipa Merupakan Wahana Peningkatan Profesionalisme Guru

F - 273

Edi Istiyono

ix


11. Profil Dosen Pada Program Studi Fisika Di Indonesia F - 281

Heru Kuswanto 12. Pembuatan Miniatur Jaringan Listrik Rumah Tangga Untuk Meningkatkan Pemahaman Siswa Tentang Konsep Kelistrikan

F - 285

Hery Kustanto 13. Korelasi Pembekalan Pengetahuan Awal dan Kemampuan Melaporkan Hasil Eksperimen Pada Mahasisiwa Tingkat Dasar di Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI

F - 291

Ika Mustika Sari dan Setiya Utari 14. Content And Pedagogy Analysis Ipa Terintegrasi Hasil Pengembangan Mahasiswa S1 Pendidikan Ipa

F - 303

Insih Wilujeng, Agus Setiawan, Liliasari 15. Kajian Model Perkuliahan Pengajaran Mikro Bagi Calon Guru Fisika RSBI Untuk Meningkatkan Kompetensi Guru Fisika RSBI

F - 313

Juli Astono 16. Pengembangan Dan Penerapan Suplemen Materi Perkuliahan Melalui ELearning Untuk Pemberdayaan Kemandirian Belajar Dan Peningkatan Ketuntasan Belajar Mahasiswa

F - 319

Jumadi 17. Need Assessment Keterampilan Guru Dalam Pembelajaran Mata Pelajaran IPA Berbasis Ideational Learning Pada Smp Rsbi Kelas VII Di Provinsi DIY

F - 325

Jumadi 18. Peningkatan Aktivitas, Motivasi Dan Hasil Belajar Siswa Pada Konsep Listrik Dinamis Dengan Syndicate Group

F - 333

Juniati 19. Identifikasi Penggunaan Inkuiri Sebagai Strategi Dalam Pembelajaran Fisika di SMA Ibu Kartini Semarang

F - 341

Ario Nugroho dan Sumar Hendayana 20. Model Pembelajaran Untuk Meningkatkan Kemampuan Calon Guru Sekolah Dasar Dalam Konsep Ipa Dan Pendidikan IPA

F - 347

Parsaoran Siahaan dan Liliasari

x


21. Kolaborasi Project-Based Learning dan Peer Teaching dalam Perkuliahan Teknologi Pembelajaran IPA untuk Meningkatkan Pemahaman Mahasiswa Tentang Model Pembelajaran dan Keterampilan Mengajar Calon Guru IPA (Science Teacher Candidate) F - 353

Pujianto dan Dyah Purwaningsih 22. Perbedaan Pemahaman Konsep Kelistrikan Pada Pembelajaran Dengan Quantum Teaching

F - 363

Purwanto dan Suparwoto 23. Kemampuan Earth Scince Siswa Indonesia Dalam Timss (Trend Of International On Mathematics And Science Study)

F - 371

Ridwan Efendi 24. Analisis Isi Media Pembelajaran Berbasis Komputer Produksi Pustekkom Depdiknas Rita Nunung Trikusyanti dan Bambang Ruwanto

F - 379

25. Menanamkan Keterampilan Proses Sains Ipa Pada Siswa Dengan Strategi Pembelajaran Outdoor Activities Dalam Kegiatan Lesson Study Berbasis Sekolah (LSBS) F - 385

Supahar 26. Miskonsepsi Guru Ipa Pada Materi Ipba Dengan Menggunakan CRI (Certainly Of Respons Index)

F - 393

Winny Liliawati dan J. A. Utama 27. Studi Bencana Alam dengan Model PPT Berbasis SETS untuk Meningkatkan Kemampuan Berpikir Kritis Siswa Berorientasi Pada Kepedulian Lingkungan

F - 399

Yulia Dwisetyaningrum 28. Efektivitas Bimbingan Tugas Akhir Skripsi (Tas) Mahasiswa Jurusan Pendidikan Fisika FMIPA UNY Yusman Wiyatmo, Mundilarto, Suharyanto dan Eko Widodo

F - 405

29. Penilaian Formatif Yang Terintegrasi Dalam Perkuliahan Fisika-Mekanika F - 415

Subroto 30. Membangun Karakter Bangsa Melalui Kegiatan Laboratorium Sains (Fisika)

F - 421

Suyoso 31. Metode Geolistrik Tahanan Jenis Konfigurasi Wenner Alpha Untuk Menentukan Bidang Gelincir Longsoran Citatah, Bandung Barat

F - 427

Nanang Dwi Ardi, Mimin Iryanti

xi


xii


Struktur kristal dan Morfologi film tipis GaN yang ditumbuhkan dengan metoda Hot-Wire Pulsed Laser Deposition Dadi Rusdiana Jurusan Fisika, FPMIPA UPI, Jl. Dr.Setiabudi 229 Bandung, Indonesia 40154 e-mail : [email protected]

ABSTRAK Telah ditumbuhkan film tipis GaN di atas substrat sapphire (0001) dengan teknik hot-wire pulsed laser deposition dengan temperatur substrat dan hot wire masingmasing 6800 C dan 10000 C. Pengaruh tekanan parsial gas yang divariasikan dari 0,15 mbar sampai 0,35 mbar, ternyata dapat mempengaruhi struktur kristal dan morfologi film. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan, kualitas kristal film tipis mengalami peningkatan apabila tekanan parsial gas nitrogen diperbesar hingga 0,25 mbar yang ditunjukkan dengan munculnya orientasi kristal yang searah dengan sumbu c yaitu (0002) dan (0004), namun ternyata kualitas kristal akan mengalami degradasi apabila tekanan parsial gas diperbesar hingga 0,35 mbar yaitu dengan munculnya orientasi bidang (1011). Hal serupa ditemukan juga pada film yang ditumbuhkan dengan tekanan parsial gas 0,15 mbar tanpa menggunakan filamen pemanas pada aliran gas nitrogen. Hasil karakterisasi SEM menunjukkan pada permukaan film tersebut masih terdapat partikulasi GaN yang terbentuk dengan ukuran 0,1 sampai 0,4 µm, namun pembentukan partikulasi tersebut mulai berkurang apabila tekanan parsial gas diperbesar hingga 0,35 mbar dengan menggunakan filamen pemanas. Kata kunci : GaN, Tekanan parsial gas nitrogen dan hot-wire pulsed laser deposition ABSTRACT The GaN thin films were grown on (0001) sapphire substrates using hot-wire pulsed laser deposition methode. The substrate and hot-wire temperature were around 6800 C and 10000 C respectively. The effects of the nitrogen pressure during growth on the properties of GaN films have been investigated. XRD characterization shows that GaN film with c- axis orientation of (0002) and (0004) occurs if nitrogen gas partial pressure increase up to 0.25 mbar, but the quality of GaN film decrease if gas partial pressure increase up to 0.35 mbar. Similar result was also found for the gas partial pressure of 0.15 mbar without using heater filament at nitrogen gas flow. SEM characterization shows that at the surface of the film, there are GaN particulates of the size of 0.1 – 0.4 µm. Number of particulates decrease if partial gas pressure increases up to 0.35 mbar by using heater filament. Keywords : GaN, The nitrogen gas partial pressure, hot-wire pulsed laser deposition

1. PENDAHULUAN Material GaN dan paduan lainnya akhir-akhir ini banyak diminati orang, karena material tersebut sangat potensial diaplikasikan pada devais fotodetektor serta devais elektronik yang berdaya tinggi. Perkembangan deposisi epitaksi GaN sangat cepat karena adanya teknik deposisi yang mutakhir seperti metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD)(Wu et.al.,1996)), low pressure MOCVD(Kung et.al,1995), dan molecullar beam epitaxy (MBE)(Oberman et.al,1995), pulsed laser deposition (PLD)(Cole et.al.,1997). Pada artikel ini dibahas mengenai teknik deposisi lain yaitu hot-wire pulsed laser deposition (HW-PLD) yang merupakan pengembangan dari teknik PLD konvensional untuk deposisi epitaksi film tipis GaN di atas substrat saphire bidang c (0001). Keistimewaan dari teknik PLD adalah : (1) Proses evaporasi tidak seimbang yang tinggi yang menghasilkan pancaran plasma yang kuat dan adanya transfer komposisi target menjadi deposisi film, (2) adanya kontrol atomiclevel dengan mengatur energi laser dan laju pulsa (pulse rate), dan (3) Proses secara in-situ untuk

F-47

Dadi Rusdiana / Sttruktur Kristal dan …

lapisan struktur banyak (heterostructures) dengan menggunakan target ganda. Dengan adanya keistimewaan yang khas tersebut, maka pada riset ini telah dipelajari pengaruh tekanan parsial gas nitrogen yang dipanaskan dengan filamen pemanas (hot-wire) pada struktur kristal dan morfologi film GaN.

2. METODE Skema dari sistem reaktor PLD ditunjukkan pada gambar 1. Chamber vacuum stainless steel di vakumkan dengan menggunakan pompa rotari hingga mencapai base pressure 5 X 10 –5 Torr. Laser Nd:YAG (λ=355 nm) dengan energi 250 mJ digunakan untuk menguapkan target GaN dengan kemurnian 99,99 %. Penyerapan radiasi laser dengan λ=355 nm oleh target GaN menghasilkan semburan plasma pada bagian permukaan depan target. Target yang akan diuapkan disimpan pada jarak 1-2 cm dari substrat dalam lingkungan gas nitrogen yang telah dipanaskan (1000o C) dengan tekanan yang divariasikan antara 0,15 mbar sampai 0,35 mbar. Substrat yang digunakan adalah sapphire dengan orientasi (0001) yang sebelumnya dietching dengan menggunakan larutan H2SO4 : H3PO4 : DI. Dalam penelitian ini telah ditumbuhkan film GaN dengan ketebalan 90 – 201 nm dengan temperatur substrat 6800 C. Film dikarakterisasi dengan difraksi sinar-X (XRD) menggunakan radiasi CuKα untuk mempelajari struktur kristal dan SEM untuk mempelajari struktur permukaan film GaN sedangkan ketebalan film diukur dengan profilometer DEKTAK IIA. Laser beam

Substrate Heater Focusing lens

Plasma Target

Vacuum chamber

Gambar 1.Skema sistem pulsed laser deposition

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil karakterisasi difraksi sinar-X seperti ditunjukkan pada Gambar 2, nampak sekali bahwa tekanan parsial gas nitrogen dalam reaktor mempengaruhi pola difraksi sinar-X pada masing-masing sampel. Seperti pada sampel (a) yang menggunakan aliran nitrogen 50 sccm tanpa filamen pemanas dengan tekanan parsial gas 0,15 mbar, ternyata film yang tumbuh memiliki orientasi yang masih acak dimana pada film tersebut muncul orientasi kristal (0002) dan (1011) (Gambar 2 (a)), meskipun demikian orientasi dari bidang kristal yang muncul sudah mengarah ke orientasi (0002), hal tersebut diduga terjadi karena energi kinetik dari spesies-spesies GaN yang datang ke substrat masih cukup besar disebabkan energi kinetik atom nitrogen yang masuk reaktor masih rendah, sehingga proses tumbukan antara atom nitrogen dengan spesies-spesies GaN tersebut tidak banyak mempengaruhi laju spesies GaN yang sampai ke substrat. Sehingga akibatnya dengan energi kinetik yang cukup besar maka kedatangan spesies GaN tersebut dapat menimbulkan

F-48


(000 (101

pergeseran kisi yang dapat merusak pertumbuhan film (20). Dengan energi kinetik yang besar tersebut, maka ternyata proses pembentukan partikulasi (particulate) pada film masih terjadi, sehingga nampak pada Gambar 3 (a) masih terdapat partikulasi –partikulasi GaN berbentuk bulatan berwarna putih dengan ukuran bervariasi antara 0,1 sampai 0,4 µm. Apabila digunakan filamen pemanas pada aliran gas nitrogen dengan laju 50 sccm dan tekanan parsial nitrogen 0,15 mbar, ternyata orientasi bidang kristal (1011) tidak muncul (Gambar 2 (b)) sehingga nampak film memiliki orientasi kristal tunggal yaitu (0002) meskipun intensitas puncaknya masih rendah, hal ini menunjukkan bahwa dengan memberikan pemanasan pada aliran gas nitrogen, maka energi kinetik spesies-spesies GaN yang datang ke permukaan substrat mulai berkurang akibat terjadinya tumbukan antara spesies GaN dengan atom-atom nitrogen yang energetik. Sehingga spesies GaN yang datang pada permukaan substrat dengan energi yang tidak terlalu besar akan mengurangi efek kerusakan pada penumbuhan film, hal ini didukung dengan hasil SEM pada permukaan film di mana pembentukan partikulasi pada film sudah mulai berkurang (Gambar 3(b)) . Demikian pula apabila tekanan parsial gas nitrogen diperbesar menjadi 0,25 mbar ternyata intensitas puncak bidang kristal (0002) naik secara drastis (Gambar 2 (c)) dengan FWHM (0002) sekitar 0,4, hal ini menunjukkan bahwa kualitas kristal lapisan epitaksi GaN meningkat. Pada film tersebut proses pembentukan partikulasi sudah tidak muncul (Gambar 3(c)), hal ini menunjukkan terjadinya proses hamburan dari partikel-partikel GaN yang muncul akibat proses ablasi target yang tidak sempurna yang biasa terjadi pada teknik PLD (13). Namun ternyata dengan memperbesar tekanan parsial nitrogen menjadi 0,35 mbar, kualitas kristal lapisan epitaksi GaN mengalami penurunan seperti nampak pada Gambar 2 (d), di mana pada gambar tersebut nampak orientasi bidang kristal (1011) muncul kembali, sedangkan pembentukan partikulasi pada permukaan film sudah tidak terjadi lagi (Gambar 3(d)). (d)

Intensitas

(000

(000

(c)

(000

(b)

(000 (101

(a)

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

2θ θ (deg.)

Gambar 2. Pola difraksi sinar-X pada film tipis GaN yang ditumbuhkan pada temperatur substrat 6800 C dengan variasi tekanan parsial nitrogen tanpa dan dengan bantuan filamen pemanas a) 0.15 mbar ( tanpa pemanasan) , b) 0.15 mbar , c) 0.25 mbar , d) 0.35 mbar. Hal tersebut terjadi disebabkan energi kinetik spesies GaN yang datang ke substrat memiliki nilai optimum untuk menghasilkan film yang berkualitas baik(Huang et.al.,1999),

F-49


sehingga apabila aliran nitrogen lebih diperbesar maka tumbukan antara spesies GaN dengan atom nitrogen yang energetik akan semakin meningkat yang akibatnya energi kinetik spesies GaN yang datang ke substrat akan menjadi rendah jauh di bawah nilai energi kinetik optimum yang diperlukan untuk terbentuknya lapisan epitaksial GaN yang berkualitas baik. Sehingga nampak pada Gambar 4 untuk sampel dengan tekanan parsial gas nitrogen 0,35 mbar laju penumbuhannya cenderung mengalami saturasi.

a

b

1µm c

1µm d

1µm

1µm

Gambar 3. Morfologi permukaan film tipis GaN dengan variasi tekanan parsial nitrogen a) 0.15 mbar (tanpa pemanasan) b) 0.15 mbar c) 0.25 mbar d) 0.35 mbar.

Gambar 4 Morfologi permukaan film tipis GaN dengan variasi tekanan parsial nitrogen a) 0.15 mbar (tanpa pemanasan) b) 0.15 mbar c) 0.25 mbar d) 0.35 mbar.

F-50


4. KESIMPULAN Dari hasil pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa penambahan filamen pada aliran gas nitrogen ternyata dapat memperbaiki kualitas film ditinjau dari segi struktur kristal maupun morfologi film . Hal tersebut terbukti dengan munculnya orientasi kristal film yang sejajar dengan bidang c. Kehadiran partikulasi GaN ternyata dapat direduksi dengan penambahan filamen pada aliran gas nitrogen. REFERENSI Cole,D., Lunney, J.G., 1997, GaN thin films deposited by pulsed laser deposition in nitrogen and ammonia reactive atmospheres, Mater. Sci. Eng., B50,20-24. Huang, T.F., Marshall, A., Spruytte, S., Harris, J.S., 1999, Optical and structural properties of epitaxial GaN films grown by pulsed laser deposition, J. Cryst. Growth., 200, 362-367. Kung,P.,Saxler,A.,Zhang,X.,Walker,D.,Wang,T.C.,Ferguson,I.,Razeghi, Appl.Phys.Lett.66,2958.

M.,

1995,

Oberman,D.B., Lee, H., Gotz, W.K., Harris, J.S.,1995, Molecular beam epitaxy of gallium nitride by electron cyclotron resonance plasma and hydrogen azide, J. Cryst. Growth,150, 912. Wu, X.H., Kapolnek, D., Tarsa, E.J., Heying, B., Keller, S., Keller, B.P., Mishra, U.K.,Speck, 1996, Nucleation layer evolution in metal organic chemical vapor deposition grown GaN, Appl. Phys.Lett., 68, 1371.

F-51


F-52

PROSIDING SEMINAR NASIONAL Penelitian, Pendidikan, dan Penerapan MIPA Tanggal 15 Mei 2010, FMIPA UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

Recommend Documents