PEMBUATAN FOTOSENSOR BERBASIS BAHAN FERROELEKTRIK Ba 0,5 Sr0,5 TiO 3 DENGAN IMPURITAS FERIUM OKSIDA (Fe 2 O 3 ) PADA SUBSTRAT SILIKON Si (100) TYPE-P YANG DIAPLIKASIKAN SEBAGAI SENSOR CITRA KAMERA DIGITAL PIKSEL TUNGGAL
IHSAN SURUR
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pembuatan Fotosensor Berbasis Bahan Ferroelektrik Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 dengan Impuritas Ferium Oksida (Fe 2 O 3 ) pada Substrat Silikon Si (100) Type-P yang Diaplikasikan Sebagai Sensor Citra Kamera Digital Piksel Tunggal adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Juli 2012
Ihsan Surur NIM G751090091
ABSTRACT IHSAN SURUR. Photosensor Producing based on Ferroelectric Material of Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 doped by Ferrium Oxide (Fe 2 O 3 ) on a P-Type Silicon Substate Si (100) applied as a Digital Camera with a Single Pixel Image Sensor. Under direction of IRZAMAN and IRMANSYAH. Thin film Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 (BST) doped with Fe 2 O 3 was grown on p-type silicon substrate (100) using chemical solution deposition (CSD). It used the solvent 2-methoxyethanol with annealing temperature of 850°C and the doping treatment Fe 2 O 3 of 2.5, 5, 7.5, 10 % of the mass formed BST. Pure BST had the highest absorption of 600 nm of light wavelength. Additions Fe 2 O 3 moves highest absorption in the range of 560 nm. Fe 2 O 3 addition was strengthening thin film sensitivity to the effects of light. In general, doping Fe 2 O 3 10% was result the best absorbance and current-voltage of BST thin film. Electrical properties of thin films BST include dielectric, photoconductivity, and dissipation energy. Based on the current-voltage (IV) analysis, pure BST and doped BST showed photodiode properties. Dielectric values obtained in the range from 23.32 to 243. Based on electrical conductivity data and energy dissipation, BST thin films have shown photodiode characteristics and are therefore suitable as light sensors. The image sensor in a digital camera is also a light sensor. This BST thin film has been scientifically proven to be a light sensor and also it can be applied as an image sensor. This is a novelty image sensor based on thin film Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 . Keywords : barium strontium titanate, thin film, photodiode, image sensor, digital camera
RINGKASAN IHSAN SURUR. Pembuatan Fotosensor Berbasis Bahan Ferroelektrik Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 dengan Impuritas Ferium Oksida (Fe 2 O 3 ) pada Substrat Silikon Si (100) Type-P yang Diaplikasikan Sebagai Digital Kamera dengan Sensor Citra Piksel Tunggal. Dibimbing oleh IRZAMAN dan IRMANSYAH.
Sensor telah berperan sangat banyak dalam kehidupan modern dewasa ini, dalam lingkupnya yang tidak hanya pada ranah personal kehidupan manusia, akan tetapi juga pada aspek sosial yang dapat bermanfaat pada kelangsungan peradaban manusia itu sendiri. Peran yang vital ini membuat penelitian dunia sensor terus berkembang untuk dapat melintasi semua dimensi keterbatasan-keterbatasan yang mungkin saat ini masih dialami. Dunia pendidikan maupun industri mengambil peran utama dalam kelangsungan suksesi perkembangan sensor yang sudah lintas bidang kejuruan, yang mungkin dulunya hanya terbatas pada ilmu elektro, ataupun MIPA dan sekarang merambah pada semua aspek keilmuan termasuk didalamnya dunia kedokteran. Namun kenyataannya saat ini hampir seluruhnya peralatan dan teknologinya pun itu adalah hasil impor dan masyarakat kita menjadi hanya sebatas konsumen saja tanpa tahu bagaimana dan seperti apa teknologi aplikatif tersebut dibuat dan dikembangkan. Disamping itu banyak penelitian-penelitian mengenai sensor yang dilakukan baik diluar maupun di dalam negeri, salah satunya penelitian sensor berbasis BST. Sumber daya ide kreatif hasil penelitian yang melimpah ini sangatlah sayang jika hanya sebatas pemenuhan tugas akademis saja dan belum memberikan kontribusi yang nyata terhadap dunia industri dalam negeri. Dengan model penelitian yang lebih aplikatif diharapkan dapat memberikan daya tarik terhadap industri dalam negeri untuk dapat merealisasikan hasil penelitian menjadi sesuatu hasil karya bangsa sendiri yang dapat digunakan. Sehingga diharapkan ke depannya negara ini menjadi negara yang tidak selalu tergantung pada negara lain dan dapat mensejajarkan diri dengan negara-negara yang menguasai teknologi. Barium Strontium Titanate (BST) thin film telah lama dipelajari sebagai salah satu material yang dapat diaplikasikan untuk Non Volatile Memory Device, Dynamic Random Access Memory (DRAM), voltage tunable device, Infra Red (IR), fotodioda dan sensor kelembaban. Film tipis BST dibuat dengan metode chemical solution deposition (CSD) dan spin coating di atas substrat Si tipe-p. Dari film tipis BST yang dihasilkan akan dikarakterisasi sifat listrik, optik, dan kepekaan setiap film tipis sehingga dapat dipilih film tipis yang paling baik untuk digunakan sebagai sensor cahaya Hingga saat ini belum dikembangkan secara luas pengaplikasian BST sebagai sensor citra, namun berdasarkan karakteristik dan sifatnya, lapisan tipis BST mampu mengubah besaran foton/cahaya menjadi aliran elektron/sinyal listrik sehingga memungkinkan untuk diaplikasikan sebagai sensor citra. Film tipis BST mudah dibuat dan diproduksi walau dalam skala laboratorium dengan biaya yang masih terjangkau. Di samping itu karakteristik film tipis BST dapat ditentukan berdasarkan jenis dan komposisi BST itu sendiri serta pendadahnya/doping.
Dengan kemampuan film tipis BST sebagai sensor cahaya/fotodioda serta belum adanya penelitian lanjut mengenai aplikasi sensor citra berbasis film tipis BST, hal ini menjadi dasar ide penelitian ini untuk dapat membuktikan pengaplikasian sensor citra berbasis film tipis BST. Berdasarkan hasil uji sensor cahaya lapisan tipis BST pada uji karakteristik sifat optik menunjukan fotodioda BST ini yang memiliki spektral yang dapat merespon cahaya di daerah cahaya tampak dan near-infrared serta memiliki responsivitas puncak pada panjang kisaran gelombang 900nm. Pada uji sifat dielektrik menunjukkan bahwa dielektriknya bertambah seiring pertambahan pendadah Fe 2 O 3 karena muatan positif pada pendadah yang digantikan Ti dengan demikian adanya penambahan konsentrasi pembawa muatan negatif yang menghasilkan peningkatan besar konstanta dielektrik. Maka film tipis yang didadah Fe 2 O 3 memiliki sifat dielektrik yang lebih baik dari pada tanpa pendadah. Pada uji konduktivitas listrik menunjukkan bahwa peningkatan pendadah keseluruhan menghasilkan nilai konduktivitas dengan pemberian radiasi, di mana nilainya lebih besar pada intensitas cahaya yang lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa film tipis BST merupakan bahan semikonduktor yang sensitif terhadap cahaya, sehingga dapat digunakan dalam aplikasi sensor cahaya. Pada uji karakteristik arus-tegangan menunjukkan bahwa terdapat perbedaan yang signifikan antara kondisi gelap dan terang untuk kurva karakteristik IV BST sehingga menunjukkan bahwa film tipis BST sensitif terhadap cahaya, terutama pada pendadah Fe 2 O 3 10%. Kedua perlakukan gelap dan terang menunjukan bahwa film tipis memiliki sifat dioda dengan tegangan knee. Tegangan knee ini memiliki kecenderungan menurun seiring meningkatnya pendadah. Pada pengujian proses pengambilan capture hasil citra yang diperoleh memiliki resolusi 500 x 500 piksel atau sekitar setengah megapiksel. Alat Kamera digital ini memiliki luas penampang retina/focal plane sebesar 2x2 cm yang merupakan luasan daerah yang dipindai oleh sensor. Dengan demikian besar satu pikselnya adalah berukuran 40x40 μm atau 40 μm per piksel. Hasil citra menghasilkan gambar yang kurang detil dan kurang jernih hal ini disebabkan oleh luasan sensor yang digunakan berukuran relatif besar sehingga ukuran satuan pikselnya akan menjadi besar pula, efektif bacaan optimal sensor ini adalah berukuran 1x1 mm. Garis-garis putih dan gambar yang berbayang yang timbul pada hasil citra dikarenakan keterbatasan sistem mekanis saat pemindaian, terdapat bagian gerakan kasar sehingga melompati bagian yang harusnya dipindai. Gerakan setiap sumbu x dan y seharusnya berpindah-pindah setiap jarak 40 μm untuk menghasilkan gambar yang baik. Namun demikian bentuk citra yang diperoleh masih dinilai cukup baik karena bentuknya masih bisa dikenali. Sehingga dengan demikian film tipis BST ini mampu diaplikasikan sebagai sensor citra. Kata kunci : barium strontium titanate, film tipis, fotodioda, sensor citra, kamera digital
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2012 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar bagi IPB. 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
PEMBUATAN FOTOSENSOR BERBASIS BAHAN FERROELEKTRIK Ba 0,5 Sr0,5 TiO 3 DENGAN IMPURITAS FERIUM OKSIDA (Fe 2 O 3 ) PADA SUBSTRAT SILIKON Si (100) TYPE-P YANG DIAPLIKASIKAN SEBAGAI SENSOR CITRA KAMERA DIGITAL PIKSEL TUNGGAL
IHSAN SURUR
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Biofisika
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Akhirudin Maddu, S.Si, M.Si
HALAMAN PENGESAHAN
Judul Tesis : Pembuatan Fotosensor Berbasis Bahan Ferroelektrik Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 dengan Impuritas Ferium Oksida (Fe 2 O 3 ) pada Substrat Silikon Si (100) Type-P yang Diaplikasikan Sebagai Digital Kamera dengan Sensor Citra Piksel Tunggal Nama
: Ihsan Surur
NIM
: G751090091
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Irzaman, M.Si. Ketua
Dr. Ir. Irmansyah, M.Si. Anggota
Diketahui Ketua Program Studi Biofisika
Dekan Sekolah Pascasarjana IPB
Dr. Akhirudin Maddu, M.Si.
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Ujian : 31 Juli 2012
Tanggal Lulus :
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan atas ke hadirat Allah SWT karena atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian ini adalah pengaplikasian sensor, dengan judul Pembuatan Fotosensor Berbasis Bahan Ferroelektrik Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 dengan Impuritas Ferium Oksida (Fe 2 O 3 ) pada Substrat Silikon Si (100) Type-P yang Diaplikasikan Sebagai Sensor Citra Kamera Digital Piksel Tunggal. Terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Ir. Irzaman, M.Si dan Bapak Dr. Ir. Irmansyah, M.Si selaku komisi pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingannya selama ini serta atas kesabarannya dalam mendampingi penyelesaian tugas ini. Bapak Dr. Akhirudin Maddu, S.Si, M.Si selaku ketua program studi atas dukungan dan arahannya. Kepada rekan-rekan Biofisika 2009 dan 2010 atas bantuannya selama ini. Kepada Bapak Setyo Purnomo, M.Hum dan Bapak Drs. Hemi Prasetyo, M.Si selaku atasan penulis serta rekan-rekan kerja di PP-IPTEK atas dukungan dan motivasi selama ini. Ungkapan terima kasih tak lupa pula penulis ingin sampaikan secara khusus kepada ayah, ibu, nenek, kakak, adik serta seluruh keluarga besar yang selalu memberikan do’a, semangat dan kasih sayangnya kepada penulis. Penulis menyadari bahwa tulisan ini sangat jauh dari kesempurnaan. Untuk itu penulis mengharapkan segala kritik dan saran agar dapat memperbaiki kelemahan yang ada. Semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat bagi pembacanya serta dapat memberikan sumbangsih bagi perkembangan keilmuan dan teknologi. Akhir kata, semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat untuk kita semua.
Bogor, Juli 2012 Ihsan Surur
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 19 Juli 1983 dari ayah Drs. Salim Mahmud, M.Si dan ibu Dedah Nurlaela. Penulis merupakan anak ketiga dari empat bersudara. Tahun 2002 penulis lulus dari SMA Negeri 5, Bogor dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih mayor Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan lulus pada tahun 2007. Pada Tahun 2009 penulis berkesempatan untuk melanjutkan studi di program studi Biofisika, Sekolah Pascasarjana IPB. Selama mengikuti perkuliahan di S1, penulis menjadi Asisten elektronika dasar, elektronika lanjut dan elektronika digital dari tahun 2005 hingga tahun 2007. Asisten Multimedia pada tahun ajaran 2005/2006. Asisten Mikroprosesor, Mikrokontroler
dan
Interfacing pada tahun
ajaran
2005/2006.
Asisten
Perancangan Sistem Minimum pada tahun ajaran 2006/2007 serta asisten Komputer Jaringan Cisco pada tahun ajaran 2006/2007. Dan belakangan penulis aktif mengisi seminar mengenai robot di lingkungan IPB. Penulis mulai bekerja di Pusat Peragaan Iptek, Kementerian Riset dan Teknologi dari tahun 2007 hingga sekarang sebagai staf pengembangan peragaan.
xix
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL ...................................................................................... xxi DAFTAR GAMBAR ................................................................................. xxiii DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xxv 1.
PENDAHULUAN ............................................................................. 1 1.1 Latar Belakang............................................................................ 1 1.2 Tujuan Penelitian ........................................................................ 3
2.
TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 2.1 Kamera ..................................................................................... 2.2 Sensor Citra .............................................................................. 2.3 Filter Warna.............................................................................. 2.4 Bahan Ferroelektrik .................................................................. 2.5 Bahan Barium Stronsium Titanat (BST) .................................. 2.6 Bahan Pendadah ....................................................................... 2.7 Ferium Oksida (Fe 2 O 3 ) ............................................................ 2.8 Fotodioda .................................................................................. 2.9 Fotokonduktivitas ..................................................................... 2.10 Penguat Operasional................................................................. 2.10.1 Pengenalan Penguat Operasional .................................. 2.10.2 Op-Amp Ideal ................................................................ 2.10.3 Inverting Amplifier ....................................................... 2.10.4 Non Inverting Amplifier................................................ 2.11 MikroAVR MA-8535 ............................................................... 2.12 Visual Basic 2010.....................................................................
5 5 6 7 8 10 12 13 13 15 17 17 17 18 19 20 21
3.
METODOLOGI PENELITIAN ........................................................ 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian..................................................... 3.2 Alat dan Bahan Penelitian .......................................................... 3.3 Tahapan Penelitian ..................................................................... 3.3.1 Pembuatan Sensor Citra berbasis BST .............................. 3.3.2 Pengujian Sensor ............................................................... 3.3.3 Pembuatan Kamera Digital Piksel Tunggal ..................... 3.3.3.1 Bagian-bagian kamera........................................... 3.3.3.2 Cara kerja kamera ................................................ 3.3.4 Pengujian Kamera ............................................................. 3.3.5 Evaluasi .............................................................................
23 23 23 23 23 26 26 26 28 28 28
4.
HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 4.1 Karakterisasi Sifat Optik Film Tipis BST .................................. 4.2 Karakterisasi Sifat Dielektrik ..................................................... 4.3 Karakterisasi Konduktivitas Listrik ............................................ 4.4 Karakterisasi Hubungan Arus-Tengangan (Kurva I-V) .............
29 29 30 31 32
xx
4.5 Pengambilan Data Gambar .........................................................
34
KESIMPULAN DAN SARAN ..........................................................
39
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................
41
LAMPIRAN ................................................................................................
43
5.
xxi
DAFTAR TABEL
Halaman 1
Jari-jari ion pendadah yang dapat digunakan sebagai soft doping dan hard doping ................................................................................................ 2 Pengaruh pendadah terhadap konstanta dielektrik film tipis BST ............ 3 Tegangan Knee pada pada berbagai tingkat pendadah Fe 2 O 3 ...................
12 30 33
xxiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Prinsip kerja kamera analogi dari prinsip kerja mata ................................. Susunan 30 buah sensor CCD yang digunakan pada kamera citra teleskop Sloan Digital Sky Survey ............................................................ Sensor CCD dan skema kerja sensor CCD ............................................... Sensor CMOS dan skema elektronik sensor CMOS ................................. Jenis filter warna model Bayer dan model CYGM ................................... Cara kerja filter RGB pada sensor citra .................................................... Kurva histerisis film tipis .......................................................................... Chip kapasitor BST .................................................................................... Struktur Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 ............................................................................. Penampang melintang Fotodioda .............................................................. Keadaan fotodioda persambungan p-n ..................................................... Konsep fotokonduktivitas ......................................................................... Rangkaian Inverting .................................................................................. Modul MikroAVR MA-8535 .................................................................... Antarmuka Visual Basic 2010 .................................................................. Proses penumbuhan film tipis .................................................................... Proses annealing ....................................................................................... Prototipe sel Fotovoltaik tampak atas ....................................................... Aplikasi Kamera Digital BST .................................................................... Kurva serapan panjang gelombang film tipis BST ..................................... Kurva nilai dielektrik film tipis BST ......................................................... Kurva Konduktivitas listrik film tipis BST ................................................ Kurva I-V film tipis BST ............................................................................ Setup alat untuk proses capturing .............................................................. Hasil capture citra siluet kucing 1 ............................................................. Hasil capture citra siluet kucing 2 ............................................................. Hasil capture citra siluet citra buah-buahan............................................... Hasil capture citra logo IPB....................................................................... Hasil capture citra patung wisuda IPB....................................................... Hasil capture citra lampu neon ..................................................................
5 6 7 7 8 8 10 11 11 15 15 16 19 21 22 25 26 26 27 30 31 32 33 34 35 35 35 36 36 36
xxv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Diagram alir penelitian............................................................................... Sampel perhitungan nilai konstanta dielektrik ........................................... Diagram alir pembuatan kamera digital piksel tunggal ............................. Diagram alir cara kerja kamera digital piksel tunggal ............................... Gambar desain alat kamera digital piksel tunggal ..................................... Foto alat kamera digital piksel tunggal ...................................................... Tampilan antarmuka aplikasi komputer kamera digital piksel tunggal ..... Uji linearitas potensio geser sumbu x dan sumbu y ................................... Source code pemrograman Mikrokontroler AT Mega 8535 ...................... Source code pemrograman Visual Basic 2010...........................................
47 49 51 53 55 57 59 61 63 69
I. PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Sensor adalah suatu alat atau komponen elektronik yang digunakan untuk
mendeteksi adanya perubahan lingkungan secara fisik, kimia ataupun biologi. Variabel keluaran dari sensor yang diubah menjadi besaran listrik atau nilai tertentu dalam variabel yang ditentukan melalui sebuah sistem yang disebut transduser. Sensor telah berperan sangat banyak dalam kehidupan modern dewasa ini, dalam lingkupnya yang tidak hanya pada ranah personal kehidupan manusia, akan tetapi juga pada aspek sosial yang dapat bermanfaat pada kelangsungan peradaban manusia itu sendiri. Peran yang vital ini membuat penelitian dunia sensor terus berkembang untuk dapat melintasi semua dimensi keterbatasan-keterbatasan yang mungkin saat ini masih dialami. Dunia pendidikan maupun industri mengambil peran utama dalam kelangsungan suksesi perkembangan sensor yang sudah lintas bidang kejuruan, yang mungkin dulunya hanya terbatas pada ilmu elektro, ataupun MIPA dan sekarang merambah pada semua aspek keilmuan termasuk didalamnya dunia kedokteran. Perkembangan teknologi sensor sangat pesat seiring dengan kecanggihan dunia elektronika digital, perkembangan teknologi bahan dan tingkat kebutuhan manusia itu sendiri akan dukungan suatu sistem deteksi. Bahkan saat ini sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde nanometer sehingga peralatan dapat dibuat kompak dan menghemat energi. Demikian juga pesatnya perkembangan teknologi sensor saat ini sehingga sangat mudah menjumpai peralatan elektronik berbasis sensor di keseharian, seperti saat ini banyak peralatan canggih yang serba sentuh yang menggunakan sensor sentuh, lalu dunia fotografi digital dengan sensor citra yang tidak hanya dijumpai pada kamera tetapi juga pada handphone dan sudah bukan bagian yang terpisahkan, bahkan hingga mainan anak seperti pemanfaatan sensor suara untuk mengaktifkan gerakan mainan dan sebagainya. Namun kenyataannya saat ini hampir seluruhnya peralatan dan teknologinya pun itu adalah hasil impor dan masyarakat kita menjadi hanya
2
sebatas konsumen saja tanpa tahu bagaimana dan seperti apa teknologi aplikatif tersebut dibuat dan dikembangkan. Disamping itu banyak penelitian-penelitian mengenai sensor yang dilakukan baik diluar maupun di dalam negeri, salah satunya penelitian sensor berbasis BST. Salah satu peneliti IPB Huriawati (2009) telah melakukan penelitian dengan judul Sintesis Film BST Didadah Niobium dan Tantalum serta Aplikasinya Sebagai Sensor Cahaya. Dan beberapa peneliti BST lainnya yang mengembangkan sensor cahaya dari BST (Dahrul et al. 2010; Sucipto et al. 2010; Syafutra et al. 2010). Dalam ajang bertaraf internasional di Malaysia. Kegiatan 18th Malaysia International Invention, Innovation and Technology Exhibition (ITEX) pada tanggal 18-20 Mei 2007 di Kuala Lumpur yang merupakan kegiatan tahunan yang memamerkan produk untuk dipasarkan ke industri, Dr. Irzaman selaku Dosen Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan IPA IPB telah mengembangkan sensor berbasis BST dan berhasil memperoleh penghargaan medali Perak dan saat itu topik yang diusungnya adalah Development of Barium Strontium Titanate (BST) Based Sensors/Instrument (antaranews.com 2007). BST sebenarnya luas pengaplikasinannya diantaranya dapat digunakan sebagai mikroaktuator dan sensor dari sifat pizo-elektriknya, sifat pyroelektrik dapat diterapkan pada switch termal infra merah, sifat polaryzability dapat diterapkan sebagai Non Volatile Ferroelektrik Random Acsess Memory (NVFRAM) (Seo 2004). Sumber daya ide kreatif hasil penelitian yang melimpah ini sangatlah sayang jika hanya sebatas pemenuhan tugas akademis saja dan belum memberikan kontribusi yang nyata terhadap dunia industri dalam negeri. Dengan model penelitian yang lebih aplikatif diharapkan dapat memberikan daya tarik terhadap industri dalam negeri untuk dapat merealisasikan hasil penelitian menjadi sesuatu hasil karya bangsa sendiri yang dapat digunakan. Sehingga diharapkan ke depannya negara ini menjadi negara yang tidak selalu tergantung pada negara lain dan dapat mensejajarkan diri dengan negara-negara yang menguasai teknologi.
3
1.2
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Membuat film tipis fotodioda pyroelektrik BST menggunakan metode chemical solution deposition (CSD) dan spin coating 2. Membuat sensor citra berbasis fotodioda pyroelectric BST. 3. Membuat aplikasi kamera digital piksel tunggal 4. Membuktikan sensor fotodioda BST dapat diaplikasikan sebagai sensor citra
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Kamera Kamera adalah alat paling populer dalam aktivitas fotografi yang bekerja
memanfaatkan peristiwa fenomena optis melalui pengaturan cahaya. Prinsip dasarnya ialah seperti kerja dari mata. Perkembangan teknologi kamera tak bisa dilepaskan dari jasa seorang ahli fisika eksperimentalis pada abad ke-11, yaitu Ibn al-Haytham (Abu Ali Al-Hasan Ibnu al-Haitham, yang lahir di Basra (9651039 M)). Al-Haytham dikenal juga sebagai pembuat perangkat optis yang disebut sebagai Camera Obscura atau “pinhole camera”. Kata "kamera" sendiri, berasal dari kata "qamara", yang bermakna "yang diterangi" (Arsyad 19989). Saat ini kamera digital lebih banyak digunakan sebagai alat perekam citra karena keunggulannya antara lain kepraktisan, resolusi yang masih bisa ditingkatkan, media penyimpanan tak terbatas, hasil aktual (realtime), hemat energi dan sebagainya. Kamera digital menggunakan sensor citra sebagai media pengumpul berkas cahaya benda yang dicitranya sebagai pengganti lempengan film pada kamera konvensional yang bekerja kimia. Sensor citra merupakan sensor cahaya yang dipasang secara matriks dua dimensi (array sensor). Aplikasi sensor citra ini sangatlah luas, baik pada pengamatan objek skala mikro misal pada mikroskop maupun skala makro yaitu teleskop ruang angkasa seperti Teleskop Hubble yang memanfaatkan sensor citra CCD untuk ekplorasi pencitraan luar angkasa (sumber: www.nasa.gov 2010).
Gambar 1. Prinsip kerja kamera analogi dari prinsip kerja mata
6
2.2
Sensor Citra Sensor citra adalah perangkat yang dapat mengubah besaran cahaya/foton
menjadi aliran elektron/sinyal listrik. Pada dasarnya sensor citra merupakan sensor cahaya (photodioda) atau sel surya yang disusun secara matriks dua dimensi (array sensor). Kerapatan sensor berkaitan dengan resolusi citra yang dihasilkan oleh sensor citra tersebut. Semakin banyak dan rapat sensor cahaya tersebut maka semakin besar resolusi gambar yang dihasilkan. Besarnya resolusi biasanya diukur dalam besaran piksel. Sensor ini banyak digunakan pada aplikasi optis seperti kamera digital, mikroskop digital, Termografi, Scanner, Teleskop, mesin fotokopi dan sebagainya.
Gambar 2. Susunan 30 buah sensor CCD yang digunakan di kamera citra teleskop Sloan Digital Sky Survey
Sensor citra ada dua jenis yaitu CMOS (complimentary metal-oxide semiconductor) dan CCD (charge-coupled device). Kedua sensor ini pada dasarnya memiliki cara kerjanya yang sama yaitu mengubah informasi cahaya menjadi sinyal listrik. Perbedaan mendasar hanya pada desain sensor dan proses pembacaan nilai dari sinyal listrik yang terbaca. Sensor CCD merupakan sensor analog. Ketika cahaya mengenai sensor ini maka akan timbul muatan listrik di setiap piksel sensornya, lalu di pindahkan ke sudut arraynya (baris atau kolom), dikonversi menjadi tegangan serta dikonversi menjadi sinyal digital melalui sirkuit ADC (analog to digital converter). Sensor ini memerlukan proses pembuatan secara khusus untuk menciptakan kemampuan memindahkan elektron ke chip tanpa distorsi. Dalam artian sensor CCD menjadi
7
lebih baik kualitasnya dalam ketajaman dan sensitivitas cahaya. Sensor ini banyak digunakan pada perangkat profesional yang membutuhkan kualitas pencitraan yang tinggi (Wahana 2005).
Gambar 3. Sensor CCD dan skema kerja sensor CCD Pada sensor CMOS di setiap piksel sensornya terdapat beberapa transistor penguat, biasanya tiga transistor penguat. Sensor ini dibuat dengan cara yang lebih tradisional yaitu dengan cara yang sama untuk membuat mikroprosesor, sehingga sensor CMOS ini lebih murah dan mudah diproduksi namun memiliki kemampuan pencitra dibawah sensor CCD. (sumber :howstuffworks.com 2010),
Gambar 4. Sensor CMOS dan skema elektronik sensor CMOS.
2.3
Filter Warna Sensor citra pada dasarnya hanya mampu mengenali benda secara
monokrom, tidak mampu mengenali warna dan hanya mengukur intensitas cahaya saja. Untuk dapat mengenali informasi warna dari suatu benda, sensor ini
8
menggunakan filter warna yang terletak pada bagian depan sensor, dengan demikian cahaya yang ditangkap akan di pisahkan dahulu berdasarkan warnanya lalu diukur masing-masing intensitasnya oleh sensor. Terdapat beberapa jenis filter warna yaitu filter warna Bayer, RGBE (merah, hijau, biru dan emeral), CYYM (sian, kuning-kuning dan magenta), CYGM (sian, kuning, hijau dan magenta), RGBW (merah, hijau, biru dan putih) dan lainnya. Perbedaan dari jenis-jenis filter warna tersebut adalah berdasarkan pemilihan warna filter dan penempatannya serta algoritma yang akan digunakan untuk merekonstruksi citra yang akan dihasilkan (sumber: wikipedia.org 2010).
Gambar 5. Jenis filter warna model Bayer dan model CYGM
Gambar 6. Cara kerja filter RGB pada sensor citra
2.4
Bahan Ferroelektrik Film tipis ferroelektrik banyak digunakan dalam aplikasi untuk piranti
elektrooptik dan elektronik. Bahan pyroelektrik dan piezoelektrik merupakan sub
9
kelompok dari bahan ferroelektrik. Bahan ferroelektrik (tercakup di dalamnya pyroelektrik) seperti LiTaO 3 , Ba x Sr 1-x TiO 3 dan turunannya (Ba x Sr 1-x TiO 3 didadah dengan Indium). Ferroelektrik adalah gejala terjadinya perubahan polarisasi listrik secara spontan pada material tanpa gangguan medan listrik dari luar. Ferroelektrifitas merupakan fenomena
yang ditunjukkan oleh kristal dengan suatu polarisasi
spontan dan efek histerisis yang berkaitan dengan perubahan dielektrik dalam menanggapi penerapan medan listrik. Sifat histeresis dan konstanta dielektrik yang tinggi dapat diterapkan pada sel memori Dynamic Random Acsess Memory (DRAM) dengan kapasitas penyimpanan melampaui 1 Gbit, pada lapisan dielektrik semikonduktor diharuskan ukuran sel direduksi besar-besaran, sehingga dianggap tidak praktis lagi,
sifat piezoelektrik dapat digunakan sebagai
mikroaktuator dan sensor, sifat pyroelektrik dapat diterapkan pada switch termal infra merah, sifat polaryzability dapat diterapkan sebagai Non Volatile Ferroelektrik Random Acsess Memory
(NVFRAM)
(Azizahwati
2002).
Sedangkan daerah operasi sensor ferreoelektrik (yang juga pyroelektrik) di sekitar suhu kamar selama di bawah suhu Curie (T c = 4900C). Dalam penelitian ini dipilih bahan ferroelektrik (yang juga pyroelektrik) sebagai bahan untuk sensor cahaya dengan alasan cara pembuatan bahan ferroelektrik ini lebih mudah dan dapat dibuat dalam lingkungan yang tidak memerlukan pendinginan, berarti pembuatannya mudah dilakukan di laboratorium kampus Indonesia. Ferroelektrik menunjukkan bahwa kelompok material dielektrik yang dapat terpolarisasi listrik secara internal pada rentang temperatur tertentu. Polarisasi terjadi di dalam dielektrik sebagai akibat adanya medan listrik dari luar dan simetri pada struktur kristalografi di dalam sel satuan. Jika pada material ferroelektrik dikenakan medan listrik, maka atom-atom tertentu mengalami pergeseran dan menimbulkan momen dipol listrik. Momen dipol ini yang menyebabkan polarisasi.
Momen dipol per-satuan
polarisai dielektrik (Seo 2004).
volume disebut sebagai
10
2.5
Bahan Barium Stronsium Titanat (BST) Barium Stronsium Titanat (BST) adalah film tipis yang berpotensi untuk
DRAM dan NVRAM karena memiliki konstanta dielektrik tinggi, kebocoran arus rendah dan tahan terhadap tegangan breakdown yang tinggi pada temperatur Curie. Temperatur Curie pada Barium Titanat adalah 1300C dan dengan adanya doping Stronsium temperatur Curie menurun menjadi suhu kamar dan dapat digunakan pada device yang memerlukan temperatur kamar. Film tipis BST telah difabrikasi dengan beberapa teknik seperti sputtering, laser ablation dan sol-gel process (Giridharan et al. 2001). Kenaikan temperatur annealing akan menaikkan ukuran grain dalam kristal film tipis BST. Pada suhu annealing 7000C struktur BST yang teramati adalah struktur kubik dengan konstanta kisi a = 3,97 Å untuk 30% mol Stronsium. Konstanta dielektriknya diukur dari kurva C-V kira-kira 120 dengan faktor disipasi 0,0236. Kebocoran rapat arus dari film adalah 4x10-8 A/cm dari perhitungan I-V menggunakan device peralatan fabrikasi (Giridharan et al. 2001). Teknologi kapasitor BST multi-layer dengan kerapatan tinggi menawarkan keuntungan yang jelas untuk mendapatkan variasi modul dan paket elektronik. Kapasitor BST memiliki keuntungan yaitu memiliki range 0.5 pF sampai 500 nF, kapasitor bypass dan berbagai macam kapasitansi yang bisa dihubungkan dengan sebuah chip pasife singel film tipis. Chip kecil kapasitor multi fungsi bisa meningkatkan performa dan mereduksi ukuran Multi-chip module (MCM) dan Systems-in-Package (Si P), lihat Gambar 7. (Thomas et al. 2004)
Gambar 7. Kurva histerisis film tipis.
11
Gambar 8. Chip kapasitor BST.
Gambar 9. Struktur Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 (a) Polarisasi ke atas (b) Polarisasi kebawah Berikut Persamaan reaksi Barium Stronsium Titanate (BST) : (x) Ba(CH 3 COO) 2
+
+ y Ti(C 12 H 23 O 4 ) + z O 2 → a Ba (X) Sr (1X) TiO 3 +
(1-X) Sr(CH 3 COO) 2
b CO 2
+ cH2
(2.1) 0,5 Ba(CH 3 COO) 2
+
0,5 Sr(CH 3 COO) 2
+ Ti(C 12 H 28 O 4 ) +
22 O 2
→ Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 + 17H 2 O + 16CO 2
(2.2) 0.25 Ba(CH 3 COO) 2
+
0.75 Sr(CH 3 COO) 2
+ Ti(C 12 O 4 H 28 ) + 22O 2 → Ba 0.25 Sr 0.75 TiO 3 + 17H 2 O + 16CO 2
(2.3)
Film tipis Ba x Sr 1-x TiO 3 (BST) merupakan material ferroelektrik yang banyak digunakan sebagai FRAM karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi (ε r >> ε SiO2 ) dan kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi (high charge storage capacity) yang dapat diaplikasikan sebagai kapasitor (Marwan 2007). Beberapa penelitian juga berpendapat bahwasana BST memiliki potensi untuk mengganti lapisan tipis SiO 2 pada sirkuit MOS di masa depan. Dari penelitian yang telah dilakukan sampai saat ini, lapisan tipis BST biasanya memiliki konstanta dielektrik yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan bentuk bulknya. Struktur mikro butir yang baik, tingkat tekanan yang tinggi, kekosongan oksigen,
12
formasi lapisan interfacial dan oksidasi pada bottom electrode atau Si dipercaya menjadi faktor yang menyebabkan penurunan sifat listrik ini (Marwan 2007).
2.6
Bahan Pendadah Pendadah adalah bahan yang digunakan untuk menambah jumlah elektron
atau hole pada suatu material semikonduktor. Penambahan sedikit pendadah dapat menyebabkan perubahan parameter kisi, konstanta dielektrik, sifat elektrokimia, sifat elektrooptik dan sifat pyroelektrik dari keramik ataupun film tipis (Utami 2007). Bahan pendadah material ferroelektrik dibedakan menjadi dua jenis, yaitu soft dopan dan hard dopan. Ion soft dopan dapat menghasilkan material ferroelektrik menjadi lebih soften, yaitu koefisien elastis lebih tinggi, sifat medan koersif yang lebih rendah, faktor kualitas mekanik yang lebih rendah dan kualitas listrik yang lebih rendah. Soft dopan disebut juga dengan istilah donor dopan karena menyumbang valensi yang berlebih pada struktur kristal BST. Ion hard dopan dapat menghasilkan material ferroelektrik menjadi lebih hardness, seperti loss dielectric yang rendah, bulk resistivitas lebih rendah, sifat medan koersif lebih tinggi, faktor kualitas mekanik lebih tinggi dan faktor kualitas listrik lebih tinggi. Hard dopan disebut juga dengan istilah acceptor dopan karena menerima valensi yang berlebih di dalam struktur kristal BST (Utami 2007). Tabel 1. Jari-jari ion pendadah yang dapat digunakan sebagai soft doping dan hard doping SOFT DOPING Ion kecil
r (Å)
HARD DOPING
Ion besar
r (Å)
Ion kecil
r (Å)
Ion besar
r (Å)
Ti4+
0,68
Ba2+
1,35
Ti4+
0,68
Ba2+
1,35
Zr4+
0,79
Sr2+
1,02
Zr4+
0,79
Sr2+
1,02
Nb5+
0,69
Nd3+
1,15
Fe3+
0,67
Na+
0,94
Ta5+
0,68
Sb3+
0,90
Al3+
0,57
K+
1,33
Sb5+
0,63
Bi3+
1,14
Ga3+
0,62
W6+
0,65
Th4+
1,10
In3+
0,85
13
Cr3+
2.7
0,64
O2-
1,39
Ferium Oksida (Fe 2 O 3 ) Material ferium oksida merupakan material pendadah ion akseptor
(acceptor dopant) Fe3+, Fe 2 O 3 (hematile) memiliki struktur Kristal hombohedral dengan konstanta kisi a = 5,0329 ± 0.001Å. Rapat jenis Fe2O3 adalah 5,24 g/ml dan titik lelehnya adalah 1565 °C. Fe2O3 tidak dapat larut dalam air namun dapat larut dalam asam (Lapedes 1978). Penambahan ion dopan Fe3+ akan membentuk ruang kosong di posisi ion O 2- . Ion dopan Fe3+ memiliki valensi lebih dari 4+, maka kekurangan muatan positif (+) akan terjadi pada struktur perovskite dan terbentuk ruang kosong di posisi ion oksigen sebagai kompensasi untuk menjaga kenetralan muatan (electroneutraly balance). Semakin banyak penambahan ion Fe3+ maka akan mengakibatkan semakin banyak ion oksigen yang terlepas (Uchino 2000; Irzaman 2003).
2.8
Fotodioda Dioda merupakan sambungan p-n yang berfungsi sebagai penyearah.
Bahan tipe-p akan menjadi sisi anoda sedangkan bahan tipe-n akan menjadi katoda. Bergantung pada polaritas tegangan yang diberikan kepadanya, dioda bisa berlaku sebagai sebuah saklar tertutup (apabila bagian anoda mendapatkan tegangan positif,
sedangkan katodanya mendapatkan tegangan negatif) dan
berlaku sebagai saklar terbuka (apabila bagian anoda mendapatkan tegangan negatif sedangkan katoda mendapatkan tegangan positif). Kondisi tersebut terjadi hanya pada dioda ideal. Pada dioda faktual (riil), perlu tegangan lebih besar dari 0,7 V (untuk dioda yang terbuat dari bahan silikon). Tegangan sebesar 0,7 V ini disebut sebagai tegangan halang (barrier voltage). Dioda yang terbuat dari bahan Germanium memiliki tegangan halang kira-kira 0,3 V (sumber: wikipedia.org 2010).
14
Fotodioda adalah semikonduktor sensor cahaya yang menghasilkan arus atau tegangan ketika sambungan semikonduktor p-n dikenai cahaya. Fotodioda dapat 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. Pada Gambar 10 memperlihatkan penampang bagian dari fotodioda. Fotodioda memiliki daerah permukaan aktif yang ditumbuhkan di atas permukaan substrat, yang pada akhirnya akan menghasilkan persambungan p-n. Ketebalan lapisan yang ditumbuhkan biasanya memiliki ketebalan 1 µm atau lebih kecil lagi dan pada daerah persambungan lapisan-p dan lapisan-n terdapat daerah deplesi. Daerah spektral dan frekuensi aktif dari fotodioda bergantung pada ketebalan lapisan atau doping (sumber: hamamatsu.com 2010). Jika cahaya mengenai fotodioda, elektron dalam struktur kristalnya akan terstimulus. Jika energi cahaya lebih besar dari pada energi band gap Eg, elektron akan pindah ke pita konduksi, dan meninggalkan hole pada pita valensi. Pada Gambar 11 terlihat pasangan elektron-hole terjadi pada lapisan-p dan lapisan-n. Di dalam lapisan deplesi medan listrik mempercepat elektron-elektron ini menuju lapisan-n dan hole menuju lapisan-p. Pasangan elektron-hole dihasilkan di dalam lapisan-n, bersamaan dengan elektron yang datang dari lapisan-p sama-sama akan menuju pita konduksi di sebelah kiri (pita konduksi). Pada saat itu juga hole didifusikan melewati lapisan deplesi dan akan dipercepat, kemudian hole ini akan dikumpulkan pada pita valensi lapisan-p. Pasangan elektron-hole yang dihasilkan sebanding dengan cahaya yang diterima oleh lapisan-p dan lapisan-n. Muatan positif dihasilkan pada lapisan-p dan muatan negatip pada lapisan-n. (sumber: hamamatsu.com 2010).
15
Gambar 10. Penampang melintang Fotodioda.
Gambar 11. Keadaan fotodioda persambungan p-n.
2.9
Fotokonduktivitas Perangkat
fotokonduktivitas
dibuat
dengan
tujuan
menghasilkan
perubahan resistansi atau tegangan ketika disinari cahaya. Dengan demikian devices banyak digunakan sebagai ON-OFF devices (saklar), measuring devices, atau limited power sources (Omar 1993). Fenomena fotokonduktivitas terjadi ketika sinar cahaya jatuh pada sebuah semikonduktor dan menyebabkan meningkatnya konduktivitas listrik.
16
Gambar 12. Konsep fotokonduktivitas. Ini berhubungan dengan eksitasi elektron melalui energi bandgap, yang menyebabkan
peningkatan
pasangan
elektron-hole
dan
meningkatkan
konduktivitas listrik. Eksitasi hanya dapat terjadi jika hν > E g (Omar 1993). Konsep fotokonduktivitas diilustrasikan pada Gambar 12. Sebelum ada cahaya yang menyinari, konduktivitasnya diberikan oleh Persamaan 1. σ o = e(no µe + po µ h )
(2.4)
di mana n o dan p o adalah konsentrasi pada kesetimbangan, dan σ o adalah konduktivitas dalam ruang gelap. Ketika cahaya jatuh pada semikondutor akan ada peningkatan konsentrasi pembawa bebas sebesar ∆n dan ∆p dan arus meningkat dengan tiba-tiba. Jika elektron dan hole selalu tercipta secara berpasangan maka akan didapatkan ∆n = ∆p. konduktivitas sekarang menjadi σ o = σ o + e∆n(µ e + µ h ) σ o = σ o + e∆nµ h (1 + b )
di mana
b = µo µh ,
(2.5)
adalah perbandingan mobilitas. Peningkatan relatif
konduktivitas adalah ∆σ
σo
=
e∆nµ h (1 + b )
σo
(2.6)
Faktor yang mempengaruhi variasi n terhadap waktu yaitu; carrier (pembawa) bebas yang terus tercipta secara kontinu saat disinari cahaya dan hilangnya carrier secara kontinu juga akibat rekomedasi. Adanya rekomedasi menyebabkan terjadinya kondisi tidak seimbang. Variasi konsentrasi terhadap waktu diberikan oleh persamaan;
17
n − no dn =g− dt τ'
(2.7)
di mana g adalah laju generasi elektron per-satuan volume terhadap penyerapan cahaya. τ disebut waktu rekomendasi.
2.10
Penguat Operasional
2.10.1 Pengenalan Penguat Operasional Operational Amplifier atau disingkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp popular yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, dimana rangkaian feedback (umpan balik) negatif memegang peranan penting. Secara umum, umpan balik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpan balik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.
2.10.2 Op-Amp Ideal Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp seperti yang telah dimaklumi ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 dan LM358 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105. Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Di sinilah peran rangkaian negative feedback (umpan balik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite). Impedansi input op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap masukannya adalah nol. Sebagai perbandingan praktis, opamp LM741 memiliki impedansi input Z in = 106 Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input op-amp LM741 mestinya sangat kecil.
18
Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian op-amp berdasarkan karakteristik op-amp ideal. Aturan ini dalam beberapa literatur dinamakan golden rule, yaitu : Aturan 1 :
Perbedaan tegangan antara input v + dan v - adalah nol (v + - v - = 0 atau v + = v - )
Aturan 2 :
Arus pada input Op-amp adalah nol (i + = i - = 0)
Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk menganalisa rangkaian op-amp.
2.10.3 Inverting Amplifier Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 13, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti tersirat pada namanya, pembaca tentu sudah menduga bahwa fase keluaran dari penguat inverting ini akan selalu berbalikan dengan masukannya. Pada rangkaian ini, umpan balik negatif dibangun melalui resistor R2. Input non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground atau v + = 0. Dengan mengingat dan menimbang aturan 1, maka akan dipenuhi v - = v + = 0. Karena nilainya = 0, namun tidak terhubung langsung ke ground, input op-amp v Pada rangkaian ini dinamakan virtual ground. Dengan fakta ini, dapat dihitung tegangan jepit pada R1 adalah v in – v - = v in dan tegangan jepit pada resistor R2 adalah v out – v - = v out . Kemudian dengan menggunakan aturan 2, diketahui bahwa : i in + i out = i - = 0, karena menurut aturan 2, arus masukan op-amp adalah nol. i in + i out = v in /R1 + v out /R2 = 0 Selanjutnya v out /R2 = - v in /R1 .... atau v out /v in = - R2/R1 Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka dapat ditulis : Gain, Av =
Vout Rf = − Vin Rin
(2.8)
19
Impedansi rangkaian inverting didefenisikan sebagai impedansi input dari sinyal masukan terhadap ground. Karena input inverting (-) pada rangkaian ini diketahui adalah nol (virtual ground), maka impedansi rangkaian ini tentu saja adalah Z in = R1. 2.10.4 Non Inverting Amplifier Prinsip utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 13 berikut ini. Seperti namanya, penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Untuk menganalisa rangkaian penguat op-amp non inverting, caranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting. Dengan menggunakan aturan 1 dan aturan 2, kita uraikan dulu beberapa fakta yang ada, antara lain : v in = v + v + = v - = v in ..... lihat aturan 1. Dari sini ketahui tegangan jepit pada R 2 adalah v out – v - = v out – v in , atau i out = (v out -v in )/R 2 . Lalu tegangan jepit pada R 1 adalah v - = v in , yang berarti arus i R1 = v in /R 1 .
Gambar 13. Rangkaian Inverting dan non-inverting.
Hukum kirchkof pada titik input inverting merupakan fakta yang mengatakan bahwa : i out + i (-) = i R1 Aturan 2 mengatakan bahwa i (-) = 0 dan jika disubtitusi ke rumus yang sebelumnya, maka diperoleh
20
i out = i R1 dan Jika ditulis dengan tegangan jepit masing-masing maka diperoleh (v out – v in )/R 2 = v in /R 1 yang kemudian dapat disederhanakan menjadi : v out = v in (1 + R 2 /R 1 ) Jika penguatan G adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting : , Av Gain=
Vout R1 = +1 Vin R 2
(2.9)
Impedansi untuk rangkaian Op-amp non inverting adalah impedansi dari input non-inverting op-amp tersebut. Dari data sheet, LM741 diketahui memiliki impedansi input Z in = 108 hingga 1012 Ohm.
2.11
MikroAVR MA-8535 MikroAVR
MA-8535
merupakan
modul
berbasis
mikrokontroler
Atmega8535 buatan Atmel Corporation. Mikrokontroler AT Mega 8535 merupakan jenis mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) yang memiliki arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit. Semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock. AVR yang digunakan yaitu Seri ATMega8535.
ATMega8535 memiliki bagian dan fitur sebagai berikut: - Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu PortA, PortB, PortC dan PortD - ADC 10 bit sebanyak 8 saluran pada PortA - Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan - CPU yang terdiri dari 32 buah register - Watchdog Timer dengan osilator internal - Unit interupsi internal dan eksternal - Port antarmuka SPI - Antarmuka komparator analog - Port USART (Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter) untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps
21
- Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz - Kapabilitas memori flash 8 KB dengan kemampuan Read While Write, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte yang diprogram saat operasi - Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik
Gambar 14. Modul MikroAVR MA-8535.
2.11
Visual Basic 2010 Visual Basic 2010 merupakan varian lingkungan pemrograman visual
berbasis bahasa Basic pada sistem operasi Windows. Visual Basic memiliki fitur yang beragam selain dapat digunakan sebagai pembuat program berbasis visual pada fungsi windows, Visual Basic juga memiliki kemampuan interfacing melalui port serial. Dengan demikian pemrograman Visual Basic dapat dihubungkan dengan devais mikrokontroler.
22
Gambar 15. Antarmuka Visual Basic 2010.
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini akan dilakukan mulai dari bulan Maret 2010 hingga bulan
Januari
2012
di
Laboratorium
Material,
Laboratorium
Spektroskopi,
Laboratorium Elektronika dan Mikrokontroler yang bertempat di departemen Fisika FMIPA IPB serta Workshop Elektronik, Workshop Metal dan Workshop Perkayuan di Pusat Peragaan Iptek, Kementerian Riset dan Teknologi.
3.2
Alat dan Bahan Alat yang digunakan untuk proses pembuatan sensor BST adalah neraca
analitik, reaktor spin coating, mortal, pipet, gelas ukur 10 ml, pinset, gunting, spatula, stop watch, tabung reaksi, sarung tangan karet, cawan petritis, tissue, isolasi, dan blower. Bahan yang digunakan untuk pembuatan sensor BST adalah bubuk Barium Asetat [Ba(CH 3 COO) 2 , 99%], Titanium Isopropoksida [Ti(C 12 O 4 H28 ), 99.999%],
Ferium
Oksida
[(Fe 2 O 3 )],
pelarut
2-metoksietanol
[H3COCH2CH2OH, 99%], substrat Si (100) tipe-p Alat instrumentasi sebagai alat ukur yang digunakan adalah multimeter, IV meter, Osiloskop, lightmeter/lux meter. Alat yang digunakan untuk proses pembuatan kamera BST adalah tang, bor listrik, gergaji, penggaris, solder dan komputer. Bahan yang digunakan untuk proses pembuatan kamera BST adalah plexy, gear box, potensio geser 10KΩ, mesin CD/DVD bekas, kabel, komponen elektronik, timah, lem, mikrokontroler, led, filter warna, lensa cembung dan sensor BST.
1.3
Tahapan Penelitian Tahapan pembuatan aplikasi BST untuk sensor citra kamera digital piksel
tunggal meliputi: 1.3.1
Pembuatan Sensor Citra berbasis BST
Berikut adalah tahapan pembuatan sensor citra berbasis BST:
24
- Pembuatan substrat Si tipe-p 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 ultrasonik. Substrat dibilas dengan air deionisasi. Substrat dietsa dengan campuran larutan asam Florida (HF5%) sebanyak 2% dari air deionisasi 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 direnam lagi dengan air deionisasi. - Pembuatan Larutan BST, BNST dan BTST Film tipis BST ditumbuhkan diatas substrat menggunakan metode CSD dibuat dengan cara mencampurkan Barium Asetat [Ba(CH 3 Coo) 2 , 99%] + Stronsium Asetat [Sr(CH 3 Coo)2, 99%] + Titanium Isopropoksida [Ti(C 12 H28 O 4 ), 99%] + 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 (Fe 2 O 3 ) sebanyak 2,5%, 5%, 7,5% dan 10% dari BST yang terbentuk. Larutan yang telah diperhalus lalu ditimbang menggunakan neraca analitik sesuai dengan konsentrasi yang telah ditentukan. Lalu bahan dicampur dan dikocok dengan alat ultrasonik (Bransonic 2510) selama 30 menit. Perhitungan massa tersebut sesuai dengan persamaan stoikiometeri: 0,5 Ba(CH 3 COO) 2
+
0,5 Sr(CH 3 COO) 2
+ Ti(C 12 H28 O 4 ) +
22 O 2
→ Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3
+ 17H2 O + 16CO 2 - Proses Penumbuhan Film Tipis Substrat Si yang telah dibersihkan dengan asam florida, sebagian substrat lalu ditutup dan sebagian lainnya dibiarkan terbuka. Kemudian diletakkan di mesin spin coating. Substrat diberi tetesan sebanyak 3 tetes
25
lalu diputar dengan kecepatan 3000 rpm selama 30 detik. Minimal 3 kali perlakuan yang sama untuk mendapatkan lapisan yang homogen dan seragam. Kemudian substrat yang telah selesai ditetes dipanaskan di atas hot plate selama 15 menit, hal ini dimaksudkan agar sisa cairan larutan menguap dan hanya tersisa bahan BFST saja.
Gambar 16. Proses Penumbuhan film tipis.
- Proses annealing Proses annealing merupakan proses pemanggangan dengan pentahapan suhu. Proses ini dimaksudkan untuk menghasilkan kristal BFST pada substrat silikon yang telah dibuat. Pemanggangan pada suhu yang berbeda menghasilkan karakterisasi film tipis yang berbeda pula dalam hal struktur kristal, ketebalan dan ukuran butir. Pada penelitian ini untuk mendapatkan struktur kristal maka film tipis BFST diannealing pada suhu 850° C dengan laju pemanasaan 100° C/jam selama 9 jam dan ditahan konstan pada suhu 850° C selama 15 jam lalu didinginkan perlahan hingga suhu ruang selama 8 jam yang ditunjukkan pada gambar 17.
26
Gambar 17. Proses annealing. - Metalisasi dan pemasangan kontak Proses ini diawali dengan proses metalisasi, yaitu pemasangan metal (biasanya alumunium) pada sebagian sisi substrat dan film tipisnya. Lalu proses pemasangan kawat kabel pada metal dan pembuatan terminal kawat dengan header seperti pada gambar 18 dan film tipis BST siap diuji.
Gambar 18. Prototipe sel Fotovoltaik tampak atas.
3.3.2
Pengujian sensor Pengujian sensor BST yang telah jadi untuk dipilih sensor terbaik dengan
kriteria: - Memiliki sensitivitas paling baik diantara sensor-sensor yang dibuat - Memiliki daya sensor yang baik terhadap cahaya tampak - Memiliki output tegangan/arus yang stabil dan paling besar - Memiliki range sensing paling besar Pengujian dilakukan melalui uji penyinaran sensor dengan berbagai cahaya yang diujikan bersamaan dengan lightmeter. Juga dilakukan pengukuran besaran tegangan secara langsung dengan multimeter dan karakteristik kurva IV.
3.3.3
Pembuatan Kamera Digital Piksel Tunggal
3.3.3.1 Bagian-bagian Kamera Pembuatan kamera berbasis sensor citra BST piksel tunggal meliputi pembuatan Sistem elektronik, system cerdas (mikrokontroler dan komputer), system mekanik dan system optis. Cara kerja pengambilan foto dengan metode scanning 2 dimensi (XY) pada bayangan nyata yang dihasilkan lensa.
27
Gambar 19. Kamera Digital BST Sistem elektronik meliputi sensor (berfungsi untuk membaca intensitas cahaya) yang ditempatkan tepat di titik focus aktif lensa cembung, pengkondisian sinyal sensor dan rangkaian penggerak/driver motor. Sistem cerdas meliputi mikrokontroler yang memliki peran: - Mengubah sinyal sensor (analog) menjadi data digital (ADC) - Mengatur gerak system mekanis (scanning 2 dimensi) - Mengirimkan data digital hasil bacaan sensor serta informasi posisi setiap data (piksel gambar) -
Komputer memiliki peran: Menerima data yang dikirim mikrokontroler (akuisisi data) Membuat matriks data berdasarkan jumlah piksel foto yang dibuat Mengolah hasil foto Menampilkan hasil foto
Sistem Mekanis meliputi motor dan system gerak 2 dimensi (XY) Sistem Optis meliputi sebuah lensa sebagai pembentuk bayangan nyata terbalik
28
3.3.3.2 Cara kerja aplikasi Kamera Digital Piksel Tunggal 1. Obyek terang ditempatkan di depan lensa (cembung) dengan jarak >2F (lebih dari 2x titik focus agar bayangan dapat jatuh pada titik focus aktif. 2. Dengan metode scanning bayangan nyata dibaca secara langsung nilai intensitas cahayanya oleh sensor untuk setiap titik x dan y. 3. Informasi yang didapat berupa nilai digital bacaan sensor dan posisi dikirim ke komputer 4. Komputer menterjemahkan nilai digital bacaan sensor menjadi nilai warna monokrom dari putih/terang sampai dengan gelap/hitam untuk setiap posisinya (matriks). 5. Rekonstruksi foto ditampilkan pada layar monitor. 3.3.4
Pengujian Kamera Pengujian kamera dan pengambilan data dilakukan setelah seluruh sistem
kamera berjalan baik dan terintegerasi. Pengambilan citra (shoot) dilakukan pada sebuah obyek yang diletakan minimal dua kali jarak fokus lensa kamera. Hasil tampilan capture citra ditampilkan pada layar monitor dengan sistem citra raster/bitmap.
3.3.5
Evaluasi Tahapan evaluasi dilakukan sebagai proses proses pengukuran akan
efektifitas strategi yang digunakan dalam upaya mencapai tujuana dari penelitian ini. Juga sebagai sarana perbaikan jika hasil yang didapat belum mencapai hasil yang dikehendaki.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Lapisan tipis BST yang telah dibuat, sebelum diaplikasikan menjadi sensor citra harus melalui beberapa tahapan uji karateristik. Hal ini dimaksudkan agar diperoleh pengaruh antara pendadahan dengan kualitas film tipis BST yang dibuat. Sehingga dapat ditentukan lapisan tipis BST yang dapat diaplikasikan sebagai sensor cahaya atau sensor citra.
4.1.
Karakterisasi Sifat Optik Film Tipis BST Panjang gelombang yang digunakan dalam pengukuran ini adalah rentang
panjang gelombang 339 nm sampai 1022 nm. Rentang panjang gelombang ini termasuk ke dalam rentang panjang gelombang visible-near infrared (VIS-NIR). BST murni tanpa pendadah memiliki penyerapan panjang gelombang tertinggi yaitu pada 600 nm yang ditunjukan oleh gambar 20 (a). Penambahan Fe 2 O 3 menyebabkan pergeseran penyerapan panjang gelombang, tertinggi pada kisaran 560 nm ditunjukan oleh gambar Gambar 20 (b). Tetapi, pergeseran panjang gelombang tidak signifikan yang berarti film tipis BST sebagai fotodioda masih menyerap cahaya dalam kisaran cahaya tampak. Pergeseran panjang gelombang juga terkait dengan energi. Penurunan serapan panjang gelombang maka akan terjadi peningkatan energi yang diserap. Terbukti bahwa BST yang didadah memiliki panjang gelombang lebih rendah daripada BST murni. Panjang gelombang yang lebih rendah yang terkait dengan energi yang lebih tinggi berarti lebih tinggi diperoleh pada BST yang didadah. Hal ini juga menunjukkan fotodioda yang memiliki spektral yang dapat merespon cahaya di daerah cahaya tampak dan near-infrared serta memiliki responsivitas puncak pada panjang kisaran gelombang 900nm.
(a)
30
(b) Gambar 20. Kurva serapan panjang gelombang film tipis BST Murni (a) dan pendadah terbesar (10% Fe 2 O 3 ) (b)
4.2.
Karakterisasi Sifat Dielektrik Sifat kapasitor dapat muncul diakibatkan karena adanya lapisan deplesi
pada sambungan p-n. Pada lapisan ini terdapat muatan negatif dan positif. Sifat dielektrik melambangkan kepadatan fluks elektrostatik dalam suatu bahan ketika potensial listrik diberikan. Nilai konstanta dielektrik setiap film tipis ditunjukan pada Gambar 21, secara berurutan untuk pendadah Fe 2 O 3 0%, 2.5%, 5%, 7.5% and 10% adalah 23.15, 95.51, 110.21, 134.73, dan 243 (Tabel 2). Terlihat bahwa nilai dielektriknya bertambah seiring pertambahan pendadah Fe 2 O 3 . Tabel 2 Pengaruh pendadah terhadap konstanta dielektrik pada film tipis BST Persentase Pendadah Fe 2 O 3
Konstanta Dielektrik
0%
23.15
2.50%
95.51
5%
110.21
7.50%
134.73
10%
243
Pertambahan nilai dielektrik ini dikarenakan adanya muatan positif pada pendadah yang digantikan Ti dengan demikian adanya penambahan konsentrasi pembawa muatan negatif yang menghasilkan peningkatan besar konstanta dielektrik. Maka film tipis yang didadah Fe 2 O 3 memiliki sifat dielektrik yang lebih baik dari pada tanpa pendadah.
31
Kurva Nilai Dielektrik Terhadap Persentase Pendadah 12% 10%
% Oksidasi
8% 6% 4% 2% 0% 0
50
100
150
200
250
300
Konstanta Dielektrik
Gambar 21. Kurva nilai dielektrik pada film tipis BST untuk berbagai tingkat pendadah Fe 2 O 3
4.3.
Karakterisasi Konduktivitas Listrik Konduktivitas
menghantarkan
arus
listrik
adalah
listrik.
Baik
ukuran bahan
kemampuan
alami
maupun
bahan
untuk
buatan
dapat
diklasifikasikan sebagai konduktor, semikonduktor, dan isolator. Pengukuran konduktivitas listrik film tipis dilakukan dengan mengukur nilai konduktansinya menggunakan alat LCR meter. Melalui berbagai tingkat pendadah Fe 2 O 3 diharapkan dapat memberikan efek signifikan pada peningkatan konduktivitas BST. Secara umum, tingkat pendadah yang lebih besar akan membuat nilai konduktivitas juga meningkat yang ditunjukan pada Gambar 22. Uji sensitivitas cahaya juga dilakukan untuk menentukan apakah film tipis yang dihasilkan adalah jenis fotokonduktivitas. Seluruh film tipis untuk masing-masing variasi pendadah diberi tiga perlakuan: tanpa cahaya, terang, dan sangat terang. Peningkatan pendadah keseluruhan menghasilkan nilai konduktivitas dengan pemberian radiasi, di mana nilainya lebih besar pada intensitas cahaya yang lebih tinggi (Gambar 22). Hal ini menunjukkan bahwa film tipis BST merupakan bahan semikonduktor yang sensitif terhadap cahaya, sehingga dapat digunakan dalam aplikasi sensor cahaya. Ketika cahaya yang diserap oleh suatu bahan seperti semikonduktor, jumlah elektron bebas dan perubahan hole dapat meningkatkan konduktivitas listrik semikonduktor tersebut. Eksitasi cahaya yang menumbuk semikonduktor
32
harus memiliki energi yang cukup untuk meningkatkan jumlah elektron yang melintasi daerah terlarang atau dengan eksitasi pengotor di daerah bandgap. Dengan demikian, penambahan tingkat pendadah Fe 2 O 3 yang ditumbuhkan pada film tipis BST, akan meningkatkan jumlah eksitasi elektron, serta dengan meningkatnya intensitas cahaya yang diserap. Konduktivitas Listrik Film Tipis BST 0.035
Kontuktivitas Listrik
0.03 0.025 0.02 Gelap 0.015
Terang Sangat Terang
0.01 0.005 0 0
2.5
5
7.5
10
Persen Pendadahan Fe2O3
Gambar 22. Kurva konduktivitas listrik film tipis BST pada berbagai tingkat pendadah Fe 2 O 3 4.4.
Karakterisasi Hubungan Arus-Tengangan (Kurva I-V) Karakterisasi arus-tegangan digunakan untuk menentukan sifat film tipis
BST. Pengukuran arus dan tegangan film tipis menggunakan alat I-V meter dan dilakukan pada kondisi gelap dan terang. Pengukuran ini dilakukan pada semua variasi kontak yang telah dibuat. Efek cahaya pada berbagai variasi pendadah BST ditunjukkan pada Gambar 23. Ada perbedaan yang signifikan antara kondisi gelap dan terang untuk kurva karakteristik IV BST sehingga menunjukkan bahwa film tipis BST sensitif terhadap cahaya, terutama pada pendadah Fe 2 O 3 10%. Kedua perlakukan gelap dan terang menunjukan bahwa film tipis memiliki sifat dioda dengan tegangan knee (Tabel 3). Tegangan knee ini memiliki kecenderungan menurun seiring meningkatnya pendadah (Tabel 3). Fe3+ adalah ion pendadah tipe-p. Pendadah ini memiliki tiga elektron di kulit terluarnya sehingga keberadaan elektron dalam struktur kristal film tipis BST
33
menyebabkan terjadinya hole. Kondisi ini, dipicu oleh dopan yang menerima kelebihan valensi untuk mencapai kesetimbangan muatan. Menurut sifat ini, penambahan Fe 2 O 3 pada film tipis BST ini diharapkan dapat menghasilkan film tipis dengan karakteristik untuk cahaya tertentu pada gelombang cahaya tertentu. Tabel 3. Tegangan Knee pada pada berbagai tingkat pendadah Fe 2 O 3 % Pendadah Fe 2 O 3
Tegangan Knee(V)
0
6.5
2.5
3.5
5
1.5
7.5
5
10
3
Secara struktur, ion Fe3+ dari pendadah Fe 2 O 3 yang menggantikan atom titanium (Ti4+) yang terletak di pusat kristal. Karena penggantian ini sehingga mempengaruhi gaya interaksi elektrostatik antara ion Fe3+ ke ion O2- menjadi lemah. Selanjutnya, O2- akan berkurang dari kristal untuk berkontribusi pada aliran arus sebagai pembawa muatan negatif. Oleh karena itu, dioda ini dikategorikan sebagai diode tipe-n. Dengan demikian peningkatan persentase pendadah maka akan arus akan meningkat pula diperlihatkan pada Gambar 23.
(a)
(b)
(d)
(c)
(e)
Gambar 23. Kurva I-V film tipis BST pada berbagai tingkat pendadah Fe 2 O 3
34
4.5.
Pengambilan Data Gambar Berdasarkan data karakterisasi berbagai sampel film tipis BST terhadap
variasi pendadah Fe 2 O 3 dapat dilihat bahwa film tipis BST dengan pendadah 10% memiliki sifat peka terhadap cahaya paling baik. Dimana ditemukan efek fotodioda pada film tipis ini. Film tipis ini juga merespon baik pada panjang gelombang cahaya tampak. Dapat mengalirkan arus paling besar jika diberi intensitas cahaya. Maka pada pengujian ini pun menggunakan sensor dari film tipis BST dengan pendadah Fe 2 O 3 10%. Citra obyek yang diambil dilakukan dalam dua cara pengambilan yaitu melalui gambar yang ditampilkan monitor (lebih mudah karena obyek memiliki kecerahan gambar dan cahaya yang cukup) setupnya ditunjukkan pada Gambar 24 (a) dan setup pengambilan obyek ril yang ditunjukkan pada Gambar 24 (b) (dengan pencahayaan cukup). Gambar 24 (c) menunjukan tempat jatuhnya bayangan pada retina/focal plane (bersifat nyata terbalik), merupakan hasil proyeksi sumber objek oleh lensa cembung kembar (biconvex).
(a)
(b)
(c)
Gambar 24. Setup alat untuk proses capturing citra melalui monitor (a), citra ril (b), bentuk citra yang diproyeksikan lensa tepat pada retina/focal plane alat (penampang sensor) (c)
35
Berikut hasil capture gambar dari beberapa obyek:
(a)
(b)
Gambar 25. Hasil capture citra siluet kucing 1 (a) dan sumber gambar (b)
(a)
(b)
Gambar 26. Hasil capture citra siluet kucing 2 (a) dan sumber gambar (b)
(a)
(b)
Gambar 27. Hasil capture citra buah-buahan hitam putih (a) dan sumber gambar buah-buahan berwarna (b)
36
(a)
(b)
Gambar 28. Hasil capture citra logo IPB (a) dan sumber gambar (b)
(a)
(b)
Gambar 29. Hasil capture citra patung wisuda IPB (a) dan sumber obyek (b)
(a)
(b)
Gambar 30. Hasil capture citra lampu neon (a) dan sumber obyek (b)
37
Hasil citra yang diperoleh memiliki resolusi 500 x 500 piksel atau sekitar setengah megapiksel. Alat Kamera digital ini memiliki luas penampang retina/focal plane sebesar 2x2 cm yang merupakan luasan daerah yang dipindai oleh sensor. Dengan demikian besar satu pikselnya adalah berukuran 40x40 μm atau 40 μm per piksel. Hasil citra menghasilkan gambar yang kurang detil dan kurang jernih hal ini disebabkan oleh luasan sensor yang digunakan berukuran relatif besar sehingga ukuran satuan pikselnya akan menjadi besar pula, efektif bacaan optimal sensor ini adalah berukuran 1x1 mm. Garis-garis putih dan gambar yang berbayang yang timbul pada hasil citra dikarenakan keterbatasan sistem mekanis saat pemindaian, terdapat bagian gerakan kasar sehingga melompati bagian yang harusnya dipindai. Gerakan setiap sumbu x dan y seharusnya berpindah-pindah setiap jarak 40 μm untuk menghasilkan gambar yang baik. Namun demikian bentuk citra yang diperoleh masih dinilai cukup baik karena bentuknya masih bisa dikenali. Sehingga dengan demikian film tipis BST ini mampu diaplikasikan sebagai sensor citra.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Konstanta dielektrik, konduktivitas, dan disipasi energi dari film tipis BST meningkat dengan meningkatnya kadar pendadah Fe 2 O 3 , pendadah termasuk ke dalam tipe-p. 2. Nilai konduktivitas meningkat dengan meningkatnya intensitas cahaya yang diberikan, yang menunjukkan karakteristik fotokonduktivitas. 3. Penambahan pendadah Fe 2 O 3 memperkuat kepekaan film tipis BST terhadap efek cahaya. 4. Secara umum, pendadah Fe 2 O 3 10% menghasilkan absorbansi dan arustegangan terbaik dari film tipis BST. 5. Dengan memiliki sifat optik dan listrik, film tipis BST berpotensi sebagai sensor cahaya fotodioda. 6. Dengan kemampuan fotodioda, film tipis BST dapat diaplikasikan sebagai sensor citra. 7. Aplikasi kamera digital yang dibuat dengan menggunakan sensor citra piksel tunggal mampu menangkap/capture bayangan obyek dengan cukup baik walaupun memakan waktu sekitar 10 menit pada setiap capture.
Dari hasil penelitian dapat disarankan sebagai berikut: 1. Scale up pendadah Fe 2 O 3 agar didapatkan komposisi optimal sehingga memungkinkan didapat fotodioda yang lebih baik. 2. Pengujian sensor untuk dapat mengenali warna menggunakan filter warna. 3. Pengujian lebih lanjut untuk mengetahui kelayakan film tipis BST sebagai sensor citra antara lain uji sensitivitas, uji linearitas dan uji stabilisasi. 4. Jika memungkinkan dibuat sensor citra dalam bentuk array sensor agar tidak perlu sistem mekanis sehingga proses pengambilan gambar/capture lebih singkat dan mampu diaplikasikan pada kamera digital di pasaran
40
Pengembangan lanjutan penelitian ini: 1. Mencari komposisi bahan untuk pembuatan sensor cahaya yang mampu mengenali warna secara langsung sehingga kamera digital yang dibuat mampu memberikan informasi warna (tanpa perlu filter warna). 2. Membuat “chip cerdas” berbasis BST yang menampilkan semua keunggulan BST (kamera, sensor suhu, kelembapan, sel surya, memori kontroller dll) 3. Kamera multi fungsi (citra, tembus pandang (UV), infrared, night vision)
DAFTAR PUSTAKA Anagnostopoulos CN, Blouke MM, Lesser MP. 1996. Solid state sensor arrays and CCD cameras. San Jose, California. Arsyad MN. 1989. Ilmuan Muslim Sepanjang Sejarah, Mizan, Bandung, cet. I. Azizahwati. 2002. Studi Morfologi Permukaan Film Tipis PbZR 0,525 Ti 0,475 O 3 yang Ditumbuhkan Dengan Metode DC Unbalanced Magnetron Sputtering. Jurnal Nasional Indonesia 5(1), Indonesia, 50-56 (2002). Dahrul M, Syafutra H, Setiawan AA. Irzaman, Indro MN, Siswadi. 2010. Synthesis and Characterizations Photodiode Thin Film Barium Strontium Titanate (BST) Doped Niobium and Iron as Light Sensor. Journal of The 4th Asian Physics Symposium-An Innterantional Event edited Khairurrijal, M. Abdullah. Volume 1325 page 43-46. American Institute of Physics (AIP) conference. Davies, Adrian. 2005. The Focal Digital Imaging A-Z. Focal Press. ISBN 0240519809.8. Giridharan NV, Jayavel R, Ramasamy P. Structural, Morphological and Electrical Studies on Barium Strontium Titanate Thin Films Prepared by SolGel Technique. Crystal Growth Centre, Anna University, Chennai, India, 36, 65-72 (2001). Huriawati F. 2009. Sintesis Film BST Didadah Niobium dan Tantalum serta Aplikasinya Sebagai Sensor Cahaya. Tesis. Bogor : Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Irzaman, Akhiruddin, Seno A. 2008. Efek Fotovoltaik dan Pirolektrik BST yang didadah Niobium (BNST) Menggunakan Metode Chemical Solution Deposition (CSD). Jurnal Aplikasi Fisika Departemen Fisika FMIPA Universitas Halueleo Kendari, 54-60. Irzaman, Arif A, Syafutra H, Romzie M. 2009. Studi Konduktivitas Listrik, Kurva I-V dan Celah Energi Fotodioda Berbasis Film Tipis Semikonduktor BST yang Didadah Galium Menggunakan Metode Chemical Solution Deposition (CSD). Jurnal Aplikasi Fisika Departemen Fisika FMIPA Universitas Haluoleo Kendari. 5 (1) hal 22-30. Irzaman, Darmasetiawan H, Hardhienata H, Erviansyah R, Huriawati F, Akhiruddin M, Hikam M, Arifin P. 2011. Electrical Properties of Photodiode BST Thin Film Doped with Ferrium Oxide using Chemical Deposition Solution Method. 6 (2) page 161-166. Irzaman, Darmasetiawan H, Hardhienata H, Hikam M. Arifin P, Jusoh SN, Jusoh, Taking S, Jamal Z, Idris MA. 2009. Surface Roughness and Grain size Characterization of Effect of Annealing Temperature for Growth Gallium and Tantalum Doped Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 Thin Film. Journal Atom Indonesia BATAN, 35(1) Page 57-67.
42
Irzaman, Darmasetiawan H. 2008. Electrical Conductivity and Surface Roughness Properties of Ferroelectric Gallium Doped BST Thin Films. Indonesian Journal of Physics Departement of Physics FMIPA ITB, 119-121. Irzaman, Indro MN, Priatna RI. 2007. Sifat Ferroelektrik Lapisan Tipis PZT dan PNZT yang Ditumbuhkan dengan Metode CSD. Jurnal Agritek IPM Malang, 15 (1) hal 157-164. Irzaman, M. Nur Indro, R.I. Priatna. 2006. Sifat Ferroelektrik Lapisan Tipis PbZrxTi1-xO3 dan PbNbZrxT1-xiO3 yang Ditumbuhkan dengan Metode Chemichal Solution Deposition (CSD). Departemen Fisika FMIPA IPB, Kampus IPB Darmaga Bogor. Irzaman, Darvina Y, Fuad A, Arifin P, Budiman M and Barmawi M. 2003. Physical and Pyroelectric Properties of Tantalum Oxide Doped Lead Zirconium Titanate [Pb 0.9950 (Zr 0,525 Ti 0,465 Ta 0,010 )O 3 ] Thin Films and Its Application for IR Sensor. Physica Status Solidi (a), Germany, 199 (3), 416424. Lapedes DN. 1978. McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms Second Edition. McGraw-Hill Inc. Marwan A. 2007. Studi Efek Fotovoltaik Bahan Ba0,5Sr0,5TiO3 yang Didadah Galium (BGST) di Atas Substrat Si (100) Tipe-n. Skripsi, Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor. Omar MA. Elementary Solid State Physics. Addison-Wesley Publishing Company, Inc. (1993). R. Hirsch, G. Erf. 2010. Exploring Color Photography: From Film to Pixels. Elsevier Science. Seo JY, Park SW. ChemicalMechanical Planarization Characteristic of Ferroelektrik Film for FRSM Aplication. Journal of Korean Physical Society, Vol 45, No . 3, Page 769-772 (2004) Sucipto, Surur I, Deni I, Solihat R, Bessie S, Budiman I, Syafutra H, Irzaman, Djatna T, Irawadi TT, Fauzi AM. 2010. Photodiode Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 Thin Film as Light Sensor. International Conference of Material Sciences and Technology BATAN Puspitek Serpong Indonesia. Syafutra H, Irzaman, Indro MN, Subrata IDM. 2010. Development of Luxmeter Based on BST Ferroelectric Material. Journal of The 4th Asian Physics Symposium-An Innterantional Event edited Khairurrijal, M. Abdullah. Volume 1325 page 43-46. American Institute of Physics (AIP) conference. Syafutra H. 2008. Pembuatan fotokonduktivitas Berbasis Bahan ferroelektrik Ba 0.6 Sr 0.4 TiO 3 yang Didadah Tantalum Pentoksida (BSTT) diatas Substrat Si (100) Type-p dan Substrat TCO Type-705.Skripsi. Bogor: Fakultas matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Thomas, Bernacki A, Ivoly, Koutsaroff P and Divita C. .Barium Strontium Titanate Thin-Film MultiLayer Capacitors. Gennum Corporation, Passive Component Industry, (2004). Uchino, K. 2000. Ferroelectric Devices. Marcel Dekker, Inc. USA.
43
Utami ACW. 2007. Studi Efek Fotovoltaik Film Tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 yang Didadah Tantalum (BSTT) di Atas Substrat Si (100) Tipe-p. Skripsi, Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor. Wahana Komputer. 2005. Pemanfaatan Kamera Digital dan Pengolahan Imagenya, Penerbit Andi.31. Yun TS, Nam H, Yoon KC, Lee JC, Kim HS, Hyun TS, Kim HG, Kim ID and Kim KB. 2006. Integrated Ferroelectrics, 86, 141–148. http://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor. (15 Juli 2010). http://www.e2v.com/news/e2v-ccd-imaging-sensors-to-enable-nasas-hubblespace-telescope-to-explore-the-nature-and-history-of-our-universe-withgreater-capability-than-ever-before/ (3 Mei 2010) http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd (6 Juli 2010) www.sales.hamamatsu.com/assets/applications/SSD/photodiode_technical_infor mation.pdf. (15 Juli 2010)
LAMPIRAN
47
Lampiran 1. Diagram alir penelitian
Pembuatan Sensor fotosensor BST Pengujian sensor cahaya
Evaluasi
Hasil diharapkan ?
Pembuatan Kamera Digital Piksel Tunggal Pengujian sensor citra
Hasil diharapkan ?
SELESAI
Evaluasi
49
Lampiran 2. Sampel perhitungan nilai konstanta dielektrik. Doping 0% 3 2 1
time (s) 0 -5
0
5
R (kΩ) f (kHz) peak to peak (V) periode (sekon) mean (mV) frekuensi (Hz)
10 100 4.76 10.09 114 98.81
10
15
20
25
-1 -2 -3
Vmax Vmin V peak to peak 2.40 -2.28 titik τ y (V) x (s) 0.68 8.76E-06
0.63V peak to peak
4.68 titik lembah x (s) 6.95E-06
t (xτ-xlembah)
titik τ perkiraan (V)
2.95 R (Ω)
C (F)
0.67 A (m2)
d (m)
ε0
ε
1.81E-06 1.00E+04 1.81E-10 4.E-06 4.53E-06 8.85E-12 23.15
Data Osiloskop : ε = 23,15 Data LCR : Gelap : ε =1489,88 ; Terang : ε = 1306,45 ; Sangat terang : ε = 1434,24
51
Lampiran 3. Diagram alir pembuatan kamera digital piksel tunggal.
Pembuatan film tipis BST (Sensor Cahaya)
Pemotongan dan pencucian substrat Si
Pembuatan larutan BFST
Proses penumbuhan film tipis
Proses Annealing
Proses metalisasi dan pemasangan kontak
Uji karakteristik sensor cahaya
Pemilihan sensor cahaya terbaik
Pembuatan kamera digital piksel tunggal
Pembuatan rangkaian penguat sensor citra
pembuatan sistem mekanis kamera digital piksel tunggal
pembuatan rangkaian elektronika
pembuatan program mikrokontroler
pembuatan program visual basic
pengujian
pengambilan data gambar
53
Lampiran 4. Diagram alir cara kerja kamera digital piksel tunggal. Pindai gambar sepanjang sumbu sumbu y
Objek (Pantulan cahaya objek)
Bayangan objek tepat di bagian focal plane?
TIDAK
Kirim nilai bacaan sensor ke komputer
naik sumbu x sebanyak 1 nilai
YA
Tekan tombol Run di komputer
sumbu x sudah mencapai 500 px?
Inisiasi sistem mekanis
YA posisi x=0 dan y=0 ?
TIDAK bunyi buzzer 3 x
YA
bunyi buzzer 2x
selesai
TIDAK
55
Lampiran 5. Gambar desain alat kamera digital piksel tunggal.
57
Lampiran 6. Foto alat kamera digital piksel tunggal.
Tampak depan Lubang intip bayangan objek
Tampak samping
58
Tampak depan terbuka Penempatan sensor citra BST
Bagian dalam (sistem mekatronik)
59
Lampiran 7. Tampilan antarmuka aplikasi komputer kamera digital piksel tunggal.
Tampilan sesaat setelah selesai memfoto objek. Pointer posisi piksel x dan y Kanvas (penampil hasil foto)
Infomasi nilai bacaan intensitas sensor (digital) dan posisi pointer sensor (piksel) Warna bacaan sensor realtime (Grayscale) Batasan minimal dan maksimal intensitas yang terbaca (dalam nilai digital) Nilai pengali intensitas (Kontras) Nilai koreksi Pembalik nilai (invert) Progres Bar (persentase proses) Tombol mulai (memfoto objek) Mode uji Indikator operasi Uji mekanis sumbu y (mundur) Uji mekanis sumbu y (maju) Nilai bacaan serial port Uji mekanis sumbu x (mundur) Uji mekanis sumbu x (maju)
Ulang tampilan
61
Lampiran 8. Uji linearitas potensio geser sumbu x dan sumbu y.
Uji Linearitas Potensio Geser Sumbu X 180 y = 0.401x - 5.507 R² = 0.998
160 140
Jarak (mm)
120 100 80 60 40 20 0 -20
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Nilai Digital (ADC)
Uji Linearitas Potensio Geser Sumbu Y 200 y = 0.401x + 4.919 R² = 0.998
180 160
Jarak (mm)
140 120 100 80 60 40 20 0 0
50
100
150
200
250
Nilai Digital (ADC)
300
350
400
450
63
Lampiran 9. Source code pemrograman Mikrokontroler AT Mega 8535. '----------------------------------------------------------------------------------'name : Camera Single Pixel Machine ‘Description : Mechanic control an acquisition data system 'copyright : 2012, Ihsan Inside 'micro : AT Mega 8535 '----------------------------------------------------------------------------------$regfile = "m8535.dat" $crystal = 4000000 $baud = 9600
' micro ' crystal frequency ' baud rate
'#########################Konfigurasi IO dan Deklarasi###################### ' Nilai Sensor (Pot X tdk pengaruh, Pot Y = 14/min) = 318 - 321 ' Nilai Sensor (Pot X tdk pengaruh, Pot Y = 880/max) = 336 - 340 '----------------------> Selisih = 19, Increment = kelipatan 45 ' Nilai sensor Min (Gelap) = 320 - 321 ' Nilai sensor Min (Gelap) = 391 - 395 '----------------------> Selisih = 71 - 74 Config Portb = Output Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc Start Adc
Declare Declare Declare Declare Declare Declare Declare Declare Declare
Sub Sub Sub Sub Sub Sub Sub Sub Sub
Cekya() Kirim() Majux() Majuxtest() Mundurx() Majuy() Mundury() Bacaadc() Buzzer(byval S As Integer )
Dim Cekjalan As Word Dim Nilaiadc0rev As Word Dim Hitung As Word Dim Nilaiadc0 As Word Dim Nilaiadc2 As Word Dim Nilaiadc3 As Word
'SENSOR 'KOORDINAT X 'KOORDINAT Y
Dim Nilaiadc0b As Word Dim Nilaiadc2b As Word Dim Nilaiadc3b As Word Dim Selisihadc As Word Dim Dim Dim Dim
Strnilaiadc0 As String * 4 Strnilaiadc2 As String * 4 Strnilaiadc3 As String * 4 Perintah As String * 8
Dim Nilaipinadc0 As Byte Dim Nilaipinadc2 As Byte Dim Nilaipinadc3 As Byte Dim Pjgnilaiadc0 As Byte Dim Pjgnilaiadc2 As Byte Dim Pjgnilaiadc3 As Byte
'#########################============================###################### Atas: Input "menunggu" , Perintah Select Case Perintah Case "yui" : Goto Bawah Case "max" : Call Majuxtest
64
Goto Atas Case "mux" : Call Mundurx Goto Atas Case "may" : Call Majuy Goto Atas Case "muy" : Call Mundury Goto Atas Case "cek" : Call Cekya Goto Atas End Select
Bawah: If Perintah = "yui" Then Call Mundurx() Call Mundury() Call Buzzer(300) Do Call Majuy() Call Majux() Call Mundury() Call Majux() Loop Until Nilaiadc2 > 880 Call Buzzer(300) Call Buzzer(1000) End If End Sub Buzzer() Portb.4 = Waitms S Portb.4 = Waitms S Portb.4 = Waitms S Portb.4 = End Sub
' Untuk indikator 1 0 1 0
Sub Majuxtest() Do 'Call Bacaadc() Nilaiadc0 = Getadc(0) Nilaiadc2 = Getadc(2) Portb.0 = 1 Portb.1 = 0 If Nilaiadc2 > Nilaiadc2b Then Call Kirim Nilaiadc2b = Nilaiadc2 End If Loop Until Nilaiadc2 > 880 Portb.0 = 0 Portb.1 = 0 End Sub Sub Majux() Call Buzzer(50) Do 'Call Bacaadc() Nilaiadc0 = Getadc(0) Nilaiadc2 = Getadc(2) Portb.0 = 1 Portb.1 = 0 Loop Until Nilaiadc2 > Nilaiadc2b Portb.0 = 0 Portb.1 = 0 Nilaiadc2b = Nilaiadc2 End Sub
65
Sub Mundurx() Do Nilaiadc0 = Getadc(0) Nilaiadc2 = Getadc(2) 'Call Bacaadc() Portb.0 = 0 Portb.1 = 1 If Nilaiadc2 < Nilaiadc2b Then Call Kirim Nilaiadc2b = Nilaiadc2 End If Loop Until Nilaiadc2 < 20 Portb.0 = 0 Portb.1 = 0 End Sub
Sub Majuy() Nilaiadc0 = 0 Do 'Call Bacaadc() Nilaiadc0 = Nilaiadc0 + Getadc(0) Hitung = Hitung + 1 Nilaiadc3 = Getadc(3) Cekjalan = Cekjalan + 1 If Cekjalan > 500 Then Call Buzzer(100) Waitms 10 Call Buzzer(100) Waitms 10 Portb.2 = 0 Portb.3 = 0 Cekjalan = 0 Waitms 100 Majuy End If
Portb.2 = 1 Portb.3 = 0 If Nilaiadc3 > Nilaiadc3b Then Cekjalan = 0 Nilaiadc0 = Nilaiadc0 / Hitung Call Kirim Nilaiadc3b = Nilaiadc3 Nilaiadc0 = 0 Hitung = 0 End If Loop Until Nilaiadc3 > 870 Portb.2 = 0 Portb.3 = 0 Cekjalan = 0 End Sub Sub Mundury() Nilaiadc0 = 0 Do 'Call Bacaadc() Nilaiadc0 = Nilaiadc0 + Getadc(0) Hitung = Hitung + 1 Nilaiadc3 = Getadc(3) Portb.2 = 0 Portb.3 = 1 If Nilaiadc3 < Nilaiadc3b Then Nilaiadc0 = Nilaiadc0 / Hitung
66
Call Kirim Nilaiadc3b = Nilaiadc3 Nilaiadc0 = 0 Hitung = 0 End If Loop Until Nilaiadc3 < 20 Portb.2 = 0 Portb.3 = 0 End Sub Sub Kirim() 'Nilaiadc0rev = Nilaiadc3 / 82 'Nilaiadc0 = Nilaiadc0 - Nilaiadc0rev Strnilaiadc0 = Str(nilaiadc0) Pjgnilaiadc0 = Len(strnilaiadc0) Select Case Pjgnilaiadc0 Case 1 : Strnilaiadc0 = "000" + Strnilaiadc0 Case 2 : Strnilaiadc0 = "00" + Strnilaiadc0 Case 3 : Strnilaiadc0 = "0" + Strnilaiadc0 End Select Strnilaiadc2 = Str(nilaiadc2) Pjgnilaiadc2 = Len(strnilaiadc2) Select Case Pjgnilaiadc2 Case 1 : Strnilaiadc2 = "000" + Strnilaiadc2 Case 2 : Strnilaiadc2 = "00" + Strnilaiadc2 Case 3 : Strnilaiadc2 = "0" + Strnilaiadc2 End Select Strnilaiadc3 = Str(nilaiadc3) Pjgnilaiadc3 = Len(strnilaiadc3) Select Case Pjgnilaiadc3 Case 1 : Strnilaiadc3 = "000" + Strnilaiadc3 Case 2 : Strnilaiadc3 = "00" + Strnilaiadc3 Case 3 : Strnilaiadc3 = "0" + Strnilaiadc3 End Select Print Strnilaiadc0 ; "-" ; Strnilaiadc2 ; "-" ; Strnilaiadc3 End Sub Sub Cekya() Do Nilaiadc0 = Getadc(0) Nilaiadc2 = Getadc(2) Nilaiadc3 = Getadc(3) 'Nilaiadc0rev = Nilaiadc3 / 82 'Nilaiadc0 = Nilaiadc0 - Nilaiadc0rev If Nilaiadc0 <> Nilaiadc0b Then
'Portb = Nilaiadc0 / 4 Strnilaiadc0 = Str(nilaiadc0) Pjgnilaiadc0 = Len(strnilaiadc0) Select Case Pjgnilaiadc0 Case 1 : Strnilaiadc0 = "000" + Strnilaiadc0 Case 2 : Strnilaiadc0 = "00" + Strnilaiadc0 Case 3 : Strnilaiadc0 = "0" + Strnilaiadc0 End Select Strnilaiadc2 = Str(nilaiadc2) Pjgnilaiadc2 = Len(strnilaiadc2) Select Case Pjgnilaiadc2 Case 1 : Strnilaiadc2 = "000" + Strnilaiadc2 Case 2 : Strnilaiadc2 = "00" + Strnilaiadc2 Case 3 : Strnilaiadc2 = "0" + Strnilaiadc2 End Select Strnilaiadc3 = Str(nilaiadc3) Pjgnilaiadc3 = Len(strnilaiadc3) Select Case Pjgnilaiadc3 Case 1 : Strnilaiadc3 = "000" + Strnilaiadc3 Case 2 : Strnilaiadc3 = "00" + Strnilaiadc3
67
Case 3 : Strnilaiadc3 = "0" + Strnilaiadc3 End Select Print Strnilaiadc0 ; "-" ; Strnilaiadc2 ; "-" ; Strnilaiadc3 Nilaiadc0b = Nilaiadc0 End If Waitms 50 Loop End Sub
69
Lampiran 10. Source code pemrograman Visual Basic 2010.
'############################################################################# '#### Pemrograman Visual Basic 2010 #### '#### KAMERA DIGITAL PIKSEL TUNGGAL #### '############################################################################# Public Class Form1 'Structure POINTAPI ' Public x As Long ' Public y As Long ' End Structure Dim dte1 As Date, dte2 As Date Dim cek As String Dim sisawkt As String Dim inputData As String = "" Dim NSensor As String Dim NKoordx As String Dim NKoordy As String Dim MinSensor As Integer Dim MaxSensor As Integer Dim Dim Dim Dim
GKoordx As GKoordy As GkoordxOld gkoordyOld
Integer Integer As Integer As Integer
Dim Gambarkan As Boolean Dim Matrix(500, 500) As Integer Dim MatrixY(500) As Integer Public Event DataReceived As IO.Ports.SerialDataReceivedEventHandler Private Sub Form1_Load(ByVal sender As System.Object, _ ByVal e As System.EventArgs) Handles MyBase.Load 'Set values for some properties serialprt_3.PortName = "COM3" serialprt_3.BaudRate = 19200 serialprt_3.Parity = IO.Ports.Parity.None serialprt_3.DataBits = 8 serialprt_3.StopBits = IO.Ports.StopBits.One serialprt_3.Handshake = IO.Ports.Handshake.None serialprt_3.RtsEnable = True ' Open the Serial Port serialprt_3.Open() 'Writes data to the Serial Port output buffer 'If SerialPort1.IsOpen = True Then 'SerialPort1.Write("MicroCommand") 'End If End Sub ' Receive data from the Serial Port Private Sub SerialPort1_DataReceived(ByVal sender As System.Object, _ ByVal e As System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs)_ Handles serialprt_3.DataReceived inputData = serialprt_3.ReadLine 'or SerialPort1.ReadLine Me.Invoke(New EventHandler(AddressOf DoUpdate)) End Sub 'Show received data on UI controls and do something Public Sub DoUpdate() txtBoxRAW.Text = Replace(inputData, Chr(13), "") NSensor = Mid(inputData, 1, 4) NKoordx = Mid(inputData, 6, 4) NKoordy = Mid(inputData, 11, 4)
70
'NSensor = "0400" If Val(NSensor) = 0 Then NSensor = NSensor If MinSensor = 0 Or Val(NSensor) < MinSensor Then _ MinSensor = Val(NSensor) lblMinSensor.Text = "Min : " & MinSensor If Val(NSensor) > MaxSensor Then MaxSensor = Val(NSensor) lblMaxSensor.Text = "Max : " & MaxSensor lblRangeSensor.Text = "Range : " & MaxSensor - MinSensor 'KOORD BASED ON Graphics If Val(NKoordx) > 20 And Val(NKoordx) < 870 Then GKoordx = Val(NKoordx) - 20 'If GKoordx > 350 Then GKoordx = GKoordx - 6 GKoordx = GKoordx / 850 * PictureBox1.Width End If If Val(NKoordy) > 20 And Val(NKoordy) < 870 Then GKoordy = Val(NKoordy) - 20 'If GKoordy > 350 Then GKoordy = GKoordy - 6 GKoordy = GKoordy / 850 * PictureBox1.Height GKoordy = 500 - GKoordy End If lblSensor.Text = "SENSOR : " & NSensor lblKoordX.Text = "KOORDX : " & NKoordx & " lblKoordY.Text = "KOORDY : " & NKoordy & "
_ " & GKoordx _ " & GKoordy
If Gambarkan = True Then Dim niLai As Integer Dim G As Graphics Dim r As Rectangle Dim b As SolidBrush niLai = Val(NSensor) - Val(TxtBox_setmin.Text) niLai = niLai / (Val(TxtBox_setmax.Text) - _ Val(TxtBox_setmin.Text)) * 255 'niLai = niLai * 3 niLai = Val(TxtBox_setfactor.Text) * niLai niLai = niLai - (GKoordy / 500 * Val(TxtBox_setcorrect.Text)) If chkInvert.Checked = True Then niLai = 255 - niLai If niLai < 0 Then niLai = 0 If niLai > 255 Then niLai = 255 dte2 = CDate(Now) sisawkt = DateDiff(DateInterval.Second, dte1, dte2) - _ (DateDiff(DateInterval.Minute, dte1, dte2) * 60) If Val(sisawkt) < 10 Then sisawkt = "0" & sisawkt If DateDiff(DateInterval.Minute, dte1, dte2) < 10 Then sisawkt = "00:0" & DateDiff(DateInterval.Minute, dte1, dte2)&_ ":" & sisawkt Else sisawkt = "00:" & DateDiff(DateInterval.Minute, dte1, dte2)&_ " : " & sisawkt End If lblTimeInfo.Text = "Elapsed Time : " & sisawkt & _ " - Percentage : " & Format(GKoordx / 499 * 100, "0.00") progressb_Percent.Value = GKoordx lblSensor.Text = "SENSOR : " & NSensor & "
_ " & niLai
'Isi nilai matrix 'supaya Warna dari terang ke gelap rectTestWSensor.BackColor = Color.FromArgb _ (255, niLai, niLai, niLai)
71
b = New SolidBrush(Color.FromArgb(150, niLai, niLai, niLai)) 'P = New Pen(Color.FromArgb(150, niLai, niLai, niLai)) 'Membuat kanvas pada picture box G = PictureBox1.CreateGraphics r = New Rectangle(GKoordx, GKoordy, 7, 7) G.FillRectangle(b, r) '======================================================================== Label2.Text = niLai If gkoordyOld > GKoordy Then rectTestWSensor.BackColor = Color.FromArgb _ (255, niLai, niLai, niLai) b = New SolidBrush(Color.FromArgb(150, niLai, niLai, niLai)) G = PictureBox1.CreateGraphics r = New Rectangle(GKoordx, GKoordy, 7, 7) G.FillRectangle(b, r) End If MatrixY(GKoordy) = niLai Matrix(GKoordx, GKoordy) = niLai '===================================================================== RectangleShape1.Left = PictureBox1.Left (RectangleShape1.Width / 2) RectangleShape1.Top = PictureBox1.Top RectangleShape2.Left = PictureBox1.Left RectangleShape2.Top = PictureBox1.Top + (RectangleShape1.Height / 2) End If End Sub
+ GKoordx - _ RectangleShape1.Height - 2 - RectangleShape2.Width -2 GKoordy - _
Private Sub Form1_FormClosed(ByVal sender As System.Object, _ ByVal e As System.Windows.Forms.FormClosedEventArgs) _ Handles MyBase.FormClosed ' Close the Serial Port serialprt_3.Close() End Sub
Private Sub btnSTOP_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As _ System.EventArgs) Handles btnSTOP.Click Gambarkan = False RectangleShape3.BackColor = Color.White End Sub Private Sub btnTestXp_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As _ System.EventArgs) Handles btnTestXp.Click If serialprt_3.IsOpen = True Then serialprt_3.Write("max" & vbCrLf) End If End Sub Private Sub btnTestXm_Click_1(ByVal sender As System.Object, ByVal e As _ System.EventArgs) Handles btnTestXm.Click If serialprt_3.IsOpen = True Then serialprt_3.Write("mux" & vbCrLf) End If End Sub Private Sub btnTestYp_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As _ System.EventArgs) Handles btnTestYp.Click If serialprt_3.IsOpen = True Then serialprt_3.Write("may" & vbCrLf)
72
End If End Sub Private Sub btnTestYm_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As _ System.EventArgs) Handles btnTestYm.Click If serialprt_3.IsOpen = True Then serialprt_3.Write("muy" & vbCrLf) End If End Sub Private Sub btnRUN_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As _ System.EventArgs) Handles btnRUN.Click Gambarkan = True RectangleShape3.BackColor = Color.Red If serialprt_3.IsOpen = True Then serialprt_3.Write("yui" & vbCrLf) End If dte1 = CDate(Now) End Sub Private Sub btnREDRAW_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As _ System.EventArgs) Handles btnREDRAW.Click Timer2.Enabled = True End Sub Private Sub Timer2_Tick(ByVal sender As System.Object, ByVal e As _ System.EventArgs) Handles Timer2.Tick Dim niLai As Integer Dim nilaiX As Integer Dim nilaiY As Integer Dim G As Graphics Dim r As Rectangle Dim b As SolidBrush If nilaiX < 501 Then 'isi nilai matrix niLai = Matrix(nilaiX, nilaiY) 'If niLai = 0 Then niLai = 255 nilaiX = nilaiX + 1 b = New SolidBrush(Color.FromArgb(150, niLai, niLai, niLai)) G = PictureBox1.CreateGraphics r = New Rectangle(nilaiX, nilaiY, 20, 20) G.FillRectangle(b, r) Else nilaiX = 1 nilaiY = nilaiY + 1 If nilaiY = 500 Then Timer2.Enabled = False End If End Sub Private Sub btnCEK_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As _ System.EventArgs) Handles btnCEK.Click Gambarkan = True RectangleShape3.BackColor = Color.Red If serialprt_3.IsOpen = True Then serialprt_3.Write("cek" & vbCrLf) End If End Sub End Class
