UJI SIFAT LISTRIK DAN SIFAT STRUKTUR FOTODIODA FERROELEKTRIK FILM BARIUM STRONTIUM TITANATE

UJI SIFAT LISTRIK DAN SIFAT STRUKTUR FOTODIODA FERROELEKTRIK FILM BARIUM STRONTIUM TITANATE (Ba0,5Sr0,5TiO3) BERDASARKAN PERBEDAAN WAKTU ANNEALING

JOHAN ISKANDAR

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011

JOHAN ISKANDAR. Uji Sifat Listrik dan Sifat Struktur Fotodioda Ferroelektrik Film Barium Strontium Titanate (Ba0,5Sr0,5TiO3) berdasarkan Perbedaan Waktu Annealing. Dibimbing oleh IRZAMAN dan HERIYANTO SYAFUTRA. Abstrak Fotodioda Film Ba0,5Sr0,5TiO3 (BST) telah berhasil dibuat dengan menumbuhkan BST di permukaan substrat Si(100) tipe-p dengan menggunakan metode sol gel dengan teknik spin coating pada kecepatan putar 3000 rpm selama 30 detik. Film BST dibuat dengan konsentrasi 1 M dan proses annealing pada suhu 850°C selama 8 jam, 15 jam, 22 jam, dan 29 jam. Dilakukan karakterisasi sifat listrik, optik, dan struktur film. Karakterisasi I-V dilakukan pada kondisi gelap dan terang dengan filter warna hijau, kuning, dan merah. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa film bersifat fotodioda. Konduktivitas listrik (σ) film dengan waktu annealing selama 8 jam, 15 jam, 22 jam, dan 29 jam berturut-turut adalah 1.49 x 10-5 S/cm, 2.05 x 10-5 S/cm, 2.27 x 10-5 S/cm, 6.66 x 10-5 S/cm. Nilai σ tersebut berada dalam rentang σ semikonduktor, sehingga film BST yang dihasilkan merupakan material semikonduktor. Selain kareakterisasi I-V dan konduktivitas listrik dilakukan juga karakterisasi konstanta dielektrik (ε). Nilai ε film menurun ketika tegangan ditingkatkan dari 1 volt, 2 volt, dan 3 volt. Sedangkan semakin lama film ditahan pada suhu 850o C menyebabkan konstanta dielektriknya meningkat. Karakterisasi sifat optik diantaranya pengukuran absorbansi dan reflektansi film. Kurva absorbansi yang diperoleh memperlihatkan panjang gelombang yang paling banyak diserap dan dipantulkan yaitu berkisar dari 400-500 nm dan 570-600 nm. Data reflektansi film dapat digunakan untuk menghitung indeks bias (n) dan energy gap (Eg). Karakterisasi sifat struktur berupa pengujian XRD. Hasil yang diperoleh memperlihatkan intensitas difraksi tertinggi dimiliki oleh film BST dengan waktu annealing selama 8 jam sedangkan intensitas difraksi terendah dimiliki oleh film BST dengan waktu annealing selama 29 jam. Kata Kunci : BST, annealing, sifat listrik, sifat optik, sifat struktur.

UJI SIFAT LISTRIK DAN SIFAT STRUKTUR FOTODIODA FERROELEKTRIK FILM BARIUM STRONTIUM TITANATE (Ba0,5Sr0,5TiO3) BERDASARKAN PERBEDAAN WAKTU ANNEALING

JOHAN ISKANDAR

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011

Judul Skripsi

:

Nama NIM

: :

Uji Sifat Listrik dan Sifat Struktur Fotodioda Ferroelektrik Film Barium Strontium Titanate (Ba0,5Sr0,5TiO3) berdasarkan Perbedaan Waktu Annealing. Johan Iskandar G74070068

Disetujui :

Dr. Ir. Irzaman, M.Si

Heriyanto Syafutra, S.Si, M.Si

Pembimbing 1

Pembimbing 2

Diketahui :

Dr. Ir. Irzaman, M.Si Ketua Departemen Fisika

Tanggal lulus :

KATA PENGANTAR Alhamdulillahirabbilalamin. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala macam rahmat, karunia serta hidayah-Nya kepada saya sebagai penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir penelitian yang berjudul Uji Sifat Listrik dan Sifat Struktur Fotodioda Ferroelektrik Film Barium Strontium Titanate (Ba0,5Sr0,5TiO3) berdasarkan Perbedaan Waktu Annealing. Penulis sangat berterima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan selalu mendukung saya terutama kepada: Ibu dan Ayah atas doa dan semangat yang terus diberikan kepada saya. 1. 2. Kementerian Agama yang telah membiayai saya selama kuliah di IPB. 3. Pembimbing skripsi saya Bapak Irzaman dan Heriyanto Syafutra yang selalu memberikan masukan-masukan baik motivasi, nasihat serta ide-ide kepada penulis. 4. Bapak Akhiruddin dan Abd Djamil selaku dosen penguji saya. Bapak Hanedi atas semua saran dan masukan kepada penulis sehingga tulisan ini 5. menjadi lebih baik dan sesuai dengan tata cara penulisan karya ilmiah di institusi ini. 6. Semua Dosen atas ilmu yang telah diajarkan selama saya kuliah di IPB. Bapak Didik yang telah membantu saya dalam proses karakterisasi XRD. 7. 8. Teman-temanku di Departemen Fisika (Ade, Irvan, Martua, Ridwan, habibi, dani, hilal, Heri, Arianti, Nice, Vero, Ninink, Leli, Caca, Swity, Maya, Aie, Nenenk, dan yang lainnya yang tidak bisa saya sebutkan semua) yang selalu membuat saya tetap bersemangat sehingga memunculkan inspirasi yang dapat membantu saya menyelesaikan penelitian ini. Teman-temanku diluar Departemen Fisika (Eka, Lukman, Riyadi, Eko, Solih, 9. Iwan, Chirzin, Asep, Linda, Abidin, Asro, Zul, Karno, Juli) atas kebersamaannya. Penulis sangat mengharapkan segala macam masukan, kritik, dan saran yang sifatnya membangun dalam usaha pengembangan aplikasi material ini.

Bogor, September 2011

Penulis

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Lombok Timur (Lotim) Nusa Tenggara Barat (NTB) pada tanggal 8 Juli 1989. Penulis menyelesaikan masa studi di SDN Santong Lotim selama enam tahun, Madrasah Tsanawiyah Suradadi Lotim selama tiga tahun, dan melanjutkan ke Madrasah Aliyah Muallimmin NW di Pancor Lotim dan lulus pada tahun 2007. Penulis melanjutkkan pendidikan S1 jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur BUD. Selama masa studi di IPB aktif dalam beberapa oganisasi kemahasiswaan di IPB antara lain anggota CSS MORA IPB dan sebagai pengurus HIMAFI IPB divisi INFOKOM. Penulis juga menjadi asisten praktikum fisika dasar tahun 2009-2011. Penulis juga pernah mengikuti Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) 2010.

DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Tujuan Penelitian 1.3 Perumusan Masalah 1.4 Hipotesis BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Material Ferroelektrik 2.2 Barium Stronsium Titanat 2.3 Substrat Silikon (Si) 2.4 Semikonduktor 2.5 Dioda 2.6 Fotodioda 2.7 Fotokonduktivitas 2.8 X-Ray Diffraction (XRD) 2.9 Spektrofotometer 2.10 Metode Sol Gel 2.11 Metode Volumetrik 2.12 Suhu Annealing BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 3.2 Alat dan Bahan 3.3 Prosedur Penelitian 3.3.1 Pembuatan film BST 3.3.1.1 Persiapan substrat Si (100) tipe-p 3.3.1.2 Pembuatan larutan BST 3.3.1.3 Proses penumbuhan film 3.3.2 Proses annealing 3.3.3 Pembuatan kontak pada film 3.3.4 Karakterisasi 3.3.4.1 Karakterisasi XRD 3.3.4.2 Karakterisasi sifat optik 3.3.4.3 Karakterisasi konstanta dielektrik 3.3.4.4 Karakterisasi arus-tegangan (I-V) 3.3.4.5 Karakterisasi konduktivitas listrik BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Karakterisasi XRD 4.2 Sifat Optik 4.3 Konstanta Dielektrik 4.4 Arus-Tegangan (I-V) 4.5 Konduktivitas Listrik BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

Halaman vii viii ix 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 4 4 5 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9 10 10 11 13 17 18 19 20 23

vi

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1. Taksiran sudut difraksi dan indeks miller film Ba0,5Sr0,5TiO3 ..................... 11 Tabel 4.2. Parameter kisi film Ba0,5Sr0,5TiO3 berstruktur tetragonal ............................. 11 Tabel 4.3. Spektrum panjang gelombang cahaya tampak ............................................. 12 Tabel 4.4. Indeks bias dan energy gap film Ba0,5Sr0,5TiO3 ........................................... 13 Tabel 4.5. Nilai konstanta dielektrik film Ba0,5Sr0,5TiO3 .............................................. 14 Tabel 4.6. Nilai konduktivitas film Ba0,5Sr0,5TiO3 berdasarkan perbedaan waktu annealing ........................................................................ 18

vii

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Terbentuknya depletion region pada dioda persambungan p-n 3 Gambar 2.2 (a) Reverse biased ( b) Forward biased 4 Gambar 2.3 Keadaan fotodioda persambungan p-n 4 Gambar 2.4 Pembedaan material berdasarkan konduktivitas listrik 5 Gambar 2.5 Contoh hasil uji XRD film tipis GaAs 5 6 Gambar 2.6 Spin coater Gambar 3.1 Rangkaian untuk menghitung konstanta dielektrik film Ba0,5Sr0,5TiO3 9 Gambar 4.1 Pola difraksi sinar-X film B0,5Sr0,5TiO3 11 Gambar 4.2 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang 12 Gambar 4.3 Hubungan reflektansi dan panjang gelombang 12 Gambar 4.4 Cara menentukan energy gap sampel A 13 13 Gambar 4.5 Cara menentukan energy gap sampel B Gambar 4.6 Cara menentukan energy gap sampel C 13 Gambar 4.7 Cara menentukan energy gap sampel D 13 Gambar 4.8 Sinyal keluaran pada osiloskop ketika diberikan tegangan 1 volt 14 15 Gambar 4.9 Sinyal keluaran pada osiloskop ketika diberikan tegangan 3 volt Gambar 4.10 Sinyal keluaran pada osiloskop ketika diberikan tegangan 5 volt 16 Gambar 4.11 Hubungan konstanta dielektrik dan waktu annealing film Ba0,5Sr0,5TiO3 17 17 Gambar 4.12 Hubungan arus tegangan sampel A Gambar 4.13 Hubungan arus tegangan sampel B 17 Gambar 4.14 Hubungan arus tegangan sampel C 17 Gambar 4.15 Hubungan arus tegangan sampel D 18 Gambar 4.16 Hubungan konduktivitas listrik dan waktu annealing film Ba0,5Sr0,5TiO3 18

viii

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Diagram alir penelitian Lampiran 2. Data karakterisasi arus-tegangan (I-V) Lampiran 3. Data massa film sebelum dilakukan annealing dan sesudah proses annealing, contoh perhitungan time constant dan konstanta dielektrik, perhitungan konduktivitas listrik, perhitungan indeks miller dan parameter kisi Lampiran 4. Gambar hasil karakterisasi XRD film Ba0,5Sr0,5TiO3 Lampiran 5. Tabel perhitungan indeks miller, perhitungan parameter kisi, literatur analisis XRD JCPDS-ICDD untuk Ba0,5Sr0,5TiO3, SrTiO3,dan BaTiO3 Lampiran 6. Menentukan indeks bias dan energy gap

Halaman 24 25

29 32

34 42

ix

BAB I. PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Dewasa ini penelitian dalam berbagai disiplin bidang ilmu dan teknologi banyak dilakukan dalam usaha pengembangan disiplin bidang ilmu dan teknlogi tersebut. Salah satu bidang ilmu pengetahuan dan teknologi yang sangat membantu dalam kemajuan di berbagai sektor pembangunan yaitu bidang fisika khususnya elektronika. Teknologi film yang diarahkan pada pengembangan divais generasi baru sangat penting dilakukan sebagai usaha pengembangan ilmu bahan pada masa mendatang. Ferroelektrik merupakan kelompok material elektronik yang muatannya dapat terpolarisasi spontan serta mempunyai kemampuan merubah polarisasi internalnya dengan menggunakan medan listrik yang sesuai. Antara tahun 60-an sampai 70-an bahan ferroelektrik lebih banyak dibuat dalam bentuk kristal tunggal maupun bulk. Sepuluh tahun terakhir terjadi paradigma baru dalam fabrikasi, yaitu dalam bentuk lapisan tipis (thin film). Penggunaan untuk fabrikasi dalam bentuk film tipis sangat luas, karena sifat-sifat bahan ferroelektrik dapat dimodifikasi sesuai kebutuhan serta mudah diintegrasikan dalam bentuk device [1]. Beberapa aplikasi film tipis ferroelektrik antara lain sebagai lapisan penyangga (buffer layer), transducer, saklar, sensor, kapasitor dan sebagai memori. Penggunaan film ferroelektrik sebagai memori banyak keuntungannya bila dibandingkan sistem magnetik. Sistem magnetik hanya mampu menyimpan 105 bit/cm2, sedangkan memori yang dibuat dari ferroelektrik mampu menyimpan hingga 108 bit/cm2. Keuntungan lain adalah sebagai memori permanen yang mampu menekan kehilangan informasi selama proses yang berulang [2]. Bahan ferroelektik terdiri dari senyawa kimia yang kompleks, sampai saat ini sudah hampir 100 senyawa inorganik ferroelektrik, senyawa yang sederhana misalnya NH4HSO4 (monoklinik), KH2PO4 (orthorombik) dan BaTiO3 (tetragonal) [3]. Dalam penelitian ini bahan ferroelektrik yang dibuat yaitu Ba0,5Sr0,5TiO3 (BST) dengan metode sintesis film menggunakan metode sol gel. 1.2

Tujuan Penelitian Tujuan umum penelitian ini adalah membuat dan mengkaji film dari bahan

ferroelektrik Ba0,5Sr0,5TiO3(BST). Tujuan khusus dari penelitian ini adalah: 1. Melakukan penumbuhan film Ba0,5Sr0,5TiO3 di permukaan substrat Si (100) tipe-p dengan metode sol gel. 2. Karakterisasi I-V, konduktivitas listrik, konstanta dielektrik, absorbansi dan reflektansi dari film BST. 3. Karakterisasi XRD. 1.3

Perumusan Masalah Bagaimanakah sifat listrik dan sifat struktur film Ba0,5Sr0,5TiO3 yang dibuat dengan perbedaan waktu annealing 8 jam, 15 jam, 22 jam, dan 29 jam dalam suhu tetap 850 oC?

1.4

Hipotesis Pada suhu tetap 850 oC dengan menggunakan waktu annealing 8 jam, 15 jam, 22 jam, dan 29 jam, maka waktu yang makin lama menghasilkan struktur dan sifat listrik yang lebih baik.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1

Material Ferroelektrik Ferroelektrik adalah gejala terjadinya perubahan polarisasi listrik secara spontan pada material tanpa gangguan medan listrik dari luar. Ferroelektrivitas merupakan fenomena yang ditunjukkan oleh kristal dengan suatu polarisasi spontan dan efek histerisis yang berkaitan dengan perubahan dielektrik ketika diberikan 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 [4], sifat piezoelektrik dapat digunakan sebagai mikroaktuator dan sensor, sifat piroelektrik dapat diterapkan pada switch termal infra merah, sifat polaryzability dapat diterapkan sebagai non volatile ferroelectric random acsess memory (NVFRAM) [5], dan sifat optik dapat diterapkan sebagai pemandu gelombang pada perangkat optik seperti saklar atau modulator [6]. Material ferroelektrik merupakan kelompok material yang dapat terpolarisasi listrik secara internal pada rentang suhu tertentu. Polarisasi terjadi 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

2 menimbulkan momen dipol listrik. Momen dipol ini yang mengakibatkan terjadi polarisasi. Momen dipol per-satuan volume disebut sebagai polarisasi dielektrik [7]. 2.2

Barium Stronsium Titanat (BST) Material yang digunakan dalam pembuatan film ini adalah BST. BST telah dikembangkan secara luas sebagai bahan feroelektrik yang dapat digunakan dalam perangkat microwave tunable, seperti pada phase shifter, tunable filter, resonator, antenna, dan delay line [8,9]. Suhu Curie pada barium titanat adalah 130 oC dan dengan adanya doping stronsium suhu curie menurun menjadi suhu kamar dan dapat digunakan pada piranti yang memerlukan suhu kamar [10]. Kenaikan suhu annealing akan menaikkan ukuran grain dalam kristal film BST. Pada suhu annealing 700 oC struktur BST yang teramati adalah struktur kubik dengan konstanta kisi a = 3,97 Å untuk 30% mol stronsium [11]. Film BST telah difabrikasi dengan beberapa teknik seperti sputtering, laser ablation, metal oxide vapour chemical depodition (MOVCD), chemical solution deposition (CSD), chemial vapour deposition (CVD) [12]. Barium Stronsium Titanat juga banyak digunakan sebagai FRAM karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi dan kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi. Karakteristik BST dapat diaplikasikan dalam berbagai macam piranti seperti konstanta dielektrik yang tinggi membuat BST dapat digunakan sebagai DRAMs (Dynamic Access Random Memories) dan juga dapat diaplikasikan dalam pembuatan multi-layer capasitor (MLC), selain itu BST juga memiliki kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi (high charge storage capacity), kebocoran arus yang rendah (low leakage current) dan memiliki kekuatan breakdown yang tinggi pada temperatur curie yang dapat diaplikasikan sebagai NVRAM (Non-Volatile Random Access Memories) dan FRAM (Ferroelectric Random Access Memories) [13]. 2.3

Substrat Silikon (Si) Silikon banyak terdapat dibumi seperti halnya oksigen. Sebagian besar unsur bebas silikon tidak ditemukan di alam. Oleh karena itu, silikon dihasilkan dengan mereduksi kuarsa dan pasir dengan karbon yang berkualitas tinggi. Silikon untuk pengunaan semikonduktor dimurnikan lebih lanjut dengan metode pelelehan berzona kristal

czochralski. Kristal silikon ini memiliki kilap logam dan mengkristal dengan struktur intan [14]. Silikon oksida (SiO2) digunakan sebagai gate dielektrik karena bentuk non kristal (amorphous) yang sesuai dengan insulator, dengan daya tahan terhadap medan listrik yang tinggi (sekitar 10 MV/cm), kestabilan terhadap panas, dan lebih lagi karena kualitas interlayer Si/SiO2 yang tinggi (jumlah muatan yang terjebak dalam interlayer kurang dari 1011/cm). Kualitas interlayer Si/SiO2 ini penting karena merupakan bagian utama channel yang dilintasi carrier (baik hole atau elektron). Sampai saat ini belum ada yang bisa menandingi SiO2 sebagai gate dielektrik [15]. Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah (0 K), struktur atom silikon berikatan kovalen. Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik [16]. 2.4

Semikonduktor Semikonduktor adalah bahan yang konduktivitas listriknya berada di antara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada suhu yang sangat rendah, namun pada suhu ruang besifat sebagai konduktor. Bahan semikonduktor yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide. Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut materi doping) [17]. Ada 2 jenis semikonduktor yaitu tipen dan tipe-p. Tipe-n dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor pentavalen (antimony, phosphorus atau arsenic) pada silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai lima elektron valensi sehingga secara efektif memiliki muatan sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan. Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa

3 elektron ini akan menjadi elektron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-n karena menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang netral. Atom pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom donor. Dengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecif atom pengotor trivalen (aluminium, boron, galium atau indium) pada semikonduktor murni, misalnya silikon murni. Atom-atom pengotor ini mempunyai tiga elektron valensi sehingga secara efektif hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat sebuah atom trivalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, terbentuk tigai katan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah muatan positif dari atom silikon yang tidak berpasangan yang disebut lubang (hole). Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-p karena menghasilkan pembawa muatan negatif pada kristal yang netral. Atom pengotor menerima elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom penerima (acceptor) [16]. 2.5

Dioda Dioda adalah sambungan p-n yang berfungsi terutama 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. Pada saat dioda tidak diberikan panjar tegangan (unbiased) seperti ditunjukkan Gambar 2.1, terjadi difusi elektron ke segala arah pada setiap tepi-tepi semikonduktor. Beberapa difusi melewati junction, sehingga akan tercipta ion positif pada daerah n dan ion negatif pada daerah p. Jika ion-ion ini

bertambah banyak, maka daerah di sekitar junction akan terjadi kekosongan dari elektron bebas dan hole. Daerah ini disebut dengan daerah pengosongan (depletion region). Pada suatu saat, depletion region akan berlaku sebagai penghalang bagi elektron untuk berdifusi lanjut melalui junction. Diperlukan tegangan tertentu agar elektron dapat menembus penghalang tersebut, yang dikenal dengan istilah tegangan offset. Jika dioda diberi tegangan seperti pada Gambar 2.2 (b), dimana kutub positif baterai dihubungkan dengan bahan tipe-p dan kutub negatifnya dihubungkan dengan bahan tipe-n, maka rangkaian ini disebut dengan forward biased atau prategangan maju. Bila tegangan ini melebihi tegangan yang diakibatkan oleh daerah pengosongan maka forward biased dapat menghasilkan arus yang besar. Kutub negatif dari sumber dapat mendorong elektron pada bahan tipe-n menuju junction. Elektron ini dapat melewati junction dan jatuh ke dalam hole. Bila ini terjadi, elektron akan dapat terus bergerak melalui hole pada bahan tipe-p yang ada menuju kutub positif baterai. Sebaliknya, jika sumber tegangan tersebut dibalik polaritasnya, maka rangkaian yang tampak pada Gambar 2.2 (a). itu disebut dengan reverse biased. Hubungan ini memaksa elektron bebas di dalam daerah n berpindah dari junction ke arah terminal positif sumber, sedangkan hole di dalam daerah p juga bergerak menjauhi junction ke arah terminal negatif. Gerakan ini akan membuat lapisan pengosong semakin besar sehingga beda potensialnya mendekati harga sumber tegangan. Namun pada situasi ini, masih terdapat arus kecil, arus pembawa minoritas, atau disebut arus balik (reverse current), IS. Disamping itu juga terdapat arus bocor permukaan, ISL. Jika keadaan ini terus berlanjut, akan tercapai titik pendobrakan, yang disebut dengan breakdown voltage [18].

Depletion region

Gambar 2.1 Terbentuknya depletion region pada dioda persambungan p-n [18]

4 Depletion layer p-layer

n-layer

Conduction band Band gap energy (Eg) Incident light

(a) (b) Gambar 2.2 (a) Reverse biased ( b) Forward biased [19] Keterangan : Ir merupakan arah arus pada bias mundur dan If merupakan arah arus pada bias maju. 2.6

Fotodioda Fotodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Fotodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Fotodioda merupakan sebuah dioda dengan sambungan p-n yang dipengaruhi cahaya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh fotodioda ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi fotodioda mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis [20]. Fotodioda dapat dianggap sebagai baterai surya, tetapi biasanya mengacu pada sensor sebagai pendeteksi intensitas cahaya. Cahaya yang dikenakan pada fotodioda akan mengakibatkan terjadinya pasangan electron-hole pada junction. Ketika elektron-elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka elektron-elektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan elektron ataupun hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya intensitas cahaya yang dikenakan pada fotodioda. Fotodioda memiliki daerah permukaan aktif yang ditumbuhkan di atas permukaan substrat, yang pada akhirnya akan menghasilkan persambungan p-n [21]. Pada Gambar 2.3 menunjukkan keadaan fotodioda persambungan p-n, terlihat pasangan elektron-hole terjadi pada lapisan-p dan lapisan-n.

Valence band

Gambar 2.3 Keadaan fotodio dan persambungan p-n [19] 2.7

Fotokonduktivitas Material alami maupun buatan yang terdapat di alam dapat diklasifisikan menjadi tiga yaitu konduktor, isolator dan semikonduktor. Nilai dari konduktivitas listrik ketiga material tersebut berbeda seperti pada Gambar 2.4 yang menunjukkan spektrum konduktivitas listrik [22]. Fotokonduktivitas adalah fenomena optik dan listrik di dalam suatu material yang menjadi lebih konduktif ketika menyerap radiasi elektromagnet seperti cahaya tampak, sinar ultraviolet, sinar inframerah atau radiasi gamma. Ketika cahaya diserap oleh sebuah material seperti semikonduktor, jumlah perubahan elektron bebas dan hole meningkatkan konduktivitas listrik dari semikonduktor. Eksitasi cahaya yang menumbuk semikonduktor harus mempunyai cukup energi untuk meningkatkan jumlah elektron yang menyeberangi daerah terlarang atau oleh eksitasi pengotoran dengan daerah bandgap. Konduktivitas listrik (ζ) berhubungan dengan resistivitas (ρ) seperti pada persamaan 2.1. (2.1) Peningkatan konduktivitas listrik disebabkan oleh eksitasi dari penambahan pengisian bebas yang diangkut oleh cahaya energi tinggi pada semikonduktor dan isolator. Untuk mempertinggi konduksi listriknya, sering kali dilakukan doping dengan dopan ekstrinsik [23]. Sensor fotokonduktivitas dibuat dengan tujuan menghasilkan perubahan resistansi atau tegangan ketika disinari cahaya. Dengan demikian sensor fotokonduktivitas banyak digunakan sebagai ON-OFF devices (saklar), measuring devices, atau limited power sources [24].

5 Glass

Diamond (Pure)

Silver

Germanium Ge)

Nickel Oxide

Silicon (Si)

Cooper

Gallium Arsenide (GaAs)

Alumunium

Gallium Phosphide (GaP)

sulfur Fused Quartz

Cadmium Sulfide (CdS)

Platinum Bismuth

Conductivity (S/cm)

Isolator

Semikonduktor

Konduktor

Gambar 2.4 Pembedaan material berdasarkan konduktivitas listrik [22] 2.8

X-Ray Diffraction (XRD) Instrumen XRD menyediakan satu analisis struktur kristal, polycrystalline dan amorphous sampel, termasuk tahap analisis kualitatif dan analisis kuantitatif, pola pengindeksan, ukuran crystallite, dan analisis tekstur [25]. Elektron yang dipancarkan pada tegangan tinggi menumbuk target (Cu, Cr, Fe, Co, Mo, dan W). Energi kinetik elektron yang menumbuk target berubah menjadi panas dan sinar-X. Dalam peristiwa ini, sinarX yang dipancarkan terdistribusi secara tidak kontinu yang panjang gelombangnya berbeda. Tumbukan yang terjadi antara elektron yang dipercepat dengan atom target bersifat tidak elastik. Jika energi elektron yang datang memiliki energi yang cukup untuk melepaskan elektron pada kulit K maka elektron tersebut akan memantulkan elektron pada kulit K, sehingga atom dalam keadaan tereksitasi dan diisi oleh elektron dari kulit L atau M. Proses transisi ini diikuti pelepasan energi berupa radiasi sinar-X dengan panjang gelombang tertentu yang dikenal sebagai berkas sinar-X karakterisasi K α dan K β. Sinar-X ditumbukkan pada material sehingga terjadi interaksi dengan elektron dalam atom. Ketika foton sinar-X bertumbukan dengan elektron, beberapa foton hasil tumbukan akan mengalami pembelokkan dari arah datang awal. Jika panjang gelombang hamburan sinar-X tidak berubah dinamakan hamburan elastik (hamburan Thompson) dan terjadi transfer momentum dalam proses hamburan. Sinar-X ini yang digunakan untuk pengukuran sebagai hamburan sinar-X yang membawa informasi distribusi elektron dalam material. Gelombang yang terdifraksi dari atom-atom berbeda dapat saling mengganggu

dan distribusi intensitas resultannya termodulasi kuat oleh interaksi ini. Syarat terjadinya difraksi harus memenuhi hukum Bragg yaitu 2d sin θ = nλ . Jika atom-atom tersusun periodik dalam kristal, gelombang terdifraksi akan terdiri atas interferensi maksimum tajam (peak) yang simetri, peak yang terjadi berhubungan dengan jarak antar atom. Metode XRD berdasarkan sifat difraksi sinar-X yakni hamburan cahaya dengan panjang gelombang (λ) saat melewati kisi kristalndengan jarak antar bidang kristal sebesar d. Data yang diperoleh dari metode karakterisasi XRD adalah sudut hamburan (sudut Bragg) terhadap intensitas. Berdasarkan teori difraksi, sudut difraksi tergantung pada lebar celah kisi sehingga mempengaruhi pola difraksi, sedangkan intensitas cahaya difraksi bergantung pada berapa banyak kisi kristal yang memiliki orientasi yang sama. Metode ini dapat digunakan untuk menentukan sistem kristal, parameter kisi, derajat kristalinitas dan fasa yang terdapat dalam suatu sampel [26,27]. Contoh hasil karakterisasi XRD dapat dilihat dalam Gambar 2.5 [28].

Gambar 2.5 Contoh hasil uji XRD film GaAs.

6 2.9

Spektrofotometer Spektrofotometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur absorbansi maupun reflektansi dengan cara melewatkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu ke suatu obyek [29]. Spektrofotometri visible disebut juga spektrofotometri sinar tampak. Yang dimaksud sinar tampak adalah sinar yang dapat dilihat oleh manusia secara kasat mata. Cahaya yang dapat dilihat oleh mata manusia adalah cahaya dengan panjang gelombang 400-800 nm . Elektron pada keadaan normal atau berada pada kulit atom dengan energi terendah disebut keadaan dasar (ground-state). Energi yang dimiliki sinar tampak mampu membuat elektron tereksitasi dari keadaan dasar menuju kulit atom yang memiliki energi lebih tinggi atau menuju keadaan tereksitasi. Cahaya yang diserap oleh suatu zat berbeda dengan cahaya yang ditangkap oleh mata manusia. Cahaya yang tampak atau cahaya yang dilihat dalam kehidupan sehari-hari disebut warna komplementer. Misalnya suatu zat akan berwarna orange bila menyerap warna biru dari spektrum sinar tampak dan suatu zat akan berwarna hitam bila menyerap semua warna yang terdapat pada spektrum sinar tampak. Pada spektrofotometer sinar tampak, sumber cahaya biasanya menggunakan lampu tungsten yang sering disebut lampu wolfram. Wolfram merupakan salah satu unsur kimia,

dalam tabel periodik unsur wolfram termasuk golongan unsur transisi tepatnya golongan VI B atau golongan 6 dengan simbol W dan nomor atom 74. Wolfram digunakan sebagai lampu pada spektrofotometri tidak terlepas dari sifatnya yang memiliki titik didih yang sangat tinggi yakni 5930 °C [30]. Spektrofotometer dapat digunakan untuk menentukan nilai transmitansi, reflektansi maupun absorbansi suatu zat. Data reflektansi (R) yang diperoleh dapat digunakan untuk menentukan indeks bias (n) dengan menggunakan persamaan 2.2 [31].

n=

(2.2)

2.10

Metode Sol Gel Secara umum fabrikasi film tipis dengan metode sol gel meliputi empat proses; (i) sintesis larutan prekursor (ii) deposisi larutan prekursor pada permukaan substrat (iii) pemanasan pada suhu rendah. Prelakuan ini bertujuan menghilangkan pelarut dan senyawa organik lain yang mungkin ada (biasanya pada suhu 300-400oC) dan pembentukan film tipis yang masih berstruktur amorf (iv) perlakuan panas pada temperature tinggi. Perlakuan ini bertujuan untuk densifikasi dan kristalisasi film tipis (biasanya pada suhu 600-1000oC) [32].

a

b c d Gambar 2.6 Spin coater Keterangan: a = piringan spin coater b = display c = tombol power d = adjustables, untuk mengatur kecepatan putar piringan

7 Spin coating melibatkan akselerasi dari genangan cairan dipermukaan substrat yang berputar. Material pelapis dideposisi di tengah substrat. Proses spin coating dapat dipahami dengan reologi atau perilaku aliran larutan pada piringan substrat yang berputar. Mula-mula aliran volumetrik cairan dengan arah melingkar pada substrat yang diasumsikan bervariasi terhadap waktu. Pada saat t = 0, penggenangan awal dan pembasahan menyeluruh pada permukaan substrat (tegangan permukaan diminimalisasi yakni tidak adanya getaran, noda kering dan sebagainya). Piringan lalu dipercepat dengan kecepatan rotasi yang spesifik sehingga mengakibatkan bulk dari cairan terdistribusi secara merata [33]. Beberapa parameter yang berpengaruh dalam proses spin coating adalah : 1. viskositas larutan 2. kandungan padatan 3. kecepatan angular 4. waktu putar Proses pembentukan film dipengaruhi oleh dua parameter bebas yaitu kecepatan putar dan viskositas. Rentang ketebalan film yang dihasilkan oleh spin coating adalah 1-200 µm [34]. Contoh spin coater diperlihatkan oleh gambar 2.3. 2.11

Metode Volumetrik Metode ini dapat dipakai dengan tepat jika film yang ditumbuhkan dipermukaan substrat terdeposisi secara merata. Metode ini dilakukan dengan cara menimbang massa substrat sebelum dilapisi film dan menimbang substrat setelah diannealing dan terdapat film di atasnya, sehingga akan didapatkan massa film yang terdeposisi pada permukaan substrat [23]. Ketebalan film (d) dari metode ini menggunakan persamaan 2.3. d=

(2.3)

Keterangan : M1 = massa substrat sebelum ditumbuhkan film M2 = massa substrat setelah dilakukan annealing dan ada film dipermukaannya ρ = massa jenis film yang terdeposisi A = luas film yang terdeposisi pada permukaan substrat 2.12 Suhu Annealing Suhu annealing sangat berpengaruh pada film yang dihasilkan, dapat mempengaruhi struktur atom penyusun film dan sifat listriknya, juga dapat meningkatkan kekerasan, mengurangi tegangan,

meningkatkan kekuatan tarik dan penurunan elestisitas bahan [35]. Annealing pada variasi suhu dapat berfungsi untuk membentuk orientasi kristal yang bersesuaian dengan orientasi kristal substrat. Pada suhu tinggi tertentu, ukuran butir tampak lebih beraturan dibandingkan dengan suhu rendah [36]. Selama annealing akan terjadi penyusunan kembali dislokasi untuk mengurangi energi kisi, sedangkan batas butir tidak mengalami migrasi. Proses rekristalisasi akan mengubah sifat struktur kisi yang terdeformasi diganti oleh kisi baru tanpa regangan melalui proses nukleasi dan pertumbuhan. Butir tumbuh dari inti yang terbentuk di matriks yang terdeformasi. Besarnya laju kristalisasi tergantung jumlah deformasi sebelumnya, suhu annealing dan kemurnian bahan [35].

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1

Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material, Laboratorium Biofisika Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor dari bulan Agustus 2010 sampai Agustus 2011. 3.2

Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah neraca analitik model BL 6100, reaktor spin coater, mortal, pipet, pinset, gelas ukur Iwaki 10 ml, hot plate, gunting, spatula, stop watch, tabung reaksi, sarung tangan karet, cawan petris, tissue, isolasi, LCR meter, I-V meter, osiloskop, generator function. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bubuk barium asetat [Ba(CH3COO)2, 99%], stronsium asetat [Sr(CH3COO)2, 99%], titanium isopropoksida [Ti(C12O4H28), 97.999%], metanol pro analysis, 2-metoksi ethanol, dye water, substrat Si (100) tipe-p, aquades, HF (asam florida), kaca preparat dan alumunium foil. 3.3 Prosedur Penelitian 3.3.1 Pembuatan film BST 3.3.1.1 Persiapan substrat Si (100) tipe-p Substrat yang digunakan adalah substrat Si (100) tipe-p. Substrat dipotong membentuk lingkaran dengan dengan diameter 8 mm dengan menggunakan mata intan.

8 Substrat Si(100) yang telah dipotong kemudian dicuci dengan metanol, aseton, asam florida, dan aquades. Pencucian dilakukan dengan mencelupkan substrat ke dalam larutan, indikator bersih jika air yang ada pada permukaan substrat langsung hilang (gaya kohesi antara air dan substrat kecil). Setelah terlihat indikator tersebut substrat langsung ditempatkan di permukaan lempengan spin coating untuk membuang air yang tersisa. 3.3.1.2 Pembuatan larutan BST Film BST yang ditumbuhkan di permukaan substrat dengan metode sol gel dibuat dengan cara mereaksikan barium asetat [Ba(CH3COO)2, 99%] + stronsium asetat [Sr(CH3COO)2, 99%] + titanium isopropoksida [Ti(C12O4H28), 97.99%] + bahan pendadah sebagai precursor dan 2-metoksi ethanol sebagai bahan pelarut. Berikut persamaan reaksi barium stronsium titanat (BST). + 0,5Ba(CH3COO)2 0,5Sr(CH3COO)2 +Ti(C12H28O4) +22O2 → Ba0,5Sr0,5TiO3+17H2O +16CO2 Dalam penelitian ini digunakan fraksi molar Barium adalah sebesar 0.5 dan fraksi molar untuk Stronsium sebesar 0.5. 3.3.1.3 Proses penumbuhan film Penumbuhan film dilakukan dengan menggunakan reaktor spin coating. Piringan reaktor spin coating di tempel dengan doubletip di tengahnya, kemudian substrat diletakkan di atasnya. Penempelan doubletip ini, agar substrat tidak terlepas saat piringan reaktor spin coating berputar. Substrat yang telah ditempatkan di atas piringan spin coating ditetesi larutan BST sebanyak 3 tetes. Kemudian reaktor spin coating diputar dengan kecepatan 3000 rpm selama 30 detik. Proses penetesan dilakukan sebanyak 3 kali dengan jeda setiap ulangan adalah 60 detik. Setelah penetesan, substrat diambil dengan menggunakan pinset dan kemudian dipanaskan di atas hot plate selama 15-20 menit untuk menguapkan sisa pelarut yang masih tersisa. Proses selanjutnya dilakukan annealing yang bertujuan untuk mendifusikan larutan BST dengan substrat.

3.3.2 Proses Annealing Proses annealing pada suhu tetap 850 oC dalam variasi waktu yang berbeda diharapkan akan menghasilkan karakterisasi film yang berbeda dalam hal struktur kristal, ketebalan dan ukuran butir. Substrat Si(100) tipe-p yang telah ditumbuhi lapisan film akan dilakukan proses annealing pada suhu 8500 C dengan variasi waktu 8 jam, 15 jam, 22 jam, dan 29 jam. 3.3.3 Pembuatan kontak pada film Setelah dilakukan proses annealing, proses selanjutnya adalah persiapan pembuatan kontak yang meliputi proses penganyaman film menggunakan aluminium foil. Bahan kontak yang dipilih adalah aluminium 99,999%. Setelah kontak terbentuk maka proses selanjutnya adalah pemasangan kawat tembaga pada kontak, agar proses karakterisasi film dapat dilakukan dengan mudah. 3.3.4 Karakterisasi 3.3.4.1 Karakterisasi XRD Karakterisasi XRD dilakukan untuk menentukan model struktur kristal film yang telah dibuat, lalu dari hasil pengujian dapat digunakan untuk mencari indeks miller dan parameter kisi struktur kristal film. 3.3.4.2 Karakterisasi sifat optik Alat yang digunakan yaitu spektrofotometer model ocean optics DTmini-2. Karakterisasi sifat optik dilakukan untuk mengetahui tingkat absorbansi, reflektansi, dan energy gap film. Energy gap diperoleh dengan membuat grafik hubungan (αhν)2 dan Energi [37]. 3.3.4.3 Karakterisasi konstanta dielektrik Pada karakterisasi ini digunakan rangkaian seperti pada Gambar 3.1. Dari rangkaian pengukuran ini ditentukan time constant dan nilai kapasitansi film sedangkan untuk penentuan besar konstanta dielektriknya dapat menggunakan persamaan 3.2. (3.2) Keterangan: ɛ adalah konstanta dielektrik, C adalah kapasitansi film (Farad), d adalah ketebalan film (m), A adalah luas kontak (m2), ɛ0 adalah permitivitas ruang hampa (8,85 x 10-12 F/m).

9 3.3.4.4 Karakterisasi Arus-Tegangan (I-V) Pengukuran hubungan arus dan tegangan menggunakan alat I-V meter keithly 2400. Data keluaran dari alat I-V meter merupakan nilai arus dan tegangan, kemudian dibuat grafik. Dari grafik hubungan tersebut dapat diketahui karakteristik film yang dibuat, apakah bersifat dioda, resistansi atau kapasitansi. 3.3.4.5 Karakterisasi konduktivitas listrik Nilai konduktansi diukur dengan LCR meter. Sedangkan nilai konduktivitas

listriknnya dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.1. (3.1) Keterangan: ζ adalah konduktivitas listrik (S/cm), G adalah konduktansi (S), L adalah jarak antar kontak (cm), dan A adalah luas kontak (cm2). Data konduktansi film yang didapatkan akan dibandingkan dengan data literatur apakah film yang terbentuk termasuk bahan konduktor, semikonduktor atau bahan isolator.

Generator function

Osiloskop Resistor

Film BST

Ground Ground

Ground Ground

Gambar 3.1. Rangkaian untuk menghitung konstanta dielektrik film Ba0,5Sr0,5TiO3

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Film yang dibuat merupakan persambungan antara dua buah semikonduktor. Silikon yang digunakan merupakan semikonduktor tipe-p, sedangkan lapisan BST merupakan semikonduktor tipen [38]. Persambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n dikenal dengan nama p-n junction [39]. Dengan adanya p-n junction, maka film yang dibuat sama dengan karakteristik dari dioda. Sifat listrik, optik, dan struktur film dengan waktu annealing selama 8 jam (sampel A), 15 jam (sampel B), 22 jam (sampel C), dan 29 jam (sampel D) berbeda. Perbedaan ini mengindikasikan adanya pengaruh lama annealing terhadap film. 4.1

Karakterisasi XRD Gambar 4.1 menunjukkan pola difraksi sinar-X film yang dihasilkan. Puncak-puncak difraksi yang terbentuk mengindikasikan partikel film memiliki distribusi orientasi kristal. Dari puncakpuncak difraksi tersebut dapat ditentukan indeks miller (h k l) dengan menganggap struktur kristal BST merupakan struktur kubik [11]. Indeks miller yang diperoleh dapat digunakan untuk menentukan parameter kisi BST dalam struktur tetragonal [40]. Difraksi kuat dari tiap film terjadi pada bidang (2 0 0) hal ini disebabkan oleh banyaknya bidang pendifraksi pada bidang (2 0 0) yang memiliki parameter kisi yang sama dengan jarak yang berdekatan, sehingga gelombang-gelombang yang mengalami difraksi tidak terlalu berbeda fase dan cenderung konstruktif [41]. Pada Gambar 4.1 dapat dilihat intensitas difraksi terendah terjadi pada bidang (110) bahkan pada sampel D tidak terdapat bidang (110), hal ini disebabkan oleh difraksi sinar X yang terjadi berupa interferensi destruktif sehingga gelombang yang dihamburkan akan saling menghilangkan. Hal lain yang bisa mengakibatkan bidang (110) tersebut hilang yaitu pada bidang tersebut hanya terdapat sedikit bidang pendifraksi.

Perbedaan dari empat sampel yang dibuat adalah pada tingginya intensitas difraksi. Secara keseluruhan Intensitas difraksi tertinggi dimiliki oleh sampel A. Sedangkan intensitas difraksi yang paling rendah dimiliki oleh sampel D. Oleh sebab itu dapat dikatakan bahwa sampel A memiliki struktur kristal paling baik daripada sampel yang lain, karena semakin tinggi puncak intensitas difraksi menunjukkan semakin banyaknya jumlah bidang pendifraksi yang seragam dalam orientasi bidang yang sama [42]. Perbedaan lainnya yaitu adanya pergeseran sudut difraksi pada bidang (110). Pada penelitian ini bidang (110) untuk Ba0,5Sr0,5TiO3 terjadi pada 2θ=31,61o (sampel B) sedangkan peneliti lain memperoleh sudut difraksi bidang (110) untuk Ba0,5Sr0,5TiO3 yaitu 2θ = 31,99o . Pada sampel A bidang (110) terjadi pada 2θ = 33,74o, sudut difraksi ini mendekati sudut difraksi untuk SrTiO3 yaitu 2θ = 33,10o, sedangkan pada sampel C bidang (110) terjadi pada 2θ = 30,90o, sudut difraksi ini mendekati sudut difraksi BaTiO3 yaitu 2θ = 31,15o [40, 43]. Pergeseran sudut difraksi film karena adanya pengaruh lama waktu annealing. Film dengan lama waktu annealing 8 jam memunculkan bidang (110) SrTiO3. Ketika waktu annealing 15 jam memunculkan bidang (110) Ba0,5Sr0,5TiO3, dan ketika lama annealing ditingkatkan menjadi 22 jam memunculkan bidang (110) untuk BaTiO3. Sedangkan film dengan lama waktu annealing 29 jam tidak terdapat bidang (110) seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Besar parameter kisi dapat dilihat pada Tabel 4.2 yang diperoleh dengan metode analtik (dapat dilihat pada lampiran 5). Dari tabel tersebut dapat dilihat sampel A dengan waktu annealing selama 8 jam pada suhu 850OC memiliki parameter kisi dan intensitas difraksi paling besar dibanding film yang lainnya. Dalam penelitian ini parameter kisi a dan b setiap sampel berkisar dari 4,008 - 4,203 Å dan parameter kisi c dari 4,017 - 4,214 Å. Sedangkan dalam JCPDS- International Centre for Diffraction Data (ICDD) dipaparkan bahwa parameter a dan b adalah 3,977 Å, sedangkan c adalah 3,988 Å [40].

11

Si (100) [200]

[111]

[200]

[311]

4

1

[110]**

2

3

3 4

Sampel Sampel Sampel Sampel

A B C D

[110] 2

[110]* 1

0

20

40

60

80

100

2 Theta Gambar 4.1 Pola difraksi sinar-X film Ba0,5Sr0,5TiO3

Tabel 4.1 Taksiran sudut difraksi dan indeks miller film Ba 0,5Sr0,5TiO3 Sudut difraksi (2θ) Film A Film B Film C Film D 33,74* 31,61 30,90** 38,12 38,33 37,98 37,97 44,30 44,55 44,15 44,13 64,33 64,97 64,50 64,52 77,80 78,15 77,74 77,65

Indeks miller (hkl) (110) (111) (200) (220) (311)

Tabel 4.2 Parameter kisi film Ba0,5Sr0,5TiO3 berstruktur tetragonal Waktu annealing (jam) Parameter kisi ( Å ) a=b c 8 4,214 4,203 15 4,052 4,065 22 4,017 4,008 29 4,018 4,027 Tabel 4.2 memperlihatkan parameter kisi a, b, dan c film yang nilainya cenderung menurun seiring lamanya waktu annealing. Semakain lama proses annealing akan mengakibatkan ukuran butir kristal film membesar seperti yang pernah dilakukan oleh peneliti lain [23]. Membesarnya ukuran butir mempengaruhi jarak atom-atom dalam kristal yang semakin berdekatan sehingga akan mengakibatkan parameter kisi menurun. 4.2 Sifat Optik Film Alat yang digunakan dalam karakterisasi ini yaitu spektrofotometer. Dalam spektrofotometer fenomena yang

terjadi merupakan interaksi sampel dengan panjang gelombang yang dibangkitkan dari sumber. Panjang gelombang yang digunakan yaitu panjang gelombang cahaya tampak. Karakterisasi ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar tingkat absorbansi dan reflektansi dari film yang dibuat pada panjang gelombang cahaya tampak. Setelah dilakukan karakterisasi diperoleh kurva hubungan absorbansi dengan panjang gelombang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Dari kurva tersebut terlihat sampel C menyerap cahaya tampak paling banyak daripada sampel A, B, dan D.

12 8 jam memiliki persen reflektansi dan indeks bias paling besar, sedangkan film dengan waktu annealing 22 jam memiliki persen reflektansi dan indeks bias paling kecil, artinya semakin lama proses annealing dilakukan cenderung memiliki indeks bias yang semakin kecil dan energy gap film cenderung meningkat. Panjang gelombang cahaya tampak ditabelkan dalam Tabel 4.3 [30]. Tabel 4.3

Spektrum panjang gelombang cahaya tampak Spektrum Panjang gelombang (nm) Ungu 380 - 450 Biru 450 - 495 Hijau 495 - 570 Kuning 570 - 590 Jingga 590 - 620 Merah 620 - 750

5

1 2 3 4

Absorbansi (a.u)

4

3

3

2

4 2 1

1

0 400

500

600

700

800

900

Panjang gelombang (nm)

Gambar 4.2 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang 12

1 2 3 4

10

Sampel Sampel Sampel Sampel

A B C D

1

Reflektansi (%)

Sampel A menyerap cahaya paling banyak dari panjang gelombang 570-600 nm yaitu warna kuning dan paling rendah pada panjang gelombang 450-500 nm yaitu warna biru. Sampel B menyerap cahaya paling banyak pada panjang gelombang 450-500 nm dan 570-600 nm sedangkan paling rendah pada panjang gelombang 500-550 nm yaitu warna hijau dan 620-750 nm yaitu warna merah. Sampel C paling banyak menyerap panjang gelombang warna biru dan merah sedangkan paling rendah pada panjang gelombang warna hijau. Sedangkan sampel D, kurva absorbansi yang diperoleh hampir membentuk garis lurus horizontal, artinya tingkat absorbansinya hampir sama untuk setiap panjang gelombang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Selain pengukuran absorbansi juga dilakukan pengukuran terhadap besar reflektansi film. Kurva reflektansi yang dihasilkan merupakan kebalikan dari absorbansi. Dari kurva tersebut dapat dilihat bahwa sampel A paling banyak mereflektansi cahaya daripada sampel B, sampel C, dan sampel D karena tingkat absoransinya paling rendah. Perbedaan absorbansi ini mungkin disebabkan oleh posisi atom pada kristal film dari setiap sampel berbeda-beda. Nilai serapan film ini jika dikaitkan dengan pengukuran I-V diperoleh hubungan semakin tinggi nilai absorbansi dari film akan dihasilkan arus yang semakin besar. Dari kurva I-V sampel A, sumber cahaya warna kuning menghasilkan arus lebih besar daripada sumber cahaya warna hijau dan merah karena warna kuning paling banyak diserap. Sedangkan absorbansi sampel B, sampel C, dan sampel D yang hampir merata untuk setiap panjang gelombang menyebabkan kurva I-V yang dihasilkan hampir sama. Tabel 4.4 menunjukkan nilai indeks bias dan energy gap film. Indeks bias dapat dicari dengan menggunakan persamaan 2.2, sedangkan energy gap diperoleh dengan memplotkan kurva (αhν)2 dan Energi, dengan E = , ( keterangan: α adalah koefisien absorbansi, h adalah konstanta planck 4,136 x 10-15 eV.s, ν adalah frekuensi, c adalah kecepatan cahaya 2,998 x 108 m/s, dan λ adalah panjang gelombang dalam satuan meter). Pada Gambar 4.6 dapat dilihat pengaruh lama annealing film terhadap sifat optiknya. Film dengan waktu annealing

8

2

6

4 4

2

3

0 400

500

600

700

Panjang gelombang (nm)

Gambar 4.3 Hubungan reflektansi dan panjang gelombang

800

900

13 Tabel 4.4 Indeks bias dan energy gap film Ba0,5Sr0,5TiO3 Sampel film Indeks bias A 1,93 B 1,64 C 1,31 D 1,60 3e+12

6e+12

3e+12

5e+12

2e+12

4e+12

1e+12

3e+12

1e+12

2e+12

5e+11

Band gap Eg (eV) 2,54 3,12 2,97 3,19

1e+12

Eg = 2,97 eV

Eg = 2,54 eV 0

0 1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3,0

1,6

1,8

2,0

2,2

Energi (eV)

Gambar 4.4

2,4

2,6

2,8

3,0

3,2

Energi (eV)

Cara menentukan energy gap sampel A

Gambar 4.6

Cara menentukan energy gap sampel C

3,5e+13 3e+12

3,0e+13

2,5e+13

3e+12

2,0e+13

2e+12

1,5e+13 1e+12

1,0e+13 1e+12

5,0e+12

Eg = 3,12 eV

5e+11

0,0 1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3,0

3,2

Energi (eV)

Eg = 3,19 eV

3,4 0 1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3,0

3,2

3,4

Energi (eV)

Gambar 4.5

4.3

Cara menentukan energy gap sampel B

Konstanta Dielektrik Konstanta dielektrik (ε) film dicari dengan menggunakan rangkaian seperti pada Gambar 3.1 dengan cara memberikan tegangan input berupa sinyal kotak dari generator dengan frekuensi 20 kHz dan hambatan yang digunakan yaitu 10 kΩ, sedangkan tegangan yang diberikan yaitu 1 volt, 3 volt dan 5 volt. Sinyal keluaran yang dihasilkan akan muncul pada osiloskop seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.8, Gambar 4.9, dan Gambar 4.10. Dari sinyal keluaran tersebut akan dicari time constant (η) untuk mendapatkan nilai kapasitansi dan konstanta dielektrik film. Sebagai contoh, pada Gambar 4.8 (a) dan Gambar 4.8 (b) terlihat perbedaan antara sinyal keluaran pada osiloskop sebelum dan sesudah film dipasang. Pada Gambar 4.8 (a) sinyal pada osiloskop masih berbentuk kotak sedangkan pada Gambar 4.8 (b) ada

Gambar 4.7

Cara menentukan energy gap sampel D

perubahan pada peak sinyal berupa lengkungan karena pada saat itu terjadi pengisian atau pengosongan muatan. Peristiwa pengisian atau pengosongan muatan ini mengindikasikan film dapat menyimpan muatan seperti halnya kapasitor. Konstanta dielektrik (ε) yang diperoleh ketika diberikan tegangan berbeda akan menghasilkan ε yang berbeda. Dalam penelitian ini variasi tegangan yang digunakan yaitu 1 volt, 3 volt, dan 5 volt. Dari data yang diperoleh nilai ε semakin kecil ketika tegangannya ditingkatkan hal ini sesuai dengan persamaan 4.1 [42]. (4.1) Keterangan: Q menyatakan muatan (coulomb), adalah kapasitansi (coulomb/volt atau farad), dan V adalah tegangan (volt). Dengan menganggap muatan Q tetap, maka dengan meningkatkan

14 tegangan menyebabkan penurunan kapasitansi. Oleh karena itu penurunan kapasitansi menjadikan nilai konstanta dielektrik film semakin kecil. Tabel 4.5 dapat dilihat ada peningkatan ɛ film pada tegangan 1 volt, 2 volt, dan 3 volt dengan semakin lamanya

proses annealing. Dalam penelitian ini ε paling besar dimiliki oleh film dengan lama waktu annealing 29 jam dan ε paling kecil dimiliki oleh film dengan waktu annealing selama 8 jam. Mungkin hal ini disebabkan oleh ketebalan film yang semakin meningkat.

Tabel 4.5 Nilai konstanta dielektrik film Ba0,5Sr0,5TiO3 Waktu annealing Ketebalan Konstanta dielektrik (jam) film (m) V=1 volt V=3 volt V= 5 volt 8 0,442 x 10-6 8,6 6,9 6,0 15 0,608 x 10-6 18,7 13,1 12,5 22 1,888 x 10-6 50,1 48,4 40,4 29 2,157 x 10-6 54,6 51,7 44,3

(a)

(b)

(c)

(d)

(e) Gambar 4.8 Sinyal keluaran pada osiloskop ketika diberikan tegangan 1 volt a) Sinyal keluaran sebelum film dipasang. b) Sinyal keluaran setelah film 8 jam annealing dipasang c) Sinyal keluaran setelah film 15 jam annealing dipasang d) Sinyal keluaran setelah film 22 jam annealing dipasang e) Sinyal keluaran setelah film 29 jam annealing dipasang

15

(a)

(d)

(b)

(e) Gambar 4.9 Sinyal keluaran pada osiloskop ketika diberikan tegangan 3 volt a) Sinyal keluaran sebelum film dipasang. b) Sinyal keluaran setelah film 8 jam annealing dipasang c) Sinyal keluaran setelah film 15 jam annealing dipasang d) Sinyal keluaran setelah film 22 jam annealing dipasang e) Sinyal keluaran setelah film 29 jam annealing dipasang

(c)

16

(a)

(b)

(d)

(e) Gambar 4.10 Sinyal keluaran pada osiloskop ketika diberikan tegangan 1volt a) Sinyal keluaran sebelum film dipasang. b) Sinyal keluaran setelah film 8 jam annealing dipasang c) Sinyal keluaran setelah film 15 jam annealing dipasang d) Sinyal keluaran setelah film 22 jam annealing dipasang e) Sinyal keluaran setelah film 29 jam annealing dipasang

(c)

17

Konstanta dielektrik

60

22 jam

29 jam

50

1 volt

40

3 volt

30

15 jam

20

5 volt

8 jam

10 0 0

10

20

30

40

Waktu annealing film Ba0,5Sr0,5TiO3 (jam)

dilihat dari kurva I-V yang diperoleh pada Gambar 4.13 Gambar 4.14 dan Gambar 4.15. Dari gambar tersebut terlihat bahwa tidak terdapat perbedaan arus yang begitu besar pada film ketika disinari cahaya kuning, hijau, dan merah sehingga kurva yang dihasilkan berdekatan. Dari karakterisasi I-V yang telah dilakukan dapat dikatakan bahwa film yang telah dibuat bersifat fotodioda.

Gambar 4.11 Hubungan konstanta dielektrik dan waktu annealing film Ba0,5Sr0,5TiO3

2

0,0010

5

Arus listrik (mA)

4.4

3 4

4 3

0,0008 0,0006

2

0,0004

1

0,0002 5

-15

0,0000

1

-10

3

2

-5

0

5

-0,0002

5

10

15

Tegangan listrik (V)

-0,0004

4

-0,0006

Gambar 4.12

Hubungan arus dan tegangan sampel A

0,0005

1

Gelap Terang Hijau Kuning Merah

Arus listrik (mA)

2

0,0004 2

3 4 5

0,0003 0,0002 1 4 5 3

0,0001 0,0000 -15

-10

1

-5

0 -0,0001

2

5

10

15

Tegangan listrik (V)

3

-0,0002

5 4

-0,0003

Gambar 4.13

Hubungan arus dan tegangan sampel B

Arus listrik (mA)

Karakterisasi Arus Tegangan (I-V) Pengukuran I-V film dilakukan dalam kondisi gelap dan kondisi disinari dengan intensitas cahaya 405 lux. Hasil pengukuran I-V menunjukkan film yang telah dibuat peka terhadap cahaya karena terjadi pergeseran kurva dari gelap ke terang ketika diberikan tegangan dari -10 volt hingga +10 volt. Arus yang dihasilkan film pada kondisi terang (putih) lebih besar daripada kondisi gelap karena pemberian cahaya pada film menyebabkan film tersebut menjadi lebih konduktif. Terjadinya sifat konduktif pada film karena adanya energi foton dari luar yang diserap oleh elektron. Pada kondisi ini, energi foton memiliki kencenderungan untuk memberikan energi cukup bagi difusi elektron, sehingga peningkatan difusi ini mengakibatkan terjadinya rekombinasi elektron dan hole lebih banyak [45,46,47]. Karakterisasi I-V juga dilakukan dengan memvariasikan warna sumber cahaya dengan menggunkan filter warna hijau, kuning, dan merah. Pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui kepekaan film terhadap cahaya tampak lainnya. Hasil pengukuran yang diperoleh memperlihatkan sampel A paling peka terhadap cahaya kuning, ini disebabkan oleh rekombinasi elektron dan hole yang terbentuk lebih banyak ketika film diberikan cahaya kuning daripada ketika disinari warna hijau dan merah. Pada Gambar 4.12 dapat dilihat arus film ketika disinari warna kuning lebih besar daripada kondisi terang, padahal pada saat kondisi terang terdapat panjang gelombang warna kuning. Hal ini mungkin disebabkan oleh intensitas cahaya kuning meningkat ketika diberikan filter warna kuning pada lampu. Sedangkan sampel B, sampel C, dan sampel D tidak terlalu peka terhadap perbedaan warna cahaya, hal ini dapat

1

0,0012

-10 5

Gelap Terang hijau Kuning Merah

2 3 2

0,0002

4 5

5

4 1

0,0001

3

0,0000

2

-15

1

0,0003

-5

0 -0,0001

1

-0,0002

3

-0,0003

5

10

15

Tegangan listrik (V)

4

-0,0004

Gambar 4.14

Hubungan arus dan tegangan sampel C

18 listrik film, hal ini sesuai dengan persamaan 4.2 [48]. 0,0004

Arus listrik (mA)

1 2

0,0003

Gelap Terang Hijau Kuning Merah

2 3 4 5

0,0002 1 4 5 3

0,0001 0,0000

-15

-10

-5

0 -0,0001

3 5

5

10

15

Tegangan listrik (V)

2 4

1

-0,0002 -0,0003 -0,0004

Gambar 4.15

4.5

Hubungan arus dan tegangan sampel D

Konduktivitas Listrik

Nilai konduktivitas listrik suatu bahan material menunjukkan material tersebut bersifat isolator, semikonduktor, atau konduktor. Besarnya nilai konduktivitas listrik berbanding terbalik dengan resistansinya. Konduktivitas listrik akan meningkat jika resistansi suatu bahan material menurun [47]. Dalam penelitian ini pengukuran konduktivitas listrik film menggunakan LCR meter model HIOKI 3522-50. Dari hasil pengukuran didapatkan nilai seperti dalam Tabel 4.6. Nilai konduktivitas listrik film semakin meningkat berdasarkan lama waktu annealing. Film dengan waktu annealing selama 8 jam memiliki konduktivitas listrik paling kecil daripada film dengan waktu annealing selama 15 jam, 22 jam, dan 29 jam. Semakin meningkatnya konduktivitas listrik disebabkan oleh ketebalan film yang semakin besar seiring lamanya waktu annealing. Tebal film meningkat karena ukuran butir kristal BST membesar, seperti yang pernah dilakukan peneliti lain terhadap film ZnO:Al [23]. Oleh karena itu besarnya ukuran butir mempengaruhi konduktivitas

ζ = L.e2.N.(2π.m.k.T)-1/2exp(-E/k.T)

(4.2)

Keterangan: ζ adalah konduktivitas listrik (S/m), E adalah energi (J), L adalah ukuran butir (m), N adalah konsentrasi pembawa muatan (m-3). Berdasarkan literatur suatu bahan material dikatakan bersifat semikonduktor jika nilai konduktivitas listriknya berkisar antara 10-8 S/cm sampai 103 S/cm [49]. Dari data nilai konduktivitas listrik film yang diperoleh dapat dikatakan bahwa film ini merupakan bahan material semikonduktor karena nilai konduktivitas listrik yang didapatkan berkisar dalam konduktivitas listrik semikonduktor seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 4.6. Tabel 4.6 Nilai konduktivitas film Ba0,5Sr0,5TiO3 berdasarkan perbedaan waktu annealing Waktu annealing (jam) 8 15 22 29

Konduktivitas listrik (S/cm) 1,49 x 10-5 2.05 x 10-5 2,27 x 10-5 6,66 x 10-5 29 jam

15 jam

22 jam

8 jam

Waktu annealing film Ba0,5Sr0,5TiO3 (jam)

Gambar 4.16 Hubungan konduktivitas listrik dan waktu annealing film Ba0,5Sr0,5TiO3

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan Film BST telah berhasil dibuat dengan waktu annealing 8 jam, 15 jam, 22 jam, dan 29 jam pada suhu tetap 850oC. Hasil karakterisasi sifat listrik film menunjukkan bahwa film yang telah dibuat merupakan fotodioda dan termasuk material semikonduktor. Konduktivitas listrik dan konstanta dielektik film meningkat dengan semakin lama waktu annealing. Oleh karena itu dapat disimpulkan lama waktu annealing dapat mempengaruhi sifat listrik film. Dari hasil karakterisasi sifat optik, sampel C menyerap cahaya tampak paling banyak, tetapi tidak terlalu peka terhadap perbedaan panjang gelombang. Setelah dilakukan uji sifat struktur berupa karakterisasi XRD dapat disimpulkan bahwa film BST berstruktur tetragonal dan film yang memiliki struktur kristal paling baik yaitu film BST dengan waktu annealing selama 8 jam.

Setelah dilakukan karakterisasi sifat listrik, sifat optik, dan sifat struktur dapat disimpulkan bahwa film BST yang paling baik yang dihasilkan yaitu film BST dengan waktu annealing selama 29 jam. 5.2

Saran Dalam pembuatan film BST selanjutnya disarankan untuk dilakukan proses annealing lebih dari 29 jam sampai dicapai nilai optimum sifat listrik, sifat optik, dan sifat struktur dari film BST.

20 DAFTAR PUSTAKA [1] [2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

Jack C.B. 1967. Ferroelectric. D. Van Norstrand, Canada. Lines M.E. and Glass, A.M.1979. Principles and Application of Ferroelectric and Related Materials. Clarendon Press, Oxford. Raksa T.Y. 2008. Mengenal Mateerial Ferroelektrik. Available at. [24 Mei 2011]. Shin J.C, Hwang C.S, Kim H.J.2000. Electrical Conduction Properties of Sputter Grown (Ba,Sr)TiO3 Thin Films Having IrO2 Electrodes: Seoul National University, School of Materials Science and Engineering. Applied physics letters 76, 1609. Azizahwati. 2002. Studi Morfologi Permukaan Film Tipis Pb0.525Zr0.475T yang ditumbuhkan dengan metode DC Unbalanced Magnetron Sputtering: Universitas Riau. J Nasional Indonesia 5, 50-56. Wang D.Y, Wang J, Chan H.L.W, Choy C.L. 2007. Structural and Electro-optic Properties of Ba0.7Sr0.3TiO3 Thin Films Grown on Various Substrates Using Pulsed Laser Deposition: Department of Applied Physics and Materials Research Centre, The Hong Kong Polytechnic University. J of applied physics, 101 Seo J.Y, Park S.W. 2004. Chemical Mechanical Planarization Characteristic of Ferroelectric Film for FRAM Applications: J of Korean Physics society, 45, 769-772. Hongwei C, Chuanren Y, Wang B, Hong J, Zhang J. 2009.Structural, Dielectric, and Insulating Properties of Barium Stronsium Titanate Thin Films Grown On Various Oriented LaAlO3 Substrates: University of Electronic Science and Technology of China. J of applied physics, 105. Wang J, Zhang T, Wan N, Xiang J. 2008. Microstructure, Dielectric and Photoluminescence Properties of Tmdoped Ba0.8Sr0.2TiO3 Thin Films Fabricated by Sol–gel Method: J Springer Science and Businnes19, 1184.

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

Fuad A. 1999. Karakterisasi Kapasitansi Tegangan Film Tipis Ferroelektrik Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan Struktur metal-ferroelektriksemikonduktor (MFS) dan Potensi Penerapannya pada Memori, di dalam: Prosiding Seminar Indusri Elektronik. Suvorova N. A, Lopez, C. M, Irenea, E. A.2004. Comparison of Interfaces for (Ba,Sr)TiO3 Films Deposited on Si and SiO2/Si Substrates: J of applied physics 9, 2672-2673. Volk T, Wohlecke M. 2008. Lithium Niobate Defect, Photorefraction and Ferroelectric Switching. Springer Series In Material Science, Moscow. Dahrul M. 2011. Pendadahan, Karakterisasi, dan Aplikasi Film Tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 sebagai Pengukur Konsentrasi Gula. [Skripsi]. Program Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Saito T, Ismunandar. 1996. Kimia Anorganik. Permission of Iwanami Shaten Publishers. Available at . [13 Mei 2011]. Tanjuang F. 2003 . Perkembangan Struktur dan Material Film Tipis Penyusun Silikon. Available at http://inf.untagsby.ac.id/pustaka/publi chtml/Campuran/PDF/fitrcmos.pdf. [13 Mei 2011]. Endarko. 2008. Piranti Semikonduktor. Available at http:// www.geocities.com. [26 Maret 2011]. [Anonim]. 2010. Alat Semikonduktor. Available at . [26 Maret 2011]. Erviansyah R. 2010. Studi Karakteristik Sensor Cahaya dan Sensor Suhu Berbasis Film Tipis Ba0,25Sr0,75TiO3 (BST) yang Didadah Ferium Oksida (BFST) Menggunakan Metode Chemical solution deposition. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor, Bogor. Wijaya S.K.2005. Diktat Elektronika 1. Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia, Depok. Hamasah. 2009. Fotodioda. Available athttp://mhdfaisal.wordpress.com/200 9/12/03/fotodioda/. [26 Maret 2011].

21 [21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

Hamamatsu.2007. Silicon Photodiode Technical. Available at http:// www.sales. hamamatsu.com. [25 Agustus 2010]. Irzaman, Maddu A, Syafutra H, Ismangil A.2010. Uji Konduktivitas Listrik dan Dielektrik Film Tipis Lithium Tantalate ( LiTaO3 ) yang Didadah Niobium Pentaoksida (Nb2O5) Menggunakan Metode Chemical Solution Deposition, di dalam: Prosiding seminar nasional fisika. Bogor. 176-177. Sinaga P.2009. Pengaruh Temperatur Annealing terhadap Struktur Mikro, Sifat Listrik dan Sifat Optik dari Film Tipis Oksida Konduktif Transparan ZnO:Al yang Dibuat dengan Teknik Screen Printing: J. Pengajaran MIPA 14, 51-57. Kwok K.N. 1995.Complete Guide To Semiconductor Device. McGraw-Hill inc. Omar M.A. 2007. Elementary SolidState Physics. Addison-Wesley Publishing Inc. Aji S.B, Asnawi, F, Susilaningtyas, L, Indah, N.2009. X-ray difractometer. Universitas Sebelas Maret Surakarta, Surakarta. Samsiah R. 2009. Karakterisasi Biokomposit Apatit-Kitosan dengan XRD (X-Ray Diffraction),FTIR (Fourier Transform Infrared), SEM (Scanning Electron Microscopy) dan Uji Mekanik. [Skripsi]. Program Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Supriyanto E, Goib W, Sutanto E, Subagio A.2007. Studi Pengaruh Temperatur Penumbuhan terhadap Struktur Kristal: J Matematika dan Sains 12, 71. Caprette D.R. 2009. Experimental Bioscience. Available at http:// www.ruf.rice.edu/~bioslabs/methods/p rotein/spectrophotometer.html>. [26 Maret 2011]. Wanibesak E. 2011. Spektrofotometri Sinar Tampak (visibel). Available at http://wanibesak.wordpress.com/2011/ 02/21/Spektrofotometri-sinar-tampakvisible. [21 Februari 2011]. Swenson J. 2009. Refractive Index of Minerals. Newton BBS. Incorporates Public Domain material from the U.S. Department of Energy, Argonne National Laboratory, US DOE.

[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41] [42]

Syafutra H. 2010. Pengintegrasian Sensor Cahaya Tampak Berbasis Film Tipis Ferroelektrik Ba0,25Sr0,75TiO3 Pada Mikrokontroler ATMega8535. [Tesis]. Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Irzaman, Darvina, Y, Fuad, A, Arifin, P, Budiman, M, Barmawi, M.2003. Physical and Pyroelectric Properties of Tantalum Oxide Doped Lead Zirconium Titanate [Pb0,9950(Zr0,525Ti0,010)O3] Thin Films and its Applicaion for IR Sensor. Physica Status Solidi Germany 3, 199. Kugeler C, Wiedenbruck, R. 2006. Integration of Ferroelectric Thin Films into Silicon Based Microsystems. Chaidir A, Kisworo D. 2007. Pengaruh Pemanasan terhadap Struktur Mikro, Sifat Mekanik dan Korosi Paduan Zr-Nb-Sn-Fe [Hasilhasil Penelitian EBN]. ISSN 08545561. Umiati N.A.K, Irzaman, Budiman, M, Barmawi, M. 2001. Efek Annealing pada Penumbuhan Film Tipis Ferroelektrik PbZr0,625Ti0,375O3 (PZT): Kont Fis Indo 12, 94-98. Pimpabute N, Burinpakhon T, Somkhunthot W. 2011. Determination of Optical Constants and Thickness of Amorphous GaP Thin Film: J. Optica Applicata 41, 259-267. Krane K. 1992. Fisika Modern. Penerjemah Hans J. Universitas Indonesia. Depok. Blackburn J.A. 2001. Modern Instumentation for Scientists and Engineers. Spinger Verlag, New York Inc. JCPDS.1997. International Centre for Diffraction Data. U.S.A : Campus Boulevard. Tipler P.A. 1991. Physics for Scientist and Engineers. Worth Publisher Inc. Suhandi, A, Sutanto, H, Arifin, P, Budiman, M, Barmawi.2005. Karakteristik Film Tipis GaAs yang Ditumbuhkan dengan Metode MOCVD Menggunakan Sumber Metalorganik TDMAAs (Trisdimethylaminoarsenic): J Matematika dan Sains 10, 11-15.

22 [43]

[44] [45]

[46]

Remmel T, Gregory R, Baumert B. 1999. Characterization of Barium Strontium Titanate Films Using XRD: J JCPDS-International Centre for Diffraction Data, 38-40. Giancoli C.D.1998. Physics Fifth Edition. Prentice-Hall Inc, Berkeley Hamdani, Komaro M, Rahmat, Irzaman. Uji konduktivitas listrik film tipis Ferroelektrik LiTaO3 didadah Niobium. Institut Pertanian Bogor, Bogor. Wijaya S.K. 2010. Optoelektronika. Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia, Depok.

[47]

Arief A, Irzaman, Dahrul M, Syafutra H.2010. Uji Arus-Tegangan Film

Tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan Pendadah Niobium Penta Oksida sebagai Sensor Cahaya, di dalam: Prosiding, 206-212. [48]

[49]

Seung Y.M. 2007. Temperature Dependence of The Conductivity in Large Grained Boron Doped ZnO Films: J. Solar energy Material and Solar Cell 91, 1269-1274. Jorena.2000. Menentukan Energi Gap Semikonduktor Silikon Melalui Pengukuran Resistansi Bahan pada Suhu Beragam: J penelitian sains 12, 19.

LAMPIRAN

24 Lampiran 1.

Diagram alir penelitian Mulai

Barium asetat [Ba(CH3COO)2 , 99%]

Stronsium asetat [Sr(CH3COO)2, 99%]

2-metoksietanol [H3COOCH2C H2OH, 99%]

Titanium isopropoksida [Ti(C12O4H28), 99.99%]

Dicampur dan dikocok selama satu jam dengan Branson 2510

Campuran BST

Spin coating pada 3000 rpm selama 30 detik di atas substrat Si (100) type-p berbentuk lingkaran dengan diameter 8 mm sebanyak 3 tetes

Annealing pada suhu 850 oC dengan variasi waktu 8 jam, 15 jam, 22 jam, dan 29 jam

Film Ba0,5Sr0,5TiO3

Karakterisasi film

Membuat laporan penelitian

Evaluasi penulisan

Selesai

25 Lampiran 2. Data karakterisasi arus-tegangan ( I-V )  Film A (lama annealing 8 jam ) Terang Tegangan (volt) -1.00E+01 -9.80E+00 -9.60E+00 -9.40E+00 -9.19E+00 -8.99E+00 -8.79E+00 -8.59E+00 -8.39E+00 -8.18E+00 7.17E+00 7.37E+00 7.58E+00 8.99E+00 9.19E+00 9.39E+00 9.60E+00 1.00E+01

Arus (ampere) -1.24E-04 -1.17E-04 -1.14E-04 -1.15E-04 -1.07E-04 -1.06E-04 -1.04E-04 -1.00E-04 -9.61E-05 -9.03E-05 3.00E-04 3.02E-04 3.17E-04 3.87E-04 4.00E-04 4.04E-04 4.19E-04 4.41E-04

Gelap Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -8.53E-05 -9.80E+00 -8.13E-05 -9.60E+00 -7.80E-05 -9.40E+00 -7.30E-05 -9.19E+00 -7.63E-05 -8.99E+00 -6.95E-05 -8.79E+00 -6.90E-05 -8.59E+00 -6.96E-05 -8.39E+00 -6.26E-05 -8.18E+00 -6.41E-05 7.17E+00 1.55E-04 7.38E+00 1.55E-04 7.57E+00 1.62E-04 8.99E+00 2.23E-04 9.19E+00 2.36E-04 9.40E+00 2.42E-04 9.60E+00 2.48E-04 1.00E+01 2.65E-04

Hijau Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -2.98E-04 -9.80E+00 -2.90E-04 -9.60E+00 -2.88E-04 -9.40E+00 -2.75E-04 -9.19E+00 -2.71E-04 -8.99E+00 -2.60E-04 -8.79E+00 -2.51E-04 -8.59E+00 -2.45E-04 -8.39E+00 -2.33E-04 -8.18E+00 -2.98E-04 7.17E+00 5.49E-04 7.38E+00 5.76E-04 7.57E+00 5.94E-04 8.99E+00 7.66E-04 9.19E+00 8.15E-04 9.40E+00 8.36E-04 9.60E+00 8.60E-04 1.00E+01 8.85E-04

Kuning Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -3.80E-04 -9.80E+00 -3.84E-04 -9.60E+00 -3.73E-04 -9.40E+00 -3.69E-04 -9.19E+00 -3.59E-04 -8.99E+00 -3.50E-04 -8.79E+00 -3.47E-04 -8.59E+00 -3.36E-04 -8.39E+00 -3.29E-04 -8.18E+00 -3.24E-04 7.17E+00 6.20E-04 7.37E+00 6.44E-04 7.57E+00 6.75E-04 8.99E+00 8.61E-04 9.19E+00 8.90E-04 9.39E+00 9.13E-04 9.60E+00 9.41E-04 1.00E+01 9.89E-04

Merah Tegangan Arus (ampere) (volt) -1.00E+01 -2.91E-04 -9.80E+00 -2.89E-04 -9.60E+00 -2.83E-04 -9.40E+00 -2.75E-04 -9.19E+00 -2.72E-04 -8.99E+00 -2.62E-04 -8.79E+00 -2.57E-04 -8.59E+00 -2.49E-04 -8.39E+00 -2.39E-04 -8.18E+00 -2.36E-04 7.17E+00 7.29E-05 7.37E+00 7.39E-05 7.58E+00 7.77E-05 8.98E+00 1.01E-04 9.19E+00 1.07E-04 9.39E+00 1.12E-04 9.60E+00 1.12E-04 1.00E+01 1.22E-04

26

Lanjutan Lampiran 2  Film B (lama annealing 15 jam ) Terang Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -1.11E-04 -9.80E+00 -1.09E-04 -9.60E+00 -1.01E-04 -9.40E+00 -1.02E-04 -9.19E+00 -9.31E-05 -8.99E+00 -9.48E-05 -8.79E+00 -8.69E-05 -8.59E+00 -8.35E-05 -8.39E+00 -8.33E-05 -8.18E+00 -7.53E-05 -7.98E+00 -7.72E-05 7.58E+00 2.67E-04 7.78E+00 2.72E-04 7.98E+00 2.90E-04 8.18E+00 2.96E-04 8.99E+00 3.38E-04 9.19E+00 3.44E-04 9.39E+00 3.50E-04 9.60E+00 3.53E-04 1.00E+01 3.70E-04

Gelap Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -4.92E-05 -9.80E+00 -5.49E-05 -9.60E+00 -5.12E-05 -9.39E+00 -5.21E-05 -9.19E+00 -5.30E-05 -8.99E+00 -4.76E-05 -8.79E+00 -5.01E-05 -8.59E+00 -4.63E-05 -8.39E+00 -4.23E-05 -8.18E+00 -4.70E-05 -7.98E+00 -4.00E-05 7.58E+00 1.10E-04 7.78E+00 1.13E-04 7.98E+00 1.18E-04 8.18E+00 1.18E-04 8.99E+00 1.40E-04 9.19E+00 1.40E-04 9.39E+00 1.44E-04 9.59E+00 1.53E-04 1.00E+01 1.58E-04

Hijau Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -1.52E-04 -9.80E+00 -1.46E-04 -9.60E+00 -1.43E-04 -9.40E+00 -1.42E-04 -9.19E+00 -1.35E-04 -8.99E+00 -1.38E-04 -8.79E+00 -1.31E-04 -8.59E+00 -1.27E-04 -8.39E+00 -1.27E-04 -8.18E+00 -1.19E-04 -7.98E+00 -1.19E-04 7.57E+00 5.52E-05 7.78E+00 6.09E-05 7.98E+00 6.14E-05 8.18E+00 6.29E-05 8.99E+00 7.63E-05 9.19E+00 7.43E-05 9.40E+00 8.05E-05 9.60E+00 8.14E-05 1.00E+01 8.89E-05

Kuning Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -2.59E-04 -9.80E+00 -2.50E-04 -9.60E+00 -2.46E-04 -9.39E+00 -2.35E-04 -9.19E+00 -2.29E-04 -8.99E+00 -2.21E-04 -8.79E+00 -2.11E-04 -8.59E+00 -2.05E-04 -8.39E+00 -1.92E-04 -8.18E+00 -1.87E-04 -7.98E+00 -1.79E-04 7.58E+00 7.79E-05 7.78E+00 7.68E-05 7.98E+00 8.30E-05 8.18E+00 8.73E-05 8.99E+00 1.00E-04 9.19E+00 1.03E-04 9.39E+00 1.06E-04 9.60E+00 1.14E-04 1.00E+01 1.23E-04

Merah Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -2.14E-04 -9.80E+00 -2.12E-04 -9.60E+00 -2.09E-04 -9.40E+00 -2.01E-04 -9.19E+00 -2.00E-04 -8.99E+00 -1.95E-04 -8.79E+00 -1.87E-04 -8.59E+00 -1.85E-04 -8.38E+00 -1.80E-04 -8.18E+00 -1.73E-04 -7.98E+00 -1.71E-04 7.57E+00 6.67E-05 7.78E+00 7.17E-05 7.98E+00 7.54E-05 8.18E+00 7.47E-05 8.99E+00 9.03E-05 9.19E+00 9.01E-05 9.40E+00 9.48E-05 9.60E+00 1.00E-04 1.00E+01 1.05E-04

27

Lanjutan Lampiran 2  Film C (lama annealing 22 jam ) Terang Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -2.04E-05 -9.79E+00 -2.68E-05 -9.60E+00 -2.35E-05 -9.40E+00 -1.89E-05 -9.19E+00 -2.01E-05 -8.99E+00 -1.53E-05 -8.79E+00 -1.86E-05 -8.59E+00 -1.21E-05 -8.39E+00 -1.30E-05 -8.18E+00 -6.63E-06 -7.98E+00 -8.41E-06 7.37E+00 7.89E-05 7.58E+00 8.26E-05 7.78E+00 9.78E-05 7.98E+00 1.07E-04 8.99E+00 1.57E-04 9.19E+00 1.69E-04 9.39E+00 1.73E-04 9.60E+00 1.90E-04 1.00E+01 2.15E-04

Gelap Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -1.87E-04 -9.80E+00 -1.81E-04 -9.60E+00 -1.76E-04 -9.40E+00 -1.82E-04 -9.19E+00 -1.75E-04 -8.99E+00 -1.73E-04 -8.79E+00 -1.79E-04 -8.59E+00 -1.71E-04 -8.39E+00 -1.68E-04 -8.19E+00 -1.70E-04 -7.98E+00 -1.61E-04 7.37E+00 8.62E-05 7.58E+00 8.51E-05 7.78E+00 8.68E-05 7.98E+00 9.35E-05 8.99E+00 1.05E-04 9.19E+00 1.04E-04 9.39E+00 1.07E-04 9.60E+00 1.13E-04 1.00E+01 1.18E-04

Hijau Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -2.79E-04 -9.80E+00 -2.59E-04 -9.60E+00 -2.48E-04 -9.40E+00 -2.42E-04 -9.19E+00 -2.37E-04 -8.99E+00 -2.26E-04 -8.79E+00 -2.18E-04 -8.59E+00 -2.11E-04 -8.38E+00 -2.01E-04 -8.18E+00 -1.98E-04 -7.98E+00 -1.88E-04 7.37E+00 5.06E-05 7.57E+00 5.62E-05 7.78E+00 5.62E-05 7.98E+00 5.81E-05 8.99E+00 6.90E-05 9.19E+00 7.42E-05 9.40E+00 7.40E-05 9.60E+00 7.66E-05 1.00E+01 8.61E-05

Kuning Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -3.65E-04 -9.80E+00 -3.57E-04 -9.60E+00 -3.44E-04 -9.39E+00 -3.33E-04 -9.19E+00 -3.24E-04 -8.99E+00 -3.16E-04 -8.79E+00 -3.11E-04 -8.59E+00 -2.95E-04 -8.39E+00 -2.92E-04 -8.18E+00 -2.81E-04 -7.98E+00 -2.76E-04 7.37E+00 8.97E-05 7.57E+00 9.41E-05 7.78E+00 1.02E-04 7.98E+00 1.04E-04 8.99E+00 1.36E-04 9.19E+00 1.46E-04 9.39E+00 1.48E-04 9.60E+00 1.62E-04 1.00E+01 1.73E-04

Merah Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -1.14E-04 -9.80E+00 -1.13E-04 -9.60E+00 -1.02E-04 -9.39E+00 -9.87E-05 -9.19E+00 -8.97E-05 -8.99E+00 -8.93E-05 -8.79E+00 -7.91E-05 -8.59E+00 -7.63E-05 -8.38E+00 -7.09E-05 -8.18E+00 -6.43E-05 -7.98E+00 -6.28E-05 7.38E+00 1.03E-04 7.58E+00 1.11E-04 7.78E+00 1.12E-04 7.98E+00 1.22E-04 8.99E+00 1.53E-04 9.19E+00 1.58E-04 9.39E+00 1.69E-04 9.60E+00 1.76E-04 1.00E+01 1.99E-04

28

Lanjutan Lampiran 2  Film D (lama annealing 29 jam ) Terang Gelap Tegangan Arus Tegangan Arus (volt) (ampere) (volt) (ampere) -1.00E+01 -1.96E-04 -1.00E+01 -9.73E-05 -9.80E+00 -1.98E-04 -9.80E+00 -9.84E-05 -9.60E+00 -1.90E-04 -9.60E+00 -9.62E-05 -9.40E+00 -1.91E-04 -9.40E+00 -8.75E-05 -9.19E+00 -1.81E-04 -9.20E+00 -9.03E-05 -8.99E+00 -1.75E-04 -8.99E+00 -8.61E-05 -8.79E+00 -1.73E-04 -8.79E+00 -7.98E-05 -8.59E+00 -1.64E-04 -8.59E+00 -8.29E-05 -8.39E+00 -1.69E-04 -8.39E+00 -7.59E-05 -8.19E+00 -1.59E-04 -8.18E+00 -7.28E-05 -7.98E+00 -1.56E-04 -7.98E+00 -7.30E-05 7.37E+00 1.38E-04 7.37E+00 7.17E-05 7.57E+00 1.38E-04 7.57E+00 7.11E-05 7.78E+00 1.49E-04 7.78E+00 7.40E-05 7.98E+00 1.47E-04 7.98E+00 7.91E-05 8.99E+00 1.68E-04 8.99E+00 9.46E-05 9.19E+00 1.76E-04 9.19E+00 9.36E-05 9.39E+00 1.79E-04 9.39E+00 1.02E-04 9.60E+00 1.82E-04 9.60E+00 1.04E-04 1.00E+01 1.85E-04 1.00E+01 1.11E-04

Hijau Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -8.74E-05 -9.80E+00 -8.42E-05 -9.60E+00 -8.79E-05 -9.39E+00 -8.27E-05 -9.19E+00 -8.46E-05 -8.99E+00 -7.68E-05 -8.79E+00 -7.53E-05 -8.59E+00 -7.16E-05 -8.39E+00 -6.63E-05 -8.18E+00 -6.75E-05 -7.98E+00 -6.07E-05 7.38E+00 4.99E-05 7.58E+00 4.76E-05 7.78E+00 5.42E-05 7.98E+00 5.12E-05 8.99E+00 7.42E-05 9.19E+00 8.10E-05 9.39E+00 7.83E-05 9.59E+00 8.63E-05 1.00E+01 9.92E-05

Kuning Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -1.19E-04 -9.80E+00 -1.26E-04 -9.60E+00 -1.17E-04 -9.40E+00 -1.13E-04 -9.20E+00 -1.10E-04 -8.99E+00 -1.01E-04 -8.79E+00 -1.01E-04 -8.59E+00 -9.49E-05 -8.39E+00 -9.13E-05 -8.18E+00 -7.43E-05 -7.98E+00 -7.28E-05 7.37E+00 4.16E-05 7.57E+00 4.64E-05 7.78E+00 4.62E-05 7.98E+00 5.21E-05 8.99E+00 7.70E-05 9.19E+00 8.26E-05 9.39E+00 8.93E-05 9.59E+00 9.38E-05 1.00E+01 1.14E-04

Merah Tegangan Arus (volt) (ampere) -1.00E+01 -1.04E-04 -9.80E+00 -9.79E-05 -9.60E+00 -9.57E-05 -9.40E+00 -9.28E-05 -9.19E+00 -9.02E-05 -8.99E+00 -9.10E-05 -8.79E+00 -8.40E-05 -8.59E+00 -8.71E-05 -8.38E+00 -7.59E-05 -8.18E+00 -7.79E-05 -7.98E+00 -7.07E-05 7.37E+00 5.23E-05 7.58E+00 6.67E-05 7.78E+00 6.87E-05 7.98E+00 7.65E-05 8.99E+00 9.56E-05 9.19E+00 1.04E-04 9.39E+00 1.03E-04 9.60E+00 1.12E-04 1.00E+01 1.17E-04

29 Lampiran 3.

Data massa film sebelum dilakukan annealing dan sesudah proses annealing, contoh perhitungan time constant dan konstanta dielektrik, perhitungan konduktivitas listrik, perhitungan indeks miller dan parameter kisi.

 Data massa film sebelum dilakukan annealing dan sesudah annealing Waktu annealing Massa film sebelum Massa film setelah annealing (jam) annealing (gram) (gram) 8 0,0471 0,0470 15 0,0468 0,0467 22 0,0339 0,0336 29 0,0475 0,0470  Cotoh perhitungan time constant dan konsanta dielektrik Data yang diketahui : volts/div = 1 volt sec/div = 10 µs V1 = 3 volt V2 = 5 volt Frekuensi = 20 kHz Hambatan (R) = 104 ohm ρft = 6,02 g/cm3 ε0 = 8,85 x 10-12 F/m = 1- e –t/RC τ=RC V = Vo ( 1- e –t/τ ) , –1 t = η , V = Vo ( 1- e ) V = Vo ( 1- 1/e ) V = Vo (1-0,368) V = 0,63 Vo Film A ( lama annealing 8 jam )

30 Lanjutan Lampiran 3 M1 = 0,0471 gr M2 = 0,0470 gr Luas film ( Aft ) = 0,374 cm2 Luas kontak (Akontak ) = 2,09 x 10-6 m2  Vo = 3 volt V = 0,63 . 3 = 1,89 volt, maka dari gambar diatas didapatkan time constant (η) ketika V = 1,89 volt yaitu η = 2,9 µs = 2,9 x 10 -6 s CBST = R = 2,9 x 10 -6 s / 10-4 Ω = 2,9 x 10-10 F d=

=

d = 0,4442 x 10 -6 m ɛ=

=

= 6,9

 Vo = 5 volt V = 0,63 . 5 = 3,15 volt, maka dari gambar diatas didapatkan time constant (η) ketika V = 3,15 volt yaitu η = 2,5 µs = 2,5 x 10 -6 s CBST = = 2,5 x 10 -6 s / 10-4 Ω = 2,5 x 10-10 F R

ɛ=

=

= 6,0

31 Lanjutan Lampiran 3  Contoh perhitungan konduktivitas listrik film Waktu annealing (jam) 8 15 22 29

Jarak antar kontak L ( m ) 2,5 x 10-3 1,2 x 10-3 2,1 x 10-3 2,3 x 10-3

Luas kontak A (m2) 2,09 x 10-6 0,99 x 10-6 1,44 x 10-6 1,65 x 10-6

diketahui

 Waktu annealing selama 8 jam 1 24 3 x 10 6 x 2 5 x 10 2 0 x 10

3

6

 Mencari indeks miller dan parameter kisi dari kurva XRD Tabung x-ray Target Tegangan Arus Scan range Sampling pitch

: Cu ,λcu = 1,54056 Å : 40.0 (kV) : 30.0 (mA) : 5.0000-90.0000 (deg) : 0.0200

Konduktansi G (S) 1,2493 x 10-6 1,6874 x 10-6 1,5551 x 10-6 4,7808 x 10-6

32 Lampiran 4. Gambar hasil karakterisasi XRD film Ba0,5Sr0,5TiO3

2θ Film BST hasil annealing selama 8 jam

2θ Film BST hasil annealing selama 15 jam

33 Lanjutan Lampiran 4

2θ Film BST hasil annealing selama 22 jam

2θ Film BST hasil annealing selama 29 jam

34

Lampiran 5. Tabel perhitungan indeks miller, perhitungan parameter kisi, literatur analisis XRD JCPDS-ICDD untuk Ba0,5Sr0,5TiO3, SrTiO3, dan BaTiO3 Film BST hasil annealing selama 8 jam No Puncak 1

2Ɵ

Ɵ

Sin22Ɵ

Sin2Ɵ

Sin2Ɵ /2

Sin2Ɵ/3

Sin2Ɵ/4

Sin2Ɵ/5

Sin2Ɵ/A

s

hkl

33.74

16.87

0.30850

0.08422

0.04211

0.02807

0.02105

0.01684

2.36897

2

110

2

38.12

19.06

0.38107

0.10664

0.05332

0.03555

0.02666

0.02133

2.99972

3

111

3

44.30

22.15

0.48778

0.14215

0.07108

0.04738

0.03554

0.02843

3.99870

4

200

4

64.33

32.17

0.81235

0.28341

0.14170

0.09447

0.07085

0.05668

7.97205

8

220

5

77.80

38.90

0.95534

0.39434

0.19717

0.13145

0.09858

0.07887

11.09248

11

311

Σ No Puncak

hkl

2Ɵ

Ɵ

α

α2

ɣ

ɣ2

αɣ

Sin22Ɵ

Sin2Ɵ

δ

δ2

ɣδ

αδ

α sin2Ɵ

ɣ sin2Ɵ

δ sin2Ɵ

1 2

110 111

33.74 38.12

16.87 19.06

2 2

4 4

0 1

0 1

0 2

0.30850 0.38107

0.08422 0.10664

3.08497 3.81072

9.51704 14.52161

0.00000 3.81072

6.16994 7.62145

0.16843 0.21328

0.00000 0.10664

0.25981 0.40638

3 4

200 220

44.30 64.33

22.15 32.17

4 8

16 64

0 0

0 0

0 0

0.48778 0.81235

0.14215 0.28341

4.87784 8.12349

23.79331 65.99106

0.00000 0.00000

19.51136 64.98791

0.56861 2.26725

0.00000 0.00000

0.69340 2.30225

5 Σ

311

77.80

38.90

10

100

1

1

10 12

0.95534

0.39434

9.55342

91.26780 205.09083

9.55342 13.36414

95.53418 193.82483

3.94338 7.16096

0.39434 0.50098

3.76727 7.42911

188

2

35

Lanjutan Lampiran 5 Film BST hasil annealing selama 15 jam No Puncak 1

2Ɵ

Ɵ

Sin22Ɵ

Sin2Ɵ

Sin2Ɵ /2

Sin2Ɵ/3

Sin2Ɵ/4

Sin2Ɵ/5

Sin2Ɵ/A

s

hkl

31.61

15.81

0.27472

0.07418

0.03709

0.02473

0.01855

0.01484

2.06521

2

110

2

38.33

19.17

0.38464

0.10777

0.05389

0.03592

0.02694

0.02155

3.00039

3

111

3

44.55

22.28

0.49215

0.14368

0.07184

0.04789

0.03592

0.02874

4.00002

4

200

4

64.97

32.49

0.82099

0.28845

0.14423

0.09615

0.07211

0.05769

8.03045

8

220

5

78.15

39.08

0.95783

0.39732

0.19866

0.13244

0.09933

0.07946

11.06138

11

311

Σ No Puncak

hkl

2Ɵ

Ɵ

α

α2

ɣ

ɣ2

αɣ

Sin22Ɵ

Sin2Ɵ

δ

δ2

ɣδ

αδ

α sin2Ɵ

ɣ sin2Ɵ

δ sin2Ɵ

1 2

110 111

31.61 38.33

15.81 19.17

2 2

4 4

0 1

0 1

0 2

0.27472 0.38464

0.07418 0.10777

2.74717 3.84635

7.54694 14.79444

0.00000 3.84635

5.49434 7.69271

0.14836 0.21555

0.00000 0.10777

0.20379 0.41454

3 4

200 220

44.55 64.97

22.28 32.49

4 8

16 64

0 0

0 0

0 0

0.49215 0.82099

0.14368 0.28845

4.92146 8.20993

24.22080 67.40287

0.00000 0.00000

19.68585 65.67940

0.57472 2.30763

0.00000 0.00000

0.70712 2.36818

5 Σ

311

78.15

39.08

10

100

1

1

0.39732

9.57831

2

2

10 12

0.95783

188

91.74408 205.70914

9.57831 13.42467

95.78313 194.33544

3.97325 7.21951

0.39732 0.50510

3.80570 7.49933

36

Lanjutan Lampiran 5 Film BST hasil annealing selama 22 jam No Puncak 1

2Ɵ

Ɵ

Sin22Ɵ

Sin2Ɵ

Sin2Ɵ /2

Sin2Ɵ/3

Sin2Ɵ/4

Sin2Ɵ/5

Sin2Ɵ/A

s

hkl

30.90

15.45

0.26372

0.07097

0.03548

0.02366

0.01774

0.01419

2.00984

2

110

2

37.98

18.99

0.37870

0.10589

0.05294

0.03530

0.02647

0.02118

2.99879

3

111

3

44.15

22.08

0.48517

0.14124

0.07062

0.04708

0.03531

0.02825

4.00002

4

200

4

64.50

32.25

0.81466

0.28474

0.14237

0.09491

0.07119

0.05695

8.06413

8

220

5

77.74

38.87

0.95491

0.39383

0.19691

0.13128

0.09846

0.07877

11.15338

11

311

Σ No Puncak

hkl

2Ɵ

Ɵ

α

α2

ɣ

ɣ2

αɣ

Sin22Ɵ

Sin2Ɵ

δ

δ2

ɣδ

αδ

α sin2Ɵ

ɣ sin2Ɵ

δ sin2Ɵ

1 2

110 111

30.90 37.98

15.45 18.99

2 2

4 4

0 1

0 1

0 2

0.26372 0.37870

0.07097 0.10589

2.63725 3.78700

6.95507 14.34140

0.00000 3.78700

5.27449 7.57401

0.14194 0.21177

0.00000 0.10589

0.18716 0.40100

3 4

200 220

44.15 64.50

22.08 32.25

4 8

16 64

0 0

0 0

0 0

0.48517 0.81466

0.14124 0.28474

4.85167 8.14660

23.53869 66.36712

0.00000 0.00000

19.40668 65.17282

0.56496 2.27796

0.00000 0.00000

0.68525 2.31970

5 Σ

311

77.74

38.87

10

100

1

1

10 12

0.95491

0.39383

9.54908

91.18497 202.38725

9.54908 13.33609

95.49082 192.91881

3.93826 7.13489

0.39383 0.49971

3.76068 7.35378

188

2

37

Lanjutan Lampiran 5 Film BST hasil annealing selama 29 jam No Puncak 1

2Ɵ

Ɵ

Sin22Ɵ

Sin2Ɵ

Sin2Ɵ /2

Sin2Ɵ/3

Sin2Ɵ/4

Sin2Ɵ/5

Sin2Ɵ/A

s

hkl

37.97

18.99

0.37853

0.10583

0.05292

0.03528

0.02646

0.02117

2.99982

3

111

2

44.13

22.07

0.48482

0.14112

0.07056

0.04704

0.03528

0.02822

3.99997

4

200

3

64.52

32.26

0.81493

0.28490

0.14245

0.09497

0.07123

0.05698

8.07545

8

220

4

77.65

38.83

0.95425

0.39306

0.19653

0.13102

0.09826

0.07861

11.14111

11

311

5 Σ No Puncak

hkl

2Ɵ

Ɵ

α

α2

ɣ

ɣ2

αɣ

Sin22Ɵ

Sin2Ɵ

δ

δ2

ɣδ

αδ

α sin2Ɵ

ɣ sin2Ɵ

δ sin2Ɵ

1 2

111 200

37.97 44.13

18.99 22.07

2 4

4 16

1 0

1 0

2 0

0.37853 0.48482

0.10583 0.14112

3.78531 4.84818

14.32858 23.50485

3.78531 0.00000

7.57062 19.39272

0.21167 0.56448

0.10583 0.00000

0.40061 0.68417

3 4

220 311

64.52 77.65

32.26 38.83

8 10

64 100

0 1

0 1

0 10

0.81493 0.95425

0.28490 0.39306

8.14931 9.54254

66.41132 91.06009

0.00000 9.54254

65.19451 95.42541

2.27922 3.93059

0.00000 0.39306

2.32176 3.75078

2

12

195.30483

13.32785

187.58326

6.98594

0.49889

7.15732

Σ

184

38

Lanjutan Lampiran 5  Mencari Parameter kisi film BST hasil annealing selama 8 jam Metode cohen dan cramer

Dari matriks B tersebut, diperoleh Δ B = 34.780874;

∑ α sin2 θ = C ∑ α2 + B ∑ αγ + A ∑ αδ

B=

ΔB

= 0.0335933;

Parameter kisi c =

= 4.203 Å

∑ γ sin2 θ = C ∑ αγ + B ∑ γ2 + A ∑ γδ ∑ δ sin2 θ = C ∑ αδ + B ∑ γδ + A ∑ δ2 Keterangan :

=

a, b, c = parameter kisi, α = h2 + k2 , γ = l2 , δ = 10 sin2 2θ , A = D/10, B = λ2/(4c2) , C = λ2/(4a2)

Dari matriks C diatas diperoleh Δ C = 34.590058 B=

A=

=

= 0.033409

Parameter kisi a=b =

= 4.214 Å

dengan cara yang sama diperoleh parameter kisi untuk film BST yang lainnya yaitu : Dari matrik A diatas diperoleh determinan (D) = 1035.3503

=

Film BST 15 jam annealing

: a=b= 4,052 Å , c= 4,065 Å

Film BST 22 jam annealing

: a=b= 4,017 Å , c= 4,008 Å

Film BST 29 jam annealing

: a=b= 4,018 Å , c= 4,027 Å

39

Lanjutan Lampiran 5  Literatur analisis XRD JCPDS-ICDD untuk Ba0,5Sr0,5TiO3

40

Lanjutan Lampiran 5  Literatur analisis XRD JCPDS-ICDD untuk SrTiO3

41

Lanjutan Lampiran 5  Literatur analisis XRD JCPDS-ICDD untuk BaTiO3

42 Lampiran 6. Menentukan indeks bias dan energy gap Mencari indeks bias dapat menggunakan persamaan n = , R merupakan reflektansi maksimum yang dapat diperoleh dari kurva persen reflektansi vs. panjang gelombang. Contoh perhitungannya sebagai berikut. Misalkan pada kurva persen reflektansi film BST hasil annealing 8 jam annealiang, dari kurva tersebut reflektansi maksimum pada panjang gelombang 450 nm dengan persen reflektansi sebesar 9,9 %. n= = = 1.93 Untuk energy gap diperoleh dengan cara memplot kurva (αhν)2 vs. Energi. Keterangan: α = koefisien absorbansi, ν = frekuensi, Energi = h.c/λ, h= konstanta plank ( 6.63 x 10-34 J.s) , c= kecepatan cahaya (3 x 108 m/s).