PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI FILM …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/58604/G12aia.pdf · 2.12 Kapasitor dan Konstanta Dielektrik ... Rangkaian pengisian muatan pada

iii

iii

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI FILM Ba0.4Sr0.6Ti03

DIBANDINGKAN DENGAN FILM Ba0.5Sr0.5Ti03

AYUB IMANUEL A.S

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

iii

iii

AYUB IMANUEL A.S. Pembuatan dan Karakterisasi Film Ba0,4Sr0,6Ti03 dibandingkan

dengan Film Ba0,5Sr0,5Ti03. Dibimbing oleh Dr.Ir.IRZAMAN, M.Si dan FAOZAN S.Si,M.Si.

Abstrak

Penelitian dengan menggunakan film Ba0,4Sr0,6TiO3 (BST) dibandingkan dengan film

Ba0,5Sr0,5Ti03 berdasarkan karakterisasi sifat optik, listrik, dan sensitifitas dengan metode

yang sama yaitu sol gel dengan teknik spin coating pada kecepatan putar 3000 rpm selama 30

detik. Proses pembuatan fotodioda Ba0,4Sr0,6Ti03 dengan menumbuhkannya di permukaan

substrat Si(100) type-p pada konsentrasi 1 M dan proses annealing pada variasi suhu yaitu

800oC, 850

oC, 900

oC dengan waktu masing-masing 15 jam. Karakterisasi I-V dilakukan pada

kondisi terang dan gelap dengan filter warna hijau, kuning dan merah. Hasil yang diperoleh

menunjukkan bahwa film bersifat fotodioda. Konduktivitas listrik (σ) dengan variasi suhu

800oC, 850

oC, 900

oC berturut-turut yaitu 0,36 x 10

-4 S/m, 3,77 x 10

-4 S/m, 50,25 x 10-

5 S/m.

Nilai σ tersebut berada dalam rentang σ semikonduktor, sehingga film BST yang dihasilkan

merupakan material semikonduktor sedangkan pada karakterisasi konstanta dielektrik (𝜀)

dengan variasi tegangan yaitu 1 volt, 2 volt dan 5 volt yang masing-masing pada suhu 800oC,

850oC, 900

oC dapat disimpulkan bahwa konstanta dielektrik bahan semakin besar akibat

bertambahnya tegangan. Karakteristik sifat optik dilakukan pada pengukuran absorbansi dan

reflektansi film. Pada suhu 800oC, 850

oC, 900

oC berdasarkan kurva absorbansi yang

diperoleh memperlihatkan panjang gelombang yang paling banyak diserap dan dipantulkan

berturut-turut yaitu berkisar 340-430 nm, 345-520 nm, 340-1020 nm.

Kata Kunci : Film Ba0,4Sr0,6Ti03 , annealing, sifat listrik, sifat optik, sifat sensitifitas.

iii

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI FILM Ba0.4Sr0.6Ti03

DIBANDINGKAN DENGAN FILM Ba0.5Sr0.5Ti03

AYUB IMANUEL A.S

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

2012

iii

JUDUL : Pembuatan dan Karakterisasi Film Ba0.4Sr0.6Ti03 Dibandingkan dengan Film

Ba0.5Sr0.5Ti03

NAMA : Ayub Imanuel A.S

NIM : G74061566

Disetujui,

Pembimbing Pembimbing

(Dr. Ir.IRZAMAN, M.SI) (FAOZAN S.SI, M.SI)

Pembimbing I Pembimbing II

Diketahui,

Ketua Departemen Fisika

Dr. Akhiruddin Maddu

NIP. 196609071988021006

Tanggal lulus :

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah

melimpahkan berkat, anugerah serta kasih karunia-Nya kepada saya sebagai penulis

sehingga dapat menyelesaikan hasil penelitian yang berjudul “Pembuatan dan

Karakterisasi Film Ba0.4Sr0.6TiO3 dibandingkan dengan Film Ba0.5Sr0.5TiO3 ”, sebagai

salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah

membantu dalam penyelesaian penulisan hasil penelitian ini, yaitu kepada

1. Keluarga (papa, mama, nova, sena, andre) terima kasih atas segala limpahan kasih

sayang dan doa yang senantiasa diberikan.

2. Bapak Dr.Ir. Irzaman, M.SI dan Bapak Faozan S.SI, M.SI selaku Dosen

pembimbing yang telah membimbing, mengarahkan dan senantiasa memberikan

motivasi sehingga tersusunnya skripsi ini.

3. Bapak Ir. Hanedi Darmasetiawan, MS selaku pihak editor atas saran dan

masukannya.

4. Bapak Drs. Mahfuddin Zuhri, MSI yang telah memberikan dukungan dan fasilitas

komputer.

5. Prof.Dr.Ir Bungaran Saragih,Msc,dr. Bona Simanungkalit, Hj Meilani Leimena

yang terus memberikan motivasi dan saran untuk tetap fokus pada bakat dan minat

yang saya miliki.

6. Teman-teman Cisco seperjuangan selama di IPB atas segala bantuan, semangat,

kebersamaan yang indah dan tak terlupakan.

7. Teman-teman kesekretariatan GMKI cabang Bogor yang menghadirkan tawa dan

semangat.

8. Rekan-rekan fisika angkatan 42,43, 44, 45, dan 46 serta fisika S2

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan hasil penelitian

ini. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak agar dapat

memperbaiki penulisan hasil skripsi kedepannya.

Bogor, 6 Februari 2012

Ayub Imanuel A.S

iii

RIWAYAT HIDUP

Penulis terlahir dari pasangan Adat Jonatan

Subakti dan Darmita Vionelita P di Bandung pada

tanggal 16 April 1988. Penulis merupakan anak

kedua dari empat bersaudara.

Lulus dari SMA Negeri 1 Ciruas, penulis

melanjutkan studinya di Institut Pertanian Bogor,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Jurusan Fisika pada tahun 2006 lewat jalur SPMB

(Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru).

Selama kuliah, penulis pernah aktif dikegiatan eksternal kampus sebagai anggota

GMKI (Gerakan Mahasiswa Kristen Indonesia).

vi

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI .................................................................................................................vi

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. viii

DAFTAR TABEL.......................................................................................................... ix

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................... x

BAB I. PENDAHULUAN .............................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang ...................................................................................................... 1

1.2 Tujuan Penelitian .................................................................................................. 1 1.3 Perumusan Masalah .............................................................................................. 1

1.4 Hipotesis ............................................................................................................... 1

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Material Ferroelektrik ........................................................................................... 1

2.2 Domain ................................................................................................................. 2 2.3 Polarisasi Saturasi (Ps) .......................................................................................... 2

2.4 Polarisasi Remanen (Pr) ........................................................................................ 2

2.5 Medan Koersif (EC) .............................................................................................. 2

2.6 Barium Stronsium Titanat (BaxSr1-xTiO3) .............................................................. 2 2.7 Substrat-Si (Silikon) .............................................................................................. 3

2.8 Dioda................................................................................................................... 3

2.9 Fotodioda .............................................................................................................. 4 2.10 Metode Chemical Solution Deposition ................................................................ 5

2.11 Metode Volumetric .............................................................................................. 6

2.12 Kapasitor dan Konstanta Dielektrik..................................................................... 6 2.13 Time Constant .................................................................................................... 7

2.14 Spektroskopi Optik ............................................................................................. 8

2.15 Hasil Karakterisasi Konstanta Dielektrik Film Ba0.5Sr0.5Ti03 ............................... 9

2.16 Hasil Karakterisasi I-V meter Film Ba0.5Sr0.5Ti03 ............................................. 11 2.17 Hasil Karakterisasi Reflektansi dan Absorbansi Film Ba0.5Sr0.5Ti03 .................. 11

2.18 Hasil Karakterisasi Konduktivitas Listrik Film Ba0.5Sr0.5Ti03............................ 12

BAB III. BAHAN DAN METODE ............................................................................... 12

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................................. 12

3.2 Alat dan Bahan .................................................................................................. 12

3.3 Metode Penelitian .............................................................................................. 12 3.3.1 Pembuatan film Ba0,4Sr0,6TiO3 murni ........................................................... 12

3.3.3 Proses penumbuhan film BST murni .......................................................... 13

3.3.4 Proses annealing ........................................................................................ 13 3.3.5 Pembuatan kontak pada film BST .............................................................. 13

3.3.6 Metode karakterisasi .................................................................................. 13

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN....................................................................... 14

4.1 Karakterisasi Absorbansi dan Reflektansi ............................................................ 14

4.1.1 Perhitungan nilai energy gap ........................................................................ 15

4.2 Karakterisasi Arus Tegangan .............................................................................. 16 4.3 Karakterisasi Konduktivitas Listrik .................................................................... 17

4.4 Karakterisasi Konstanta Dielektrik ..................................................................... 18

vii

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 22

5.1 Kesimpulan ........................................................................................................ 222

5.2 Saran .................................................................................................................. 22

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 23

LAMPIRAN ................................................................................................................. 25

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Kurva histerisis sifat BST .............................................................................. 2

Gambar 2. Struktur Ba0,25Sr0,75TiO3 ................................................................................. 3

Gambar 3. Struktur dua dimensi kristal silikon ................................................................ 3 Gambar 4. Struktur pasangan elektron – hole dioda ......................................................... 4

Gambar 5. Forward bias dan reversed bias ..................................................................... 4

Gambar 6. Karakteristik dioda ......................................................................................... 4

Gambar 7. Penampang melintang fotodioda. ................................................................... 5 Gambar 8. Keadaan fotodioda persambungan p-n ............................................................ 5

Gambar 9. Spin coater .................................................................................................... 6

Gambar 10. Kapasitor keping sejajar .............................................................................. 6 Gambar 11. Rangkaian pengisian muatan pada kapasitor ................................................. 8

Gambar 12. Hubungan konstanta dielektrik dan film BST murni ..................................... 9

Gambar 13. Sinyal keluaran pada osiloskop ketika diberikan tegangan 1 volt .................. 9 Gambar 14. Sinyal keluaran pada osiloskop ketika diberikan tegangan 2 volt ................ 10

Gambar 15. Sinyal keluaran pada osiloskop ketika diberikan tegangan 5 volt ................ 11

Gambar 16. Hubungan arus (I) dan tegangan (V) pada substrat A .................................. 11

Gambar 17. Hubungan arus (I) dan tegangan (V) pada substrat B .................................. 11 Gambar 18. Hubungan arus (I) dan tegangan (V) pada substrat C .................................. 11

Gambar 19. Hubungan arus (I) dan tegangan (V) pada substrat D .................................. 11

Gambar 20. Hubungan antara absorbansi dan panjang gelombang ................................ 11 Gambar 21. Hubungan antara reflektansi dan panjang gelombang ................................ 11

Gambar 22. Indeks bias film BST murni ....................................................................... 12

Gambar 23. Hubungan konduktivitas listrik dan waktu annealing film Ba0,5Sr0,5Ti03 ..... 12 Gambar 24. Proses annealing ........................................................................................ 13

Gambar 25. Prototype sel fotovoltaik tampak atas ......................................................... 13

Gambar 26. Rangkaian penentu konstanta dielektrik film BST murni ........................... 13

Gambar 27. Spektrum absorbansi BST terhadap panjang gelombang ............................. 15 Gambar 28. Spektrum reflektansi BST terhadap panjang gelombang ............................. 15

Gambar 29. Hubungan ln[(Rmax-Rmin)/(R-Rmin)]2 dan energy gap pada suhu 800

oC......... 15

Gambar 30. Hubungan ln[((Rmax-Rmin)/(R-Rmin)]2 dan energy gap pada suhu 850

oC ....... 16

Gambar 31. Hubungan ln[(Rmax-Rmin)/(R-Rmin)]2 dan energy gap pada suhu 900

oC......... 16

Gambar 32. Hubungan energy gap dan suhu ................................................................ 16

Gambar 33. Hubungan arus (I) dan tegangan (V) BST pada kondisi terang dan gelap .... 16

Gambar 34. Hubungan arus (I) dan tegangan (V) pada substrat A .................................. 17 Gambar 35. Hubungan arus (I) dan tegangan (V) pada substrat B .................................. 17

Gambar 36. Hubungan arus (I) dan tegangan (V) pada substrat C .................................. 17

Gambar 37. Hubungan konduktivitas listrik dan suhu film Ba0,4Sr0,6Ti03 ....................... 17 Gambar 38. Sinyal keluaran osiloskop pada suhu film BST 800

oC................................. 19

Gambar 39. Sinyal keluaran osiloskop pada suhu film BST 850oC................................ 20

Gambar 40. Sinyal keluaran osiloskop pada suhu film BST 900oC................................ 21

Gambar 41. Hubungan antara konstanta dielektrik dengan suhu.................................... 21

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Panjang gelombang berdasarkan spektrum cahaya tampak ................................. 8

Tabel 2. Nilai konstanta dielektrik film BST murni ......................................................... 9

Tabel 3. Nilai konduktivitas film BST murni berdasarkan perbedaan

waktu annealing .............................................................................................. 12

Tabel 4. Perbandingan karakterisasi absorbansi dan reflektansi

film Ba0,4Sr0,6Ti03 dan Ba0,5Sr0,5Ti03 ................................................................. 15

Tabel 5. Nilai konduktivitas film Ba0,4Sr0,6Ti03 berdasarkan

perbedaan suhu annealing .............................................................................. 17

Tabel 6. Perbandingan karakterisasi konduktivitas film Ba0,4Sr0,6Ti03 dan Ba0,5Sr0,5Ti03 .......................................................................................................................... 18

Tabel 7. Hasil karakterisasi konstanta dielektrik

film Ba0,4Sr0,6Ti03 ........................................................................................................................................................... 21

x Lanjutan lampiran 2. Data karakterisasi arus-tegangan (I-V)

a. Data karakterisasi substrat 800oC

x

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Diagram alur kerja penelitian..................................................................... 26

Lampiran 2. Data karakterisasi arus tegangan (I-V) ....................................................... 27

Lampiran 3. Data substrat film Ba0,4Sr0,6Ti03 ................................................................. 32

Lampiran 4. Pengolahan data konstanta dielektrik ......................................................... 33

Lampiran 5. Pengolahan data konduktivitas................................................................... 34

1 Lanjutan lampiran 2. Data karakterisasi arus-tegangan (I-V)

a. Data karakterisasi substrat 800oC

BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di era globalisasi sekarang ini, semakin

pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan

teknologi di dunia hal ini dimanfaatkan dan dikembangkan oleh manusia untuk dapat

membantu pekerjaan mereka sehingga dapat

menyelesaikan segala aktivitas dengan lebih

mudah dan efisien. Oleh karena itu, setiap

manusia terutama mahasiswa dituntut agar

mampu beradaptasi dengan perkembangan

ilmu pengetahuan dan teknologi tersebut.

Bidang elektronik saat ini memegang peranan

penting diberbagai sektor pembangunan

terutama ilmu pengetahuan dan teknologi. Hal

ini menyebabkan banyak orang melakukan penelitian dan pembuatan alat-alat serta

komponen-komponen elektronika yang

diharapkan mempunyai sifat dan karakteristik

tertentu.Penelitian yang belakangan ini

menarik perhatian para ahli fisika yaitu

material ferroelektrik karena material ini bisa

dikembangkan lebih lanjut terhadap device

generasi baru sehubungan dengan sifat-sifat

unik yang dimilikinya. Material ferroelektrik,

terutama yang didasari oleh campuran barium

stronsium titanat (BST), diharapkan memiliki

energi yang tinggi karena memiliki konstanta dielektrik dan kapasitas penyimpanan muatan

yang tinggi sehingga banyak digunakan

sebagai FRAM (ferroelectric random access

memory) selain itu sifat histerisis dan konstanta

dielektriknya yang tinggi dapat diterapkan

pada sel memori dynamic random acsess

memory (DRAM) dengan kapasitas

penyimpanan melampaui 1 Gbit [1]. Sifat

piezoelektriknya dapat digunakan sebagai

mikroaktuator dan sensor, sifat piroelektrik

dapat diterapkan pada infrared sensor, sifat polaryzability dapat diterapkan sebagai non

volatile ferroelektrik random acsess memory

(NVRAM), serta sifat electro-optic dapat

digunakan dalam switch thermal infrared [2].

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan umum penelitian ini adalah

membuat film BST murni ferrolektrik Ba0,4Sr0,6TiO3 murni dengan menggunakan

metode chemical solution deposition (CSD)

yang kemudian diuji karakteristik sensor

cahaya dan sensor suhu dari film BST murni

yang dibuat.

Tujuan khusus hasil penelitian ini adalah:

1. Melakukan karakterisasi arus–tegangan (I-V).

2. Menguji sifat reflektansi dan absorbansi.

3. Menentukan konstanta dielektrik dan waktu

konstantnya.

4. Menguji sifat konduktivitas listrik.

1.3 Perumusan Masalah

1. Bagaimanakah hasil karakterisasi film

Ba0,4Sr0,6TiO3 murni yang dihasilkan terhadap

uji sifat listriknya ( I-V, konduktivitas,

absorbansi dan reflektansi serta konstanta

dielektrik) dibandingkan dengan film

Ba0,5Sr0,5TiO3 murni ?

2. Apakah pembuatan film Ba0,4Sr0,6TiO3 murni

dipermukaan substrat silikon type-p dengan

variasi waktu tetap yaitu 15 jam pada suhu

yang berbeda yaitu 800oC, 850oC, 900oC akan

dihasilkan film yang memiliki sensitifitas dan sifat histerisis yang lebih baik dibandingkan

film Ba0,5Sr0,5TiO3 murni ?

1.4 Hipotesis

1. Pembuatan film Ba0,4Sr0,6TiO3 murni

dipermukaan substrat silikon type-p dengan

variasi waktu tetap yaitu 15 jam pada suhu yang berbeda yaitu 800oC, 850oC, 900oC pada

karakterisasi I-V, konduktivitas, absorbansi

dan reflektansi serta konstanta dielektrik lebih

baik dibandingkan film Ba0,5Sr0,5TiO3 murni

karena komposisi faktor molarnya lebih

banyak.

2. Pembuatan film Ba0,4Sr0,6TiO3 murni

dipermukaan substrat silikon type-p dengan

variasi waktu tetap yaitu 15 jam pada suhu

yang berbeda yaitu 800oC, 850oC, 900oC akan

dihasilkan film yang memiliki sensitifitas dan

sifat histerisis yang lebih baik dibandingkan film Ba0,5Sr0,5TiO3 murni.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Material Ferroelektrik

Material ferroelektrik memiliki

kemampuan untuk mengubah arah listrik

internal, dapat terpolarisasi secara spontan dan

menunjukkan efek histerisis yang berkaitan

dengan pergeseran dielektrik dalam

menanggapi medan listrik internal. Polarisasi

yang terjadi merupakan hasil dari penerapan

medan listrik yang mengakibatkan adanya

2

ketidaksimetrisan struktur kristal pada suatu

material ferroelektrik [1], selain itu

ferroelektrik merupakan material yang

memiliki polarisasi listrik dengan adanya

medan listrik eksternal, polarisasi ini dapat

dihilangkan dengan memberikan medan listrik eksternal yang arahnya berlawanan. Sifat

listrik yang ditunjukkan material ini berkaitan

dengan sifat listrik mikroskopiknya. Jika

jumlah muatan dikali jarak semua elemen dari

sel satuan tidak nol maka sel akan memiliki

momen dipol listrik. Kurva hubungan antara

polarisasi listrik (P) dan kuat medan listrik (E)

ditunjukkan pada Gambar 1. Ketika kuat

medan listrik ditingkatkan maka polarisasi

meningkat cepat (OA) hingga material akan

mengalami kondisi saturasi (AB), jika nilai

kuat medan listrik mengalami penurunan, polarisasinya tidak kembali lagi ke titik O,

melainkan mengikuti garis BC, ketika medan

listrik tereduksi menjadi nol, maka material

memiliki polarisasi remanan (Pr) (OC), untuk

menghapus nilai polarisasi dapat dilakukan

dengan menggunakan sejumlah medan listrik

pada arah yang berlawanan (negatif). Harga

medan listrik untuk mereduksi nilai polarisasi

menjadi nol disebut medan koersif (Ec),jika

medan listrik kemudian dinaikkan kembali,

maka material akan kembali mengalami saturasi, yang bernilai negatif (EF). Putaran

kurva menjadi lengkap jika medan listrik

dinaikkan lagi yang akhirnya didapatkan suatu

kurva hubungan polarisasi (P)

Gambar 1. Kurva histerisis sifat BST

dengan medan koersif (Ec) yang ditunjukan

loop histerisis [3]. Luasan dalam kurva

histerisis ini berbanding lurus dengan energi

yang didisipasikan dalam proses irreversible

pemagnetan dan penghilangan sifat magnet [4].

2.2 Domain

Dalam kristal ferroelektrik, terdapat suatu

daerah yang memiliki orientasi dipol yang

seragam, yang disebut domain. Struktur dan

sifat domain memegang peranan penting dalam

penentuan sifat bahan ferroelektrik [5].

2.3 Polarisasi Saturasi (Ps)

Polarisasi saturasi tercapai pada saat

seluruh arah orientasi domain searah dengan

medan listrik eksternal. Pada keadaan ini nilai

polarisasinya tetap walaupun medan listrik

eksternal bertambah besar.

2.4 Polarisasi Remanen (Pr)

Polarisasi remanen adalah nilai polarisasi

Ύ pada bahan ferroelektrik walaupun sudah

tidak lagi dipengaruhi medan listrik.

2.5 Medan Koersif (EC)

Medan koersif pada bahan ferroelektrik

adalah medan yang diperlukan untuk merubah

polarisasinya dari nilai polarisasi remanen

menjadi nol (P=0). Nilai medan koersif suatu

bahan bergantung dari banyak parameter

antara lain perlakuan suhu dan perlakuan listrik

suatu bahan.

2.6 Barium Stronsium Titanat (BaxSr1-

xTiO3)

Material yang digunakan dalam

pembuatan lapisan BST murni ini adalah

BaxSr1-xTiO3 (BST). BST merupakan bahan

yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi,

serta kapasitas penyimpanan muatan yang

tinggi. Pembuatan BST dapat menggunakan

peralatan yang cukup sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam waktu yang relatif

singkat. BST memiliki potensi untuk

menggantikan film BST murni SiO2 pada

rangkaian metal oxide semikonduktor (MOS)

namun konstanta dielektrik yang dimiliki oleh

BST tersebut masih rendah dibandingkan

dengan bentuk bulknya. Hal ini berkaitan

dengan ukuran mikro, tingkat tekanan yang

baik, kekosongan oksigen, formasi lapisan

interfacial dan oksidasi pada silikon

[6].Struktur BST sendiri berbentuk kubus

seperti pada Gambar 2. Ion barium (Ba2+) terletak di ujung rusuk kubus, ion titanium

(Ti4+) terletak pada diagonal ruang sedangkan

ion oksigen terletak pada diagonal bidang unit

sel yang berbentuk kubus.

Barium stronsium titanat juga banyak

digunakan sebagai FRAM karena memiliki

konstanta dielektrik yang tinggi dan kapasitas

penyimpanan muatan yang tinggi. BST dapat

diaplikasikan dalam berbagai macam piranti

seperti konstanta dielektrik yang tinggi

sehingga 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 suhu curie yang dapat

diaplikasikan sebagai NVRAM (non volatile

random access memories) dan FRAM

(ferroelectric random access memories).

Suhu Curie material barium titanat murni sebesar 130°C. Dengan penambahan

3

stronsium, suhu barium titanat menurun

menjadi suhu kamar [7]. Film BST murni

dapat dibuat dengan berbagai teknik antara lain

chemical solution deposition sputtering, laser

ablasi, MOCVD dan proses sol gel [8].

Persamaan reaksi BST ialah : 0,25Ba(CH3COO)2+0,75Sr(CH3COO)2+Ti(C12

H28O4)+22O2→Ba0,25Sr0,75TiO3 +H2O + 16CO2

Gambar 2. Struktur Ba0,25Sr0,75TiO3

(a) Polarisasi ke atas (b) Polarisasi kebawah

2.7 Substrat-Si (Silikon)

Silikon adalah unsur yang paling melimpah di kerak bumi setelah oksigen.

Sebagian besar unsur bebas silikon tidak

ditemukan di alam. Oleh karena itu, silikon

dihasilkan dengan mereduksi kuarsa dan pasir

dengan karbon yang berkualitas tinggi. Silikon

untuk pengunaan semikonduktor dimurnikan

lebih lanjut dengan metode pelelehan berzona

kristal czochralski. Kristal silikon ini memiliki

kilap logam dan mengkristal dengan struktur

intan [9].

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 (<1011/cm). Kualitas

Si/SiO2 ini penting karena merupakan bagian

utama channel dari carrier (baik hole atau

elektron) melintas. Sampai saat ini belum ada

yang bisa menandingi SiO2 dalam hal daya

hantar listrik [10]. 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 divisualisasikan

seperti pada Gambar 3.

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.

Gambar 3. Struktur dua dimensi kristal silikon

Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan

kovalen yang lepas karena energi kalor,

sehingga memungkinkan elektron terlepas dari

ikatannya namun hanya sedikit yang dapat

terlepas, sehingga tidak memungkinkan menjadi konduktor yang baik [11].

2.8 Dioda

Dioda adalah sambungan p-n yang

berfungsi terutama sebagai penyearah. Bahan

type-p akan menjadi sisi anoda sedangkan

bahan type-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 dibuat

dari bahan germanium memiliki tegangan halang kira-kira 0,3 V [12].

Pada saat dioda tidak diberikan panjar

tegangan (unbiased) seperti ditunjukkan

Gambar 2.4, terjadi difusi elektron ke segala

arah pada setiap tepi-tepi semikonduktor.

Beberapa difusi melewati junction, sehingga

terbentuk 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

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.

4

Jika dioda diberi tegangan seperti pada

Gambar 5, yaitu kutub positif baterai

dihubungkan dengan bahan type-p dan kutub

negatifnya dihubungkan dengan bahan type-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 sumber dapat mendorong elektron pada

bahan type-n menuju junction. Elektron ini

dapat melewati junction dan jatuh ke dalam

hole.

Gambar 4. Struktur pasangan elektron

(a) kondisi awal,(b) kondisi setelah terjadi

difusi elektron, (c) daerah pengosongan

Gambar 5. Forward bias dan reversed bias

Keterangan : pada gambar sebelah kiri forward

bias dan sebelah kanan reversed bias

bila ini terjadi, elektron akan dapat terus

bergerak melalui hole pada bahan type-p yang

ada menuju kutub positif baterai.

Sebaliknya, jika sumber tegangan tersebut

dibalik polaritasnya, maka rangkaian yang

tampak pada Gambar 5. 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

pengosongan 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),

disamping itu juga terdapat low leakage

current (LLC). Jika keadaan ini terus berlanjut,

akan tercapai titik pendobrakan, yang disebut

dengan breakdown voltage.

Jika sebuah dioda dihubungkan dengan sumber tegangan Vin, yang dapat diubah-ubah

besarnya, maka akan didapat tegangan (Vd)

dan arus (Id) pada dioda yang berbeda-beda

pula dengan menghubungkan titik-titik

tegangan dan arus dioda. Pada saat dibalik

tegangan panjarnya, maka akan didapat grafik

dioda seperti pada Gambar 6, hal ini

menjelaskan karakteristik dioda yaitu sebagai

komponen non-linear bila diberikan forward

biased dioda menjadi sangat tidak konduktif

sebelum tegangannya melampaui potensial

barrier, sehingga arusnya sangat kecil. Ketika tegangannya mendekati potensial barrier,

pasangan elektron-hole mulai melintasi

junction diatas 0,7 volt, biasa disebut tegangan

lutut (knee voltage), Vg, atau tegangan offset,

dioda menjadi sangat konduktif dan

mengalirkan arus yang besar. Semakin besar

tegangannya, maka arus bertambah semakin

cepat. Hal ini menunjukkan, bahwa dioda

memiliki tahanan tertentu, disebut tahanan bulk

(bulk resistance). Sebaliknya, pada saat dioda

dalam bentuk reverse biased, terdapat arus balik yang sangat kecil,jika tegangan ini

ditambah, akan dicapai tegangan breakdown,

sehingga terjadi peningkatan arus yang sangat

besar yang dapat merusakkan dioda, sehingga

perlu hati-hati dalam hal memberikan tegangan

dioda, agar tidak sampai ke daerah breakdown.

Gambar 6. Karakteristik dioda

2.9 Fotodioda

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 [13]. Cahaya yang dapat dideteksi oleh

fotodioda ini mulai dari cahaya inframerah,

cahaya tampak, ultraviolet sampai dengan

sinar-X. [13]. Pada Gambar 7 memperlihatkan

penampang bagian dari fotodioda. Fotodioda

memiliki daerah permukaan aktif yang

5

ditumbuhkan di permukaan substratyang akan

menghasilkan persambungan p-n. Ketebalan

lapisan yang ditumbuhkan biasanya 1 µm atau

lebih kecil pada daerah persambungan lapisan-

p dan lapisan-n tedapat daerah deplesi. Daerah

spektral dan frekuensi aktif dari fotodioda bergantung pada ketebalan lapisan atau doping

[13]. Jika cahaya mengenai fotodioda, elektron

dalam struktur kristalnya akan terstimulus. Jika

energi cahaya lebih besar daripada energy gap

(Eg), elektron akan pindah ke pita konduksi,

dan meninggalkan hole pada pita valensi. Pada

Gambar 8 menunjukkan keadaan fotodioda

persambungan p-n, dapat dilihat pasangan

elektron-hole terjadi pada lapisan-p dan

lapisan-n.

Gambar 7. Penampang melintang fotodioda.

Gambar 8. Keadaan fotodioda persambungan p-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 yang bersama-sama 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 negatif

pada lapisan-n. Jika lapisan-p dan lapisan-n

dihubungkan dengan rangkaian terbuka (I = 0),

elektron akan mengalir dari lapisan-n dan hole

akan mengalir dari lapisan-p [13].

2.10 Metode Chemical Solution Deposition

Film BST murni yang memiliki ketebalan

sekitar satu mikron ideal biasanya digunakan

pada berbagai sensor. Pembuatan film BST

murni ini dapat dilakukan dengan cara

sputtering, metal organic vapour deposition (MOCVD) dan variasi metode chemical

solution deposition. Metode chemical solution

deposition (CSD) merupakan cara pembuatan

film dengan pendeposisian larutan bahan kimia

di permukaan substrat, yang dipreparasi

dengan spin coating pada kecepatan putar

tertentu,yang biasanya digunakan kecepatan

putar 3000 rpm.

Spin coating seperti yang terlihat pada

Gambar 9 adalah cara yang mudah dan efektif

dalam pelapisan film di permukaan substrat

datar. Spin coating merupakan teknik pelapisan bahan dengan cara menyebarkan larutan ke

permukaan substrat kemudian diputar dengan

kecepatan tertentu yang konstan untuk

memperoleh lapisan baru yang homogen. Spin

coating melibatkan akselerasi dari genangan

cairan di substrat yang berputar. Material

pelapis di deposisi 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 radial substrat yang 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

menyebabkan bulk dari cairan terdistribusi

secara merata [14]. Ilmu fisika yang

melatarbelakangin melibatkan kesetimbangan

antara gaya sentrifugal yang diatur oleh

kecepatan putar dan viskositas. Beberapa parameter dalam spin coating adalah

1. viskositas larutan

2. kandungan padatan

3. kecepatan sudut

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 1-200µm.

Salah satu keuntungan metode CSD adalah sangat fleksibel untuk komposisi material

apapun, sejak persiapan larutan precursor

prosesnya cepat dan tiap komposisi material

yang diinginkanuntuk dicampur pada

komponen awal dengan nisbah yang

diinginkan. Selanjutnya tidak diperlukan

teknik khusus dan biayanya juga murah [15].

6

Gambar 9. Spin coater

2.11 Metode Volumetric

Metode ini dapat dipakai dengan tepat jika film BST murni yang

ditumbuhkandipermukaan substrat terdeposisi

secara merata. Metode ini dilakukan dengan

cara menimbang massa substrat sebelum

dilapisi film BST murni dan menimbang

substrat setelah perlakuan annealing dan

terdapat film BST murni di permukaan

substrat, sehingga didapatkan massa film BST

murni yang terdeposisi pada permukaan

substrat. Ketebalan film BST murni dari

metode ini menggunakan rumus (2.1) :

2.12 Kapasitor dan Konstanta Dielektrik

Kapasitor adalah piranti yang berfungsi

untuk menyimpan muatan dan energi listrik.

Kapasitor terdiri dari konduktor yang

berdekatan tetapi terisolasi satu dengan lainnya

dan membawa muatan yang sama besar namun

berlawanan. Struktur sebuah kapasitor terbuat

dari dua buah plat metal yang dipisahkan oleh

suatu bahan dielektrik seperti terlihat pada

Gambar 10. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara, vakum,

keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung

plat metal diberi tegangan listrik, maka

muatan-muatan positif akan mengumpul pada

salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada

saat yang sama muatan-muatan negatif

terkumpul pada ujung metal yang satu lagi.

Muatan positif tidak dapat mengalir menuju

ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan

negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup

positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik

yang non-konduktif. Muatan elektrik ini

"tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena

kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya

muatan-muatan positif dan negatif di awan

[13]. Kemampuan material untuk polarisasi

dinyatakan sebagai permisivitas dan

permitivitas relatif (κ) adalah nisbah antara

permitivitas material (ε) dengan permitivitas

vakum (ε0). Nilai konstanta dielektrik

merupakan material yang dapat menyimpan

muatan listrik seiring dengan salah satu fungsi

kapasitor sebagai penyimpan muatan [16].

Contoh perhitungan konstanta dielektrik dapat dilakukan dengan persamaan (2.2) sebagai

berikut :

𝐼 = 𝐼0𝑒−τ/𝑅𝐶 (2.2)

Keterangan :arus listrik (I) pada rangkaian, Io

yaitu arus listrik di rangkaian kapasitor pada

kondisi awal (A), τ yaitu time constant (s), R yaitu hambatan arus (ohm) dan C yaitu

kapasistansi substrat BST (F). Nilai maksimum

terlihat pada persamaan (2.3) dan (2.4) yaitu

terjadi pada saat

𝐼 =𝐼0

𝑒, (2.3)

Keterangan :e yaitu muatan elektron yang

besarnya 1,602 x 10-19 C, sehingga

𝐼0

𝑒= 𝐼0𝑒

−τ/𝑅𝐶 (2.4)

dengan menggunakan persamaan yaitu pada

saat kapasitor terisi penuh secara eksponensial

[17], maka nilai kapasitansi didapatkan :

sehingga didapat hubungan melalui persamaan

(2.5) dan (2.6) yaitu:

τ = 5 RC (2.5)

Gambar 10. Kapasitor keping sejajar

7

Dari hubungan 𝐶 = 𝜀𝑟𝜀𝑜𝐴

𝑑 (2.6)

Keterangan :

𝜀𝑟 = permitivitas nisbi

εo = permitivitas vakum dalam ruang hampa

= 8.85 x 10-12 C2/N m2

A = luas kontak aluminium (m2)

d = ketebalan film (m)

C = kapasistansi pada substrat (F)

sehingga diperoleh konstanta dielektrik film BST murni seperti pada persamaan :

ĸ =𝐶 𝑑

𝐴 𝜀0 (2.7)

Keterangan :

ĸ = konstanta dielektrik

2.13 Time Constant

Time konstan atau yang biasa disebut

sebagai konstanta waktu merupakan waktu

yang dibutuhkan muatan untuk berkurang

menjadi 1/e dari nilai awalnya yang biasanya

disimbolkan dengan τ dan dirumuskan sebagai τ = RC [4]. Pada kapasitor, muatan disimpan

dalam material dielektrik yang mudah

terpolarisasi dan mempunyai tahanan listrik

yang tinggi sekitar 1011 ohm untuk mencegah

aliran muatan di antara pelat kapasitor.

Kapasitor dapat digunakan untuk pengisian

dan pengosongan muatan. Proses pengisian

muatan pada kapasitor dapat dianalisis seperti

pada Gambar 11. Asumsikan mula-mula

kapasitor tidak bermuatan. Saklar, terbuka

pada awalnya, ditutup pada saat t = 0. Muatan mulai mengalir melalui resistor dan menuju

plat positif kapasitor. Jika muatan pada

kapasitor pada beberapa saat adalah Q dan arus

rangkaian adalah I, aturan simpal

kirchoffmemberikan hubungan :

𝜀 − 𝑉𝑅 − 𝑉𝐶 = 0 (2.8)

Keterangan :𝑉𝑅 yaitu tegangan jatuh pada

resistor (V), 𝑉𝐶 yaitu tegangan jatuh pada

kapasitor (V) dan 𝜀 yaitu beda potensial (V), atau

𝜀 − 𝐼𝑅 −𝑄

𝐶= 0 (2.9)

Keterangan : I yaitu arus pada rangkaian (A),

R yaitu hambatan pada rangkaian (ohm), Q

yaitu muatan pada kapasitor (C) sedangkan C

yaitu kapasistansi (F).

Dalam rangkaian ini, arus sama dengan laju ketika muatan pada kapasitor meningkat

seperti pada persamaan (2.10) :

𝐼 = +𝑑𝑄

𝑑𝑡 (2.10)

Keterangan : t yaitu waktu (s)

Substitusikan persaman (2.10) ke (2.9)

sehingga didapatkan persamaan (2.11) :

𝜀 = 𝑅𝑑𝑄

𝑑𝑡+

𝑄

𝐶 (2.11)

pada saat t=0, muatan (Q) pada kapasitor nol

dan arusnya I0 = ε/R. Muatan lalu bertambah

dan arus berkurang, seperti tampak pada

persamaan (2.9). Muatan mencapai maksimum

Qf = Cεketika arus I sama dengan nol.

Persamaan (2.11) diubah menjadi bentuk persamaan (2.12) :

𝑅𝐶𝑑𝑄

𝑑𝑡= 𝐶𝜀 − 𝑄 (2.12)

Lalu pisahkan variabel-variabel Q dan t dengan mengalikan tiap sisi dengan dt/RC dan

membaginya dengan Cε – Q seperti persamaan

(2.13) :

𝑑𝑄

𝐶𝜀−𝑄=

𝑑𝑡

𝑅𝐶 (2.13)

dengan mengintegralkan tiap sisi diperoleh

persamaan (2.14) :

-ln (Cε-Q)= t/RC+ A (2.14)

Keterangan : A adalah konstanta sembarang

dengan mengeksponensialkan persamaan (2.14)

didapat persamaan (2.15) dan (2.16) :

𝐶𝜀 − 𝑄 = 𝑒−𝐴𝑒−𝐼𝑡

𝑅𝐶 = 𝐵𝑒−𝑡

𝑅𝐶 (2.15)

atau

𝑄 = 𝐶𝜀 − 𝐵𝑒−𝑡/𝑅𝐶 (2.16)

Keterangan : B = eA adalah konstanta. Nilai B ditentukan oleh kondisi awal Q = 0 pada t = 0,

dengan membuat t = 0 dan Q = 0 dalam

persamaan (2.15) sehingga menghasilkan

persamaan (2.17) dan (2.18) yaitu :

0 = Cε – B (2.17)

atau

B = Cε (2.18)

dengan mensubstitusikan persamaan (2.16) ke

persamaan (2.15) maka didapat persamaan

(2.19) yaitu :

𝑄 = 𝐶𝜀 1 − 𝑒−𝑡

𝑅𝐶 = 𝑄𝑓 1 − 𝑒−𝑡

𝜏 (2.19)

Keterangan : Qf = Cε adalah muatan akhir.

Arus diperoleh dengan mendifferensialkan

persamaan (2.19) sehingga didapatkan

persamaan (2.20) dan (2.21) :

8

𝐼 =𝑑𝑄

𝑑𝑡= −𝐶𝜀𝑒

−𝑡

𝑅𝐶 (−1/𝑅𝐶) (2.20)

atau

𝐼 =𝜀

𝑅(𝑒−𝑡/𝑅𝐶 ) =𝐼0𝑒

−𝑡/𝜏 (2.21)

Keterangan : τ = time constant

Gambar 11. Rangkaian pengisian muatan pada

kapasitor

Keterangan :

S = saklar

C = kapasitor (F)

ε = beda potensial (V)

R = hambatan (ohm)

2.14 Spektroskopi Optik

Sifat optik suatu material semikonduktor

diketahui dapat digunakan untuk menentukan

lebar celah pita energi (energy gap). Proses

absorpsi terjadi ketika foton dengan energi

lebih besar dari celah pita energi

semikonduktor terserap oleh material. Proses

ini biasanya menghasilkan pasangan elektron-

hole[12]. Sifat optik dapat diketahui juga dari

spektrum reflektansi, nilai reflektansi film BST

diperoleh dalam bentuk spektrum reflektansi

(%) terhadap panjang gelombang (λ) [18]. Pada semikonduktor, koefisien absorpsi (α)

merupakan fungsi dari panjang gelombang

atau energi foton, ditunjukkan berdasarkan

Persamaan (2.4) dan (2.5) :

α = 4πĸe (2.22)

λ

Keterangan : π yaitu konstanta, κe adalah

koefisien pemadaman (extinction), λ yaitu

panjang gelombang (m).

α = (hv-Eg)γ (2.23)

Keterangan : hv adalah energi foton (eV) pada

substart BST, γ adalah konstanta dan Eg yaitu

energy gap (eV) pada substrat BST.

Terdapat dua jenis transisi dari pita ke pita

yaitu diizinkan (allowed) dan terlarang

(forbidden). Untuk material dengan energy gap

yang langsung, transisi kebanyakan terjadi

antara dua pita yang memiliki nilai κ yang

sama, Transisi langsung yang diizinkan dapat terjadi pada seluruh nilai κ, sedangkan transisi

langsung yang terlarang hanya dapat terjadi

pada saat κ ≠ 0. Untuk transisi langsung

perkiraan nilai γ sebesar 1/2 dan 3/2 secara

berurutan untuk yang diizinkan dan terlarang

[19]. Untuk κ = 0, energy gap didefinisikan

hanya transisi yang diizinkan (γ = 1/2) yang

terjadi dan ini digunakan untuk menentukan

energy gap secara eksperimen. Pada transisi

tidak langsung berperan dalam

mempertahankan momentum. Pada transisi ini,

tiap fonon (dengan energi Ep) ada yang diserap dan ada yang diemisikan, dan koefisien

absorpsi(α)dapat dimodifikasi.

Energy gap film BST dapat dihitung

menggunakan metode Tauc, seperti yang telah

dilakukan [20,4]. Metode Tauc ini

menggunakan hubungan koefisien absorbansi

dengan energi foton yang datang pada film

BST. Beberapa penelitian yang telah dilakukan

sebelumnya menyebutkan bahwa koefisien

absorbansi sebanding dengan nilai dari

ln[(Rmax – Rmin)/(R – Rmin)] seperti ditunjukkan pada persamaan (2.6) :

2αt = ln[(Rmax – Rmin)/(R – Rmin)] (2.24)

Keterangan : t yaitu ketebalan film (m), Rmax

dan Rmin nilai maksimum dan minimum dari

reflektansi film BST dan R nilai reflektansi

yang bersesuaian dengan energi foton. Dengan

memplotkan nilai (αhυ)2 pada sumbu-y dan

(hυ) pada sumbu-x akan didapatkan garis lurus

pada rentang energygap tertentu, dengan

mengekstrapolasi garis lurus ini pada saat nilai

dari [ln (Rmax – Rmin)/(R – Rmin)]2 = 0, didapatkan kisaran energy gapdari film BST

[20, 4].

Tabel 1. Panjang gelombang berdasarkan

spektra cahaya tampak

Spektra Panjang gelombang

(nm)

Ungu 380 - 450

Biru 450 - 495

Hijau 495 - 570

Kuning 570 - 590

Jingga 590 - 620

Merah 620 - 750

S

C ε

R

9

2.15 Hasil Karakterisasi Konstanta

Dielektrik Film Ba0.5Sr0.5Ti03

Pada penelitian yang dilakukan

sebelumnya didapat konstanta dielektrik Film

Ba0.5Sr0.5Ti03 yaitu

Tabel 2. Nilai konstanta dielektrik film BST murni

Gambar 12. Hubungan konstanta dielektrik dan

waktu annealing film Ba0,5Sr0,5Ti03

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Gambar13. Sinyal keluaran pada osiloskop ketika

diberikan tegangan 1 volt

a) Sinyal keluaran sebelum film BST murni

dipasang.

b) Sinyal keluaran setelah film BST murni 8 jam

annealing dipasang

c) Sinyal keluaran setelah film BST murni 15 jam

annealing dipasang

d) Sinyal keluaran setelah film BST murni 22 jam

annealing dipasang

e) Sinyal keluaran setelah film BST murni 29 jam

annealing dipasang

Waktu annealing film Ba0,5Sr0,5Ti03 (jam)

10

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Gambar 14. Sinyal keluaran pada osiloskop

ketika diberikan tegangan 3 volt

a) Sinyal keluaran sebelum film BST dipasang.

b) Sinyal keluaran setelah film BST 8 jam

annealing dipasang

c) Sinyal keluaran setelah film BST 15 jam

annealing dipasang

d) Sinyal keluaran setelah film BST 22 jam

annealing dipasang

e) Sinyal keluaran setelah film BST 29 jam

annealing dipasang

(a)

(b)

(c)

(d)

11

(e)

Gambar 15. Sinyal keluaran pada osiloskop

ketika diberikan tegangan 5 volt

a) Sinyal keluaran sebelum film BST dipasang.

b) Sinya keluaran setelah film BST 8 jam

annealing dipasang

c) Sinyal keluaran setelah film BST 15 jam

annealing dipasang

d) Sinyal keluaran setelah film BST 22 jam

annealing dipasang

e) Sinyal keluaran setelah film BST 29 jam

annealing dipasang

2.16 Hasil Karakterisasi I-V meter Film

Ba0.5Sr0.5Ti03

Pada penelusuran literatur, didapat

karakterisasi I-V meter pada Film

Ba0.5Sr0.5Ti03 yaitu

Gambar 16. Hubungan arus (I) dan tegangan

(V) pada substrat A

Gambar 17. Hubungan arus (I) dan tegangan

(V) pada substrat B

Gambar 18. Hubungan arus (I) dan tegangan

(V) pada substrat C

Gambar 19. Hubungan arus (I) dan tegangan

(V) pada substrat D

2.17 Hasil Karakterisasi Reflektansi dan

Absorbansi Film Ba0.5Sr0.5Ti03

Pada penelusuran literatur, didapat

karakterisasi reflektansi dan absorbansi pada

film Ba0.5Sr0.5Ti03 yaitu

Gambar 20. Hubungan absorbansi dan panjang gelombang

Gambar 21. Hubungan reflektansi dan panjang gelombang.

Waktu annealing film Ba0,5Sr0,5Ti03 (jam)

12

Gambar 22. Indeks bias film BST murni

2.18 Hasil Karakterisasi Konduktivitas Listrik

Film Ba0.5Sr0.5Ti03

Pada penelusuran literatur, didapat

karakterisasi reflektansi dan absorbansi pada

Film Ba0.5Sr0.5Ti03 yaitu

Tabel 3. Nilai konduktivitas film BST murni

berdasarkan perbedaan waktu annealing

Film BST murni Konduktivitas listrik σ (S/cm) Annealing 8 jam 1,49 x 10-5

Annealing 15 jam 2.05 x 10-5 Annealing 22 jam 2,27 x 10-5

Annealing 29 jam 6,66 x 10-5

Gambar 23. Hubungan konduktivitas listrik dan

waktu annealing film Ba0,5Sr0,5Ti03

BAB III. BAHAN DAN METODE

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium

Material dan Laboratorium Biofisika,

Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian

Bogor dan Laboratorium MOCVD,

Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi

Bandung dari bulan April 2011 sampai dengan bulan Januari 2012.

3.2 Alat dan Bahan

Alat yang akan digunakan pada penelitian

ini adalah neraca analitik model BL 6100,

reaktor spin coater, mortal, pipet,pinset, gelas

ukur 10 ml, hot plate, gunting, spatula,

stopwatch, tabung reaksi, sarung tangan karet, cawan petris, tissue, isolasi, LCR meter, I-V

meter, osiloskop, potensiometer, hambatan 10

kΩ dan 100 kΩ.

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%], 2-metoksietanol,

substrat Si (100) type-p, aquades, HF (asam

florida), kaca preparat dan alumunium foil

3.3 Metode Penelitian

Gambar 12 memperlihatkan skema

diagram alir penelitian pembuatan film BST

murni, adapun penjelasan tahap-tahap

lengkapnya sebagai berikut :

3.3.1 Pembuatan film Ba0,4Sr0,6TiO3 murni

Substrat yang digunakan adalah substrat Si

(100) type-p. Substrat dipotong membentuk

segiempat berukuran 0.5 cm x 0.5 cm dengan

menggunakan mata intan. Kebersihan substrat

sebagai tempat penumbuhan film BST murni

perlu dijaga agar film BST murni dapat

tumbuh baik dan merata. Substrat Si(100) yang

telah dipotong kemudian dicuci dengan

menggunakan asam flurida (HF) 5% dicampur

dengan aquades sebanyak 2%. 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 spin

coating untuk membuang air yang tersisa.

3.3.2 Pembuatan larutan Ba0,4Sr0,6TiO3

murni

Film BST murni Ba0,4Sr0,6TiO3 yang ditumbuhkan dipermukaan substrat dengan

metode CSD dibuat dengan cara

mencampurkan barium asetat [Ba(CH3COO)2,

99%] + stronsium asetat [Sr(CH3COO)2,

99%]+ titanium isopropoksida [Ti(C12O4H28),

97.99%] + 2-metoksi etanol sebagai bahan

pelarut. Dalam penelitian ini, digunakan fraksi

molar Ba sebesar 0.4 sedangkan fraksi molar

Sr sebesar 0,6 agar mendapatkan komposisi

yang sesuai dengan yang diharapkan, bahan-

bahan tersebut sebelumnya diperhalus dengan

spatula dan ditimbang dengan menggunakan

Waktu annealing film Ba0.5Sr0.5Ti03 (jam)

13

neraca analitik sebelum dilakukan

pencampuran. Setelah bahan-bahan dicampur,

larutan dikocok selama satu jam dengan

menggunakan ultrasonik yaitu bransonic 2510.

Setelah itu larutan disaring dengan kertas

saring untuk mendapatkan larutan yang bersifat homogen dan BST siap di deposisi

dengan teknik CSD. Persamaan reaksinya ialah

:

0,4Ba(CH3COO)2+0,6Sr(CH3COO)2+Ti(C12H28

O4)+22O2→Ba0,4Sr0,6TiO3 +17H2O + 16CO2

3.3.3 Proses penumbuhan film BST murni

Substrat silikon (100) type-p yang telah

dicuci dengan larutan asam flurida (HF) 5% dicampur dengan aquades sebanyak 2% siap

dilakukan penumbuhan film BST murni

dengan menggunakan reaktor spin coating.

Piringan reaktor spin coating di tempel dengan

doubletip di tengahnya, kemudian substrat

diletakkan di permukaan film. Penempelan

doubletip ini, agar substrat tidak terlepas saat

piringan reaktor spin coating berputar. Substrat

yang telah ditempatkan di permukaan piringan

spin coating ditetesi larutan BST sebanyak 1

sampai 3 tetes. Kemudian reaktor spin coating diputar dengan kecepatan 3000 rpm selama 30

detik.

3.3.4 Proses annealing

Proses annealing pada suhu yang berbeda

akan menghasilkan karakterisasi film BST

murni yang berbeda dalam hal struktur kristal,

ketebalan dan ukuran butir. Substrat (100)

type-p yang telah ditumbuhi lapisan BST murni dilakukan proses annealing pada suhu

800oC, 850oC, 900oC pada substrat Si (100)

type-p dengan lapisan BST murni. Pada

perlakuan pertama yaitu suhu 800oC dengan

kenaikan suhu pemanasan 1,670C/menit yang

ditahan selama 15 jam, selanjutnya dilakukan

furnace cooling secara manual sampai

didapatkan kembali suhu ruang. Pada

perlakuan kedua yaitu suhu850oC dengan

kenaikan suhu pemanasan 1,670C/menit, yang

ditahan selama 15 jam, selanjutnya dilakukan furnace cooling secara manual sampai

didapatkan kembali suhu ruang. Pada

perlakuan ketiga yaitu suhu 900oC dengan

kenaikan suhu pemanasan 1,670C/menit yang

ditahan selama 15 jam,selanjutnya dilakukan

furnace cooling secara manual sampai

didapatkan kembali suhu ruang proses

annealing dapat ditunjukkan pada Gambar 24.

3.3.5 Pembuatan kontak pada film BST

Setelah dilakukan proses annealing,

proses selanjutnya adalah persiapan pembuatan

kontak yang meliputi proses penganyaman

film BST murni dengan ukuran 0.5 cm x 0.5

cm menggunakan aluminium foil. Bahan

kontak yang dipilih adalah aluminium

99,999%. Setelah kontak terbentuk maka

proses selanjutnya adalah pemasangan hider

dan penyolderan kawat tembaga pada kontak, agar proses karakterisasi film BST murni dapat

dilakukan dengan mudah. Gambar dari film

BST murni yang telah diberi kontak dan hider

ditunjukkan oleh Gambar 25.

Gambar 24. Proses annealing

Gambar 25. Prototype sel fotovoltaik tampak atas

Gambar 26. Rangkaian penentu konstanta

dielektrik film BST murni

3.3.6 Metode karakterisasi

Ada beberapa metode karakterisasi yang

dilakukan pada penelitian ini antara lain :

a. Karakterisasi konstanta dielektrik film

Ba0.4Sr0.6Ti03

Pada karakterisasi ini, rangkaian yang

digunakan adalah rangkaian pada Gambar 26.

Dari rangkaian pengukuran ini ditentukan nilai

kapasitansi film sedangkan untuk penentuan

besar konstanta dielektriknyamenggunakan

persamaan (2.1).

Film BST

14

b. Karakterisasi I-V meter film Ba0.4Sr0.6Ti03

Pengukuran hubungan arus dan tegangan

menggunakan alat I-V meter. Data keluaran

dari alat I-V meter merupakan nilai arus dan

tegangan, kemudian dapat dibuat grafik hubungan tegangan dan arus menggunakan

microsoft excel. Dari grafik hubungan tersebut

dapat diketahui karakteristik film BST murni

yang dibuat, apakah bersifat dioda, resistansi

atau kapasitansi.

c. Karakterisasi reflektansi dan absorbansi film

Ba0.4Sr0.6Ti03

Karakterisasi ini dilakukan untuk

mendapatkan spektrum absorbansi dan

reflektansi film BST murni sehingga dapat

ditentukan daerah serapan panjang gelombang paling besar dari film BST murni.

Karakterisasi sifat optik dari film BST murni

menggunakan kabel fiber optic sebagai media

transmisi gelombang. Tungsten halogen

lampdigunakan sebagai sumber gelombang.

Perangkat alat kemudian dihubungkan dengan

spectrophotometer Vis-NIR ocean optics USB

1000 oceanoptic sebagai detektor.

Spectrophotometer Vis-NIR ocean optics USB

1000 oceanoptic mendeteksi panjang

gelombang dari 339 nm sampai 1022 nm dengan menggunakan metode refleksi.

Spectrophotometer kemudian dihubungkan

dengan komputer. Hubungan absorbansi dan

reflektansi terhadap panjang gelombang

ditampilkan melalui softwarespectra-suite

sehingga diperoleh kurva absorbansi terhadap

panjang gelombang dan reflektansi terhadap

panjang gelombang pada komputer.

d. Karakterisasi konduktivitas listrik film

Ba0.4Sr0.6Ti03

Konduktivitas film listrik diukur dengan

menggunakan LCR meter. Dari alat dan

rangkaian listrik tersebut didapatkan nilai

konduktansi (G). Nilai resistansi didapatkan

dari persamaan R=1/G sedangkan nilai

konduktivitas dapat dicari dari persamaan

𝜎 =𝐺𝐿

𝐴 (2.26)

Keterangan :

σ = konduktivitas listrik (S/m)

L = jarak antara 2 kontak (m)

G = konduktansi yang terukur pada

LCR meter (S)

A = luas penampang kontak (m2)

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Semikonduktor yaitu bahan penghantar

listrik yang karakteristiknya berada diantara bahan insulator dan konduktor. Film BST yang

dibuat merupakan persambungan antara dua

buah semikonduktor. Silikon yang digunakan

merupakan semikonduktor type-p, sedangkan

lapisan BST merupakan semikonduktor type-

n.Persambungan antara type-p dan type-n

disebut p-n junction, hal ini memiliki

karakteristik seperti dioda. Persambungan p-n

berfungsi terutama sebagai penyearah. Bahan

type-p menjadi sisi anoda sedangkan bahan

type-n menjadi katoda bergantung pada polaritas tegangan yang diberikan pada dioda.

Penelitian ini lebih memfokuskan pada

pembuatan film Ba0.4Sr0.6TiO3 murni

dipermukaan substrat silikon type-p yang

dilakukan annealing dengan variasi waktu

tetap yaitu 15 jam pada suhu yang berbeda

yaitu substrat A pada suhu 800oC, substrat B

pada 850oC dan substrat C pada suhu 900oC.

4.1 Karakterisasi Absorbansi dan Reflektansi

Uji absorbansi dilakukan untuk melihat

spektrum serapan film BST, yang selanjutnya

dijadikan dasar untuk memilih sumber cahaya

yang akan digunakan ketika film BST

dijadikan sebagai sensor. Sumber cahaya yang

digunakan yaitu panjang gelombang cahaya

tampak, sedangkan alat yang digunakan dalam

karakterisasi ini yaitu spektrofotometer.

Pada hasil karakterisasi absorbansi dapat dilihat pada Gambar 27. Dari Gambar 27

tersebut dapat disimpulkan bahwa substrat A

maksimum menyerap panjang gelombang 340

nm yaitu spektrum ultraviolet dan minimum

menyerap lebih dari 430 nm pada spektrum

ungu, sedangkan substrat B memiliki dua

puncak serapan yaitu menyerap panjang

gelombang 345 nm pada spektrum ungu dan

panjang gelombang 520 nm pada spektrum

hijau dan substrat C memiliki dua puncak

daerah absorbansi yaitu panjang gelombang 340 nm pada spektrum ungu dan panjang

gelombang 1020 nm pada daerah spektrum

inframerah.

Proses annealing dapat mempengaruhi

kemampuan absorbansi BST ketika bekerja

terhadap cahaya serta efektivitas rentang

panjang gelombang tertentu[22]. Kemungkinan

perubahan daerah serapan tersebut disebabkan

oleh pertumbuhan butir kristal yang

menimbulkan proses pemadatan (densification)

dan penyusutan ketebalan film [22].

Disamping itu, annealing juga mempengaruhi ukuran butiran film, butiran menjadi lebih

rapat atau kompak, teratur dan homogen [22].

15

Hal ini menunjukkan bahwa homogenitas dan

kerapatan butiran kristal dalam film semakin

ditingkatkan dengan adanya annealing.

Perbandingan karakterisasi absorbansi dan

reflektansi pada film Ba0,4Sr0,6Ti03 dan

Ba0,5Sr0,5Ti03 dapat terlihat pada suhu 850oC dan waktu annealing 15 jam, hal ini dapat

dilihat pada tabel 4.

Tabel 4. Perbandingan karakterisasi absorbansi

dan reflektansi film Ba0,4Sr0,6Ti03dan

Ba0,5Sr0,5Ti03

berdasarkan Tabel 4 dapat disimpulkan bahwa

aplikasi maupun penggunaan film

Ba0,4Sr0,6Ti03 lebih baik pada spektrum ungu

dan hijau sedangkan pada film Ba0,5Sr0,5Ti03

lebih baik menggunakan spektrum biru dan

kuning

Gambar 27. Hubungan absorbansi dan

panjang gelombang

Gambar 28 Hubungan reflektansi dan panjang

gelombang

4.1.1 Perhitungan nilai energy gap

Pengukuran sifat optik merupakan hal

yang sangat penting dalam penentuan energy gap material semikonduktor. Transisi

elektronik yang terjadi akibat foton bergantung

pada energy gap [23]. Besarnya energy gap ini

berpengaruh pada proses absorpsi dan

transmisi foton. Ketika material semikonduktor

disinari maka foton diserap dan menimbulkan

pasangan elektron-hole.[23]

Energy gap adalah suatu celah energi minimal yang harus dimiliki oleh elektron agar

dapat berpindah dari pita valensi ke pita

konduksi [23]. Elektron pada pita valensi ini

dapat berpindah ke pita konduksi dengan

penambahan energi eksternal yang berasal dari

medan listrik eksternal, energi termal, dan

energi energi foton[24], sehingga elektron

lebih banyak berada pada pita konduksi,

sebaliknya pada pita valensi terjadi hole.

Elektron yang tereksitasi saat dikenai energi

foton yang dibawa oleh cahaya, membuat

kondisi pita konduksi lebih bermuatan negatif, sebaliknya pita valensi lebih bermuatan positif

karena kekurangan elektron. Perbedaan

pembawa muatan dari dua kondisi potensial

yang akan menghasilkan terjadinya arus pada

rangkaian luar yang dihubungkan dengan film

BST [24].

Nilai reflektansi minimum yang setara

dengan nilai absorbansi maksimum, dapat

digunakan untuk menghitung energy gap dari

sebuah semikonduktor, karena pada rentang

panjang gelombang ini merupakan nilai yang maksimal dalam penyerapan energi foton oleh

elektron untuk melewati energy gap [25].

Berdasarkan dengan data spektrum reflektansi

pada Gambar 28, reflektansi minimum

(absorbansi maksimum) terjadi pada panjang

gelombang pendek. Berdasarkan spektrum

reflektansi, didapat nilai energy gap dari

masing-masing substrat BST dengan variasi

suhu 800oC, 850oC dan 900oC menggunakan

metode Tauc [25] berturut-turut yaitu 3,48 eV,

2,42 eV dan 3,4 eV. Hasil ini sesuai dengan

literatur yang memperlihatkan nilai energy gap semikonduktor yaitu berkisar 2,4-4 eV [26].

Gambar 29 Hubungan [ln( )]2 dan

energy gap pada suhu 800oC

16

Gambar 30 Hubungan [ln( )]2 dan

energy gap pada suhu 850oC

Gambar 31 Hubungan [ln( )]2 dan

energy gap pada suhu 900oC

Gambar 32 Hubungan energy gap dan suhu

pada film BST

4.2 Karakterisasi Arus Tegangan

Karakterisasi tegangan dilakukan untuk

melihat sifat dominan dari film BST, apakah

bersifat dioda, fotodioda, resistor atau

fotoresistor [26].Pengukuran kurva arus-

tegangan (I-V) menggunakan alat I-V meter.

Pengukuran tersebut dilakukan dengan dua

perlakuan yaitu pada kondisi gelap dan kondisi terang dengan intensitas cahaya 405 lux.

Tegangan yang pada sumbu horizontal

merupakan variabel bebas. Pada perlakuan

yang dilakukan, tegangan yang diberikan dari -

10 V sampai 10 V.

Prinsip kerja I-V meter yaitu

menghasilkan arus yang terjadi karena saat

film BSTmemiliki dua muatan yaitu positif dan

negatif yang diberikan tegangan

sehinggaelektron dan hole akan berekombinasi

dan pergerakan elektron akan menghasilkan arus [26], dengan banyaknya elektron bebas

pada film BST maka menyebabkan film BST

menjadi lebih konduktif akibat pemberian

cahaya [27]. Terjadinya sifat konduktif pada

film BST karena adanya energi foton yang

diserap oleh elektron sehingga mudah

menyebabkan elektron menjadi lebih banyak muncul [27] dari karakteristikI-V yang

dilakukan maka dapat diketahui bahwa film

BST yang dibuat mempunyai sifat sebagai

dioda [27], selain itu dengan adanya perbedaan

kurva ketika diberikan cahaya dan tanpa

cahaya, maka film BST yang dibuat juga

mempunyai sifat sebagai fotodioda[27]. Hal ini

terlihat pada Gambar 33, bahwa terdapat

pergeseran kurva terang dan gelap, hal ini

berarti BST sensitif terhadap cahaya yang

datang.

Pada penelitian lebih lanjut, dilakukan karakterisasi I-V dengan memvariasikan

spektrum sumber cahaya dengan menggunakan

filter warna hijau, kuning, dan merah hal ini

bertujuan untuk mengetahui kepekaan film

BST pada cahaya tampak yang datang. Pada

Gambar 34 dapat disimpulkan bahwa pada

substrat A spektrum merah lebih sensitif dari

spektrum lainnya karena lebih mendekati pada

kondisi terang dan spektrum hijau lebih

lemah, sedangkan substrat B pada Gambar 35

spektrum yang lebih sentisitif yaitu spektrum hijau dan spektrum kuning karena spektrum

tersebut lebih peka terhadap intensitas cahaya

yang datang. Pada Gambar 36 yaitu substrat C,

spektrum hijau lebih sensitif dari spektrum

lainnya karena lebih mendekati pada kondisi

terang dan spektrum kuning lebih lemah,

kepekaan spektrum cahaya kemungkinan

disebabkan oleh rekombinasi elektron dan hole

yang terbentuk lebih banyak ketika film

diberikan intensitas cahaya[28].

Gambar 33 Hubungan arus (I) dan tegangan

(V) BST pada kondisi terang dan

gelap

Film BST

17

Gambar 34 Hubungan arus (I) dan tegangan

(V) pada substrat A

Gambar 35 Hubungan arus (I) dan tegangan

(V) pada substrat B

Gambar 36 Hubungan arus (I) dan tegangan

(V) pada substrat C

4.3 Karakterisasi Konduktivitas Listrik

Pengukuran konduktivitas listrik film BST

dilakukan dengan mengukur nilai

konduktansinya menggunakan alat

LCRmetermodel HIOKI 3522-50. Uji konduktivitas pada penelitian ini bertujuan

untuk menentukan apakah bahan film BST

yang dibuat termasuk konduktor,

semikonduktor atau isolator. Berdasarkan

literatur suatu bahan material dikatakan

bersifat semikonduktor jika nilai konduktivitas

listriknya berkisar antara 10-8 S/cm sampai 103

S/cm [28]. Pengaruh suhu annealing terhadap

konduktivitas film BST dapat dilihat pada

Tabel 5.

Pada Tabel 5, diketahui bahwa konduktivitas

maksimum film Ba0,4Sr0,6Ti03 terjadi pada suhu 800oC dan minimum pada suhu 900oC. Secara

umum suhu annealing menurunkan

konduktivitas listrik film BST, penurunan ini

disebabkan terjadinya peningkatan evaporasi

lapisan film BST [28] akibatnya dapat

menurunkan jumlah konsentrasi pembawa.

Berdasarkan Tabel 5, data nilai σ film Ba0,4Sr0,6Ti03 diperoleh nilai konduktivitas

berkisar antara 10-8 S/cm sampai 103 S/cm, hal

ini sesuai dengan literatur [29] sehingga film

Ba0,4Sr0,6Ti03 merupakan bahan material

semikonduktor karena nilai σ yang didapat

berkisar dalam konduktivitas listrik

semikonduktor.

Tiga mekanisme transport yang dapat

terjadi pada batas butir ialah: emisi termionik,

emisi medan termionik, dan emisi medan.

Emisi termionik merupakan mekanisme

hamburan pada batas butir untuk film semikonduktor polikristalin[30]. Berdasarkan

statistic Maxwell Boltzmann, konduksi yang

dibatasi oleh emisi termionik atas penghalang

potensial Schottky dinyatakan oleh (Seung et

al.,2007)

σ = L.e2.N.(2πm*kT)-1/2exp(-E/kT) (2.27)

Keterangan: σ = konduktivitas listrik (S/m), E

adalah energi (J), L adalah ukuran butir (m) dan

N adalah konsentrasi pembawa muatan (m-3).

dengan demikian ukuran butir L sangat

berpengaruh terhadap konduktivitas material

atau resistivitasnya.

Pada Tabel 6, dapat dibandingkan berdasarkan

pada saat suhu annealing 850oC dan waktu

annealing 15 jam bahwa film Ba0,5Sr0,5Ti03

memiliki konduktivitas yang lebih besar

dibandingkan film Ba0,4Sr0,6Ti03

Tabel 5. Nilai konduktivitas film Ba0,4Sr0,6Ti03

berdasarkan perbedaan suhu annealing

Suhu annealing film BST Konduktivitas listrik σ (S/m)

Suhu 800oC 3,6 x 10-5

Suhu 850oC 3,77 x 10-4

Suhu 900oC 5,025 x 10-4

Gambar 37 Hubungan konduktivitas listrik

dan suhu film Ba0,4Sr0,6Ti03

Fghs Film Film BST

18

Tabel 6. Perbandingan karakterisasi

konduktivitas film Ba0,4Sr0,6Ti03 dan

Ba0,5Sr0,5Ti03

4.4 Karakterisasi Konstanta Dielektrik

Kapasitansi adalah kemampuan penyimpanan

muatan untuk suatu perbedaan potensial

tertentu. Satuan dari kapasitansi adalah

coulomb per volt, yang disebut farad (F). Ketika ruang di antara dua konduktor pada

kapasitor diisi dielektrik, kapasitansi naik

sebanding dengan faktor ĸ yang merupakan

karakteristik dielektrik dan disebut konstanta

dielektrik.Karakterisasi konstanta dielektrik

didapat menggunakan rangkaian listrik seperti

pada Gambar 26 dengan frekuensi 20 kHz dan

hambatan 10 kΩ dengan variasi frekuensi input

pada range10 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 100 kHz,

250 kHz, 500 kHz, 1 MHz sehingga hasil

outputnya dapat dilihat pada layar osiloskop, sehingga dari grafik osiloskop pada gambar 39,

40 dan 41 tersebut dapat dihitung time constant

(τ) serta kapasitansi dan konstanta

dielektriknya [17].

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

19

(h)

Gambar 38 Sinyal keluaran osiloskop pada suhu film BST 800

oC

Keterangan :

a. Sinyal keluaran sebelum film BST dipasang.

b. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 10 kHz

c. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 20 kHz

d. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 30 kHz

e. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 100 kHz

f. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 250 kHz

g. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 500 kHz

h. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 1MHz

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

20

(h)

Gambar 39 Sinyal keluaran osiloskop pada suhu

film BST 850oC Keterangan :

a. Sinyal keluaran sebelum film BST dipasang.

b. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 10 kHz

c. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 20 kHz

d. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 30 kHz

e. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 100kHz

f. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 250 kHz

g. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 500 kHz

h. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 1 MHz.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

21

(h)

Gambar 40 Sinyal keluaran osiloskop pada suhu film BST 900oC

Keterangan :

a. Sinyal keluaran sebelum film BST dipasang.

b. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 10 kHz

c. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 20 kHz

d. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 30 kHz

e. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 100 kHz

f. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 250 kHz

g. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 500 kHz

h. Sinyal keluaran setelah film BST diberi

frekuensi 1MHz

Berdasarkan Gambar 38, 39 dan 40, dapat

dianalisa bahwa kelengkungan pada sinyal

kotak menunjukkan adanya penyimpanan

muatan pada material tersebut. Penyimpanan

muatan ini dapat mengindikasikan bahwa film

Ba0,4Sr0,6Ti03 bersifat kapasitor. Pada variasi

suhu konstanta dielektrik terlihat semakin kecil

akibat bertambahnya suhu annealing, hal ini dilihat berdasarkan Tabel 7, pada suhu 900oC

nilai kontanta dielektrik paling rendah

dibandingkan dengan suhu lainnya, turunnya

nilai konstanta dielektrik akibat ketebalan film

BST semakin kecil karena terjadi penguapan

pada film BST akibat kenaikan suhu

annealing[30].

Tabel 7. Hasil karakterisasi konstanta

dielektrik film Ba0,4Sr0,6TiO3

Gambar 41 Hubungan konstanta dielektrik dengan suhu

Penelitian lebih lanjut yaitu variasi

frekuensi pada range 10 kHz, 20 kHz, 30 kHz,

100 kHz, 250 kHz pada masing-masing suhu

800oC, 850oC, 900oC, dapat dilihat pada Tabel 7 dapat disimpulkan bahwa konstanta

dielektrik semakin kecil akibat bertambahnya

frekuensi dan faktor-faktor yang

mempengaruhi hasil ini yaitu ketebalan film

serta ketelitian dalam membaca gambar pada

osikoskop. Pada frekuensi 500 kHz dan 1

MHz, frekuensi sumber lebih cepat

dibandingkan frekuensi pengisian film BST

mengakibatkan polarisasi listrik yang terbentuk

lebih cepat pada saat pengisian dan

pengosongan muatan pada film BST. Film

Ba0,4Sr0,6Ti03 pada suhu annealing 8500C dan

waktu annealing 15 jam memiliki nilai

konstanta dielektrik yang lebih besar daripada

film Ba0,5Sr0,5Ti03 yaitu sebesar 24 kHz pada

frekuensi 10 kHz hal ini sesuai dengan

persamaan 2.29 yaitu

C = ĸ Co

Keterangan : C yaitu diantara plat ada bahan

(F), ĸ yaitu konstanta dielektrik, C0 yaitu

diantara plat vakum (F).

Persambungan p-n yang terbentuk pada film BST dan substrat, film BST yang bertipe

–n memiliki muatan negatif bebas serta ion

positif statik sedangkan substrat memiliki

muatan positif bebas dan ion negatif statik,

tepat pada daerah sambungan dan sekitarnya

terjadi difusi muatan bebas yaitu elektron

menuju type–p dan hole menuju type–n[32].

22

Peristiwa difusi tersebut disertai terjadinya

rekombinasi, yaitu penggabungan elektron dan

hole lalu hilang, dengan rekombinasi ini

disekitar daerah sambungan tidak ada lagi

muatan-muatan bebas dan yang tertinggal

hanya ion-ion statik. Ion-ion statitik yaitu ion-ion dari atom donor dan akseptor. Daerah

sambungan seperti ini disebut dengan lapisan

deplesi. Karena daerah deplesi mengandung

muatan positif statik pada salah satu sisi dan

muatan negatif pada sisi lain, maka timbul

medan listrik pada daerah deplesi tersebut dan

ini dapat dipandang sebagai keping sejajar

[33]. Dengan demikian daerah deplesi

memiliki nilai kapasitansi.

Hole dalam tipe–p lebih tinggi

konsentrasinya daripada hole dalam tipe–n

maka mereka berdifusi dari daerah tipe–p ke tipe–n,akantetapi proses ini tidak terjadi terus-

menerus jika hole meninggalkan daerah type-p

dan jatuh ke dalam daerah type-n[34]

akibatnya sebuah acceptor akan diionisasikan

menjadi negatif dalam daerah type-p sehingga

membentuk kumpulan muatan negatif, hal

yang sama terjadi pada elektron yang

meninggalkan muatan positif pada daerah type-

n sehingga membangkitkan medan listrik dan

membentuk kumpulan muatan positif. Medan

listrik inimenghambat hole untuk berdifusi dari daerahtype-p ke type-n dan hal sama terjadi

pada elektonyang terhambat berdifusi dari

type-n ke type-p [35].

Tabel 8.Perbandingan film BST ditinjau dari sifat

listrik, sifat optik pada suhu annealing

8500C dan waktu annealing 15 jam yang

merupakan nilai terbaik.

Keterangan (-) : Tidak ada data.

(*) : Tidak ada data.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Penelitian perbandingan film Ba0,4Sr0,6TiO3

terhadap film Ba0,5Sr0,5Ti03 ditinjau dari

karakterisasi sifat optik, listrik, dan sensitifitas

dengan metode yang sama yaitu sol gel dengan

teknik spin coating pada kecepatan putar 3000

rpm selama 30 detik. Hasil karakterisasi

absorbansi dan reflektansi pada panjang

gelombang cahaya tampak pada film

Ba0,4Sr0,6TiO3 lebih baik pada spektrum ungu

dan hijau yaitu nilainya lebih besar pada

daerah serapan panjang gelombang dibanding

spektrum cahaya tampak gelombang dibanding

spektrum cahaya tampak lainnya, sedangkan

karakterisasi arus-tegangan (I-V) dan

konduktivitas listrik menunjukkan bahwa film

Ba0,4Sr0,6TiO3 merupakan semikonduktor yang

bersifat fotodioda. Konstanta dielektrik pada

film Ba0,4Sr0,6TiO3 lebih besar dari film

Ba0,5Sr0,5TiO3 hal ini dikarenakan kapasistansi

yang semakin besar.

5.2 Saran

Untuk penelitian film Ba0,4Sr0,6TiO3, lebih

lanjut bisa dijadikan aplikasi misalnya sensor

sebagai pembuatan robot. Penulis

menyarankan pengukuran film BST dengan

metode volumetrik dan menggunakan scanning

electron microscopy (SEM).

23

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Seo, J.Y, S.W, Park. 2004.

Chemicalmechanical planarization

characteristic of ferroelectric film for FRAM

applications. J. of Korean Physics society.45

(3). 769-772.

[2]. Azizahwati. 2002. Studi morfologi permukaan

film BST murni Pb0.525Zr0.475TiO3 yang

ditumbuhkan dengan metode DC unbalanced

magnetron sputtering. J. Nasional Indonesia.

Universitas Riau, 5 (1). 50-56.

[3]. Xu, Y. 1991. Ferroelectric Material and Their Applications. North-Holland. Netherland

[4]. Tipler, P.A. 1991. Physics for Scientist and

Engineers. Worth Publisher Inc.

[5]. Malvino, A.P. 2003. Prinsip Elektronika.

Salemba Teknika. Jakarta

[6]. Giridharan, N.V, P. Ramasamy, R. Jayavel,.

2001. Structural, morphoogical and electrical

studies on barium strontium titanate thin films

prepared by sol-gel technique. Crystal Growth

Centre, Anna University, Chennai, India, 36

(1), 65-72.

[7]. Fuad, A, M. Barmawi, P. Arifin, D. Kurnia, Bilalodin dan Awitdrus. 1999. Karakterisasi

kapasitansi tegangan film BST murni

ferroelektrik Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan struktur

metal-ferroelektrik-semikonduktor (MFS) dan

potensi penerapannya pada memori.

Proceedings, Industrial Electronic Seminar .

[8]. Darmasetiawan, H. 2005. Optimal

penumbuhan film BST murni BaTiO3yang

didadah Indium dan Vanadium (BIVT) serta

penerapannya sebagai sel surya. Institut

Pertanian Bogor. [9]. Saito,T,Ismunandar. “Kimia anorganik

”1996.Web. 13 November 2010. Permission

of Iwanami ShatenPublishers.

(http://www.kimia-unsur-non logam.com)

[10]. Tanjuang, F.“Perkembangan struktur dan

material film BST murni penyusu

silikon.2003.Web.14Desember2010

(http://inf.untagsby.ac.id/pustaka/publichtml

/Campuran/PDF/fitrcmos.pdf) [11]. Endarko.“Piranti semikonduktor pdf”. 2008.

Web.15 Oktober 2011.(http://www.

geocities.com) [12]. Arifin, I. “Elektronika 1.”2004. Web. 14

Oktober 2011.(http://elektronika 1)(9-12).

[13]. Hamamatsu.“Silicon photodiode

Technical”2008.Web.14 Oktober 2011

www.sales.hamamatsu.com

[14]. Darmasetiawan,H,Irzaman, M.Hikam dan T.

Yogaraksa. 2002. Growth oflead zirconium

titanate (PbZr0,52Ti0,48O3) thin filmusing

chemical solution deposition (CSD)

methode.

[15]. Kugeler, C, Wiedenbruck R. 2006.

Integration of Ferroelectric Thin filmsinto

Silicon Based Microsystems.

[16]. Smallman, R.E, R.J, Bishop. 2000.

Metalurgi Fisik dan Rekayasa Material.

Erlangga, Jakarta. [17] Willam H, Jack E, Steven M. Durban.2002.

Engineering Circuit Analysis. McGraw

Companies,inc. California.

[18]. Krane, K. 1992. Fisika Modern. Penerjemah :

Hans J. UI Press : Depok

[19]. Sze,S.M. 1981. Physics of Semiconductor

Devices 2nd edn. John Wiley andSons.

Singapore.

[20]. Blackburn, J.A. 2001. Moderni

Instrumentation for Scientist and Engineers.

Spinger-Verlag. New York Inc.

[21]. Iskandar,Johan.2010. Uji sifat listrik dan sifat struktur fotodioda ferroelektrik film BST

murni barium stronsium titanateberdasarkan

perbedaan waktu annealing. Departemen

Fisika – Institut Pertanian Bogor .

[22]. Riyanto.Semikonduktivitas.pdf.2009.

Web.12 Oktober 2010

(http://www.pdffactory.com)

[23]. Rio, S.R , M. Iida. 1999. Fisika dan

Teknologi Semikonduktor. PT.

PradnyaParamita: Jakarta.

[24]. Omar, M.A. 2007. Elementary Solid State Physics. Addison-WesleyPublishing

Company, Inc .

[25]. Ho, J.J, Y.K. Fang, W.J. Lee, J.

Lee,F.Y.Chen, W.T. Hsieh, S.F.Ting,

M.S.Ju, S.B. Huang, K.H. Wu and C.Y.

Chen. 1999. IEEE Trans Electron Devices.

46 (12), 2289 [26]. Cheng, J.G, J.Tang, A.J. Zhang, X.J. Meng

and J.H. Chu. 2000. Sol-gel derived

pyroelectric barium strontium titanate thin

films for infrared detector applications.

Applied physics amaterials science and processing.71, 67-670.

[27]. Iskandar, Ridwan. 2010. Karakterisasi film

BST murni ferrolektrik Ba0,25Sr0,75TiO3

dengan pendadah ferium oksida (Fe203)

memanfaatkan larutan etilane glykol dan

dengan menggunakan metode CSD.

Departemen Fisika – Institut Pertanian Bogor

[28]. Dahrul,M. 2010. Pendadahan, karakterisasi,

aplikasi film BST murni Ba0.5Sr0.5Ti03

sebagai pengukur konsentrasi gula.

Departemen Fisika – Institut Pertanian Bogor [29]. Schwartz, R.W. 1997. Chemical solution

deposition of perovskite thin films.

department of ceramic and materials

engineering, Clemson University, Clemson,

South Carolina 29634-0907, 9 (11), 2325-

2340.

24

[30]. Ramly, H.Sifat dielektrik bahan.2002. Web.

15 November 2011.(http://institut.fs.utm.

mv.ramli) [31]. Pipek, J. 2003. Semiconductor

Optoelectronic Devices. Academic Press.

USA. [32]. Sutrisno. 1986. Elektronika Teori dan

Penerapannya. ITB, Bandung

[33]. Lapedes D.N. 1978. McGraw-Hill

Dictionary of Scientific and Technical

Terms Second Edition. McGraw-Hill Inc.

[34]. Uchino, K. 2000. Ferroelectric Devices.

Marcel Dekker, Inc. USA.

[35]. Irzaman, Y. Darvina, A. Fuad, P. Arifin, M.

Budiman, and M. Barmawi. 2003. Physical

and pyroelectric properties of tantalum

oxide doped lead zirconium titanate [Pb0.9950(Zr0,525Ti0,465Ta0,010)O3] thin films

and its application for IR Sensor. Physica

Status Solidi (a), Germany, 199 (3), 416-

424.

[36]. Munasir. 2004. Semikonduktor. Bagian

Proyek Pengembangan Kurikulum,

Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan,

Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan

Menengah, Departemen Pendidikan

Nasional.

25 Lanjutan lampiran 2. Data karakterisasi arus-tegangan (I-V)

a. Data karakterisasi substrat 800oC

LAMPIRAN

26

Lampiran 1. Diagram alur kerja penelitian

annealing

absorbansi dan reflektansi

27

Lampiran 2. Data karakterisasi arus-tegangan (I-V)

a. Data karakterisasi substrat 800oC

Tegangan Gelap Terang Merah Kuning Hijau

(volt) (ampere) (ampere) (ampere) (ampere) (ampere)

-1.00E+01 -5.60E-05 -1.59E-04 -7.75E-04 -1.94E-04 -2.09E-04

-9.80E+00 -7.12E-05 -1.49E-04 -7.84E-04 -2.02E-04 -2.10E-04

-9.60E+00 -7.10E-05 -1.49E-04 -7.48E-04 -1.96E-04 -1.99E-04

-9.40E+00 -6.00E-05 -1.37E-04 -7.36E-04 -1.69E-04 -2.01E-04

-9.20E+00 -6.80E-05 -1.36E-04 -6.92E-04 -1.57E-04 -1.91E-04

-9.01E+00 -5.57E-05 -1.28E-04 -6.68E-04 -1.44E-04 -1.86E-04

-8.80E+00 -6.40E-05 -1.22E-04 -6.07E-04 -1.27E-04 -1.84E-04

-8.60E+00 -5.96E-05 -1.23E-04 -5.98E-04 -1.26E-04 -1.75E-04

-8.40E+00 -5.31E-05 -1.14E-04 -5.42E-04 -1.12E-04 -1.73E-04

-8.20E+00 -5.60E-05 -1.15E-04 -5.11E-04 -1.04E-04 -1.65E-04

-8.00E+00 -5.32E-05 -1.08E-04 -4.79E-04 -8.90E-05 -1.60E-04

-7.81E+00 -4.73E-05 -1.04E-04 -4.40E-04 -8.76E-05 -1.57E-04

-7.60E+00 -5.03E-05 -1.02E-04 -4.25E-04 -7.69E-05 -1.51E-04

-7.40E+00 -4.65E-05 -1.01E-04 -3.89E-04 -6.84E-05 -1.48E-04

-7.20E+00 -4.12E-05 -9.27E-05 -3.63E-04 -6.56E-05 -1.41E-04

-7.00E+00 -3.87E-05 -9.21E-05 -3.33E-04 -5.39E-05 -1.42E-04

-6.80E+00 -4.82E-05 -8.80E-05 -2.99E-04 -5.47E-05 -1.46E-04

-6.60E+00 -4.07E-05 -8.25E-05 -2.91E-04 -4.58E-05 -1.24E-04

-6.40E+00 -4.09E-05 -8.32E-05 -2.61E-04 -4.26E-05 -1.27E-04

-6.20E+00 -3.51E-05 -7.56E-05 -2.41E-04 -3.97E-05 -1.16E-04

-6.00E+00 -3.69E-05 -7.89E-05 -2.22E-04 -3.05E-05 -1.16E-04

-5.80E+00 -3.12E-05 -6.96E-05 -2.03E-04 -3.38E-05 -1.09E-04

-5.60E+00 -3.29E-05 -7.02E-05 -1.94E-04 -2.52E-05 -1.00E-04

-5.41E+00 -3.46E-05 -6.67E-05 -1.68E-04 -2.28E-05 -9.76E-05

-5.20E+00 -3.11E-05 -6.13E-05 -1.61E-04 -2.26E-05 -9.03E-05

-5.00E+00 -2.88E-05 -6.36E-05 -1.43E-04 -1.45E-05 -8.01E-05

-4.80E+00 -2.49E-05 -5.53E-05 -1.29E-04 -1.82E-05 -8.13E-05

-4.60E+00 -2.56E-05 -5.84E-05 -1.23E-04 -1.14E-05 -6.90E-05

-4.40E+00 -1.66E-05 -5.16E-05 -1.03E-04 -1.10E-05 -7.06E-05

-4.20E+00 -2.13E-05 -5.09E-05 -9.64E-05 -1.08E-05 -6.99E-05

-4.00E+00 -1.97E-05 -4.86E-05 -8.12E-05 -5.36E-06 -5.61E-05

-3.80E+00 -2.02E-05 -4.28E-05 -8.12E-05 -6.09E-06 -5.65E-05

-3.60E+00 -1.53E-05 -4.54E-05 -6.49E-05 -6.90E-06 -4.60E-05

-3.40E+00 -1.88E-05 -3.73E-05 -5.68E-05 -7.72E-06 -4.81E-05

-3.20E+00 -1.35E-05 -3.90E-05 -5.38E-05 -1.76E-06 -3.95E-05

-3.00E+00 -1.30E-05 -3.65E-05 -3.93E-05 1.03E-06 -3.51E-05

-2.80E+00 -1.31E-05 -3.13E-05 -4.05E-05 1.05E-06 -3.61E-05

-2.60E+00 -8.46E-06 -2.97E-05 -3.16E-05 -2.01E-06 -2.64E-05

28 Lanjutan lampiran 2. Data karakterisasi arus-tegangan (I-V)

a. Data karakterisasi substrat 800oC

Tegangan Gelap Terang Merah Kuning Hijau

(volt) (ampere) (ampere) (ampere) (ampere) (ampere)

-2.00E+00 -5.07E-06 -2.53E-05 -1.64E-05 -1.34E-06 -1.62E-05

-1.80E+00 -6.67E-06 -1.68E-05 -1.80E-05 -2.54E-06 -2.00E-05

-1.60E+00 -1.35E-06 -1.97E-05 -1.47E-05 3.05E-06 -1.24E-05

-1.41E+00 -2.39E-06 -1.24E-05 -1.05E-05 -1.22E-06 -1.05E-05

-1.21E+00 -1.78E-06 -1.27E-05 -1.16E-05 -1.75E-06 -1.02E-05

-9.99E-01 -2.91E-06 -6.96E-06 -5.03E-06 3.44E-06 -2.32E-06

-7.89E-01 2.13E-06 -3.70E-06 -1.27E-06 9.10E-07 -2.61E-06

-6.04E-01 -1.90E-06 -6.47E-06 -9.52E-06 3.31E-06 -3.44E-06

-4.01E-01 -1.22E-06 -2.86E-06 -4.78E-06 -3.70E-06 2.85E-06

-1.99E-01 2.62E-06 -1.80E-06 -1.63E-06 -2.42E-06 1.07E-06

-1.49E-03 -2.81E-06 3.23E-06 4.55E-06 3.11E-06 -2.11E-06

2.02E-01 -2.61E-06 -1.90E-06 -3.01E-06 9.17E-07 2.92E-06

4.09E-01 2.47E-06 2.05E-06 6.12E-06 3.07E-06 -2.43E-06

5.94E-01 2.60E-06 3.36E-06 1.17E-05 -3.78E-06 -3.63E-06

7.95E-01 -3.37E-06 -2.85E-06 1.03E-05 2.47E-06 4.15E-06

1.00E+00 -2.50E-06 3.35E-06 1.26E-05 1.23E-06 1.64E-06

1.20E+00 2.72E-06 2.59E-06 2.34E-05 4.41E-06 3.38E-06

1.41E+00 1.46E-06 -6.92E-07 1.99E-05 2.49E-06 -3.17E-06

1.60E+00 2.67E-06 1.66E-06 2.69E-05 4.71E-06 5.33E-06

1.79E+00 -2.92E-06 5.56E-06 3.43E-05 -2.62E-06 3.83E-06

2.00E+00 2.07E-06 9.43E-06 4.60E-05 2.57E-06 3.49E-06

2.20E+00 2.80E-06 4.84E-06 6.22E-05 6.10E-06 -2.00E-06

2.40E+00 -2.62E-06 7.04E-06 5.85E-05 5.95E-06 6.08E-06

2.60E+00 4.04E-06 1.21E-05 5.27E-05 1.85E-06 1.12E-06

2.80E+00 2.47E-06 1.98E-05 6.05E-05 1.57E-06 2.82E-06

2.99E+00 3.57E-06 1.69E-05 5.70E-05 7.67E-06 8.32E-06

3.21E+00 -1.05E-06 2.56E-05 7.04E-05 2.29E-06 2.21E-06

3.41E+00 1.10E-06 2.96E-05 6.71E-05 2.67E-06 4.71E-06

3.60E+00 6.26E-06 3.26E-05 7.73E-05 8.52E-06 1.05E-05

3.79E+00 2.26E-06 4.21E-05 8.43E-05 3.60E-06 4.26E-06

4.00E+00 3.66E-06 4.13E-05 8.42E-05 4.20E-06 4.10E-06

4.20E+00 7.73E-06 5.17E-05 9.68E-05 9.62E-06 9.27E-06

4.41E+00 3.48E-06 5.85E-05 9.46E-05 1.85E-06 1.32E-05

4.60E+00 6.69E-06 6.57E-05 1.05E-04 8.12E-06 1.55E-05

4.80E+00 1.07E-05 7.36E-05 1.14E-04 1.04E-05 1.05E-05

5.00E+00 4.29E-06 7.69E-05 1.15E-04 3.61E-06 1.49E-05

5.20E+00 1.08E-05 8.70E-05 1.21E-04 5.94E-06 2.09E-05

5.40E+00 1.82E-05 8.86E-05 1.34E-04 9.74E-06 1.46E-05

5.60E+00 1.54E-05 1.00E-04 1.31E-04 1.14E-05 2.42E-05

5.80E+00 2.18E-05 1.05E-04 1.46E-04 7.04E-06 2.10E-05

29 Lanjutan lampiran 2. Data karakterisasi arus-tegangan (I-V)

a. Data karakterisasi substrat 800oC

Tegangan Gelap Terang Merah Kuning Hijau

(volt) (ampere) (ampere) (ampere) (ampere) (ampere)

6.80E+00 8.79E-05 1.82E-04 1.82E-04 1.15E-05 3.10E-05

7.00E+00 8.82E-05 1.97E-04 1.94E-04 1.49E-05 3.62E-05

7.20E+00 1.00E-04 2.09E-04 1.92E-04 9.15E-06 4.19E-05

7.40E+00 9.83E-05 2.31E-04 2.11E-04 1.20E-05 3.66E-05

7.60E+00 1.05E-04 2.19E-04 2.14E-04 1.64E-05 4.74E-05

7.80E+00 1.12E-04 2.55E-04 2.29E-04 1.05E-05 4.36E-05

8.00E+00 1.17E-04 2.67E-04 2.41E-04 1.31E-05 5.06E-05

8.20E+00 1.28E-04 2.73E-04 2.44E-04 1.78E-05 5.38E-05

8.40E+00 1.25E-04 2.89E-04 2.63E-04 1.03E-05 5.19E-05

8.60E+00 1.33E-04 2.98E-04 2.65E-04 1.79E-05 6.23E-05

8.80E+00 1.41E-04 3.22E-04 2.82E-04 1.40E-05 5.91E-05

9.00E+00 1.45E-04 3.34E-04 2.98E-04 1.52E-05 6.64E-05

9.20E+00 1.51E-04 3.00E-04 3.06E-04 1.97E-05 7.12E-05

9.40E+00 1.50E-04 3.67E-04 3.30E-04 1.28E-05 6.87E-05

9.60E+00 1.62E-04 3.86E-04 3.39E-04 1.95E-05 7.85E-05

9.79E+00 1.59E-04 4.29E-04 3.60E-04 1.70E-05 8.14E-05

1.00E+01 1.68E-04 5.30E-04 3.82E-04 1.66E-05 8.27E-05

30

Lanjutan lampiran 2. Data karakterisasi arus-tegangan (I-V)

b. Data karaktersasi substrat 850oC

Tegangan Gelap Terang Merah Kuning Hijau

(volt) (ampere) (ampere) (ampere) (ampere) (ampere)

-10 0.000283867 0.000644062 0.000241444 -0.000588001 0.000634618

-9.5 0.000276257 0.000599022 0.000232577 -0.000546476 0.000571068

-9 -0.00027102 -0.00055577 -0.00021132 -0.000486909 0.000533467

-8.5 0.000255552 0.000513695 0.000203003 -0.000443712 0.000496152

-8 0.000245817 -0.0004756 0.000207039 -0.000402938 0.000468748

-7.5 0.000223792 0.000435572 0.000179801 -0.000338111 0.000426938

-7 0.000206412 0.000395663 0.000165223 -0.000323648 0.000379583

-6.5 0.000183752 0.000356053 0.000133576 -0.000265002 0.000345339

-6 0.000162476 0.000314777 0.000128488 -0.000232922 -0.00031799

-5.5 0.000141039 0.000282339 0.000107995 -0.000199783 0.000282877

-5 0.000122164 0.000246056 -8.21359E05 -0.000171748 -0.00024546

-4.5 -0.00010628 -0.00021474 -6.81662E05 -0.000128906 -0.00021344

-4 -8.35701E05 -0.00017153 -4.73115E05 -9.39858E-05 -0.00017962

-3.5 -6.28092E05 -0.00014111 -2.73188E05 -7.43867E-05 -0.00014869

-3 -4.35719E05 -0.00010724 -2.26498E05 -5.51239E-05 -0.00126147

-2.5 -2.3022E-05 -8.17563E-05 -1.82503E05 -4.12111E-05 -6.95041E05

-2 -1.21372E05 -4.19965E-05 -1.38843E05 -2.75968E-05 -4.81923E05

-1.5 -4.45269E06 -3.03091E-05 -8.45443E06 -1.53193E-05 -3.28081E05

-1 -2.24715E07 -1.26322E-05 -3.70451E06 -9.10155E-06 -1.5882E-05

-0.5 -1.88172E08 -1.61276E-08 -1.11967E06 -1.06858E-06 -6.80142E06

0 -1.28E-11 -1.25E-10 9.45E-11 -8.61E-11 6.76719E-08

0.5 1.45124E-08 4.31783E-09 1.12443E-08 3.67892E-09 1.24233E-05

31

1 2.46631E-08 9.95509E-09 2.21319E-08 5.78017E-09 3.31032E-05

1.5 2.78363E-08 1.63881E-05 9.36047E-06 2.01957E-05 5.78101E-05

2 3.93557E-08 2.57648E-05 1.78299E-05 3.20166E-05 0.00011045

2.5 9.35254E-08 3.91519E-05 2.78889E-05 4.23582E-05 0.000142515

3 1.84457E-07 5.14898E-05 3.27028E-05 5.36672E-05 0.000182932

3.5 3.58028E-07 8.34619E-05 4.14604E-05 7.18799E-05 0.000242391

4 4.56924E-05 9.74814E-05 5.23655E-05 9.43271E-05 0.000265694

4.5 5.03773E-05 0.000122078 6.46553E-05 0.000137478 0.000295467

5 7.40383E-05 0.000144032 7.46161E-05 0.000156643 0.000318231

5.5 8.39562E-05 0.000173077 8.56316E-05 0.000183106 0.000375929

6 9.52671E-05 0.000203607 9.88278E-05 0.00020949 0.000420207

6.5 0.000116533 0.000238982 0.00011806 0.000235851 0.000469106

7 0.00012559 0.00030681 0.000125861 0.000271465 0.000516237

7.5 0.000139736 0.000387732 0.000137313 0.000297436 0.000581669

8 0.000153599 0.00043136 0.000146985 0.000333941 0.000619061

8.5 0.00016729 0.000488544 0.000160486 0.000369489 0.0008107

9 0.000257483 0.000530894 0.000175839 0.000414413 0.000864253

9.5 0.00027714 0.000577551 0.000187773 0.000465888 0.000937025

32

Lanjutan lampiran 2. Data karakterisasi arus-tegangan (I-V)

c. Data karakterisasi substrat 900oC

Tegangan Gelap Terang Merah Kuning Hijau

(volt) (ampere) (ampere) (ampere) (ampere) (ampere)

-1.00E+01 -5.874E-05 -2.439E-04 -1.109E-04 -4.801E-05 -3.819E-05

-9.50E+00 -5.161E-05 -6.887E-05 -1.032E-04 -4.752E-05 -5.899E-05

-9.00E+00 -4.874E-05 -6.329E-05 -8.230E-05 -4.517E-05 -4.554E-05

-8.50E+00 -4.075E-05 -6.422E-05 -7.661E-05 -3.699E-05 -3.724E-05

-8.00E+00 -3.148E-05 -5.905E-05 -6.823E-05 -2.994E-05 -3.093E-05

-7.50E+00 -3.037E-05 -4.817E-05 -6.126E-05 -2.742E-05 -2.533E-05

-7.00E+00 -2.633E-05 -3.743E-05 -5.152E-05 -2.339E-05 -2.051E-05

-6.50E+00 -2.027E-05 -2.749E-05 -4.394E-05 -1.933E-05 -1.594E-05

-6.00E+00 -1.573E-05 -1.637E-05 -3.506E-05 -1.733E-05 -1.255E-05

-5.50E+00 -1.262E-05 -1.862E-05 -2.905E-05 -1.276E-05 -9.468E-06

-5.00E+00 -1.008E-05 -1.355E-05 -2.330E-05 -1.037E-05 -6.463E-06

-4.50E+00 -1.009E-05 -1.295E-05 -1.816E-05 -8.301E-06 -5.050E-06

-4.00E+00 -3.341E-06 -8.329E-06 -1.328E-05 -5.238E-06 -3.576E-06

-3.50E+00 -1.953E-06 -2.154E-06 -9.012E-06 -2.314E-06 -2.100E-06

-3.00E+00 -5.339E-07 -1.316E-06 -5.975E-06 -2.068E-06 -1.363E-06

-2.50E+00 -1.214E-07 -3.352E-07 -4.724E-06 -6.431E-07 -7.420E-07

-2.00E+00 -8.262E-08 -7.065E-08 -2.291E-06 -2.771E-08 -4.014E-07

-1.50E+00 -1.893E-08 -1.247E-08 -7.105E-08 -1.200E-08 -1.703E-07

-1.00E+00 -8.408E-09 -6.948E-09 -4.985E-08 -7.190E-09 -1.052E-07

-5.00E-01 -3.710E-09 -3.299E-09 -5.426E-08 -3.401E-09 -1.915E-08

0.00E+00 -4.404E-11 8.310E-11 -1.979E-11 1.691E-10 -4.623E-11

5.00E-01 3.357E-09 3.327E-09 1.355E-08 3.470E-09 8.360E-08

33

1.00E+00 6.705E-09 6.613E-09 1.758E-08 6.757E-09 6.191E-07

1.50E+00 1.039E-08 1.139E-08 8.978E-09 1.020E-08 1.840E-06

2.00E+00 1.461E-08 1.450E-08 1.278E-08 1.359E-08 3.762E-06

2.50E+00 1.875E-08 2.082E-08 1.672E-08 1.848E-08 6.311E-06

3.00E+00 2.289E-08 2.823E-08 2.162E-08 2.403E-08 9.348E-06

3.50E+00 8.991E-08 3.750E-06 1.778E-08 2.190E-06 1.214E-05

4.00E+00 7.297E-08 5.270E-06 2.260E-08 2.731E-06 1.663E-05

4.50E+00 4.330E-07 9.623E-06 3.188E-08 8.336E-06 2.081E-05

5.00E+00 1.372E-05 1.121E-05 5.388E-08 1.017E-05 2.568E-05

5.50E+00 1.564E-05 1.600E-05 8.532E-08 1.199E-05 4.195E-05

6.00E+00 1.880E-05 2.040E-05 1.972E-05 1.587E-05 5.065E-05

6.50E+00 2.422E-05 1.144E-04 2.278E-05 1.952E-05 5.851E-05

7.00E+00 6.859E-05 1.185E-04 2.826E-05 2.216E-05 6.793E-05

7.50E+00 8.071E-05 1.391E-04 3.057E-05 4.307E-05 7.866E-05

8.00E+00 1.055E-04 1.746E-04 3.243E-05 7.537E-05 1.002E-04

8.50E+00 1.033E-04 1.825E-04 3.704E-05 8.671E-05 1.156E-04

9.00E+00 1.052E-04 2.497E-04 3.919E-05 9.994E-05 1.331E-04

34

Lampiran 3. Data substratfilm Ba0,4Sr0,6Ti03

No. Substrat Massa Keping (kg) Massa BST (Z-X) (kg)

Massa (kg/m

3)

Dimensi Keping (m) Luas BST (m

2)

Tebal BST (m) konduktivitas

(X) (Y) (Z) Panjang Lebar Lebar BST listrik

800oC

1 10A 0.0001201 0.0001210 0.0001205 0.0000004 6020 0.0100 0.0103 0.0062 0.000062 1.0717E-06 0.36 E-4 s/m

2 9 0.0001056 0.0001058 0.0001057 0.0000001 6020 0.0095 0.0098 0.0060 0.000057 2.9143E-07 2.1 E-5 s/m

3 8 0.0001130 0.0001132 0.0001131 0.0000001 6020 0.0106 0.0098 0.0060 6.36E-05 2.6118E-07 0.93 E-5 s/m

900 oC

4. 12 0.0001139 0.0001131 0.0001127 0.0000001 6020 0.0102 0.0090 0.0055 5.61E-05 2.9610E-07 50.25 E-5 s/m

5. 13 0.0001203 0.0001205 0.0001204 0.0000001 6020 0.0103 0.0108 0.0065 6.7E-05 2.4811E-07 57,8 E-5 s/m

850 oC

8 19 B 0.0001250 0.0001258 0.0001255 0.0000005 6020 0.0108 0.0105 0.0070 7.56E-05 1.0986E-06 3.77 E-4 s/m

9 20 0.0001151 0.0001152 0.0001152 0.0000001 6020 0.0090 0.0102 0.0060 0.000054 3.0762E-07 2,7 E-5s/m

10 21 0.0001343 0.0001344 0.0001342 0.0000001 6020 0.0120 0.0102 0.0065 0.000078 2.1297E-07 0,38 E-5 s/m

35 Lanjutan lampiran 2. Data karakterisasi arus-tegangan (I-V)

a. Data karakterisasi substrat 800oC

Lampiran 4. Pengolahan data konstanta dielektrik

Pada gambar diatas, data dapat diolah sebagai berikut :

a. volt/div = 2 volt d. peak to peak = 2 volt

b. time/div = 10 µs e. hambatan = 104 ohm

c. ketebalan film = 2,974 x 10-7m (pada lampiran 3)

Dengan menggunakan persamaan τ = 5 RC yaitu pada saat kapasitor terisi penuh secara

eksponensial [17], maka nilai kapasitansididapatkan :

τ = 5 RC = 2.10 µS

5

= 4 µS

Jadi, 5 RC = 4 µS C = 0.8 x 10-10

Menggunakan persamaan ε= CBST . d = 0,8.10-10 F x 2,914.10-7 = 2,63

εo . Akontak 8,85.10-12 x 10-6

36

Lampiran 6. Pengolahan data konduktivitas

Berdasarkan pada persamaan 𝐺 =1

𝑅, diketahui𝑅 =

𝐿

𝜎𝐴, maka bias didapatkan nilai

konduktivitasnya yaitu :

𝐺 =𝜎𝐴

𝐿 𝜎 =

𝐺𝐿

𝐴

Untuk substrat 800oC didapat nilai konduktivitasnya :

σ = 4,13.10-3x 2,9 x 10-7

5,7 x 10-5

σ =2,1 x 10-5 S/m