Karakterisasi Sifat Optik Absorbansi dan Transmitansi
Karakterisasi sifat optik film tipis BST dilakukan pada rentang cahaya dengan panjang gelombang 400-800 nm. Dari karakterisasi sifat optik diperoleh data keluaran yang berupa hubungan antara panjang gelombang terhadap absorbansi yang dinyatakan dalam optical density (OD), serta transmitansi dan reflektansi yang dinyatakan dalam bentuk persen. Pada penelitian ini proses karakterisasi dan pengukuran sifat optik film tipis BST diamati pada empat variasi fraksi mol (x) BST yaitu x = 0.25, 0.35, 0.45 dan 0.55. Selain variasi fraksi mol barium, proses pengukuran dan perhitungan juga dilakukan dengan melakukan pengamatan terhadap ada tidaknya pengaruh lapisan kristal fotonik pada nilai absorbansi serta parameter optik lain film tipis BST yang ditandem dan tidak ditandem dengan fotonik kristal.
Besarnya nilai absorbansi yang dinyatakan dalam bentuk persen dan transmitansi film tipis BST untuk masing-masing fraksi mol BST tanpa ditandem lapisan fotonik kristal seperti yang diperlihatkan oleh hubungan antara panjang gelombang terhadap persentase absorbansi dan transmitansi pada Gambar 4 dan 5. Untuk film tipis BST yang ditandem lapisan fotonik kristal seperti pada Gambar 7 dan Gambar 8.
Peristiwa absorbansi terjadi pada saat foton masuk bertumbukan langsung dengan atom-atom material dan menyerahkan energinya pada elektron atom penyusun BST. Selanjutnya foton mengalami perlambatan dan akhirnya berhenti, sehingga pancaran sinar yang keluar dari material berkurang dibanding saat masuk ke material. Absorbansi dari energi cahaya dapat menyebabkan elektron tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi apabila energi yang diabsorbsi tersebut lebih besar dari tingkat energi elektron tersebut, atau dengan kata lain proses absorbsi hanya terjadi jika spektrum cahaya dengan panjang gelombang yang datang memiliki energi yang bersesuaian dengan energi yang dibutuhkan oleh elektron yang terikat pada kulit atom BST untuk bertransisi ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Gambar 4 memperlihatkan bahwa secara keseluruhan persentase absorbansi dari film tipis BST (dengan tipe-p BST didadah dengan galium 10%) yang ditumbuhkan pada substrat TCO memiliki daerah serapan cahaya pada hampir seluruh rentang spektrum cahaya tampak (visible) bahkan sampai daerah inframerah dengan kisaran nilai serapan di atas dari 67.6%. Selain itu, berdasarkan Gambar 4 dapat dilihat bahwa absorbansi maksimum dari film tipis BST untuk keseluruhan fraksi mol barium berada pada rentang daerah spektrum cahaya biru sampai hijau, 457 nm ≤ ≤ 570 nm dan absorbansi minimum terletak pada daerah spektrum cahaya kuning sampai merah, 570 nm ≤ ≤ 678 nm. Adanya variasi fraksi mol BST untuk nilai x = 0.25, 0.35, 0.45 dan 0.55 terlihat pergeseran puncak maksimum dan puncak minimum penyerapan energi foton yang dipancarkan meskipun tidak terlalu jauh, serta adanya kecenderungan penurunan besaran absorbansi meskipun tidak secara linier, karena pada fraksi mol, x = 0.45 nilai absorbansi meningkat lagi.
13
Absorbansi terbesar terdapat pada fraksi mol x = 0.25 dengan rata-rata keseluruhan nilai absorbansi mencapai 92.04% dengan puncak absorbansi maksimum pada panjang gelombang 502.76 nm dan dan minimum pada panjang gelombang 657.72 nm. Pada fraksi mol x = 0.35 rata-rata keseluruhan nilai absorbansi turun menjadi 83.55% dengan puncak maksimum pada panjang gelombang 506.42 nm dan minimum pada panjang gelombang 613.68 nm. Selanjutnya meningkat menjadi 91.16% pada fraksi mol x = 0.45 dengan puncak absorbansi maksimum pada panjang gelombang 507.76 nm dan minimum pada panjang gelombang 618.56 nm, serta pada fraksi mol x = 0.55 rata-rata keseluruhan nilai absorbansi turun lagi menjadi 80.12% dengan puncak absorbansi pada panjang gelombang 512.76 nm dan minimum pada panjang gelombang 608.79 nm.
Saat nilai absorbansi bernilai minimum, pada saat itu elektron tidak menyerap energi dari foton yang dipancarkan secara maksimal, artinya foton pada panjang gelombang tersebut lebih mampu mengeksitasi elektron atom penyusun BST, sehingga sebagian besar diteruskan atau dipantulkan. Pada kondisi ini nilai transmitansi maksimum dan nilai absorbansinya minimum, sehingga dapat dikatakan bahwa nilai absorbansi merupakan kebalikan dari trasnmitansi.
Hasil penelitian seperti yang diperlihatkan pada Gambar 5 menunjukkan terdapat dua titik puncak maksimum dari nilai transmitansi sebagai fungsi dari panjang gelombang, yaitu pada rentang daerah spektrum cahaya ungu sampai biru, 422.82 nm ≤ ≤ 472.7λ nm, dan pada rentang daerah spektrum cahaya kuning sampai merah, 572.17 nm ≤ ≤ 668.50 nm. Panjang Gelombang (nm) 400 500 600 700 800 % A b so rb an si 0 65 70 75 80 85 90 95 100
Gambar 4 Hubungan antara panjang gelombang terhadap persentase absorbansi film tipis BST tanpa ditandem kristal fotonik untuk fraksi mol, x = 0.25 (―∆―), x = 0.35 (―□―), x = 0.45 (―○―) dan x = 0.55 (―◊―)
14
Gambar 5 memperlihatkan pula bahwa nilai absorbansi maksimum memiliki nilai transmitansi terkecil pada fraksi mol x = 0.25 dengan rata-rata keseluruhan nilai transmitansi sebesar 3.79% dengan puncak transmitansi maksimum pada panjang gelombang 462.79 dan 637.66 nm serta minimum pada panjang gelombang 502.76 nm. Fraksi mol x = 0.35 rata-rata keseluruhan nilai transmitansi sebesar 8.25% dengan puncak transmitansi maksimum pada panjang gelombang 445.93 dan 612.68 nm, serta minimum pada panjang gelombang 506.42 nm. Pada fraksi mol x = 0.45 rata-rata keseluruhan nilai transmitansi sebesar 4.17% dengan puncak transmitansi maksimum pada panjang gelombang 452.79 dan 622.67 nm, serta minimum pada panjang gelombang 507.76 nm. Selanjutnya pada fraksi mol x = 0.55, rata-rata keseluruhan nilai transmitansi sebesar 9.88% dengan puncak maksimum transmitansi pada panjang gelombang 442.81 dan 607.69 nm, serta minimum pada panjang gelombang 512.76 nm.
Ketika fraksi mol barium ditambah, puncak maksimum absorbansi atau puncak minimum transmitansi bertambah besar dan mengalami pergeseran, meskipun masih berada pada rentang spektrum cahaya yang sama (hijau). Sedangkan puncak minimum absorbansi atau puncak maksimum transmitansi memiliki kecenderungan mengecil, meskipun masih pada rentang spektrum cahaya yang sama (biru dan merah). Hal ini dapat disebabkan dengan adanya penambahan fraksi mol barium menyebabkan perubahan jari-jari atom menjadi semakin besar dan terjadi perubahan struktur kisi dari BST. Semakin membesarnya jari-jari atom BST menyebabkan volume semakin besar pula, sehingga bagian (ruang) dalam struktur BST yang tidak ditempati oleh molekul semakin banyak. Dengan semakin
Panjang gelombang (nm) 400 500 600 700 800 % T ra n sm it an si 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Gambar 5 Hubungan antara panjang gelombang terhadap persentase transmitansi film tipis BST tanpa ditandem kristal fotonik untuk fraksi mol, x = 0.25 (―∆―), x = 0.35 (―□―), x = 0.45 (―○―) dan x = 0.55 (―◊―).
15
banyaknya ruang kosong ini, maka jumlah foton yang diserap oleh film BST berkurang. Berkurangnya jumlah absorbsi foton akibat penambahan fraksi mol barium ditunjukkan oleh nilai absorbansi dari film tipis BST menurun, hal ini didukung dengan nilai transmitansinya semakin membesar (Tabel 3).
Perubahan nilai absorbansi yang signifikan terjadi ketika film BST ditandem dengan lapisan kristal fotonik (DLPC). Berdasarkan data yang diperoleh seperti Tabel 3 Pergeseran puncak panjang gelombang maksimum dan minimum absorbansi dan transmitansi film BST akibat penambahan fraksi mol barium
Fraksi mol Panjang gelombang, (nm)
Absorbansi Transmitansi 0.25 502.76a 657.72b 462.79a dan 657.72a 502.76b 0.35 506.42a 613.68b 445.93a dan 613.68a 506.42b 0.45 507.76a 618.56b 452.79a dan 618.56a 507.76b 0.55 512.76a 608.79b 442.81a dan 608.79a 512.76b
a menyatakan puncak maksimum; b menyatakan puncak minimum
Panjang Gelombang (nm) 400 500 600 700 800 % A b so rb an si 0 80 85 90 95 100
Gambar 6 Hubungan antara panjang gelombang terhadap persentase absorbansi film tipis BST ditandem kristal fotonik untuk fraksi mol, x = 0.25 (―∆―), x = 0.35 (―□―), x = 0.45 (―○―) dan x = 0.55 (―◊―)
16
pada Gambar 6, yang merupakan hubungan absorbansi (yang dinyatakan dalam persentase) sebagai fungsi dari panjang gelomban, apabila dibandingkan dengan Gambar 4, tampak adanya peningkatan persentase absorbansi pada setiap variasi fraksi mol (x) barium pada film tipis BST.
Gambar 7 dan 8 memperlihatkan terdapat perbedaan besar antara nilai persentase absorbansi film tipis BST yang tidak ditandem dan yang ditandem
% A b so rb an si 0 88 92 96 100
a
Panjang Gelombang (nm) 400 500 600 700 800 % A b so rb an si 0 75 80 85 90 95 100b
Gambar 7 Perbandingan antara absorbansi film tipis BST ketika tidak ditandem (―∆―) dan ditandem dengan kristal fotonik (―○―) yang dinyatakan dalam bentuk persentase dengan memvariasikan fraksi mol barium sebagai fungsi panjang gelombang: (a) fraksi mol x = 0.25; (b) fraksi mol x = 0.35
17 dengan lapisan kristal fotonik. Jika sebelum ditandem dengan lapisan kristal fotonik daerah absorbansi film tipis BST berada pada rentang spektrum cahaya biru sampai hijau, 457 nm ≤ ≤ 570 nm dengan puncak maksimum terletak pada panjang gelombang tertentu (antara 502.76 sampai 512.76 nm) serta rata-rata keseluruhan besaran absorbansi berkisar antara 80.12 sampai 92.04%, maka setelah ditandem
% A b so rb an si 0 88 92 96 100 a Panjang Gelombang (nm) 400 500 600 700 800 % A b so rb an si 0 70 75 80 85 90 95 100 b
Gambar 8 Perbandingan antara absorbansi film tipis BST ketika tidak ditandem (―∆―) dan ditandem dengan kristal fotonik (―○―) yang dinyatakan dalam bentuk persentase dengan memvariasikan fraksi mol barium sebagai fungsi panjang gelombang: (a) fraksi mol x = 0.45; (b) fraksi mol x = 0.55
18
dengan kristal fotonik, untuk fraksi mol tertentu terjadi peningkatan rata-rata keseluruhan nilai absorbansi dan daerah absorbsi (serapan) maksimum semakin bertambah lebar menjadi sepanjang spektrum cahaya tampak serta memiliki nilai serapan (absorbansi maksimum( yang hampir sama (seragam).
Rentang spektrum cahaya tampak yang dimaksud terletak pada kisaran panjang gelombang ( ) 400 sampai 625 nm (spektrum cahaya ungu sampai merah) dengan rata-rata keseluruhan persentase absorbansi di atas 92.67% (antara 92.67 sampai 97.09%). Sedangkan pada daerah spektrum cahaya merah sampai inframerah, 626 nm ≤ ≤ 800 nm, seperti tampak pada Gambar 6, terlihat bahwa untuk setiap fraksi mol tertentu, rata-rata keseluruhan persentase absorbansi oleh film BST turun menjadi antara 85.28 sampai 92.63%.
Besarnya peningkatan rata-rata keseluruhan absorbansi film tipis BST yang ditandem lapisan kristal fotonik pada film BST dengan variasi fraksi mol berkisar antara 3.04 sampai 13.33%. Pada fraksi mol x = 0.25 rata-rata keseluruhan persentase absorbansi meningkat sebesar 3.96% dari 92.4% menjadi 95.68% (Gambar 7a). Pada fraksi mol x = 0.35, rata-rata peningkatan persentase absorbansi naik sebesar 7.07% menjadi 89.45% dari sebelumnya 83.55% (Gambar 7b). Selanjutnya, rata-rata keseluruhan absorbansi film tipis BST yang ditandem lapisan kristal fotonik pada film BST pada fraksi mol x = 0.45 meningkat dari sebelumnya 91.16% menjadi 93.93% atau hanya meningkat sebesar 3.04% (Gambar 8a), dan pada fraksi mol x = 0.55 mengalami peningkatan paling tinggi sebesar 13.33% dari rata-rata persentase absorbansi sebelumnya 80.13% menjadi 90.81% (Gambar 8b).
Tabel 4 memperlihatkan peningkatan persentase nilai absorbansi film tipis BST untuk seluruh variasi fraksi mol setelah ditandem lapisan kristal fotonik pada semua rentang spektrum warna cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Peningkatan terbesar terdapat fraksi mol x = 0.55 dengan peningkatan tertinggi terdapat pada spektrum warna jingga sebesar 37.71%, disusul kemudian spektrum warna kuning yang mengalami peningatan sebesar 33.53%. Berikutnya setelah spektrum warna kuning adalah spektrum ungu, merah, biru dan hijau dengan besar peningkatan berturut-turut 17.85, 12.32, 11.24 dan 9.96%. Sedangkan peningkatan terendah terdapat pada fraksi mol x = 0.25 kecuali pada spektrum warna merah (fraksi mol x = 0.45). Persentase peningkatan terendah berada pada spektrum warna ungu dengan besar peningkatan hanya sebesar 0.39% diikuti oleh spektrum warna biru, hijau, merah, kuning dan jingga dengan besar persentase peningkatan berturut-turut sebesar 0.87, 2.08, 2.55, 6.44 dan 7.03%.
Terjadinya peningkatan absorbansi film tipis BST yang dinyatakan dalam bentuk persentase dengan besar yang bervariasi untuk setiap fraksi mol x pada penelitian ini jika dibandingkan dengan sebelum film tipis tersebut ditandem dengan lapisan kristal fotonik disebabkan oleh struktur dan karakterisasi lapisan kristal fotonik yang dipakai.
Kristal fotonik yang dipakai pada penelitian ini terbuat dari material gelas
borossicate crown atau yang biasa dikenal dengan BK-7 dengan indeks bias 1.52
dan terdiri atas 14 layer dengan dua material dielektrik yang berbeda (indek bias tinggi dan rendah). Dua material yang berbeda tersebut berupa OS-5 yang merupakan campuran ZrO2 dan TiO2 serta MgF2, dengan indeks bias masing-masing 2.1 dan 1.38 (Maulina et al. 2011). Selain itu, kristal fotonik yang digunakan memiliki karakteristik nilai transmitansi maksimum pada rentang panjang
19
gelombang 485-614 nm dengan transmitansi tertinggi pada panjang gelombang 539.67 nm, artinya pada rentang panjang gelombang tersebut absorbansi minimum.
Proses peningkatan absorbsi foton pada film tipis BST ketika ditandem dengan lapisan kristal fotonik dapat dijelaskan sebagai berikut. Ketika sebuah cahaya polikromatik ditembakkan pada film BST yang telah ditandem dengan lapisan kristal fotonik, ada bagian cahaya dengan panjang gelombang tertentu yang diserap dan diteruskan oleh lapisan BST (Gambar 4 dan 5). Karena tidak semua bagian permukaan susbtrat dilapisi oleh BST, maka ada bagian cahaya polikromatik yang langsung kepermukaan lapisan kristal fotonik yang ditandem. Bagian cahaya yang langsung mengenai permukaan lapisan fotonik ditambah dengan cahaya dengan panjang gelombang tertentu yang diteruskan oleh lapisan BST, dipantulkan lagi oleh lapisan kristal fotonik ke BST. Total spektrum cahaya yang dipantulkan Tabel 4 Persentase peningkatan rata-rata keseluruhan nilai absorbansi setiap fraksi mol tanpa lapisan kristal fotonik (TLPC) dan ditandem lapisan kristal fotonik (DLPC) pada rentang spekrum cahaya tampak
Spektrum warna/ Panjang
gelombang (nm)
Fraksi mol (x)
Rata-rata keseluruhan nilai absorbansi TLPC (%) DLPC (%) % Peningkatan Ungu 0.25 97.05 97.43 0.39 400-450 0.35 85.26 93.61 9.80 0.45 94.48 97.10 2.77 0.55 79.07 93.18 17.85 Biru 0.25 96.51 97.35 0.87 450-495 0.35 87.95 93.38 6.17 0.45 94.48 96.64 2.28 0.55 83.39 92.77 11.24 Hijau 0.25 95.47 97.45 2.08 495-570 0.35 87.81 93.30 6.26 0.45 94.05 96.81 2.93 0.55 84.36 92.77 9.96 Kuning 0.25 90.79 96.63 6.44 570-590 0.35 75.59 92.58 22.48 0.45 88.48 96.80 9.40 0.55 69.28 92.50 33.53 Jingga 0.25 89.69 95.99 7.03 590-620 0.35 73.32 91.92 25.37 0.45 87.12 96.65 10.93 0.55 66.79 91.98 37.71 Merah 0.25 89.05 94.12 5.69 620-750 0.35 81.19 86.25 6.22 0.45 89.05 91.32 2.55 0.55 79.02 88.76 12.32
20
oleh lapisan kristal fotonik ini kemudian diserap lagi oleh lapisan BST yang berada di atasnya, sehingga cahaya yang diserap oleh BST makin bertambah besar. Semakin bertambahnya jumlah cahaya yang diserap oleh BST seperti yang diperlihatkan pada Gambar 6 dan perbandingan besar serapan sebelum ditandem dengan lapisan kristal fotonik untuk masing-masing fraksi mol seperti yang ditampilkan pada Gambar 7 dan 8.
Disebabkan panjang gelombang yang ditransmisikan oleh BST maksimum pada rentang panjang gelombang 608 sampai 657 nm (Tabel 3) dan karakteristik lapisan kristal fotonik yang digunakan memiliki transmitansi maksimum pada rentang panjang gelombang 485-614 nm, maka spektrum cahaya yang dipantulkan kembali oleh lapisan kristal fotonik dan yang kemudian diserap lagi oleh BST, lebih besar pada rentang panjang gelombang tersebut.
Adanya penyerapan kembali cahaya ini, menyebabkan foton masuk yang bertumbukan langsung dengan atom-atom material dan kemudian menyerahkan energinya pada elektron atom semakin banyak. Disebabkan jumlah foton yang masuk kembali, dan juga menyebabkan elektron tereksitasi ke tinggkat energi yang lebih tinggi lebih banyak berasal dari panjang gelombang spektrum warna cahaya jingga dan kuning dibandingkan dengan spektrum warna cahaya lain, maka menyebabkan pertambahan besaran energi absorbansi yang lebih signifikan pada spektrum warna dengan panjang gelombang tersebut, yaitu spektrum warrna cahaya jingga dan kuning (Tabel 4).
Koefisien Absorbansi (α) dan Konstanta Peredaman (k)
Pada film tipis, koefisien absorbansi (α) memiliki pengaruh terhadap celah energi. Sebagai fungsi transmitansi, koefisien absorbansi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (5). Sebelum menghitung koefisien absorbansi (α), terlebih dahulu menghitung nilai ketebalan (D) dari film tipis BST yang digunakan pada penelitian ini. Ketebalan film tipis BST diperoleh dengan menggunakan metode volumetrik, yaitu dengan membandingkan massa BST sebelum dan setelah
di annealing dengan rapat jenis dan luas permukaan substrat yang ditumbuhkan
BST. Dengan metode volumetrik ini, diperoleh nilai ketebalan (D) film BST sebesar 0.576 m.
Gambar 9 memperlihatkan bahwa berdasarkan hasil perhitungan, pada setiap rentang panjang gelombang tertentu memiliki besar koefisien absorbansi yang berbeda-beda. Disebabkan oleh koefisien absorbansi merupakan fungsi dari transmitansi, maka nilai koefisien absorbansi yang besar menunjukkan panjang gelombang dengan transmitansi minimum atau nilai absorbansinya maksimum. Jadi semakin besar nilai koefisien absorbansi pada panjang gelombang tertentu, maka transmisi cahaya pada panjang gelombang tersebut makin kecil atau nilai absorbansi cahayanya makin besar. Besarnya koefisien absorbansi pada transmitansi minimum atau absorbansi maksimum, kemudian digunakan untuk menentukan besarnya energi foton yang diserap pada panjang gelombang tersebut. Berikutnya, seperti halnya nilai absorbansi atau transmitansi yang diperoleh sebelumnya, penambahan fraksi mol barium yang merubah jari-jari atom barium pada film tipis BST bertambah besar, berakibat pada nilai koefisien absorbansinya yang berkurang.
Fenomena serupa ditunjukkan ketika film BST ditandem dengan lapisan kristal fotonik, terlihat adanya pengurangan nilai koefisien absorbansi ketika fraksi
21
mol barium ditambah. Dan bila dibandingkan dengan sebelum ditandemnya lapisan kristal fotonik, terjadi peningkatan besar nilai koefisien absorbansi seperti halnya yang diperlihatkan Gambar 9.
Pengamatan penurunan nilai koefisien absorbansi akibat penambahan fraksi mol barium pada film BST yang tidak ditandem maupun yang ditandem dengan lapisan kristal fotonik, dilakukan direntang panjang gelombang spektrum cahaya tampak dan difokuskan pada puncak dengan nilai maksimum (1,2) yang mencirikan nilai absorbansi/penyerapan energi cahaya maksimum (nilai transmitansinya minimum) serta pada puncak dengan nilai minimum (3,4) yang mencirikan penyerapan energi cahaya minimum atau nilai transmitansinya maksimum (Tabel 5).
Tabel 5 memperlihatkan bahwa dengan adanya penambahan fraksi mol barium menyebabkan penurunan persentase nilai koefisien absorbansi relatif terhadap fraksi mol x = 0.25 diatas 50% kali meskipun tidak secara linear. Fenomena yang sama juga terjadi pada film BST yang ditandem dengan lapisan kristal fotonik.
Pengamatan juga dilakukan daerah inframerah ( > 750 nm), akan tetapi berdasarkan Gambar 9, pada rentang daerah inframerah tidak terlihat puncak maksimum yang signifikan, sehingga pengamatan penurunan nilai koefisien absorbansi akibat penambahan fraksi mol barium tidak dilakukan.
Panjang gelombang (nm) 400 500 600 700 800 ( x 1 0 3 c m -1 ) 0 40 60 80 100
Gambar 9 Hubungan antara panjang gelombang terhadap koefisien absorbansi film tipis BST tanpa ditandem kristal fotonik untuk fraksi mol, x = 0.25 (―▲―), x = 0.35 (―■―), x = 0.45 (―●―) dan x = 0.55 (―♦―); untuk film yang ditandem dengan lapisan kristal fotonik untuk fraksi mol, x = 0.25 (―∆―), x = 0.35 (―□―), x = 0.45 (―○―) dan x = 0.55 (―◊―)
22
Maddu dan Timuda (2010) mengemukakan, jika cahaya dengan panjang gelombang tertentu mengenai suatu material, maka intensitas gelombang cahaya tersebut akan mengalami atenuasi atau diredam pada jarak yang pendek. Pada kondisi ini amplitudo gelombang akan berkurang secara eksponensial, dengan besar kecilnya pengurungan intensitas ini berbeda untuk setiap material. Hummel (2001) dalam Maddu dan Timuda (2010) memberikan contoh, misalnya pada material dielektrik seperti gelas, pengurangan intesitas kurang kuat bila dibandingkan pada logam yang pengurangannya kuat. Salah satu parameter yang digunakan untuk mengetahui efek peredaman tersebut adalah dengan mengetahui nilai konstanta peredamannya (k). Dengan menggunakan persamaan (6), maka nilai k pada penelitian ini dapat ditentukan.
Seperti halnya dengan material semikonduktor terdeposisi lainnya, lapisan yang berperan dalam proses penyerapan cahaya pada film tipis pada penelitian ini adalah lapisan BST yang ditumbuhkan atau dideposisikan pada substrat TCO. Banyaknya fraksi atau bagian dari energi cahaya yang diserap, tercermin pada nilai konstanta peredaman yang semakin besar (Maddu dan Timuda, 2010). Jadi dapat ditarik sebuah kesimpulan bahwa semakin besar nilai absorbansi atau nilai transmitansi mengecil, maka besar nilai konstanta peredamannya juga semakin besar.
Gambar 10 memperlihatkan besar nilai konstanta peredaman sebagai fungsi panjang gelombang dari film tipis BST sebelum ditandem dengan lapisan kristal fotonik. Seperti halnya nilai koefisien absorbansi yang memiliki besaran tertentu pada panjang gelombang tertentu, konstanta peredaman juga memiliki besaran tertentu pada panjang gelombang tertentu. Dengan demikian, besar kecilnya nilai konstanta peredaman pada suatu panjang gelombang mencerminkan banyaknya Tabel 5 Persentase penurunan relatif nilai koefisien absorbansi film BST pengaruh penambahan fraksi mol barium pada panjang gelombang absorbansi maksimum (1,2) dan minimum (3,4) direntang spektrum cahaya tampak
Fraksi mol (x)
α (x 103 cm-1) Persentase penurunan relatif α (%)A
1 2 3 4 1 2 3 4
Sebelum ditandem lapisan kristal fotonik
0.25 94.77a 73.96b 67.76a 50.20c 100 100 100 100 0.35 55.70a 55.85b 42.32a 34.28c 58.78 75.52 62.46 68.27 0.45 79.91a 69.53b 59.87a 47.87c 84.32 94.01 88.35 95.35 0.55 50.73a 50.81b 36.70a 31.02c 53.53 68.70 54.16 61.79
Setelah ditandem lapisan kristal fotonik
0.25 88.33a - 59.99d - 100 - 100 -
0.35 63.90a - 42.98d - 72.33 - 72.33 -
0.45 81.89a - 49.06d - 92.71 - 92.71 -
0.55 61.82a - 47.63d - 69.99 - 69.99 -
A dilakukan relatif terhadap fraksi mol x = 0.25; a pengamatan pada panjang gelombang 402.84
nm; b pengamatan pada panjang gelombang 447.80 nm; c pengamatan pada panjang gelombang
23
bagian dari energi cahaya yang diserap atau ditransmisikan oleh panjang gelombang tersebut.
Tabel 6 memperlihatkan berdasarkan hasil perhitungan konstanta peredaman pada panjang gelombang spektrum cahaya tampak, terlihat dengan adanya penambahan fraksi mol barium, besar nilai konstanta peredaman mengalami penurunan. Panjang gelombang (nm) 400 500 600 700 800 k ( x 1 0 -2 ) 0 10 15 20 25 30 35
Gambar 10 Hubungan antara panjang gelombang terhadap konstanta peredaman film tipis BST tanpa ditandem kristal fotonik untuk fraksi mol, x = 0.25 (―∆―), x = 0.35 (―□―), x = 0.45 (―○―) dan x = 0.55 (―◊―)
Tabel 6 Persentase penurunan relatif konstanta peredaman film BST pengaruh penambahan fraksi mol barium pada panjang gelombang absorbansi maksimum (1,2) dan minimum (3,4) direntang spektrum cahaya tampak sebelum ditandem lapisan kristal fotonik
Fraksi mol (x)
k (x 10-2) Persentase penurunan relatif k (%)A 1 2 3 4 1 2 3 4 0.25 30.39a 29.89b 23.95c 24.63d 100 100 100 100 0.35 17.86a 22.67b 14.62c 16.36d 58.77 75.84 61.04 66.42 0.45 25.63a 28.20b 21.03c 23.13d 84.34 94.35 87.81 93.91 0.55 16.28a 20.70b 12.71c 14.57d 53.57 69.25 53.07 59.16
A dilakukan relatif terhadap fraksi mol x = 0.25; a pengamatan pada panjang gelombang 402.84
nm; b pengamatan pada panjang gelombang 512.75 nm; c pengamatan pada panjang gelombang
24
Pengamatan dilakukan pada panjang gelombang 402.84 dan 512.75 nm yang merupakan puncak dengan nilai maksimum dan mencerminkan adanya penyerapan energi cahaya paling banyak (1 dan 2), serta panjang gelombang 442.81 dan 602.69 nm yang merupakan puncak penyerapan energi cahaya paling sedikit yang dicirikan dengan nilai minimum terletak pada kedua puncak tersebut (angka 3 dan 4 pada Tabel 6).
Hasil perhitungan seperti yang ditampilkan Tabel 6 menunjukkan terjadi penurunan persentase relatif konstanta peredaman pada fraksi mol x = 0.35 terhadap fraksi mol x = 0.25 sebesar 58.77 dan 75.84% pada puncak yang mencirikan penyerapan energi cahaya maksimum, dan 61.04 dan 66.42 % pada puncak yang mencirikan penyerapan energi cahaya minimum. Berikutnya pada fraksi mol x = 0.45 terjadi penurunan relatif konstanta peredaman terhadap fraksi mol x = 0.25 pada puncak yang mencirikan penyerapan energi cahaya maksimum sebesar 84.34 dan 94.35% serta 87.81 dan 93.91% pada puncak yang mencirikan penyerapan energi cahaya minimum. Terakhir untuk fraksi mol x = 0.55 terhadap fraksi mol x = 0.25 mengalami penurunan relatif konstanta peredaman masing-masing sebesar 54.57 dan 69.25% serta 53.07 dan 59.16% berturut-turut pada puncak yang mencirikan penyerapan energi cahaya maksimum dan minimum.
Fenomena yang sama juga teramati pada nilai konstanta peredaman film BST setelah ditandem dengan lapisan kristal fotonik seperti yang terlihat pada Gambar 11. Penambahan fraksi mol barium, menyebabkan nilai konstanta peredamannya mengalami penurunan. Akan tetapi bila dibandingkan dengan sebelum ditandem lapisan kristal fotonik, nilai konstanta peredamannya lebih besar. Meningkatnya
Panjang gelombang (nm) 400 500 600 700 800 k (x 1 0 -2 ) 10 15 20 25 30 35 40
Gambar 11 Hubungan antara panjang gelombang terhadap konstanta peredaman film tipis BST setelah ditandem kristal fotonik untuk fraksi mol, x = 0.25 (―∆―),x = 0.35 (―□―), x = 0.45 (―○―) dan x = 0.55 (―◊―)
25 besar nilai konstanta peredaman film BST setelah ditandem lapisan kristal fotonik berhubungan dengan adanya peningkatan serapan energi foton oleh lapisan BST yang merupakan material semikonduktor yang terdeposisi pada substrat TCO dalam penelitian ini.
Selain memperlihatkan peningkatan nilai konstanta peredaman film BST setelah ditandem dengan lapisan kristal fotonik, Gambar 11 juga memperlihatkan adanya perbedaan pada panjang gelombang dengan puncak maksimum dan minimum yang mencirikan bahwa pada puncak tersebut nilai konstanta peredaman besar dan kecil. Jika sebelum ditandem dengan lapisan fotonik, nilai konstanta