ABSTRAK
YERRI LARONA. Penumbuhan Film PbNbZrTiO dengan Metode Chemical Solution Deposition dan Uji Sifat Optiknya Dibimbing oleh
MUHAMMAD NUR INDRO dan IRZAMAN
Telah dilakukan penumbuhan film PbNbZrTiO di atas permukaan substrat Corning (TCO) dan Pt(200)/Si(100) dengan metode chemical solution deposision pada kecepatan putaran 3000 rpm selama 30 detik dan diannealing selama 26 jam pada suhu 800 0C.
Penumbuhan PNZT dilakukan secara bertahap yaitu melalui penumbuhan PbZrTiO (PZT) kemudian melakukan pendadahan Nb pada PZT
Hasil dari karakterisasi sampel PZT dan PNZT menunjukkan bahwa stuktur kristal Pil dan film PNZT adalah tetragonal dengan nilai parameter kisi a maksimal sebesar 1,156 Å dan nilai parameter kisi c maksimal adalah sebesar 4,212 Å .
Karakterisasi menggunakan UV-VIS pada film PNZT di atas substrat corning memperlihatkan terjadinya kenaikan nilai transmitansi dan penurunan nilai absorbansi setiap penambahan persentase pendadah niobium (2%, 8%). Pada panjang gelombang 340 nm terjadi kenaikan persentase transmitansi sebesar 3,7% pada pendadahan niobium 2%, kenaikan transmitansi sebesar 5,9% pada pendadahan niobium 8%, penurunan absorbansi sebesar 11,3% dan penurunan absorbansi sebesar 16,2%.
PENUMBUHAN FILM PbNbZrTiO DENGAN METODE
CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION
DAN UJI SIFAT OPTIKNYA
YERRI LARONA
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul : Penumbuhan Film PbNbZrTiO dengan Metode Chemical Solution
Deposition dan Uji Sifat Optiknya
Nama : Yerri Larona
NRP : G74101039
Menyetujui:
Pembimbing I Pembimbing II
Drs. Muhammad Nur Indro, M.Sc NIP: 131663022
Dr. Ir. Irzaman, M.Si NIP: 132133395
Mengetahui,
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Prof.Dr.Ir. Yonny Koesmaryono, M.S NIP: 131473999
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjungpandan pada tanggal 9 Juni 1982 sebagai anak kedua dari lima bersaudara pasangan Eri Muchlis dan Sisca Ersilia.Penulis lulus dari SMU Negeri 2 Tanjungpandan pada tahun 2000 dan pada tahun 2001 melanjutkan pendidikan di Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor melalui jalur Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN).
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena hanya dengan izin dan kehendak-Nyalah penulis dapat menyelesaikan penelitian dan karya tulis ilmiah dengan judul Penumbuhan Film PbNbZrTiO dengan Metode Chemical Solution Deposition. Alasan penulis membuat tulisan ini adalah untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains di Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.
Penulis memilih tema dan judul seperti yang tertera di atas adalah karena ketertarikan penulis di bidang fisika material dan belum terlalu banyak peneliti yang meneliti efek pendadahan niobium pada PZT, padahal bisa jadi bahan ini memiliki prospek yang bagus sebagai alat sensor infra, dan perangkat elektronik lainnya.
Penulis menyadari bahwa selesainya penulisan karya ilmiah ini tidak terlepas dari pihak-pihak yang telah banyak membantu. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Drs. M. Nur Indro, M.Sc. selaku dosen Pembimbing yang telah memberikan saran, bimbingan, koreksi dan motivasi selama pengerjaan tugas akhir ini.
2. Bapak Dr. Ir. Irzaman, M.Si, Bapak Dr. Muhammad Hikam, yang pada kenyataannya telah menjadi pembimbing penulis.
3. Ibunda Sisca Ersilia dan Ayahanda Eri Muchlis. Terima kasih atas curahan doa, kasih sayang, keringat dan air matanya.
4. Bapak Ir. Irmansyah, M.Si dan Bapak Akhiruddin Maddu, M.Si sebagai penguji skripsi dan seluruh staf pengajar Departemen Fisika IPB.
5. Bang Yudhi Ricardo, Adik Yefri Sagita, Melva Gisella dan Yudha Rinaldi. 6. Richie, Hasan, gerET, ain, pam2, dan coe, Restu n gofo. Thanx 2 every thing! 7. Seluruh personel MAFIA 38 terimakasih atas persahabatan yang selama ini
diberikan.
8. Mc.Gunns, Qdr, ipul, fuady, ichwan, mantje,cepot, kin, engz n ndang.
9. Suryandi, Usman Gumanti, Zulfikar, Edu, Mi-, Isra dan teman-teman seperjuangan lain di Belitung.
10.Bang Rully, Mas Akas, Zaenal, Budi, Edo, Pak Mardjohan dan Ibu Riri. 11... Dan semua orang yang memberikan arti bahwa hidup ini indah...
Penulis menyadari masih banya kekurangan pada tulisan ini, oleh karenanya penulis sangat berharap penelitian di bidang ini dilanjutkan. Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini dapat menjadi sumbangsih dalam pengembangan ilmu fisika material.
Bogor, Oktober 2006
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... i
PRAKATA... ii
DAFTAR ISI... iii
PENDAHULUAN Latar Belakang... 1
Tujuan Penelitian... ... 1
TINJAUAN PUSTAKA Bahan PZT... ... 1
Bahan PZT Didadah Niobium (PNZT) ... 2
Metode Chemical Solution Deposition (CSD)... 2
Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD)... 2
Sifat Optik ... ... 3
BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian... 3
Alat dan Bahan... 3
Pembuatan Film 1. Pembuatan Pil (Bulk) PZT ... 3
2. Pembuatan Pil PNZT... 3
3. Karakterisasi Pil PZT dan PNZT... .. 4
4. Persiapan Substrat... .... 4
5. Pembuatan Larutan... 4
6. Proses Penumbuhan Film ... 4
7. Proses Re-annealing... 4
8. Karakterisasi XRD dari Film PNZT... 4
9. Penentuan Nilai Parameter Kisi ... 4
10.Karakterisasi UV-VIS ... 5
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil Pembuatan Pil (Bulk) PZT ... 5
2. Hasil Pembuatan Pil PNZT...5
3. Hasil Karakterisasi Pil PZT dan PNZT... 5
4. Hasil Persiapan Substrat... 5
6. Hasil Penumbuhan Film... 6
7. Hasil Re-annealing... 6
8. Karakterisasi XRD dari Film PNZT ... 6
9. Hasil Penentuan Nilai Parameter Kisi... 6
10. Hasil Karakterisasi UV-VIS... 7
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ... 9
Saran... 9
DAFTAR PUSTAKA ... 9
DAFTAR GAMBAR
1. Struktur Perovskite PZT ... 1
2. Kurva Proses annealing... 3
3. Pola XRD Pil PbZr0,52 TiO0,48 O3... 5
4. Pola XRD film PNZT di atas substrat Corning... 6
5. Pola XRD film PNZT di atas substrat Pt(200)/Si(100) ... 6
6. Kurva transmitansi PNZT di atas substrat Corning... 8
7. Kurva absorbansi PNZT di atas substrat Corning ... 8
DAFTAR TABEL Tabel 1. Perbandingan massa zat penyusun PNZT ... 5
Tabel 2. Nilai parameter kisi pil PZT, pil dan film PNZT ... 6
Tabel 3. Nilai transmitansi untuk sampel PNZT pada daerah λ = 340 nm ... 8
DAFTAR LAMPIRAN
1. Diagram Tahap Penelitian ... 10
2. Data ICDD (International Centre for Diffraction Data)... 11
3. Perhitungan parameter kisi Pil PZT murni ... 12
4. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 1% ... 13
5. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 2% ... 14
6. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 8% ... 15
7. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 1% di a- tas substrat Corning... 17
8. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 2% di a- tas substrat Corning... 17
9. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di a- tas substrat Corning... 18
10. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di a- tas substrat Pt(200)/Si(100) ... 18
11. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di a- tas substrat Pt(200)/Si(100) ... 19
12. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 1% di atas sub- strat Corning... 21
13. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 2% di atas sub- strat Corning... 22
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perubahan selalu terjadi dalam sejarah perkembangan dan kemajuan peradaban manusia. Salah satu faktor yang dominan dalam setiap perubahan yang terjadi adalah ilmu pengetahuan dan teknologi. Sebagai salah satu cabang ilmu yang menjadi ilmu dasar, Fisika tentu saja memegang peranan penting dalam pekembangan teknologi. Saat ini para fisikawan di bidang Fisika material sedang menggalakkan penelitian tentang kemungkinan penggunaan lebih luas dari bahan ferroelektrik untuk pembuatan sensor infra merah, sel surya dan transformator. Sensor infra merah menurut fenomena yang mendasarinya dibagi menjadi dua kelompok besar, yaitu sensor foton dan sensor termal. Bahan ferroelektrik (termasuk pyroelektrik) merupakan contoh dari sensor termal.
Contoh dari bahan ferroelektrik yang sedang diteliti saat ini adalah Lead Zirconium Titanate PbZr1-x TixO3 (PZT). Material PZT memiliki prospek yang cerah apabila digunakan sebagai sensor infra merah. Alasan yang mendasarinya adalah bahan tersebut memiliki mutu kristal yang tinggi (berbentuk kristal tunggal), memiliki tetapan dielektrik yang tinggi (sebesar 4,2x10-4 C/m2K) dan memiliki daerah operasi di sekitar suhu kamar (300 K). Material PZT yang didadah dengan oksida juga dianggap potensial karena memiliki sifat yang sama dengan PZT. [1,2]
Film tipis PZT yang didadah niobium dapat dibuat dengan metode Chemical Solution Deposition (CSD) dan Spin Coating. CSD adalah metode penumbuhan film pada suhu kamar dimana target berupa larutan diteteskan pada substrat. Keunggulan dari teknik ini adalah tidak rumit dan relatif membutuhkan biaya yang murah. Spin Coating yang digunakan memakai kecepatan putar 3000 rpm dan waktu putar selama 30 detik.[3,1]
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Melakukan penumbuhan film PbNbZrTiO (PNZT) di atas substrat Corning dan Pt(200)/Si(100) dengan metode spin coating dan CSD.
2 Karakterisasi bubuk PZT dan PNZT dengan difraksi sinar X (XRD).
3. Mengamati sifat optik dari film PNZT di atas substrat Corning meliputi nilai transmitansi dan absorbansi.
TINJAUAN PUSTAKA
Bahan PZT
PZT merupakan salah satu bahan ferroelektrik yang memiliki polarisasi spontan yang berlawanan (anti pararel) satu dengan yang lainnya yang dibuat dengan mencampurkan PbZrO3 (timbal zirkonat) dengan PbTiO3 (timbal titanat). Persamaan reaksinya mengikuti persamaan (1).
xPbTiO3+(1-x) PbZrO3→PbZr1-xTixO3 PbTiO3 (1)
ferroelektrik adalah suatu bahan yang memiliki suhu Curie sebesar 490 0C dan PbZrO3 adalah suatu bahan antiferroelektrik yang memiliki suhu Curie sebesar 230 0C. Struktur material ferroelektrik/pyroelektrk (PZT) umumnya dapat diklasifikasikan dalam bentuk perovskite.[1,4,5]
Bentuk perovskite secara sederhana dapat diartikan sebagai formula ABO3. Unsur A dapat berupa logam monovalen, divalen, atau trivalen dan unsur B dapat berupa unsur pentavalen, tetravalen, atau trivalen serta unsur O adalah oksigen. Struktur perovskite ideal berbentuk kubus sederhana dengan kation A mewakili ion 4+ mengambil posisi di diagonal ruang kubik, sedangkan kation B mewakili ion 2+ berada di pojok dan atom-atom oksigen dengan ion 2- berada di diagonal ruang. Gambar 1 memperlihatkan bentuk perovskite dari PZT.
Pb Zr/Ti
O
ABSTRAK
YERRI LARONA. Penumbuhan Film PbNbZrTiO dengan Metode Chemical Solution Deposition dan Uji Sifat Optiknya Dibimbing oleh
MUHAMMAD NUR INDRO dan IRZAMAN
Telah dilakukan penumbuhan film PbNbZrTiO di atas permukaan substrat Corning (TCO) dan Pt(200)/Si(100) dengan metode chemical solution deposision pada kecepatan putaran 3000 rpm selama 30 detik dan diannealing selama 26 jam pada suhu 800 0C.
Penumbuhan PNZT dilakukan secara bertahap yaitu melalui penumbuhan PbZrTiO (PZT) kemudian melakukan pendadahan Nb pada PZT
Hasil dari karakterisasi sampel PZT dan PNZT menunjukkan bahwa stuktur kristal Pil dan film PNZT adalah tetragonal dengan nilai parameter kisi a maksimal sebesar 1,156 Å dan nilai parameter kisi c maksimal adalah sebesar 4,212 Å .
Karakterisasi menggunakan UV-VIS pada film PNZT di atas substrat corning memperlihatkan terjadinya kenaikan nilai transmitansi dan penurunan nilai absorbansi setiap penambahan persentase pendadah niobium (2%, 8%). Pada panjang gelombang 340 nm terjadi kenaikan persentase transmitansi sebesar 3,7% pada pendadahan niobium 2%, kenaikan transmitansi sebesar 5,9% pada pendadahan niobium 8%, penurunan absorbansi sebesar 11,3% dan penurunan absorbansi sebesar 16,2%.
PENUMBUHAN FILM PbNbZrTiO DENGAN METODE
CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION
DAN UJI SIFAT OPTIKNYA
YERRI LARONA
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul : Penumbuhan Film PbNbZrTiO dengan Metode Chemical Solution
Deposition dan Uji Sifat Optiknya
Nama : Yerri Larona
NRP : G74101039
Menyetujui:
Pembimbing I Pembimbing II
Drs. Muhammad Nur Indro, M.Sc NIP: 131663022
Dr. Ir. Irzaman, M.Si NIP: 132133395
Mengetahui,
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Prof.Dr.Ir. Yonny Koesmaryono, M.S NIP: 131473999
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjungpandan pada tanggal 9 Juni 1982 sebagai anak kedua dari lima bersaudara pasangan Eri Muchlis dan Sisca Ersilia.Penulis lulus dari SMU Negeri 2 Tanjungpandan pada tahun 2000 dan pada tahun 2001 melanjutkan pendidikan di Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor melalui jalur Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN).
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena hanya dengan izin dan kehendak-Nyalah penulis dapat menyelesaikan penelitian dan karya tulis ilmiah dengan judul Penumbuhan Film PbNbZrTiO dengan Metode Chemical Solution Deposition. Alasan penulis membuat tulisan ini adalah untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains di Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.
Penulis memilih tema dan judul seperti yang tertera di atas adalah karena ketertarikan penulis di bidang fisika material dan belum terlalu banyak peneliti yang meneliti efek pendadahan niobium pada PZT, padahal bisa jadi bahan ini memiliki prospek yang bagus sebagai alat sensor infra, dan perangkat elektronik lainnya.
Penulis menyadari bahwa selesainya penulisan karya ilmiah ini tidak terlepas dari pihak-pihak yang telah banyak membantu. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Drs. M. Nur Indro, M.Sc. selaku dosen Pembimbing yang telah memberikan saran, bimbingan, koreksi dan motivasi selama pengerjaan tugas akhir ini.
2. Bapak Dr. Ir. Irzaman, M.Si, Bapak Dr. Muhammad Hikam, yang pada kenyataannya telah menjadi pembimbing penulis.
3. Ibunda Sisca Ersilia dan Ayahanda Eri Muchlis. Terima kasih atas curahan doa, kasih sayang, keringat dan air matanya.
4. Bapak Ir. Irmansyah, M.Si dan Bapak Akhiruddin Maddu, M.Si sebagai penguji skripsi dan seluruh staf pengajar Departemen Fisika IPB.
5. Bang Yudhi Ricardo, Adik Yefri Sagita, Melva Gisella dan Yudha Rinaldi. 6. Richie, Hasan, gerET, ain, pam2, dan coe, Restu n gofo. Thanx 2 every thing! 7. Seluruh personel MAFIA 38 terimakasih atas persahabatan yang selama ini
diberikan.
8. Mc.Gunns, Qdr, ipul, fuady, ichwan, mantje,cepot, kin, engz n ndang.
9. Suryandi, Usman Gumanti, Zulfikar, Edu, Mi-, Isra dan teman-teman seperjuangan lain di Belitung.
10.Bang Rully, Mas Akas, Zaenal, Budi, Edo, Pak Mardjohan dan Ibu Riri. 11... Dan semua orang yang memberikan arti bahwa hidup ini indah...
Penulis menyadari masih banya kekurangan pada tulisan ini, oleh karenanya penulis sangat berharap penelitian di bidang ini dilanjutkan. Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini dapat menjadi sumbangsih dalam pengembangan ilmu fisika material.
Bogor, Oktober 2006
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... i
PRAKATA... ii
DAFTAR ISI... iii
PENDAHULUAN Latar Belakang... 1
Tujuan Penelitian... ... 1
TINJAUAN PUSTAKA Bahan PZT... ... 1
Bahan PZT Didadah Niobium (PNZT) ... 2
Metode Chemical Solution Deposition (CSD)... 2
Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD)... 2
Sifat Optik ... ... 3
BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian... 3
Alat dan Bahan... 3
Pembuatan Film 1. Pembuatan Pil (Bulk) PZT ... 3
2. Pembuatan Pil PNZT... 3
3. Karakterisasi Pil PZT dan PNZT... .. 4
4. Persiapan Substrat... .... 4
5. Pembuatan Larutan... 4
6. Proses Penumbuhan Film ... 4
7. Proses Re-annealing... 4
8. Karakterisasi XRD dari Film PNZT... 4
9. Penentuan Nilai Parameter Kisi ... 4
10.Karakterisasi UV-VIS ... 5
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil Pembuatan Pil (Bulk) PZT ... 5
2. Hasil Pembuatan Pil PNZT...5
3. Hasil Karakterisasi Pil PZT dan PNZT... 5
4. Hasil Persiapan Substrat... 5
6. Hasil Penumbuhan Film... 6
7. Hasil Re-annealing... 6
8. Karakterisasi XRD dari Film PNZT ... 6
9. Hasil Penentuan Nilai Parameter Kisi... 6
10. Hasil Karakterisasi UV-VIS... 7
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ... 9
Saran... 9
DAFTAR PUSTAKA ... 9
DAFTAR GAMBAR
1. Struktur Perovskite PZT ... 1
2. Kurva Proses annealing... 3
3. Pola XRD Pil PbZr0,52 TiO0,48 O3... 5
4. Pola XRD film PNZT di atas substrat Corning... 6
5. Pola XRD film PNZT di atas substrat Pt(200)/Si(100) ... 6
6. Kurva transmitansi PNZT di atas substrat Corning... 8
7. Kurva absorbansi PNZT di atas substrat Corning ... 8
DAFTAR TABEL Tabel 1. Perbandingan massa zat penyusun PNZT ... 5
Tabel 2. Nilai parameter kisi pil PZT, pil dan film PNZT ... 6
Tabel 3. Nilai transmitansi untuk sampel PNZT pada daerah λ = 340 nm ... 8
DAFTAR LAMPIRAN
1. Diagram Tahap Penelitian ... 10
2. Data ICDD (International Centre for Diffraction Data)... 11
3. Perhitungan parameter kisi Pil PZT murni ... 12
4. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 1% ... 13
5. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 2% ... 14
6. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 8% ... 15
7. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 1% di a- tas substrat Corning... 17
8. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 2% di a- tas substrat Corning... 17
9. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di a- tas substrat Corning... 18
10. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di a- tas substrat Pt(200)/Si(100) ... 18
11. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di a- tas substrat Pt(200)/Si(100) ... 19
12. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 1% di atas sub- strat Corning... 21
13. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 2% di atas sub- strat Corning... 22
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perubahan selalu terjadi dalam sejarah perkembangan dan kemajuan peradaban manusia. Salah satu faktor yang dominan dalam setiap perubahan yang terjadi adalah ilmu pengetahuan dan teknologi. Sebagai salah satu cabang ilmu yang menjadi ilmu dasar, Fisika tentu saja memegang peranan penting dalam pekembangan teknologi. Saat ini para fisikawan di bidang Fisika material sedang menggalakkan penelitian tentang kemungkinan penggunaan lebih luas dari bahan ferroelektrik untuk pembuatan sensor infra merah, sel surya dan transformator. Sensor infra merah menurut fenomena yang mendasarinya dibagi menjadi dua kelompok besar, yaitu sensor foton dan sensor termal. Bahan ferroelektrik (termasuk pyroelektrik) merupakan contoh dari sensor termal.
Contoh dari bahan ferroelektrik yang sedang diteliti saat ini adalah Lead Zirconium Titanate PbZr1-x TixO3 (PZT). Material PZT memiliki prospek yang cerah apabila digunakan sebagai sensor infra merah. Alasan yang mendasarinya adalah bahan tersebut memiliki mutu kristal yang tinggi (berbentuk kristal tunggal), memiliki tetapan dielektrik yang tinggi (sebesar 4,2x10-4 C/m2K) dan memiliki daerah operasi di sekitar suhu kamar (300 K). Material PZT yang didadah dengan oksida juga dianggap potensial karena memiliki sifat yang sama dengan PZT. [1,2]
Film tipis PZT yang didadah niobium dapat dibuat dengan metode Chemical Solution Deposition (CSD) dan Spin Coating. CSD adalah metode penumbuhan film pada suhu kamar dimana target berupa larutan diteteskan pada substrat. Keunggulan dari teknik ini adalah tidak rumit dan relatif membutuhkan biaya yang murah. Spin Coating yang digunakan memakai kecepatan putar 3000 rpm dan waktu putar selama 30 detik.[3,1]
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Melakukan penumbuhan film PbNbZrTiO (PNZT) di atas substrat Corning dan Pt(200)/Si(100) dengan metode spin coating dan CSD.
2 Karakterisasi bubuk PZT dan PNZT dengan difraksi sinar X (XRD).
3. Mengamati sifat optik dari film PNZT di atas substrat Corning meliputi nilai transmitansi dan absorbansi.
TINJAUAN PUSTAKA
Bahan PZT
PZT merupakan salah satu bahan ferroelektrik yang memiliki polarisasi spontan yang berlawanan (anti pararel) satu dengan yang lainnya yang dibuat dengan mencampurkan PbZrO3 (timbal zirkonat) dengan PbTiO3 (timbal titanat). Persamaan reaksinya mengikuti persamaan (1).
xPbTiO3+(1-x) PbZrO3→PbZr1-xTixO3 PbTiO3 (1)
ferroelektrik adalah suatu bahan yang memiliki suhu Curie sebesar 490 0C dan PbZrO3 adalah suatu bahan antiferroelektrik yang memiliki suhu Curie sebesar 230 0C. Struktur material ferroelektrik/pyroelektrk (PZT) umumnya dapat diklasifikasikan dalam bentuk perovskite.[1,4,5]
Bentuk perovskite secara sederhana dapat diartikan sebagai formula ABO3. Unsur A dapat berupa logam monovalen, divalen, atau trivalen dan unsur B dapat berupa unsur pentavalen, tetravalen, atau trivalen serta unsur O adalah oksigen. Struktur perovskite ideal berbentuk kubus sederhana dengan kation A mewakili ion 4+ mengambil posisi di diagonal ruang kubik, sedangkan kation B mewakili ion 2+ berada di pojok dan atom-atom oksigen dengan ion 2- berada di diagonal ruang. Gambar 1 memperlihatkan bentuk perovskite dari PZT.
Pb Zr/Ti
O
2
LiTaO3, BaSr1-xTixO3 yang memiliki nilai dielektrikum yang lebih kecil. Nilai koefisien arus pyroelektrik LiTaO3, PT masing-masing 2,0 x 10-4C/m2K dan 2,3 x 10-4C/m2K, sedangkan PZT lebih tinggi yakni 4,2 x 10
Fungsi XRD adalah untuk menentukan sistem kristal (kubus, tetragonal, ortorombik, rombohedral, heksagonal, monoklin, triklin), menentukan kualitas kristal (single crystal, polysrystal, amorphous), menentukan simetri kristal, menentukan cacat kristal, mencari parameter kristal (parameter kisi, jarak antar atom, jumlah atom per unit sel), identifikasi campuran (misal pada alloy) dan analisis kimia.
-4
C/m2K, dan 12,3 x 10-4 C/m2K. [1,6]
Bahan PNZT
Reaksi PZT didadah niobium sesuai dengan persamaan (2)
PbZrxTi1-xO3+NbÆPb1-y/2 (ZrxTi1-x-y Nby)O3 (2) Nb5+ merupakan bahan ferroelektik dengan jenis soft doping, efek dari soft doping ini adalah menghasilkan bahan PNZT yang lebih soften (menyebabkan sifat medan koersif yang lebih rendah, bulk resistivity dan coefficient elasticity yang lebih tinggi). Penambahan niobium yang didadahkan akan menggantikan posisi dari unsur Zr4+ atau unsur Ti4+ secara acak. Hal ini terjadi karena ion Nb5+ termasuk dalam ion doping yang memiliki jari-jari kecil. Adanya perbedaan muatan antara unsur Zr4+/Ti4+ yang memiliki elektron valensi empat dan unsur Nb5+ yang bervalensi lima mengakibatkan kelebihan satu muatan positif pada struktur perovskite. Kelebihan muatan ini dinetralisir dengan terbentuknya ruang kosong pada posisi A (A-vacancies). Soft doping disebut juga dengan istilah donor doping karena menyumbang valensi yang berlebihan di dalam struktur kristal. Pendadahan niobium sangat tidak efektif untuk menghasilkan dipol-dipol listrik yang bergerak. [1, 2, 7]
Metode Chemical SolutionDeposition (CSD)
Film tipis dari bahan PZT dapat dibuat dengan berbagai metode seperti sputtering[8], pulsed laser deposition [9], chemical vapor deposition dan chemical solution deposition. Metode Chemical Solution Deposition (CSD) merupakan cara pembuatan film tipis dengan pendeposisian larutan bahan kimia di atas substrat, kemudian dipreparasi dengan spin coating pada kecepatan tertentu. Parameter yang perlu diperhatikan pada penelitian ini adalah kecepatan putar dan konsentrasi pelarut. [10, 11]
Substrat yang digunakan pada pembuatan film ini adalah bahan Corning. Sebelumnya, para peneliti telah menyelidiki efek substrat dengan film yang dihasilkan. film penyangga yang telah digunakan diantaranya adalah CeO2(111) di atas substrat Si (100), Pt, MgO, LaAlO3(100) dan Ytrium Stabilized Zirkonia (YSZ). [12, 13, 14]
Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD)
Sinar-X merupakan sinar elektromagetik yang dapat didifraksikan oleh kisi kristal. Tetapi sinar-X memiliki panjang gelombang yang pendek sehingga untuk dapat mendifraksikan, sinar-X harus menggunakan jalur yang letaknya sangat berdekatan dan memiliki keteraturan yang tinggi, kondisi ini akan dipengaruhi oleh atom-atom pada kristal. Atom-atom di dalam kristal bertindak sebagai jalur pendifraksi. Mengingat jarak antar atom dalam kristal yang sangat pendek, maka sinar-X dapat digunakan untuk mengkarakterisasi material kristalin. Secara umum untuk kisi kristal berlaku persamaan (3), sedangkan untuk kristal tetragonal berlaku persamaan (4)
2 sind
Pola difraksi dari dari sistem kubik memenuhi persamaan (5)
(
)
2ntuk menganalisis konstanta kisi struktur U
tetragonal menggunakan metode Cohen memenuhi persamaan (6)
2 2 2
3
Keterangan: d = jarak antar bidang; a, c = konstanta kisi; h, k, l = indeks Miller; λ = panjang gelombang (untuk elemen Cu = 1,54056 Å); θ = sudut difraksi; α = Untuk memperoleh bilangan numerik A, B, C persamaan (7) diselesaikan dengan metode Cramer. [15]
Sifat Optik
Absorbansi (A)
Didefinisikan sebagai :
I I
A=log 0 (8)
Karena untuk lapisan tipis berlaku :
d
Transmitansi (T)
Didefinisikan sebagai rasio antara intensitas cahaya yang ditransmisikan dengan intensitas cahaya yang menuju sampel.
0
I I
T= (11)
Dengan melakukan substitusi persamaan (8) dan (11), didapatkan hubungan antara absorbansi dan transmitansi sebagai berikut :
A = – log T (12)
Reflektansi (R)
Didefinisikan sebagai rasio antara intensitas cahaya yang dipantulkan, IR, dengan
intensitas cahaya awal, I0.(5),(13) transmitansi dan koefisien absorpsi dengan hubungan sebagai berikut :
( )
atau bisa dituliskan kembali sebagai berikut. :
[
d]
T
R= .exp21α.
(15)
BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboraturium Fisika Material Institut Pertanian Bogor, Laboraturium Fisika Material Universitas Indonesia Depok dan Laboraturium Pasca Sarjana Universitas Indonesia Salemba mulai Maret sampai dengan September tahun 2005.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah timbangan Sartonius Model BL 6100, Alat pengepres merk Shimizu, pemanas Furnace Nabertherm Model S27, seperangkat alat reaktor spin coating, tabung gelas oksigen, mortal, pipet, gelas ukur, pyrek 25 ml, pyrek 10 ml, tabung reaksi, setrika, pinset, gunting, stop watch, sarung tangan karet, cawan, beker gelas, tissue, isolasi, seperangkat alat difraksi sinar-X merk Philips Analitical PW 3710 based dan alat SEM merk Jeoul seri JSM-5310LV (yang terdapat di UI, Salemba). Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bubuk lead titanat (PbTiO3, 99%), bubuk lead zirkonat (PbZrO3, 99%), pelarut 2-metoksietanol [H3COCH2CH2OH, 99%], substrat Corning, substrat Pt(200)/Si(100), niobium oksida,
pembersih substrat, plumbumasetat trihidrat, zirconium n-propoksida, titanium
isopropoksida, gas N2 dan O2, pasta perak dan alumunim foil.
Pembuatan Sampel PZT dan PNZT
1. Pembuatan Pil PZT
4
10 Gambar 2 Kurva proses annealing
2. Pembuatan Pil PNZT
Pil PNZT dibuat dengan cara menambahkan Nb2O3 pada campuran PbZrO3 dan PbTiO3 dengan variasi pendadahan sebanyak 1%, 2% dan 8%, lalu digerus selama tujuh jam di dalam mortar sehingga tercipta bubuk PNZT. Bubuk PNZT yang telah jadi dipres menjadi pil dengan jari-jari 1 cm, selanjutnya pil tersebut diannealing dengan perlakuan yang sama dengan PZT seperti pada tahap 1.
3. Karakterisasi Pil PZT dan PNZT
Analisis struktur kristal yang sudah berbentuk pil dari bahan PZT dan PNZT diamati dengan alat XRD model Philips Analitical PW3710. Semua pengamatan dilakukan dari sudut(2θ ) 200 sampai 800 dengan kenaikan sudut 0,020 setiap setengah detik. Hal ini dilakukan untuk memastikan bahwa telah tumbuh fase kristal PZT dan PNZT pada sampel.
4. Persiapan Substrat
Substrat yang digunakan adalah Corning dan substrat Pt(200)/Si(100). Substrat tersebut dipotong membentuk segi empat dengan ukuran yang sesuai, yaitu 1 cm x 1 cm. Lalu substrat-substrat tersebut dicuci.
Langkah pembersihan substrat Corning adalah: substrat dilap dengan kertas tissue lalu dimasukkan ke larutan etanol selama 1 menit, kemudian substrat dikeringkan dengan menggunakan mesin kompresi, setelah itu masukkan substrat ke dalam dye water selama 1 menit dan kembali substrat dikeringkan. Langkah ini diulangi sebanyak 3 kali dan jika substrat masih belum bersih, lap kembali substrat dengan tissue dan ulangi kembali proses pencuciannya. Apabila etanol tidak tersedia maka dapat digunakan metanol 99%, sedangkan dye water dapat diganti dengan aquades.
Substrat Pt(100)/Si(200) dicuci dengan cara dibersihkan dengan metanol selama 5 menit, proses ini diulang sebanyak tiga kali ulangan, kemudian substrat dikeringkan di atas setrika selama 30 menit.
Suhu (0C)
Tann
5. Pembuatan Larutan
Untuk mendapatkan larutan, 0,42 gram bubuk PNZT yang dihasilkan diambil dan dihaluskan dengan cara digerus selama satu jam. Dalam proses ini bubuk diberikan pelarut berupa 2-metoksietanol agar didapat larutan 0,5 M. Setelah itu larutan dikocok selama kurang lebih satu jam yang bertujuan agar larutan merata dan akhirnya larutan tersebut disaring dengan menggunakan kertas saring sehingga didapat larutan yang baik.
6. Proses Penumbuhan Film
Substrat diletakkan di atas reaktor spin coating yang telah ditempel dengan isolasi pada posisi di tengah-tengah, lalu dilakukan penetesan larutan sebanyak tiga tetes ke atas substrat (sekitar 2 ml) kemudian dilakukan pemutaran reaktor spin coating yang diset 3000 rpm selama 30 detik agar semua laruatan yang diteteskan dapat menyebar ke seluruh permukaan dengan rata. Setelah itu sampel diambil dengan menggunakan pinset dan diletakkan di atas setrika lalu dipanaskan selama 1 jam pada suhu sekitar 1300C. Pemanasan ini bertujuan untuk menguapkan bahan pengotor.
7. Proses Re-annealing
Proses re-annealing untuk substrat Pt(200)/Si(100) dilakukan selama sepuluh jam. Pada tiga jam pertama temperatur dinaikkan secara bertahap dari suhu kamar hingga mencapai suhu 750 0C. Selama empat jam berikutnya temperatur distabilkan pada suhu 750 0C dan pada satu jam terakhir temperaur diturunkan secara bertahap hingga mencapai suhu ruang kembali. Untuk substrat corning temperatur maksimal dari perlakuan re-annealing adalah 450 0C selama sepuluh jam. Re-annealing dilakukan untuk menyatukan larutan pada substratnya.
8. Penentuan Nilai Parameter Kisi
Nilai Parameter kisi yang diduga akan muncul pada karakterisasi adalah berupa parameter a dan c. Nilai a dan c yang didapat akan dibandingkan (c/a) untuk mengetahui struktur kristal dari sampel. Pencarian nilai parameter kisi ini menggunakan Metode Cohen dan Metode Creamer.
Waktu (jam)
5
9.Karakterisasi UV-VIS
Karakterisassi UV-VIS digunakan untuk mencari nilai dari transmitansi sampel. Nilai absorbansi didapat melalui hubungan antara transmitansi dengan absorbansi seperti yang tertera pada persamaan (12).
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil Pembuatan Pil PZT
Setelah dilakukan didapatkan kompresi dan annealing didapatkan sebuah pil PZT. Pil ini dibuat dari campuran PbZrO3 sebanyak 3,35 gram dan PbTiO3 sebanyak 2,65 gram. Sampel yang terbentuk memiliki massa sekitar 4,5 gram. Hal ini dikarenakan adanya sampel yang menempel di mortar dan terbuang ketika dilakukan pengepresan.
2. Hasil Pembuatan Pil PNZT
Didapatkan pil PNZT dengan variasi pendadahan niobium yang berbeda masing-masing satu pil. Spesifikasi massa zat penyusun dari pil-pil ini diperlihatkan oleh tabel 1.
Tabel 1 Perbandingan massa zat penyusun PNZT (%Nb)
Pil PbZrO3 PbTiO3 Nb2O3
PNZT 1% 3,35 g 2,65 g 0,06 g PNZT 2% 3,35 g 2,65 g 0,12 g PNZT 8% 3,35 g 2,65 g 0,48 g
Pil yang didapat memiliki massa yang sama dengan pil PZT yaitu sekitar 4,5 gram. Hal ini disebabkan adanya bubuk yang menempel di mortar dan terbuang ketika dilakukan pengepresan.
3. Karakterisasi Pil PZT dan PNZT
Karakterisasi XRD menggunakan alat difraktometer dengan target sinar X berupa tembaga dengan generator voltage 40 kV dan tube current 30 mili Ampere. Hasil dari karakterisasi XRD dari sampel PZT dan PNZT untuk semua variasi pendadahan niobium menunjukkan telah terbentuknya fase kristalin pada sampel, hal ini dapat dilihat pada Gambar 3.
Apabila dibandingkan antara sampel PZT yang didapatkan dengan literaturnya (lampiran 1), maka terlihat bahwa tidak semua puncak pada literatur muncul dan ada puncak puncak baru yang muncul yang diidentifikasi sebagai puncak dari PbZr dan Pb TiO3. Hal
ini menunjukkan bahwa sampel yang dibuat belum sempurna dan menunjukkan bahwa penggerusan dan annealing yang dilakukan belum menyebabkan campuran menjadi homogen. [2]
(210) (220) (103) (113) (123)
Gambar 3 Pola XRD Pil PbZr 0,52 TiO0,48O3 terlihat kemiripan hasil pola difraksi antara ketiga sampel dengan intensitas yang paling tinggi pada bidang (101) yang merupakan prefered orientation dari PNZT. Jika ketiga sampel bubuk PNZT dibandingkan dengan PZT maka terlihat pergeseran sudut difraksi PNZT pada pola XRD. Karakterisasi ini juga menunjukkan bahwa telah terbentuk fase kristal PNZT pada semua pil yang dibuat.
4. Hasil Persiapan Substrat
Substrat yang digunakan pada penelitian ini adalah Corning dan Pt(200)/Si(100). Setelah melakukan persiapan substrat didapatkan masing masing lima keping substrat Corning dan Pt(200)/Si(100) dengan luas permukaan 1x1 cm2 dengan ketebalan sekitar 2 mm.
5. Larutan PNZT
Setiap 0,42 gram bubuk PNZT dihaluskan kembali dengan cara digerus selama satu jam sambil diberikan pelarut berupa 2-metoksietanol didapatkan larutan sekitar 5ml untuk tiap variasi pendadahan niobium.
6. Hasil Penumbuhan Film PNZT
6
PNZT 2% dan 8% di atas substrat Pt(200)/Si(100).
7. Hasil Re-annealing
Lima buah Film yang telah di re-annealing secara fisik terlihat lebih menempel pada substratnya, oleh karena itu dapat dikatakan bahwa film telah menyatu pada substratnya.
8. Hasil XRD dari Film PNZT
Pola XRD dari film PNZT diatas substrat Corning ditunjukkan oleh Gambar 4 dan untuk pola film PNZT di atas substrat Pt(200)/Si(100) ditunjukkan oleh Gambar 5.
0 substrat Corning
a. Film PZT didadah niobium 1% b. Film PZT didadah niobium 2% c. Film PZT didadah niobium 8%
0
Gambar 5. Pola XRD film PNZT di atas Substrat Pt(200)/ Si(100)
a. Film PZT didadah niobium 2% b. Film PZT didadah niobium 8%
Dengan membandingkan pola XRD pada bubuk PNZT dengan film PNZT ada beberapa orientasi bidang yang muncul pada bubuk ternyata tidak muncul pada film, hal ini disebabkan karena dilakukannya proses re-annealing pada pembuatan lapisan tersebut yang menyebabkan batas butir pada sampel bubuk semakin besar, hal ini sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya.[15, 16]
Apabila pola XRD film PNZT di atas substrat Corning dibandingkan dengan pola XRD dari film PNZT di atas substrat Pt(200)/Si(100) maka terlihat bahwa puncak yang muncul pada film di atas substrat Corning relatif lebih tinggi intensitasnya dari pada film di atas substrat Pt(200)/Si(100). Hal ini mungkin berkaitan dengan perbedaan suhu pada proses re-annealing dan faktor substrat itu sendiri. Film tipis di atas substrat Corning dan Pt(200)/Si(100) juga memperlihatkan adanya puncak dari substrat. Hal ini berarti bawa substrat ikut tertembak oleh sinar X.
9. Penentuan Nilai Parameter Kisi
Dari pola difraksi didapatkan hubungan antara sudut difraksi dengan intensitas yang akan diperlukan untuk mendapatkan nilai parameter kisi kristal PNZT, yaitu dengan cara dimasukkan nilai hkl yang didapat ke dalam Persamaan Cohen dan Persamaan Creamer. Dari hasil perhitungan didapatkan nilai parameter kisi a dan c seperti yang terlihat pada tabel 2.
Tabel 2 Nilai Parameter kisi Pil PZT, Pil dan Film PNZT
Dari tabel di atas terlihat bahwa nilai parameter kisi a dan c yang didapatkan pada percobaan lebih kecil dibandingkan nilai parameter kisi literatur PZT.
Pendadahan niobium pada PZT akan mengakibatkan kenaikan nilai parameter kisi a, hal ini berlaku pada semua sampel bubuk dan film. Nilai a terbesar adalah 4,156 Å yang merupakan nilai a pada film PNZT 8% di atas substrat Pt(200)/Si(100), sedang nilai a terkecil adalah 3,971 Å yang merupakan nilai a dari pil PNZT.
7
PNZT di atas substrat Pt(200)/Si(100) dan film PNZT 8% di atas substrat Corning, sedangkan untuk persentase pendadah 1% dan 2% di atas substrat Corning nilai c lebih kecil ketimbang nilai c pada PZT .
Pendadahan niobium pada PZT ternyata memberikan pengaruh berupa penurunan rasio c/a dari sampel, kecuali pada pendadahan niobium 8%. Hal ini mirip dengan percobaan yang telah dilakukan dengan menggunakan pendadah tantalum. Penurunan rasio c/a mungkin berkaitan erat dengan cacat yang ditimbulkan oleh penambahan pendadah.[16,17]
Dari analisis diperoleh nilai rasio c/a untuk sampel PZT dan PNZT dalam bentuk bubuk dan film lebih besar dari 1. Hal ini menunjukkan PZT yang dianalisis memiliki struktur tetragonal, dan pendadahan nionium sampai dengan 8% tidak mengubah struktur dari PZT. Struktur tetragonal sendiri adalah struktur PZT yang posisi pusat diagonalnya lebih dominan ditempati oleh ion Ti4+. Nilai-nilai parameter kisi yang didapat dari penelitian ini dapat digunakan untuk studi awal tentang sifat ferroelektrik PNZT.
Membandingkan bubuk PZT yang didapat dari percobaan ini dengan literaturnya ternyata tidak memiliki perbedaan yang signifikan (<3%), sehingga dapat dikatakan bahwa metode ini dapat dipakai untuk percobaan dengan tujuan yang sama.
10.Hasil Karakterisasi UV-VIS
Transmitansi
Karakterisasi UV-VIS dilakukan pada film PNZT yang ditumbuhkan di atas substrat Corning dengan panjang gelombang antara 190 nm sampai dengan 820 nm yang merupakan rentang nilai dari gelombang ultra violet dan cahaya tampak. Hasil karakterisasi UV-VIS adalah nilai transmitansi ketiga sampel PNZT di atas substrat corning. Kurva transmitansi terhadap panjang gelombang ditunjukkan oleh gambar 6.
0
300 350 400 450 500 Panjang gelombang (nm)
T
Gambar 6 Kurva transmitansi PNZT di atas substrat Corning
Transmitansi yang diperoleh dengan karakterisasi di atas dinyatakan ke dalam persen. Transmitansi dominan terjadi pada selang panjang gelombang 302 nm sampai dengan 352 nm. Jika diperhatikan, nilai transmitansi akan semakin besar dengan penambahan besar persentase bahan pendadah. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 3 yang merupakan perbandingan relatif nilai transmitansi dari ketiga sampel pada panjang gelombang 340 nm. Kenaikan ini terjadi karena penambahan persentase pendadah akan menyebabkan cacat kristal dan bertambahnya jumlah ikatan antara Pb2+ dengan Nb5+. Cacat kristal mengakibatkan semakin banyaknya celah yang terbentuk [17] hingga memungkinkan lebih banyak cahaya yang ditransmitansikan. Penambahan jumlah ikatan Pb2+ dengan Nb5+yang menggantikan ikatan Pb2+ dengan Ti4+ menyebabkan jari-jari kristal akan membesar dan semakin besar celah antar partikel yang menyebabkan semakin banyaknya cahaya yang ditransmitansikan.
Tabel 3 Nilai transmitansi untuk sampel PNZT pada daerah λ = 340 nm membesar setelah panjang gelombang mencapai 302 nm. Hal ini adalah karakteristik dari sampel.
Absorbansi
Nilai absorbansi didapatkan dengan memasukkan rumus hubungan absorbansi dengan transmitansi. Dari nilai tersebut dapat ditampilkan bentuk kurva hubungan antara absorbansi terhadap panjang gelombang pada Gambar 7.
8
300 350 400 450 500
panjang gelombang (nm)
A
Gambar 7 Kurva absorbansi PNZT di atas substrat Corning
Tabel 4 Nilai absorbansi untuk sampel PNZT pada daerah λ = 340 nm
Sampel A
Perbandingan (% relatif terhadap sampel
PNZT 1%) PNZT 1% 0.142 100 PNZT 2% 0.126 88.732 PNZT 8% 0.119 83.803
Secara umum nilai absorbansi akan mengecil setelah panjang gelombang mencapai titik 302 nm. Hal ini adalah karakteristik dari sampel.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Telah berhasil ditumbuhkan film PNZT di atas substrat Corning dan Pt(200)/Si(100) yang memiliki struktur kristal tetragonal, yaitu struktur kristal dengan ion Ti4+ dominan berada di pusat diagonal ruang. Penambahan persentase dari pendadahan niobium tidak mengubah struktur kristal dan akan memperbesar nilai parameter kisi a dan c tetapi memberikan efek penurunan rasio dari c/a.
Transmitansi pada sampel akan semakin meningkat dengan penambahan persentase pendadah niobium, sedang nilai absorbansi akan semakin mengecil. Hal ini dipengaruhi oleh faktor pendadah niobium yang menyebabkan terjadinya cacat kristal dan menaikkan jari-jari atomik partikel. Transmitansi dan absorbansi akan terjadi secara dominan pada selang 203 nm sampai 352 nm.
Metode chemical solution deposition dapat dipakai untuk percobaan sejenis karena tidak memiliki perbedaan yang signifikan dengan metode dan acuan yang telah ada.
Saran
Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya digunakan persentase pendadah yang lebih besar dari 10% dan analisis sampel dilanjutkan ke tahap analisis SEM untuk dapat menghitung besar celah energi optikal.
DAFTAR PUSTAKA
1. Irzaman. Studi Lapisan Tipis Pyroelektrik PbZr0,52Ti0,48O3 (PZT) yang
Didadah Tantalum dan Penerapannya Sebagai Infra Merah, Disertasi (2005). 2. T. Sumardi. Penumbuhan Film Tipis Bahan
PbZr1-xTixO3 Doping In2O3 dengan Metode Chemical Solution Deposition (CSD). Skripsi (2004).
3. H. Darmasetiawan, Irzaman, M. Hikam dan T. Yogakarsa. Growth of Lead ZirconiumTitanate PbZr0,525Ti0,475O3)
using CSD method (2002).
4. T. Yamamoto. 1996. Ferroelectric Properties of the PbZrO3-PbTiO3
system. Jpn. J. Appl. Phys. Vol.35 (1996).
5. Irzaman, A. Fuad, P. Arifindan M. Barmawi. Spontaneous Polarization Pyroelectric PbTiO3. Proceedings Industrial Electronics Seminar (IES). ITS Surabaya, Vol. 1, 221 – 225 (1999).
6. B. D. Johanes.Pengaruh Besar Kecepatan Anguler Spin Coating pada Parameter Kisi PZT. Skripsi (2003).
7. K. Miura and M. Tanaka. 1996. Effect of Doping on Fatigue in Lead Zirconium Titanate. Jpn. J. Appl. Phy. Vol 36 (1997).
8. Suu, K. Preparation of (Pb,La)(Zr, Ti)O3 Ferroelectric Films by RF Sputtering on Large Substrate. Jpn. J. Appl. Phys.
35 (9B), page 4967 – 4971 (1996). 9. Wu. H., J. Yu, X. Dong, W. Zhou and Y.
Wang. Characteristics of PZT Thin Films on p-Si with a Buffer Layer of Bi4Ti3O12 Prepared by Pulsed Laser Deposition. Jpn. J. Appl. Phys. 40 (3A), page 1388 – 1390 (2001).
10. Washo, B.D. Reology and Modelling of the Spin Coating Process. IBM Res.. Develop. 190 – 198 (1977).
9
PZT Films on (100)Ir/(100)(ZrO2)1-x(Y2O3)x/(100) Si Substrate Structure Prepared by RF Sputtering. Jpn. J. Appl. Phys. 39 (4B), page 2114 – 2118.
12. M.Kobune, M. Atsuura, T. Matsuzaki, A. Mineshige. Effect of Pt/SrRuO3 Top Electrodes on Ferroelectric Properties of Epitaxial PLZT Thin Films. Jpn. J. Appl. Phys. 39 (9B), page 5451 – 5455 (2000).
13. Sakai, K. Preparation and Characteristic of PZT Thin Films on CeO2 (111)/Si (111) Structures. Jpn. J. Appl. Phys.
35 (9B), page 4987 – 4990.
14. B. D. Cullity. Element of X-Ray Diffraction, Massachusetts : Addison Weshly Publishing Company. (1978). 15. U. Ketut , A. Ngurah dan Irzaman, B.
Maman, M. Barmawi, Efek Annealing pada Penumbuhan Film Tipis Ferroelektrik Pb(ZryTi1-y-x)O3 (PZT),
Laboraturium Fisika Material Elektronik Jurusan Fisika ITB.
16. E. Melva, Karakterisasi Material bZr0,525
Ti0,475O3 (PZT) dan PZT yang didoping
dengan Indium (PNZT). (Tesis). 2004. 17. Irzaman, Y. Darvina, A. Fuad, P. Arifin,
M. Budiman dan M. Barmawi. Tetragonal to Cubic Phase Transformation in Tantalum Oxide Doped Lead Zirconium Titanate Ceramic and C-V Properties Tantalum Oxide Doped Lead Zirconium Titanate Thin Films Phase. (Revised second edition). 2002
18. I. Aulika, V. Zauls, K. Kundzins, M. Kundzins, S. Katholya. Study Of Transparent Ferroelectric Thin Films by Optical Reflectometry and
Ellipsometry. Journal of
10
L
11
L
Laammppiirraann11..DDiiaaggrraammTTaahhaappPPeenneelliittiiaann
T
TaahhaappaannPPeenneelliittiiaann
Proses pembuatan pil, ditekan pada tekanan 10 ton selama 20 detik dan dilakukan proses annealing pada 850˚C selama 26 jam
Pil PNZT digerus selama 1 jam, tambahkan larutan 2-metoksietanol dan dikocok selama 1 jam.
Larutan PNZT
Proses pembuatan film dengan teknik spin coating dengan kecepatan putar 3000 rpm selama 30 detik di atas substrat Pt(200)/Si(100) dan Corning.
Proses re-annealing selama 10 jam pada suhu 450˚C untuk film PNZT di atas substrat corning dan 750 ˚C untuk film PNZT di atas substrat Pt(200)/ Si (100)
Karakterisasi XRD dan sifat optik PNZT dengan menggunakan UV-VIS
Lead Titanat Lead Zirkonat Niobium
Dicampur dan digerus selama 7 jam
Bubuk PNZT
Analisis karakterisasi kristal dan parameter kristal dengan XRD
Film di atas substrat Pt(200)/Si(100) dan Corning
12
13
Lampiran 3. Pil PZT murni
2θ θ h k l α α2 γ γ2 αγ Sin2θ Sin2 2θ
1,4731 2,1701 1,4731 0,0000 0,0383 0,0000 0,0564 2,6913 7,2429 2,6913 2,6913 0,0725 0,0725 0,1952 2,7168 7,3812 5,4337 0,0000 0,1466 0,0000 0,1991 4,7226 22,3033 0,0000 18,8905 0,0000 0,5471 0,6459
5,8957 34,7596 29,4786 0,0000 0,8984 0,0000 1,0593
6,7698 45,8305 33,8491 6,7698 1,0791 0,2158 1,4611
8,1466 66,3671 32,5864 32,5864 1,1390 1,1390 2,3197
8,3092 69,0424 66,4734 0,0000 2,3552 0,0000 2,4462
8,577854 73,57958 0,0000 77,2007 0 2,802989 2,671515 9,472723 89,73248 18,9454 85,2545 0,770375 3,466687 3,648774
420,1332 190,9311 224,7062 6,4995 8,2781 14,7480
6,4995 = C140 + B40 + A190,9311
8,2780 = C40 + B 197 + A224,7062
14,7480 = C190,9311 + B24,7062 + A420,1331
14
3879 , 0
54056 , 1
2 =
= C
a λ
3768 , 0
54056 , 1
2 =
= B
c λ
a= 3,9714 Å c= 4,0882 Å
= a c
1,0302
Lampiran 4. Pil PZT Didadah Niobium 1%
2θ θ h k l α α2 γ γ2 αγ Sin2θ Sin2 2θ
21,200 10,600 0 0 1 0 0 1 1 0 0,033838 0,130772
22,675 11,338 1 0 0 1 1 0 0 0 0,038647 0,148613
30,515 15,258 1 0 1 1 1 1 1 1 0,069252 0,257824
31,025 15,513 1 1 0 2 4 0 0 0 0,071529 0,26565
38,295 19,148 1 1 1 2 4 1 1 2 0,107585 0,384041
43,440 21,720 0 0 2 0 0 4 16 0 0,136953 0,472786 45,370 22,685 2 0 0 4 16 0 0 0 0,148737 0,506458 49,725 24,863 1 0 2 1 1 4 16 4 0,176772 0,582093 54,375 27,188 1 1 2 2 4 4 16 8 0,208761 0,66072 55,000 27,500 2 1 1 5 25 1 1 5 0,213212 0,67101 64,830 32,415 0 2 2 4 16 4 16 16 0,287347 0,819115 65,715 32,858 2 2 0 8 64 0 0 0 0,294362 0,830852 72,505 36,253 1 0 3 1 1 9 81 9 0,349689 0,909626 88,485 44,243 1 2 3 5 25 9 81 45 0,486781 0,999301
162 230 90
δ δ2 αδ γδ α
sin2θ γsin2θ δsin2θ
1,307723 1,71014 0 1,307723 0 0,033838 0,044251
1,486129 2,20858 1,486129 0 0,038647 0 0,057434
2,578242 6,647332 2,578242 2,578242 0,069252 0,069252 0,178548
2,656496 7,056969 5,312991 0 0,143058 0 0,190016
3,840412 14,74876 7,680823 3,840412 0,21517 0,107585 0,41317
4,727863 22,35269 0 18,91145 0 0,54781 0,647493
5,064575 25,64992 20,2583 0 0,594948 0 0,75329
5,820934 33,88328 5,820934 23,28374 0,176772 0,707086 1,028975 6,607197 43,65506 13,21439 26,42879 0,417522 0,835045 1,379326 6,710101 45,02545 33,5505 6,710101 1,066059 0,213212 1,430673 8,191153 67,09498 32,76461 32,76461 1,149389 1,149389 2,353705
8,308523 69,03155 66,46818 0 2,354897 0 2,445714
9,096261 82,74196 9,096261 81,86635 0,349689 3,147198 3,18086 9,99301 99,86025 49,96505 89,93709 2,433903 4,381026 4,864404
521,6669 248,1964 287,6285 9,009305 11,19144 18,96786
9,00930 = C162 + B90 + A248,1964
11,1914 = C90 + B230 + A287,6285
15
Lampiran 5. Pil PZT Didadah Niobium 2%
2θ θ h k l α α2 γ γ2 αγ Sin2θ Sin2 2θ
1,3136 1,7256 0 1,313613 0,0000 0,0340 0,0447
1,4700 2,1610 1,470024 0 0,0382 0,0000 0,0562
2,7060 7,3223 5,411954 0 0,1459 0,0000 0,1975
4,7462 22,5261 0 18,98466 0,0000 0,5503 0,6530
5,8184 33,8532 5,818352 23,27341 0,1767 0,7067 1,0279 6,7690 45,8195 33,84503 6,769007 1,0790 0,2158 1,4607
8,3085 69,0315 66,46818 0 2,3549 0,0000 2,4457
8,5742 73,5168 0 77,16775 0,0000 2,8008 2,6683
16
4,9191 = C100 + B36 + A141,0957
10,9421 = C36 + B277 + A294,8223
15,4134 = C141,0957 + B294,8223 + A428,8353
C
Lampiran 6. Pil PZT Didadah Niobium 8%
2θ θ h k l α α2 γ γ2 αγ Sin2θ Sin2 2θ
1,298792 1,686861 0 1,298792 0 0,033599 0,043638
1,430446 2,046177 1,430446 0 0,037141 0 0,053128
2,647096 7,007119 2,647096 2,647096 0,071255 0,071255 0,188618
2,786678 7,765576 5,573357 0 0,150687 0 0,209958
3,909965 15,28783 7,81993 3,909965 0,219613 0,109807 0,42934
4,725423 22,32963 0 18,90169 0 0,547474 0,646762
6,7142 45,08048 33,571 6,7142 1,066953 0,213391 1,432747
8,264195 68,29693 66,11356 0 2,33348 0 2,410542
18
Lampiran 7. Film PZT didadah Niobium 1% di atas substrat Corning
Persamaan untuk mencari nilai parameter kisi film:
2 2 2
Lampiran 8. Film PZT didadah Niobium 2% di atas substrat Corning
Persamaan untuk mencari nilai parameter kisi film:
19
Lampiran 9. Film PZT didadah Niobium 8% di atas substrat Corning
Persamaan untuk mencari nilai parameter kisi film:
2 2 2
Lampiran 10. Film PZT didadah Niobium 2% di atas substrat Pt(200)/Si(100)
Persamaan untuk mencari nilai parameter kisi film:
20
Lampiran 11. Film PZT didadah Niobium 8% di atas substrat Pt(200)/Si(100)
Persamaan untuk mencari nilai parameter kisi film:
21
Lampiran 12. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 1% di atas substrat Corning
λ
(nm)
T T (%) A
190 88.224 0.882 0.054 200 82.269 0.823 0.085 210 85.493 0.855 0.068 220 87.918 0.879 0.056 230 88.159 0.882 0.055 240 89.665 0.897 0.047 250 95.797 0.958 0.019 260 82.550 0.826 0.083 270 82.730 0.827 0.082 280 77.663 0.777 0.110 290 47.106 0.471 0.327 300 25.998 0.260 0.585 310 31.783 0.318 0.498 320 46.704 0.467 0.331 330 61.932 0.619 0.208 340 72.126 0.721 0.142 350 77.363 0.774 0.111 360 80.054 0.801 0.097 370 81.521 0.815 0.089 380 82.800 0.828 0.082 390 84.134 0.841 0.075 400 85.448 0.854 0.068 410 87.124 0.871 0.060 420 88.781 0.888 0.052 430 90.341 0.903 0.044 442 92.659 0.927 0.033 450 94.139 0.941 0.026 460 95.834 0.958 0.018 470 97.571 0.976 0.011 480 99.038 0.990 0.004 490 99.986 1.000 0.000
500 100 1 0
22
Lampiran 13. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 2% di atas substrat Corning
λ
(nm)
T T (%) A
190 84.802 0.848 0.072 200 83.830 0.838 0.077 210 90.072 0.901 0.045 220 91.315 0.913 0.039 230 88.656 0.887 0.052 240 90.453 0.905 0.044 250 94.407 0.944 0.025 260 89.977 0.900 0.046 270 80.361 0.804 0.095 280 83.954 0.840 0.076 290 49.836 0.498 0.302 300 28.548 0.285 0.544 310 35.416 0.354 0.451 320 50.699 0.507 0.295 330 65.447 0.654 0.184 340 74.784 0.748 0.126 350 79.292 0.793 0.101 360 81.455 0.815 0.089 370 82.877 0.829 0.082 380 84.248 0.842 0.074 390 85.276 0.853 0.069 400 86.395 0.864 0.064 410 87.508 0.875 0.058 420 89.046 0.890 0.050 430 90.941 0.909 0.041 442 92.770 0.928 0.033 450 94.215 0.942 0.026 460 95.848 0.958 0.018 470 97.543 0.975 0.011 480 98.868 0.989 0.005 490 99.618 0.996 0.002
500 100 1 0
23
Lampiran 14. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 8% di atas substrat Corning
λ
(nm)
T T (%) A
190 88.47 0.885 0.053 200 87.93 0.879 0.056 210 88.59 0.886 0.053 220 86.47 0.865 0.063 230 87.52 0.875 0.058 240 91.06 0.911 0.041 250 88.12 0.881 0.055 260 96.79 0.968 0.014 270 86.16 0.862 0.065 280 81.04 0.810 0.091 290 47.70 0.477 0.321 300 29.25 0.293 0.534 310 36.30 0.363 0.440 320 51.93 0.519 0.285 330 66.69 0.667 0.176 340 75.95 0.759 0.119 350 80.40 0.804 0.095 360 82.51 0.825 0.083 370 83.62 0.836 0.078 380 84.59 0.846 0.073 390 85.74 0.857 0.067 400 86.85 0.869 0.061 410 88.45 0.885 0.053 420 89.97 0.900 0.046 430 91.36 0.914 0.039 442 93.63 0.936 0.029 450 95.06 0.951 0.022 460 96.68 0.967 0.015 470 98.38 0.984 0.007 480 99.64 0.996 0.002
490 100.00 1 0
24 24
