Sifat Kristal dan Sifat Listrik Film Litium Tantalat Silikat (LiTaSiO5) terhadap Variasi Suhu serta Waktu Annealing

(1)

YULIYAN NURUL HIKMAH

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

Silikat (LiTaSiO

5

) terhadap Variasi Suhu serta Waktu

Annealing

. Dibimbing oleh

Dr. Ir. IRZAMAN, M.Si.

Telah diteliti sifat kristal dan sifat listrik film litium tantalat silikat (LiTaSiO

5

)

terhadap variasi suhu serta waktu

annealing

. Hasil karakterisasi XRD film pada suhu

annealing

850

o

C, 900

o

C selama

8 jam dan 15 jam menunjukkan adanya perubahan

struktur kristal litium tantalat (LiTaO

3

)

rhombohedral

menjadi LiTaSiO

5

monoclinic

.

Hasil karakterisasi konduktivitas listrik menunjukkan bahwa film LiTaSiO

5

adalah

material semikonduktor dilihat dari nilai konduktivitas listrik yang diperoleh berkisar

antara (10

-7

sampai 10

-5

) S/cm. Hasil karakterisasi konstanta dielektrik diperoleh nilai

konstanta dielektrik LiTaSiO

5

berkisar antara 1,99 sampai 36,74. Hasil karakterisasi

menunjukkan pada suhu 850°C dan 900°C selama waktu

annealing

8 jam menghasilkan

film LiTaSiO

5

yang lebih baik karena memiliki derajat kristalinitas, nilai konduktivitas

listrik dan konstanta dielektrik yang lebih tinggi dibandingkan dengan waktu

annealing

15 jam.

Kata Kunci : Litium tantalat silikat,

annealing

, struktur kristal, konduktivitas listrik,

(3)

YULIYAN NURUL HIKMAH

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains pada

Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(4)

terhadap Variasi Suhu serta Waktu

Annealing

Nama : Yuliyan Nurul Hikmah

NRP : G74080045

Disetujui,

Dr. Ir. Irzaman, M.Si

Pembimbing

Diketahui,

Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si

Ketua Departemen Fisika

(5)

Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA)

Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Selama

mengikuti perkuliahan, penulis merupakan anggota Himpunan Mahasiswa Fisika

(HIMAFI) sebagai staf ilmu dan teknologi periode 2009-2010 selain itu ikut serta

dalam kepanitian pesta sains pada tahun 2010.

(6)

karunia dan hidayah-Nya kepada saya sebagai penulis sehingga dapat menyelesaikan

skripsi yang berjudul Sifat Kristal dan Sifat Listrik Film Litium Tantalat Silikat

(LiTaSiO

5

)

terhadap Variasi Suhu serta Waktu

Annealing

. Skripsi ini disusun sebagai

salah satu syarat kelulusan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains program sarjana di

Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian

Bogor.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang terlibat dalam

melakukan penelitian ini, terutama kepada

1.

Bapak dan Mamah tercinta atas doa, semangat dan dukungannya.

2.

Adikku (Putri Mustikal Hikmah) tersayang atas canda tawa dan bantuannya.

3.

Bapak Dr. Irzaman sebagai pembimbing skripsi yang selalu memberikan

motivasi dan semangat untuk menyelesaikan penelitian ini serta menyempatkan

waktunya untuk berdiskusi dalam penyusunan skripsi ini.

4.

Bapak Abdul Djamil H, M.Si dan Ibu Mersi Kurniati, M.Si sebagai penguji atas

saran dan masukannya.

5.

Bapak Ir. Hanedi Darmasetiawan, M.S selaku Dosen Editor atas bantuannya

menyelesaikan skripsi ini.

6.

Bapak Firman (TU Fisika) atas semua bantuannya.

7.

Teman seperjuangan Fisika 45 atas segala bantuan, semangat dan

kebersamaannya selama di IPB.

8.

Kak Yuli Astuti, kak Haqqi Gusra, Hezti Wiranata, Mulyana yang selalu

memberikan nasehat, bantuan dan semangat kepada penulis.

9.

Aa untuk semua bantuan yang telah banyak diberikan.

10.

Teman2 kost Wisma Rahayu : Rini Maedianengsih, Sri Hadianti, Kak Tanti dan

Kak Nurul atas semua kebersamaan dan canda tawanya.

11.

Bapak Didik atas bantuannya di Balai Penelitian Kehutanan.

12.

Kepada rekan-rekan Fisika beserta civitas akademika Fisika lainnya yang telah

banyak membantu penulis selama ini.

Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat untuk kita semua. Keterbatasan

manusia membuat penulis merasa perlu kritik dan saran yang membangun bagi kemajuan

aplikasi material yang dikembangkan ini.

Bogor, Maret 2013

(7)

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR LAMPIRAN ... viii

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 ... 1

2.1 Substrat Silikon (Si) ... 1

2.2 Litium Tantalat (LiTaO

3

) ... 2

2.3 P-N Junction ... 2

2.4 Metode

Chemical Solution Deposition (CSD)

... 2

2.5 Proses

Annealing

... 2

2.6 X-ray Diffraction (XRD) ... 3

2.7 Konduktivitas Listrik ... 4

2.8 Kapasitor dan Konstanta Dielektrik ... 4

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 5

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 5

3.2 Alat dan Bahan ... 5

3.3 Prosedur Penelitian ... 5

3.3.1 Persiapan substrat Si tipe-

p

... 5

3.3.2 Pembuatan larutan LiTaO

3

1M ... 5

3.3.3 Penumbuhan film LiTaO

3

... 5

3.3.4 Proses

annealing

... 6

3.3.5 Perhitungan ketebalan film LiTaO

3

... 6

3.3.6 Pembuatan kontak pada film LiTaO

3

... 6

3.3.7 Karakterisasi film LiTaSiO

5

... 6

3.3.7.1 Karakterisasi XRD ... 6

3.3.7.2 Karakterisasi konduktivitas listrik ... 6

3.3.7.3 Karakterisasi konstanta dielektrik ... 6

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 7

4.1 Karakterisasi XRD ... 7

4.2 Karakterisasi Konduktivitas Listrik ... 9

4.3 Karakterisasi Konstanta Dielektrik ... 10

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 11

5.1 Kesimpulan ... 11

5.2 Saran ... 11

DAFTAR PUSTAKA ... 11

(8)

Tabel 3.1 Empat Puluh enam sampel film LiTaO

3

setelah proses

annealing

... 7

Tabel 4.1 Parameter kisi LiTaO

3

setelah proses annealing pada suhu

850

°

C, 900

°

C selama 8 jam dan 15 jam ... 8

Tabel 4.2 Parameter kisi LiTaSiO

5

setelah proses annealing pada suhu

850

°

C, 900

°

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Struktur kristal

rhombohedral

... 3

Gambar 2.2 Struktur kristal

monoclinic

... 3

Gambar 2.3

Diagram meja rotasi, sumber sinar-X, dan detektor pada

XRD ... ... 3

Gambar 2.4

Spektrum konduktivitas listrik dan resistivitas ... 4

Gambar 2.5 Kapasitor keping sejajar ... 5

Gambar 3.1

Proses penumbuhan film LiTaO

3

... 5

Gambar 3.2

Proses

annealing

... 6

Gambar 3.3 Film LiTaO

3

tampak samping ... 6

Gambar 4.1

Pola karakterisasi XRD LiTaSiO

5

pada suhu

annealing

850°C selama 8 jam ... 7

Gambar 4.2

5

pada suhu

annealing

Gambar 4.3

5

pada suhu

annealing

Gambar 4.4

5

pada suhu

annealing

Gambar 4.5

5

pada suhu

annealing

850

o

C , 900

o

Gambar 4.6 Hubungan waktu

annealing

dan suhu

annealing

terhadap

konduktivitas listrik film LiTaSiO

5

pada frekuensi

10 kHz... .. 9

annealing

dan suhu

annealing

terhadap

5

pada frekuensi

50 kHz ... 9

annealing

dan suhu

annealing

terhadap

5

pada frekuensi

100 kHz ... . 10

annealing

dan suhu

annealing

terhadap

konstanta dielektrik film LiTaSiO

5

pada frekuensi

10 kHz ... 10

annealing

dan suhu

annealing

terhadap

konstanta dielektrik film LiTaSiO

5

pada frekuensi

50 kHz ... .... 10

(9)

Lampiran 2 Perhitungan ketebalan film LiTaO

3

... 14

Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi LiTaO

3

... 16

Lampiran 4 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO

5

... 23

Lampiran 5 Data konduktivitas listrik film LiTaSiO

5

... 29

(10)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan zaman, ilmu pengetahuan dan teknologi semakin berkembang. Salah satu ilmu untuk mengembangkan dunia teknologi adalah ilmu fisika diantaranya fisika material. Fisika material mengkaji sifat-sifat dan struktur material. Sifat suatu material ferroelectric dimanfaatkan untuk kebutuhan perangkat elektronika. Peranan bahan ferroelectric LiTaO3 sangat menarik untuk diteliti karena

dalam penerapannya dapat digunakan sebagai sel surya. LiTaO3 merupakan objek yang

diteliti secara intensif selama beberapa tahun terakhir karena memiliki sifat yang unik. LiTaO3 bersifat ferroelectric pada suhu kamar.

Dari beberapa hasil kajian, LiTaO3 merupakan

material optik, optoelectric serta piezoelectric yang penting karena bahan LiTaO3 memiliki

kemampuan untuk merubah fase dari ferroelectric menjadi paraelectric. LiTaO3

memiliki konstanta dielektrik yang tinggi serta kapasitas penyimpan muatan yang tinggi juga.1 _{Selain itu LiTaO}

3 merupakan kristal

non-hygroskopis yang tidak mudah rusak sifat optiknya, sifat ini yang menjadikan bahan LiTaO3 unggul dari bahan lainnya.

Penumbuhan film LiTaO3 dibuat

menggunakan metode chemical solution deposition (CSD). Keunggulan teknik ini adalah dapat mengontrol stoikiometri film dengan kualitas yang baik, prosedur yang mudah dan membutuhkan biaya yang relatif murah.2,3 _{Substrat yang digunakan dalam}

penumbuhan film LiTaO3 ini adalah substrat

silikon tipe-p. Pada penelitian dilakukan uji sifat kristal pada suhu annealing 850°C,

900°C selama 8 jam dan 15 jam serta uji sifat

listrik pada suhu annealing 800°C, 850°C,

900°C selama 1 jam, 8 jam, 15 jam dan

22 jam.

1.2 Tujuan Penelitian

1. Membuktikan terjadinya perubahan struktur kristal LiTaO3 (rhombohedral)

menjadi LiTaSiO5 (monoclinic) pada suhu

annealing 850°C, 900°C selama 8 jam dan 15 jam dengan karakterisasi XRD (X-ray diffraction).

2. Menguji konduktivitas listrik film LiTaSiO5.

3. Menghitung nilai konstanta dielektrik film LiTaSiO5.

1.3 Perumusan Masalah

1. Apakah terjadi perubahan struktur kristal LiTaO3 (rhombohedral)menjadi LiTaSiO5

(monoclinic) pada suhu annealing 850°C, 900°C selama 8 jam dan 15 jam?

2. Bagaimana konduktivitas listrik film LiTaSiO5?

3. Bagaimana konstanta dielektrik film LiTaSiO5?

1.4 Hipotesis

1. Terjadi perubahan struktur kristal LiTaO3

(rhombohedral) menjadi LiTaSiO5

(monoclinic) pada suhu annealing 850°C, 900°C selama 8 jam dan 15 jam.

2. LiTaSiO5 merupakan material

semikonduktor.

3. Nilai konduktivitas listrik dan konstanta dielektrik film LiTaSiO5 akan berbeda

berdasarkan suhu annealing dan waktu annealingnya.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Substrat Silikon (Si)

Silikon adalah suatu unsur kimia yang memiliki lambang Si dan nomor atom 14. Si merupakan unsur terbanyak kedua di bumi dan unsur dari golongan IV A dalam sistem periodik unsur-unsur. Sebagian besar unsur bebas Si tidak ditemukan di alam. Oleh karena itu Si dihasilkan dengan mereduksi kuarsa dan pasir dengan karbon yang berkualitas tinggi. Silikon untuk penggunaan semikonduktor dimurnikan lebih lanjut dengan metode pelelehan berzona kristal czochralski. Kristal Si ini memiliki kilap logam dan mengkristal dengan struktur intan.4

Silikon adalah semikonduktor pengganti germanium. Sebuah atom Si terisolasi mempunyai 14 proton dan 14 elektron.5_Setiap

(11)

2.2 Litium Tantalat (LiTaO3)

Litium tantalat (LiTaO3) merupakan suatu

bahan yang memiliki keunikan dari segi sifat pyroelectric dan piezoelectric yang terpadu dengan stabilitas mekanik dan kimia yang baik. Oleh karena itu LiTaO3 sering digunakan

untuk beberapa aplikasi misalnya modulator electro-optical dan detektor pyroelectric. LiTaO3 merupakan kristal non-hygroskopis,

tidak berwarna, larut dalam air, memiliki tingkat transmisi yang tinggi dan tidak mudah rusak sifat optiknya. LiTaO3 merupakan bahan

yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi serta kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi.7

Pembuatan LiTaO3 menggunakan

peralatan yang cukup sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam waktu relatif singkat. LiTaO3 merupakan campuran hasil reaksi

antara Litium asetat [(LiO2C2H3), 99,9%] dan

Tantalum oksida [(Ta2O5), 99,9%]. Berikut ini

persamaan reaksi menghasilkan LiTaO3 :

2LiO2C2H3 + Ta2O5 + 4O22 LiTaO3

+ 3 H2O + 4 CO2

LiTaO3 merupakan kristal ferroelectric yang

mengalami proses suhu currie tinggi sebesar (601±5,5) oC. Massa jenis LiTaO3 sebesar

7,45 g/cm3 yang digunakan untuk menghitung ketebalan film.8

LiTaO3 merupakan objek yang diteliti

secara intensif selama beberapa tahun terakhir karena memiliki sifat yang unik. Berdasarkan penelitian, bahan LiTaO3 merupakan

semikonduktor tipe-n karena konsentrasi elektron yang dimiliki oleh material LiTaO3

tersebut lebih banyak dibandingkan dengan konsentrasi hole-nya.

2.3 P-N Junction

Cara kerja sebagian besar piranti semikonduktor berlandaskan pada sifat sambungan antara bahan tipe-n dan tipe-p. Sambungan seperti itu dapat dibuat dengan beberapa cara, misalnya pendifusian ketidakmurnian dalam bentuk uap ke dalam wafer semikonduktor. Sifat penting sambungan semikonduktor p-n adalah arus listrik dapat melewatinya lebih mudah pada suatu arah tertentu daripada arah yang berlawanan dengan arah itu. Bahan semikonduktor tipe-p terdiri atas unsur-unsur dalam golongan IVA pada sistem periodik seperti Si. Bahan semikonduktor tipe-n terdiri atas unsur-unsur dalam golongan V dan golongan III pada sistem periodik.6

P-N junction adalah daerah pertemuan yang terjadi apabila semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n dipertemukan. Nama

lain untuk persambungan semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n yang membentuk kristal adalah dioda.9_Dioda

adalah suatu komponen elektronik yang dapat melewatkan arus pada satu arah saja. Dioda

memegang peranan penting dalam

elektronika, antara lain untuk menghasilkan tegangan searah dari tegangan bolak-balik, untuk membuat berbagai bentuk gelombang isyarat, untuk mengatur tegangan searah agar tidak berubah dengan beban maupun dengan perubahan tegangan, untuk saklar elektronik, LED, laser semikonduktor.6

2.4 Metode Chemical Solution Deposition (CSD)

Metode chemical solution deposition (CSD) adalah salah satu metode pembuatan film dengan menggunakan larutan yang diletakkan di permukaan substrat kemudian diputar dengan kecepatan tertentu menggunakan alat spin coating. Proses spin coating dapat dipahami dengan perilaku aliran larutan pada piringan substrat yang berputar. Metode CSD memiliki kontrol stoikiometri yang baik, mudah dalam pembuatannya serta sintesisnya terjadi pada suhu rendah. 10

Kelajuan spin coater merupakan salah satu faktor yang dapat mempengaruhi keluaran film yang dihasilkan oleh metode spin coating. Perbedaan laju spin coater ± 50 rpm dapat menyebabkan perbedaan ketebalan film yang dihasilkan dari proses tersebut sekitar ± 10 %. Selain kelajuan spin coater terdapat beberapa parameter lagi yang menjadi faktor yang dapat mempengaruhi sifat film diantaranya adalah waktu spinning. Pemberian waktu spin lebih lama dapat mengakibatkan film yang dihasilkan semakin tipis untuk molaritas gel yang sama. Tebal tipisnya suatu film yang ditumbuhkan biasanya dipengaruhi oleh laju putaran spin coater, material untuk membuat film, substrat serta waktu putaran yang diberikan.11

2.5 Proses Annealing

(12)

spesifik.12,13_{Tahapan dari proses}_annealing

ini dimulai dengan memanaskan material sampai suhu yang diinginkan, menahan pada suhu tersebut selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan kemudian mendinginkan material tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat hingga suhu kamar.

Proses annealing pada suhu yang berbeda akan menghasilkan karakterisasi film yang berbeda dalam hal struktur kristal, ukuran butir dan ketebalan. Proses annealing yang diberikan pada suatu film mengakibatkan energi atom-atom penyusun film berikatan antara satu atom dengan atom lainnya. Efek proses annealing tersebut adalah orientasi kristal yang dimiliki oleh suatu film akan menjadi lebih teratur dibanding dengan film yang tidak dilakukan proses annealing.

2.6 X-ray Diffraction (XRD)

Struktur kristal dipelajari menggunakan metode X-ray diffraction (XRD). Orde panjang gelombang sinar-X hampir sama dengan jarak antar atom pada kristal, maka sinar-X dapat didifraksi oleh kristal. Pola difraksi sinar-X muncul akibat hamburan atom-atom yang terletak pada bidang hkl dalam kristal dan pola intensitas difraksi mengandung informasi penting mengenai struktur kristalografi suatu bahan.14 _Metode

karakterisasi dengan XRD didasari sifat difraksi sinar-X yang dijelaskan dalam hukum Bragg. Cahaya pada panjang gelombang ( ) (Cu = 1,50546 Å) dihamburkan saat melewati kisi kristal dengan sudut datang (θ) dan jarak antar bidang sebesar (d). Metode difraksi sinar-X adalah salah satu cara untuk mempelajari keteraturan atom atau molekul dalam suatu struktur tertentu. Jika struktur atom atau molekul tertata secara teratur membentuk kisi, maka radiasi elektromagnetik pada kondisi eksperimen tertentu akan mengalami penguatan. Pengetahuan tentang kondisi eksperimen itu dapat memberikan informasi yang sangat penting tentang penataan atom atau molekul dalam suatu struktur. Sinar-X dapat terbentuk bilamana suatu logam sasaran ditembaki dengan berkas elektron berenergi tinggi.

Dalam eksperimen digunakan sinar-X yang monokromatis. Kristal akan memberikan hamburan yang kuat jika arah bidang kristal terhadap berkas sinar-X (sudut) memenuhi persamaan (2.6.1):

2d sin = nλ (2.6.1)

Keterangan: d jarak antar bidang dalam kristal (cm) ,  sudut difraksi ( ° ), n orde (0,1,2,3,...) dan  panjang gelombang (Cu = 1,50546 Å). 15

Berdasarkan teori difraksi, sudut difraksi untuk data yang diperoleh dari metode karakteristik XRD bergantung kepada lebar celah kisi sehingga mempengaruhi pola difraksi. Intensitas cahaya difraksi bergantung dari berapa banyak kisi kristal yang memiliki orientasi yang sama. Metode ini dapat digunakan untuk menentukan struktur kristal, parameter kisi, derajat kristalinitas dan fase yang terdapat dalam suatu sampel. Untuk mencari parameter kisi dapat menggunakan metode cohen. Metode ini sangat akurat karena kesalahan sistematis tereliminasi oleh pemilihan fungsi ekstrapolasi yang tepat dan kesalahan acak dikurangi dengan metode kuadrat terkecil.14

Gambar 2.1 dan Gambar 2.2 masing-masing menunjukkan struktur kristal rhombohedral dan monoclinic.

Gambar 2.1 Struktur kristal rhombohedral

Gambar 2.2 Struktur kristal monoclinic

(13)

Data yang didapatkan dari XRD dapat diolah dengan persamaan Debye-Scherrer :

= 0.9λ / B cos θn (2.6.2)

adalah ukuran kristal film, λ adalah panjang gelombang sinar-X yang digunakan,

θn adalah sudut puncak dan B adalah lebar

puncak pada intensitas maksimum. Pada alat X-ray difraktometer, sampel ditempatkan pada rotation table. Sinar-X ditembakkan dari source menuju sampel dengan sudut awal 0o_{. Kemudian sinar-X}

yang dipantulkan sampel akan diterima di detektor. Table akan dirotasi untuk mendapatkan nilai intensitas pantulan pada tiap sudut putaran. Untuk itu detektor akan menyesuaikan posisi sebesar dua kali lipat sudut rotasi table.15

2.7 Konduktivitas Listrik

Konduktansi listrik (G) adalah kemampuan suatu bahan untuk melewatkan arus listrik dan dinyatakan dalam satuan mho atau siemens (S). Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik.9 _Berdasarkan

nilai konduktivitas, suatu material dapat dibedakan menjadi tiga bagian yaitu konduktor, semikonduktor dan isolator. Nilai dari konduktivitas listrik berbeda untuk isolator, konduktor dan semikonduktor. Material semikonduktor mempunyai nilai konduktivitas antara (10-8 _{sampai 10}3_{) S/cm.}16

Nilai konduktivitas dapat dicari dari persamaan (2.7.1) :

=

�

(2.7.1 ) dimana , l, G dan A berturut-turut adalah konduktivitas listrik bahan, jarak antar kontak, konduktansi dan luas penampang.17

Adapun nilai konduktivitas material bergantung dari material tersebut. Suhu mempengaruhi nilai resistansi dan konduktivitas suatu material.14_{Material yang}

bersifat isolator, pada umumnya konduktivitasnya akan naik jika suhunya ditingkatkan. Pada material yang bersifat konduktor sebaliknya jika suhunya ditingkatkan maka nilai konduktivitasnya menurun.18

Gambar 2. 4 Spektrum konduktivitas listrik dan resistivitas

2.8 Kapasitor dan Konstanta Dielektrik Kapasitor adalah piranti yang berfungsi untuk menyimpan muatan dan energi listrik. Kapasitor terdiri dari dua 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. 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 kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif karena terpisah oleh bahan dielektrik yang nonkonduktif. 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.19

Kemampuan material untuk polarisasi

dinyatakan sebagai permitivitas ( ) dan permitivitas relatif ( ) adalah perbandingan antara permitivitas material ( ) dengan

permitivitas vakum ( 0). Nilai konstanta

dielektrik merupakan gambaran kemampuan suatu material dapat menyimpan muatan listrik seiring dengan salah satu fungsi kapasitor sebagai penyimpan muatan.10

Cara perhitungan konstanta dielektrik dapat dilakukan dengan perhitungan sebagai berikut :

I =�0 −/� (2.8.1) nilai maksimum terjadi pada saat

I = �0 maka �0 = �0 −/� (2.8.2) sehingga didapat hubungan

t = RC, atau C =

� (2.8.3)

dari hubungan : C = 0 (2.8.4) Konstanta dielektrik film adalah :

=

0

(2.8.5) Dimana :

ε

0 = permitivitas relatif dalam ruang

hampa ( 8,85 x 10-12 _F_{/ m)}

A = luas kontak (m2₎

(14)

Gambar 2.5 kapasitor keping sejajar

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

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. Penelitian dilaksanakan dari bulan Januari 2012 sampai dengan bulan November 2012 .

3.2 Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah pisau mata intan, penggaris, pinset, gelas ukur, beaker glass, Bransonic 2510, pipet volumetrik, hot plate, neraca analitik, reaktor spin coater, gunting, spatula, stop watch, tabung reaksi, pipet, selotip, doubletip, tissue, sarung tangan karet, LCR meter, masker serta kawat atau kabel.

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah bubuk Litium asetat [LiO2C2H3],

bubuk Tantalum oksida [Ta2O5], pelarut

2-metoksietanol [C3H8O2], substrat Si (100)

tipe-p, deionized water, aseton PA [CH3COCH3, 58.06 g/mol], metanol PA

[CH3OH, 32.04 g/mol], asam florida (HF),

kaca preparat, pasta perak, kawat tembaga halus, dan alumunium foil.

3.3 Prosedur Penelitian

3.3.1 Persiapan substrat Si tipe-p

Substrat yang digunakan adalah Si (100) tipe-p. Substrat dipotong membentuk segi empat berukuran 1 cm x 1 cm menggunakan pisau mata intan. Substrat dibersihkan dengan proses pencucian sebagai berikut: (1) substrat yang telah dipotong, direndam dalam larutan aseton PA selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, (2) substrat direndam dalam deionized water selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, (3) substrat direndam dalam metanol PA selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, (4) substrat diangkat kemudian

rendam dalam deionized water, selanjutnya direndam selama beberapa detik dengan campuran HF dan deionized water dengan perbandingan 1:5, (5) tahap terakhir substrat direndam dalam deionized water selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik. Setelah selesai semua tahap pencucian, substrat dikeringkan di permukaan hot plate pada suhu 100o_{C selama 1 jam.}

3.3.2 Pembuatan larutan LiTaO3 1 M

Film LiTaO3 yang ditumbuhkan pada

permukaan substrat silikon tipe-p dibuat dengan mereaksikan bubuk Litium asetat dan bubuk Tantalum oksida kemudian ditambah pelarut 2-metoksietanol sebanyak 2,5 ml. Bahan-bahan tersebut direaksikan dalam tabung reaksi kemudian digetarkan dengan ultrasonik. Hasil reaksi berupa larutan LiTaO3 murni. Komposisi massa

masing-masing bahan ditentukan dengan perhitungan stoikiometri, kemudian bahan-bahan tersebut ditimbang menggunakan neraca analitik.

3.3.3 Penumbuhan film LiTaO3

Penumbuhan film menggunakan metode CSD di permukaan reaktor spin coater. Metode CSD merupakan pembuatan film dengan cara pendeposisian larutan bahan kimia di permukaan substrat, kemudian dipreparasi dengan spin coater pada kecepatan 3000 rpm. Langkah penumbuhan film sebagai berikut : substrat yang telah dibersihkan, diletakkan di permukaan piringan reaktor spin coater kemudian 1/3 bagiannya ditutup menggunakan selotip. Bagian 2/3 substrat ditetesi larutan LiTaO3

sebanyak satu tetes, 3 kali ulangan. Reaktor spin coater diatur pada kecepatan 3000 rpm selama 30 detik setiap penetesan larutan LiTaO3. Setelah itu substrat dipanaskan di

permukaan hot plate untuk menguapkan sisa cairan yang ada. Proses penumbuhan film menggunakan metode CSD dapat dilihat pada Gambar 3.1.

(15)

3.3.4 Proses annealing

Proses annealing bertujuan untuk mendifusikan larutan LiTaO3 dengan substrat

silikon. Proses annealing dilakukan secara bertahap menggunakan furnace VulcanTM 3-130. Pemanasan dimulai pada suhu ruang kemudian dinaikkan hingga suhu annealing yang diinginkan dengan kenaikan suhu 1,7o_{C/menit. Setelah didapatkan suhu 800}o_C,

850o_{C, dan 900}o_{C kemudian suhu}_annealing

tersebut ditahan konstan selama 1 jam, 8 jam, 15 jam, dan 22 jam. Selanjutnya dilakukan proses pendinginan sampai didapatkan kembali suhu ruang. Parameter penumbuhan sampel film LiTaO3 yang dilakukan

annealing dapat dilihat pada Tabel 3.1. Proses annealing dapat dilihat pada Gambar 3.2.

3.3.5 Perhitungan ketebalan film LiTaO3

Setelah proses annealing film LiTaO3

dihitung ketebalannya dengan metode volumetrik. Substrat Si yang telah dicuci kemudian ditimbang sebagai massa awal (m1). Substrat Si yang telah ditumbuhkan film

LiTaO3 di permukaannya setelah proses

annealing kemudian ditimbang sebagai massa akhir (m2). Luas film LiTaO3 di

permukaan silikon diukur menggunakan penggaris besi 30 cm. Perhitungan lengkap ketebalan film LiTaO3 dapat dilihat pada

Lampiran 2.

3.3.6 Pembuatan kontak pada film

LiTaO3

Proses selanjutnya adalah pembuatan kontak. Diawali dengan cara membuat pola kontak pada film yang berukuran 1 cm x 1 cm menggunakan aluminium foil. Setelah itu dilakukan proses metalisasi menggunakan bahan kontak aluminium 99,99 %, selanjutnya pemasangan kawat tembaga halus menggunakan pasta perak pada kontak. Film LiTaO3 tampak samping

yang telah ditumbuhkan pada permukaan substrat Si tipe-p dan telah dipasang kontak dapat dilihat pada Gambar 3.3.

3.3.7 Karakterisasi Film LiTaSiO5

3.3.7.1 Karakterisasi XRD

Karakterisasi XRD merupakan metode untuk mengidentifikasi struktur kristal film LiTaSiO5. Karakterisasi XRD menggunakan

shimadzu XRD-7000. Data hasil karakterisasi XRD digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal yang terbentuk dan menghitung parameter kisi. Puncak-puncak yang diperoleh dari data pengukuran kemudian dicocokkan dengan standar difraksi sinar-X untuk semua jenis material. Sifat-sifat material film LiTaSiO5 dapat ditentukan

jika telah diketahui struktur kristalnya.

3.3.7.2 Karakterisasi konduktivitas listrik Konduktivitas diukur menggunakan LCR meter dengan berbagai variasi frekuensi yaitu pada 10 kHz, 50 kHz dan 100 kHz. Dari alat tersebut diperoleh nilai konduktansi (G). Data konduktansi ini digunakan untuk menghitung nilai konduktivitas listrik. Nilai konduktivitas dapat dicari dari persamaan (2.7.1). Data konduktivitas listrik film yang didapat akan dibandingkan dengan data literatur apakah film yang terbentuk termasuk bahan konduktor, semikonduktor atau isolator.

3.3.7.3 Karakterisasi konstanta dielektrik

(16)

Tabel 3.1 Empat puluh enam sampel film LiTaO3

setelah proses annealing

Keterangan : Sampel uji yang digunakan untuk karakterisasi XRD

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Karakterisasi XRD

Karakterisasi XRD menggunakan shimadzu XRD-7000. Film yang dikarakterisasi film LiTaO3 pada suhu

annealing 850oC, 900oC selama 8 jam dan 15 Jam. Apabila suatu bahan dikenai sinar-X maka intensitas sinar-X yang ditransmisikan lebih kecil dari intensitas sinar datang. Hal ini disebabkan adanya penyerapan oleh bahan dan juga penghamburan oleh atom-atom dalam material tersebut. Berkas sinar yang dihantarkan tersebut ada yang saling menghilangkan karena fasenya berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasenya sama. Berkas sinar-X yang saling menguatkan disebut sebagai berkas difraksi. Puncak-puncak difraksi yang terbentuk mengindikasikan partikel film memiliki distribusi orientasi kristal. Dari puncak-puncak difraksi tersebut dapat ditentukan indeks miller (hkl). Indeks miller yang diperoleh digunakan untuk menentukan parameter kisi. Suatu kristal dapat didifraksikan dengan sinar-X karena orde panjang gelombang sinar-X hampir sama dengan jarak antar atom pada kristal.

Berdasarkan data hasil karakterisasi XRD yang diperoleh terlihat bahwa terjadi perubahan struktur kristal LiTaO3

(monoclinic). Litium tantalat silikat (LiTaSiO5) terbentuk dari LiTaO3 yang

bersenyawa dengan substrat silikon. Suhu annealing ini mengakibatkan peningkatan energi vibrasi termal yang menyebabkan perubahan struktur kristal LiTaO3

(monoclinic). Proses annealing digunakan untuk mengurangi tekanan, meningkatkan kehalusan butir, meningkatkan kehomogenan butir, meningkatkan kekerasan dan menciptakan suatu struktur mikro yang spesifik.9,20

Gambar 4.1 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO5 pada

suhu annealing 850°C selama 8 jam

suhu annealing 850°C selama 15 jam

(17)

Gambar 4.4 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO5 pada suhu annealing 900°C selama 15 jam

suhu annealing 850oC, 900oC selama 8 jam dan 15 jam

Pada suhu 850o_{C selama waktu annealing}

8 jam terbentuk enam puncak LiTaO3 pada

hkl (102), (104), (202), (212), (208) dan (312), selama waktu annealing 15 jam juga terbentuk enam puncak LiTaO3 pada hkl

(102), (104), (204), (212), (208) dan (312). Pada suhu 900°C selama waktu annealing 8 jam terbentuk empat puncak LiTaO3 pada

hkl (102), (104), (212) dan (312), sedangkan selama waktu annealing 15 jam terbentuk tiga puncak LiTaO3 pada hkl (102), (212) dan

(312). Sebagian besar LiTaO3 yang terbentuk

memiliki intensitas yang lebih rendah dibandingkan dengan intensitas LiTaSiO5.

Pada suhu 850o_{C, 900}o_{C selama waktu}

annealing 8 jam dan 15 jam masing-masing terbentuk enam puncak LiTaSiO5 pada hkl

(020), (002), (130), (122), (040) dan (312).

Film yang memiliki intensitas yang tinggi dikatakan mempunyai kualitas kristal yang lebih baik dibandingkan dengan film yang intensitasnya lebih rendah.21 _{Puncak yang}

terbentuk dari struktur kristal berupa puncak tajam karena memiliki derajat keteraturan yang tinggi, sedangkan pada amorf puncak-puncak yang dihasilkan sangat landai karena memiliki derajat keteraturan yang sangat rendah.14 _{Pergeseran sudut difraksi film}

karena adanya pengaruh lama waktu annealing dan besar suhu annealing. Pada saat suhu annealing 850°C selama waktu annealing 8 jam puncak LiTaO3 yang

terbentuk lebih banyak tetapi ketika suhu dan waktu annealing ditingkatkan jumlah puncak LiTaO3 yang terbentuk semakin sedikit.

Semakin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, semakin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya. Dalam data JCPDS dipaparkan bahwa LiTaO3 memiliki

nilai parameter kisi a adalah 5,159 Å, parameter kisi c adalah 13,76 Å, sedangkan nilai parameter kisi LiTaSiO5 (a = 7,514 Å,

b = 7,929 Å, c = 7,445 Å).22 Strukturkristal dari LiTaSiO5 adalah monoclinic. Nilai

parameter kisi LiTaO3 ditunjukkan pada

Tabel 4.1 yang diperoleh dengan metode analitik (dapat dilihat pada Lampiran 3) dan nilai parameter kisi LiTaSiO5 ditunjukkan

(18)

Gambar 4.5 menunjukkan gabungan pola XRD film LiTaSiO5 pada suhu annealing

850o_{C, 900}o_{C selama 8 jam dan 15 jam. Pada}

Gambar 4.5 dapat dilihat intensitas LiTaSiO5

lebih tinggi dibandingkan dengan intensitas LiTaO3. Hal ini menunjukkan kualitas kristal

LiTaSiO5 lebih baik dibanding LiTaO3.

Tabel 4.1 menunjukkan nilai parameter kisi a dan c film LiTaO3 hampir mendekati nilai

parameter kisi literatur. Pada Tabel 4.2 diperoleh nilai parameter kisi LiTaSiO5 yang

sama pada suhu annealing 850°C, 900°C selama 8 jam dan 15 jam. Masing-masing sampel mempunyai enam puncak LiTaSiO5.

Nilai parameter kisi a, b dan c untuk LiTaSiO5 yang diperoleh hampir mendekati

nilai parameter kisi literatur.

4.2 Karakterisasi Konduktivitas Listrik Nilai konduktivitas material bergantung dari material tersebut. Suhu mempengaruhi nilai resistansi dan konduktivitas suatu material. Nilai konduktivitas listrik suatu bahan material menunjukkan material tersebut bersifat isolator, semikonduktor atau konduktor. Besarnya nilai konduktivitas listrik berbanding terbalik dengan resistansinya. Konduktivitas listrik akan meningkat jika resistansi suatu bahan material menurun. Material yang bersifat isolator konduktivitasnya akan meningkat jika suhunya ditingkatkan. Pada material yang bersifat konduktor sebaliknya jika suhunya ditingkatkan maka nilai konduktivitasnya menurun.

Pengukuran konduktansi (G) dilakukan pada frekuensi 10 kHz, 50 kHz dan 100 kHz. Konduktivitas listrik dari masing-masing sampel dengan variasi suhu annealing dan

waktu annealing dapat dihitung

menggunakan persamaan (2.7.1). Luas kontak (A) dan jarak antar kontak (l) pada setiap sampel berpengaruh untuk perhitungan konduktivitas listrik. Material semikonduktor mempunyai nilai konduktivitas pada selang antara (10-8 _{sampai 10}3_{) S/cm. Nilai}

konduktivitas listrik film LiTaSiO5 yang

diperoleh berkisar antara 10-7 _{S/cm sampai}

10-5 _{S/cm. Hal ini menunjukkan bahwa film}

LiTaSiO5 adalah material semikonduktor.

Semikonduktor merupakan bahan dengan konduktivitas listrik yang berada diantara isolator dan konduktor. Sifat bahan baik konduktor, isolator, maupun semikonduktor terletak pada struktur jalur atau pita energi atom-atomnya, yang membedakan apakah bahan itu termasuk konduktor, isolator, atau

semikonduktor adalah energi Gap (Eg). Energi gap adalah energi yang diperlukan oleh elektron untuk memecahkan ikatan kovalen sehingga dapat berpindah jalur dari jalur valensi ke jalur konduksi. Pada material semikonduktor, karena celah energinya sempit maka jika suhu naik, sebagian elektron di pita valensi naik ke pita konduksi dengan meninggalkan tempat kosong (hole) di pita valensi. Elektron yang telah berada di pita konduksi maupun hole di pita valensi akan bertindak sebagai pembawa muatan untuk terjadinya arus listrik. Konduktivitas listrik akan naik jika suhu dinaikkan. Cara perhitungan nilai konduktivitas listrik ditunjukkan pada Lampiran 5.

Gambar 4.6 Hubungan lama waktu annealing dan suhu annealing terhadap konduktivitas listrik film LiTaSiO5 pada frekuensi 10 kHz

(19)

Gambar 4.8 Hubungan lama waktu annealing dan suhu annealing terhadap konduktivitas listrik film LiTaSiO5 pada frekuensi 100 kHz

Dari Gambar 4.6, 4.7 dan 4.8 menunjukkan pada suhu annealing 800o_{C dan}

850o_{C, semakin lama waktu}_{annealing nilai}

konduktivitas listrik semakin menurun tetapi pada waktu 22 jam kembali naik. Pada suhu annealing 900oC, nilai konduktivitas film LiTaSiO5 semakin lama waktu annealingnilai

konduktivitas listrik semakin menurun. Perbedaan ukuran butir kristal LiTaSiO5

akibat suhu annealing dan waktu annealing mempengaruhi nilai konduktivitas listrik film LiTaSiO5 begitu juga semakin besar

frekuensi yang diberikan maka nilai konduktivitas listrik dari film LiTaSiO5

semakin meningkat.

4.3 Karakterisasi Konstanta dielektrik Nilai konstanta dielektrik merupakan gambaran bahwa material tersebut dapat menyimpan muatan listrik seiring dengan salah satu fungsi kapasitor sebagai penyimpan muatan. Ketika sebuah dielektrik disisipkan dalam ruang antara keping-keping sebuah kapasitor, kapasitansi kapasitor akan meningkat. Nilai konstanta dielektrik diperoleh berdasarkan persamaan (2.8.5). Pengukuran nilai konstanta dielektrik dilakukan pada suhu annealing 800o_C,

850o_{C, 900}o_{C selama 1 jam, 8 jam, 15 jam}

dan 22 jam. Konstanta dielektrik (k) yang diperoleh ketika diberikan frekuensi berbeda akan menghasilkan k yang berbeda Nilai konstanta dielektrik LiTaSiO5 yang diperoleh

berkisar antara 1,99 sampai 36,74. Cara perhitungan mencari nilai konstanta dielektrik dari film LiTaSiO5 dapat dilihat

pada Lampiran 6.

Berdasarkan persambungan p-n yang terbentuk pada film dan substrat: film 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, elektron menuju tipe-p dan hole menuju tipe-n. Peristiwa difusi tersebut disertai terjadinya rekombinasi, yaitu penggabungan elektron dan hole kemudian hilang. Dengan adanya rekombinasi ini di daerah sambungan tidak ada lagi muatan-muatan bebas yang tertinggal hanyalah ion-ion statik yaitu ion-ion dari atom donor dan akseptor. Daerah sambungan seperti ini disebut dengan daerah 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. Dengan demikian daerah deplesi memiliki nilai kapasitansi.23

Gambar 4.9 Hubungan lama waktu annealing dan suhu annealing terhadap konstanta dielektrik film LiTaSiO5 pada frekuensi 10 kHz

Gambar 4.10 Hubungan lama waktu annealing dan suhu annealing terhadap konstanta

(20)

Gambar 4.11 Hubungan lama waktu annealing dan suhu annealing terhadap konstanta dielektrik film LiTaSiO5 pada frekuensi 100 kHz

Pada Gambar 4.9, ketika suhu annealing 800°C semakin lama waktu annealingnya menunjukkan nilai konstanta dielektriknya semakin meningkat sebaliknya pada suhu annealing 850°C dan 900°C. Pada

Gambar 4.10, ketika suhu annealing 800°C menunjukkan nilai konstanta dielektrik awalnya meningkat kemudian pada waktu annealing 22 jam konstanta dielektriknya menurun. Pada suhu annealing 850°C

menunjukkan nilai konstanta dielektrik awalnya menurun kemudian pada waktu annealing 22 jam konstanta dielektriknya meningkat dan pada suhu 900°C semakin

lama waktu annealing nilai konstanta dielektriknya semakin menurun. Gambar 4.11 terlihat bahwa ketika suhu annealing 800°C dan 850°C semakin lama waktu annealingnya menunjukkan nilai konstanta dielektriknya semakin menurun sedangkan pada suhu annealing 900°C menunjukkan nilai

konstanta dielektrik awalnya menurun kemudian pada waktu annealing 22 jam konstanta dielektriknya meningkat. Dari Gambar 4.9, 4.10 dan 4.11 ada beberapa faktor penting yang mempengaruhi nilai konstanta dielektrik yaitu suhu annealing, waktu annealing, ketebalan film dan frekuensi. Seiring dengan kenaikan suhu annealing pada film, akan menurunkan nilai konstanta dielektriknya. Hal ini dapat disebabkan oleh berkurangnya konsentrasi zat karena penguapan yang terjadi semakin besar seiring dengan meningkatnya suhu annealing. Ketika frekuensi yang digunakan semakin besar maka nilai kapasitansi semakin kecil. Penurunan nilai kapasitansi menjadikan nilai konstanta dielektrik film makin kecil.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Suhu annealing LiTaO3 850°C dan 900°C

dengan waktu annealing lebih lama mengakibatkan terjadi perubahan struktur kristal dari LiTaO3 (rhombohedral) menjadi

LiTaSiO5 (monoclinic). Intensitas LiTaSiO5

lebih tinggi dibanding intensitas LiTaO3.

Semakin tinggi intensitas LiTaSiO5

menunjukkan kualitas kristal LiTaSiO5 yang

semakin baik karena derajat kristalinitasnya semakin tinggi. Hasil karakterisasi konduktivitas listrik LiTaSiO5 yang diperoleh

berkisar antara (10-7 _{sampai 10}-5 _{) S/cm. Hal}

ini menunjukkan bahwa film LiTaSiO5

merupakan material semikonduktor. Nilai konstanta dielektrik LiTaSiO5 berbeda

tergantung pada ketebalan film, suhu annealing, waktu annealing dan frekuensi yang diberikan pada saat melakukan pengukuran kapasitansi dengan LCR meter. Hasil karakterisasi menunjukkan pada suhu 850°C dan 900°C selama waktu annealing 8 jam menghasilkan film LiTaSiO5 yang lebih

baik karena memiliki derajat kristalinitas, nilai konduktivitas listrik dan konstanta dielektrik yang lebih tinggi dibandingkan dengan waktu annealing 15 jam.

5.2 Saran

Pada penelitian selanjutnya diharapkan menumbuhkan film LiTaO3 pada variasi suhu

annealing tidak melebihi suhu currie (601±5,5)oC agar tidak terjadi perubahan senyawa dan struktur kristal. Pada proses annealing juga hendaknya diperhatikan agar diperoleh film yang kualitas kristalnya lebih baik yaitu film yang memiliki derajat kristalinitas tinggi.

DAFTAR PUSTAKA

1. Uchino K. 2000. Ferroelectric Devices. New York : Marcel Dekker, Inc.

2. Irzaman, Maddu A, Syafutra H dan Ismangil A. 2010. Uji konduktivitas listrik dan dielektrik film tipis lithium tantalate (LiTaO3) yang didadah

niobium pentaoksida (Nb2O5)

(21)

3. Hikam M, Sarwono E dan Irzaman. 2004. Perhitungan polarisasi spontan dan momen quadrupol potensial listrik bahan PIZT (PbInxZryTi1-x-yO3-x/2).

Makara, Sains 8 (3): 108-115.

4. Saito, T, Ismunandar.1996. Kimia Anorganik. Permiission of Iwanami Shaten Publisher.

5. Malvino A V. 1990. Prinsip-prinsip Elektronika. Jakarta: Salemba Teknika.

6. Sutrisno. 1986. Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung: Institut Teknologi Bandung.

7. Seo, J.Y, S.W, Park.2004. Chemical mechanical planarization characteristic of ferroelectric film for FRAM applications. J. of Korean Physics Society.

45 (3). 769-772.

8. Irzaman, Darvina Y, Fuad A, Arifin P, Budiman M dan Barmawi M. 2003. Physical and pyroelectric properties of tantalum oxide doped lead zirconium titanate [Pb0.9950(Zr0.525Ti0.465Ta0.010)O3]

thin films and its applications for IR sensor. Physica Status Solidi (a) Germany 199 (3): 416-424.

9. Kwok K N. 2001. Complete to Semiconductor Devices. New York: McGraw-Hill, Inc.

10. Marwan, A. 2007. Studi efek fotovoltaik bahan Ba0,5Sr0,5TiO3 yang didadah galium (BGST) di atas substrat Si (100) Tipen. [Skripsi]. Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor.

11. C. P. Poole. 1998. The Physics Handbook Fundamentals and Key Equations. New York : John Wiley and Son, Inc.

12. Chaidir A, Kisworo D. 2007. Pengaruh pemanasan terhadap struktur-mikro, sifat mekanik dan korosi paduan Zr-Nb-Sn-Fe. [Hasil-hasil Penelitian EBN]. ISSN 0854-5561.

13. Setiawan A. 2008. Uji sifat listrik dan optik BST yang didadah niobium (BSNT) ditumbuhkan di atas substrat Si (100) tipe-p dan gelas corning dengan

penerapannya sebagai fotodiode [skripsi]. Bogor: FMIPA, IPB.

14. Frimasto H. 2007. Sifat optik film tipis bahan ferrolektrik BaTiO3 yang didadah

tantalum (BTT) [skripsi]. Bogor: FMIPA, IPB.

15. Cullity, B.D. 1956. Elements Of X-Ray Diffraction. Massachusetts, Addison Wesley Publishing Company.

16. Milan J, Lauhon L, Allen J. 2005. Photoconductivity Of Semiconducting CdS.

17. Tipler PA.1991. Physics for Scientist and Engineers. Worth Publisher Inc.

18. X Liu. 2005. Nanoscale chemical ething of near-stoichiometric lithium tantalite. Journal Material sains 97(1):30-38.

19. P. S. Kirev. 1975. Semiconductor Physic. Moscow :MIR Publisher.

20. Hillaludin M N. 2011. Pembuatan sel surya berbasis film tipis Ba0.5Sr0.5TiO3

(BST) [skripsi]. Bogor: FMIPA, IPB.

21. Suhaldi, Marwoto P dan Sugianto. 2006. Pengaruh kondisi penumbuhan pada sifat fisis film tipis Ga2O3 dengan doping

ZnO [skripsi]. Semarang: Universitas Negeri Semarang.

22. JCPDS.1997.International Centre for Diffraction Data. U.S.A : Campus Boulevard.

(22)

(23)

Lampiran 1. Diagram alir penelitian

Tidak

2-metoksietanol Tantalum oksida

Litium asetat

Persiapan substrat Si (100) Persiapan bahan dan alat

MULAI

Pembuatan larutan LiTaO3

Penumbuhan film LiTaO3 dengan

metode CSD dan spin coating

Proses annealing

Berhasil

Penumbuhan kontak pada film

Penulisan skripsi Pengolahan dan analisis data Karakterisasi konstantadielektrik Karakterisasi konduktivitaslistrik

Karakterisasi XRD

SELESAI

(24)

Lampiran 2 Perhitungan ketebalan film LiTaO

3

Metode volumetrik

=

2

−

1

�

∙

Keterangan :

= ketebalan film

(cm)

1

= massa substrat sebelum ditumbuhkan film

(g)

2

= massa substrat setelah

dan terdapat film dipermukaanya

(g)

= luas permukaan film yang terdeposisi pada permukaan substrat

(cm

2

)

�

= massa jenis film yang terdeposisi

(g/cm

3

)

1.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

800

o

C, 1 jam

m2

= 0,1297 g;

m1

= 0,1291 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,6 cm

2

=

0,1297 g

−

0,1291 g

7,45g/cm

ᶟ

∙

0,6 cm

²

= 1,34

�

10

−4

cm

2.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

800

o

C, 8 jam

m2

= 0,1253 g;

m1

= 0,1249 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,5 cm

2

=

0,1253 g

−

0,1249 g

7,45g/cm

ᶟ

∙

0,5 cm

²

= 1,07 x 10

−4

cm

3.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

800

o

C, 15 jam

m2

= 0,1272 g;

m1

= 0,1265 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,5 cm

2

=

0,1272 g

−

0,1265 g

7,45g/cm

ᶟ

∙

0,5 cm

²

= 1,88 x 10

−4

cm

4.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

800

o

C, 22 jam

m2

= 0,1314 g;

m1

= 0,1305 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,5 cm

2

=

0,1314 g

−

0,1305 g

7,45 g/cm

ᶟ

∙

0,5 cm

²

= 2,42 x 10

−4

cm

5.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

850

o

C, 1 jam

m2

= 0,1315 g;

m1

= 0,1303 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,5 cm

2

=

0,1315 g

−

0,1303 g

7,45g/cm

ᶟ

∙

0,5cm

²

= 3,22 x 10

−4

cm

6.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

850

o

C, 8 jam

m2

= 0,1395 g;

m1

= 0,1381 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,6 cm

2

=

0,1395 g

−

0,1381 g

7,45g/cm

ᶟ

∙

0,6 cm

²

= 3,13 x 10

−4

cm

7.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

850

o

C, 15 jam

m2

= 0,1248 g;

m1

= 0,1231 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,6 cm

2

=

0,1248 g

−

0,1231 g

7,45g/cm

ᶟ

∙

0,6 cm

²

= 3,80 x 10

−4

cm

8.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

850

o

C, 22 jam

m2

= 0,1331 g;

m1

= 0,1323 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,6 cm

2

=

0,1331 g

−

0,1323 g

7,45

∙

0,6

= 1,79 x 10

(25)

Lanjutan Lampiran 2

9.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

900

o

C, 1 jam

m2

= 0,1317 g;

m1

= 0,1305 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,6 cm

2

=

0,1317 g

−

0,1305 g

7,45 g/cm

ᶟ

∙

0,6 cm

²

= 2,68 x 10

−4

cm

10.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

900

o

C, 8 jam

m2

= 0,1375 g;

m1

= 0,1359 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,6 cm

2

=

0,1375 g

−

0,1359 g

7,45g/cm

ᶟ

∙

0,6 cm

²

= 3,58 x 10

−4

cm

11.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

900

o

C, 15 jam

m2

= 0,1404 g;

m1

= 0,1397 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,6 cm

2

=

0,1404 g

−

0,1397 g

7,45 g/cm

ᶟ

∙

0,6 cm

²

= 1,57 x 10

−4

cm

12.

Film LiTaO

3

setelah proses

annealing

900

o

C, 22 jam

m2

= 0,1519 g;

m1

= 0,1509 g;

�

= 7,45 g/cm

3

;

A

= 0,6 cm

2

=

0,1519 g

−

0,1509 g

7,45g/cm

ᶟ

∙

0,6 cm

²

= 2,24 x 10

(26)

Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi LiTaO

3

Tabel 3.a Perhitungan parameter kisi LiTaO

3

setelah proses

annealing

850

o

C, 8 jam

Tabel 3.b Perhitungan parameter kisi LiTaO

3

setelah proses

annealing

850

o

C, 15 jam

peak

no

h

k

l

2

�

²

sin²2

�

sin²

�

²

sin²

�

sin²

�

sin²

�

1

0

2

23,72

11,86

1

4

16

4

0,161664

0,042197

1,616645

2,613541

6,466579

1,616645

0,042197

0,168787

0,068217

2

1

0

4

32,85

16,425

1

16

256

16

0,293978

0,079874

2,939779

8,642303

47,03647

2,939779

0,079874

1,277991

0,234813

3

2

0

4

48,52

24,26

4

16

256

64

0,560855

0,16866

5,60855

31,45584

89,7368

22,4342

0,67464

2,698559

0,945938

4

2

1

2

56,1

28,05

7

49

4

16

28

0,688461

0,220921

6,884607

47,39782

27,53843

48,19225

1,54645

0,883686

1,520958

5

2

0

8

68,75

34,375

4

16

64

4096

256

0,868227

0,318498

8,682274

75,38189

555,6656

34,7291

1,27399

20,38384

2,765283

6

3

1

2

78,3

39,15

13

169

4

16

52

0,958602

0,398267

9,586017

91,89173

38,34407

124,6182

5,177473

1,593069

3,817796

Σ

252

4656

420

257,3831

764,7879

234,5302

8,794625

27,00593

9,353004

peak

no

h

k

l

2

�

²

sin²2

�

sin²

�

²

sin²

�

sin²

�

sin²

�

1

0

2

23,72

11,86

1

4

16

4

0,161664

0,042197

1,616645

2,613541

6,466579

1,616645

0,042197

0,168787

0,068217

2

1

0

4

32,85

16,425

1

16

256

16

0,293978

0,079874

2,939779

8,642303

47,03647

2,939779

0,079874

1,277991

0,234813

3

2

0

2

42,55

21,275

4

16

4

16

0,456916

0,131529

4,569164

20,87726

18,27666

0,526116

0,600978

4

2

1

2

56,1

28,05

7

49

4

16

28

0,688461

0,220921

6,884607

47,39782

27,53843

48,19225

1,54645

0,883686

1,520958

5

2

0

8

68,75

34,375

4

16

64

4096

256

0,868227

0,318498

8,682274

75,38189

555,6656

34,7291

1,27399

20,38384

2,765283

6

3

1

2

78,3

39,15

13

169

4

16

52

0,958602

0,398267

9,586017

91,89173

38,34407

124,6182

5,177473

1,593069

3,817796

(27)

Lanjutan Lampiran 3

Tabel 3.c Perhitungan parameter kisi LiTaO

3

setelah proses

annealing

900

o

C, 8 jam

Tabel 3.d Perhitungan parameter kisi LiTaO

3

setelah proses

annealing

900

o

C, 15 jam

peak

no

h

k

l

2

�

²

sin²2

�

sin²

�

²

sin²

�

sin²

�

sin²

�

1

0

2

23,72

11,86

1

4

16

4

0,1616645

0,0421967

1,6166449

2,6135406

6,4665794

1,6166449

0,0421967

0,1687867

0,068217

2

1

2

56,1

28,05

7

49

4

16

28

0,6884607

0,2209215

6,8846072

47,397816

27,538429

48,19225

1,5464504

0,8836859

1,5209576

3

1

2

78,3

39,15

13

169

4

16

52

0,9586017

0,3982672

9,5860173

91,891727

38,344069

124,61822

5,1774732

1,5930687

3,817796

Σ

219

48

84

141,90308

72,349077

174,42712

6,7661203

2,6455413

5,4069706

peak

no

h

k

l

2

�

²

sin²2

�

sin²

�

²

sin²

�

sin²

�

sin²

�

1

0

2

23,72

11,86

1

4

16

4

0,161664

0,042197

1,616645

2,613541

6,466579

1,616645

0,042197

0,168787

0,068217

2

1

0

4

32,85

16,425

1

16

256

16

0,293978

0,079874

2,939779

8,642303

47,03647

2,939779

0,079874

1,277991

0,234813

3

2

1

2

56,1

28,05

7

49

4

16

28

0,688461

0,220921

6,884607

47,39782

27,53843

48,19225

1,54645

0,883686

1,520958

4

3

1

2

78,3

39,15

13

169

4

16

52

0,958602

0,398267

9,586017

91,89173

38,34407

124,6182

5,177473

1,593069

3,817796

(28)

Lanjutan Lampiran 3

Mencari parameter kisi

hexagonal

untuk puncak banyak

Jarak antar bidang, d

1₂

=

4

3

2₊ ₊ 2

2

+

2

(1)

Menurut Bragg:

= 2 sin

�

2

= 4

2

sin

2

θ

atau sin

2

�

=

2

4 2

(2)

Penggabungan persamaan (1) dan (2) menghasilkan:

1

2

=

4

3

2

+

2

+

2

=

4sin

2

�

2

atau

sin

2

�

=

2 2

+

2

3

2

+

2 2

4

2

Untuk memperoleh nilai parameter kisi menggunakan hubungan,

sin

2

�

=

2

4

∙

4

3

2

+

2

+

2

4

∙

2

, dan

sin

2

� −

2

3

2

+

2

−

2

4

2

=

sin

2

�

akan diperoleh bentuk

sin

2

�

=

+

,

Keterangan:

=

2

3

2

,

=

2

+

2

,

=

2

4

2

,

=

2

,

=

10

, dan = 10sin

2

θ

Nilai C, B, dan A dapat diperoleh dari 3 persamaan menggunakan metode Cramer:

Σ

sin

2

�

=

Σ

2

+

Σ

+

Σ

,

Σ

sin

2

�

=

Σ

+

Σ

2

+

Σ

,

(29)

Lanjutan Lampiran 3

[1] Nilai parameter kisi LiTaO

3

setelah proses

annealing

850

o

C, 8 jam

8,646101 = 252,0000 C + 372,0000 B + 230,3727A

24,83349 = 372,0000 C + 4416,0000 B+ 693,3278A

9,008044 = 230,3727 C + 693,3278 B + 246,8045A

Menjadi bentuk matriks A x = B

252,0000

372,0000

230,3727

372,0000

4416,0000

693,3278

230,3727

693,3278

246,8045

=

8,646101

24,83349

9,008044

Mencari determinan matriks A

det

=

252,0000

372,0000

230,3727

372,0000

4416,0000

693,3278

230,3727

693,3278

246,8045

=

3831402,223

1

det

1

=

8,646101

372,0000

230,3727

24,83349

4416,0000

693,3278

9,008044

693,3278

246,8045

=

112804,1

Mencari determinan matriks A

2

det

₂

=

252,0000

8,646101

230,3727

372,0000

24,83349

693,3278

230,3727

9,008044

246,8045

=

11842,72

Nilai C diperoleh dari

=

det

1

det

= 0,029442

Nilai B diperoleh dari

=

det

2

det

= 0,003091

Nilai parameter kisi a

=

�

∙

= ,

Å

Nilai parameter kisi c

=

�

∙

=

,

Å

3

setelah proses

annealing

850

o

C, 15 jam

8,794625 = 252,0000 C + 420,0000 B + 234,5302A

27,00593 = 420,0000 C + 4656,0000 B+ 764,7879A

9,353004 = 234,5302 C + 764,7879 B + 257,3831A

252,0000

420,0000

234,5302

420,0000

4656,0000

764,7879

234,5302

764,7879

257,3831

=

(30)

Lanjutan Lampiran 3

det

=

252,0000

420,0000

234,5302

420,0000

4656,0000

764,7879

234,5302

764,7879

257,3831

=

3760146,4

Mencari determinan matriks A

1

det

1

=

8,794625

420,0000

234,5302

27,00593

4656,0000

764,7879

9,353004

764,7879

257,3831

=

110923,3

2

det

2

=

252,0000

8,794625

234,5302

420,0000

27,00593

764,7879

234,5302

9,353004

257,3831

=

11646,22

=

det

1

det

= 0,0295

=

det

2

det

= 0,003097

=

�

∙

= ,

Å

=

�

∙

=

,

Å

3

setelah proses

annealing

900

o

C, 8 jam

6,845995 = 220,0000 C + 100,0000 B + 177,3669A

3,923532 = 100,0000 C + 304,0000 B + 119,3855 A

5,641784 = 177,3669 C + 119,3855 B + 150,5454A

220,0000

100,0000

177,3669

100,0000

304,0000

119,3855

177,3669

119,3855

150,5454

=

6,845995

3,923532

5,641784

Mencari determinan matriks A

det

=

220,0000

100,0000

177,3669

100,0000

304,0000

119,3855

177,3669

119,3855

150,5454

(31)

Lanjutan Lampiran 3

1

det

₁

=

6,845995

100,0000

177,3669

3,923532

304,0000

119,3855

5,641784

119,3855

150,5454

=

2903,44

2

det

2

=

220,0000

6,845955

177,3669

100,0000

3,923532

119,3855

177,3669

5,641784

150,5454

=

303,9424

=

det

1

det

= 0,029372

=

det

2

det

= 0,003075

=

�

∙

= ,

Å

=

�

∙

=

,

Å

3

setelah proses

annealing

900

o

C, 15 jam

6,766120 = 219,0000 C + 84,0000 B + 174,4271 A

2,645541 = 84,0000 C + 48,0000 B + 72,34908 A

5,406971 = 174,4271 C + 72,34908 B + 141,9031A

219,0000

84,0000

172,4271

84,0000

48,0000

72,34908

174,4271

72,34908

141,9031

=

6,766120

2,645541

5,406971

det

=

219,0000

84,0000

172,4271

84,0000

48,0000

72,34908

174,4271

72,34908

141,9031

=

3794,222

1

det

₁

=

6,766120

84,0000

172,4271

2,645541

48,0000

72,34908

5,406971

72,34908

141,9031

=

111,2302

2

det

₂

=

219,0000

6,766120

172,4271

84,0000

2,645541

72,34908

174,4271

5,406971

141,9031

(32)

Lanjutan Lampiran 3

=

det

1

det