Sintesis, Energi Gap Dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik Litao3 Diatas Substrat Silikon.

(1)

SINTESIS, ENERGI GAP DAN ANALISIS STRUKTUR

KRISTAL FILM FERROELEKTRIK LiTaO

3

DIATAS SUBSTRAT SILIKON

LA ISA

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

(3)

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Sintesis, Energi Gap, dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik LiTaO3 diatas Substrat Silikon adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, September 2015

(4)

(5)

RINGKASAN

LA ISA. Sintesis, Energi Gap dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik LiTaO3 diatas Substrat Silikon. Dibimbing oleh IRZAMAN dan IRMANSYAH.

Film tipis merupakan material yang memberikan harapan baru dalam pengembangan devais sel surya agar memenuhi persyaratan, diantaranya biaya rendah dan stabilitas material yang baik. Pembuatan lapisan tipis sudah banyak dikembangkan dengan menggunakan metode tertentu. Litium Tantalat merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, serta kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi (high charge storage capacity).

Tujuan dari penelitian ini adalah membuat film tipis LiTaO3 pada substrat Si tipe-p (100) dan tipe-n (111), menentukan ketebalan lapisan tipis serta melakukan uji sifat optik, dan struktur kristal dari film tipis LiTaO3 yang dibuat pada suhu annealing 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750°C, dan 800 °C selama 8 jam dengan karakterisasi XRD (X-ray diffraction) dan spektroskopi UV-Vis.

Pada penelitian ini ketebalan film tipis litium tantalat (LiTaO3) dihitung dengan metode volumetrik pada substrat silikon (100) tipe-p adalah 2.37526 µm dan substrat silikon tipe-n adalah 1.952 µm pada suhu 700 o_{C. Berdasarkan analisis} UV-Vis film tipis litium tantalat (LiTaO3) yang ditumbuhkan pada substrat silikon (100) tipe-p diketahui bahwa LiTaO3 dapat diaplikasikan pada sensor infra red (IR) karena selain memiliki serapan pada cahaya tampak, juga terjadi serapan pada panjang gelombang infra red (IR). Energy bandgap film tipis litium tantalat silikat (LiTaO3) pada substrat silikon (100) tipe-p 2.94 eV pada suhu 650 oC dan energi bandgap pada substrat silikon (111) tipe-n 3.06 eV. Analisis struktur kristal pada film tipis litium tantalat (LiTaO3) diperoleh struktur kristal heksagonal dan film tipis litium tantatalat silikat (LiTaSiO5) pada diperoleh struktur kristal monoklinik.

(6)

SUMMARY

LA ISA. Synthesis, Energy Gap and Analysis of Film Ferroelectric LiTaO3 Crystal Structure on Silicon Substrates. Supervised by IRZAMAN and IRMANSYAH .

Thin film is a material that gives new hope devais in the development of solar cells in order fulfil the requirements, including low cost and good material stability. Making the thin layer has been developed using a particular method. Tantalat lithium is a material that has a high dielectric constant and high charge storage capacity.

The purpose of this research is to synthesis a thin film LiTaO3 Si substrate p-type (100) and n-type (111), to determined the film thickness as well as to test the optical properties and crystal structure of the thin film LiTaO3 made at the annealing temperature of 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C and 800 o_{C for 8 hours with the} characterization of XRD (X-ray diffraction) and UV - Vis spectroscopy.

In this study, the thickness of the thin film lithium tantalat (LiTaO3) calculated by the volumetric method on a silicon substrate (100) p-type is 2.37526

μm and n-type silicon substrate is 1,952 μm at a temperature of 700 o_{C. Based on} the analysis of UV-Vis thin film lithium tantalat (LiTaO3) grown on a silicon substrate (100) p-type note that LiTaO3 can be applied to the sensor infra red (IR) because in addition to having absorption in visible light, also occurs absorption at a wavelength infra red (IR). Energy bandgap thin-film lithium silicate tantalat (LiTaO3) on a silicon substrate (100) p-type is 2.94 eV at a temperature of 650 oC and energy bandgap on a silicon substrate (111) n-type 3.06 eV. Analysis of the crystal structure of the thin film lithium tantalat (LiTaO3) is obtained and the hexagonal crystal structure of thin film lithium silicate tantatalat (LiTaSiO5) in monoclinic crystal structure is obtained .

Key words: energy bandgap, crystal structure, optical properties, thin film lithium tantalat

(7)

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015

Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan, suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB

(8)

(9)

SINTESIS, ENERGI GAP DAN ANALISIS STRUKTUR

KRISTAL FILM FERROELEKTRIK LiTaO

3

DIATAS SUBSTRAT SILIKON

LA ISA

Tesis

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains

pada

Program Studi Biofisika

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(10)

(11)

Judul Tesis : Sintesis, Energi Gap dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik LiTaO3 diatas Substrat Silikon

Nama : La Isa

NIM : G751130111

Disetujui oleh

Komisi Pembimbing

Dr Ir Irzaman, MSi Ketua

Dr Ir Irmansyah, MSi Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi Biofisika

Dr Mersi Kurniati, SSi, MSi

Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr

(12)

(13)

PRAKATA

Alhamdulillahirabbi’alamin. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga karya ilmiah dengan judul Sintesis, Energi Gap, dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik LiTaO3 diatas Substrat Silikon telah selesai dilakukan.

Penulis sangat berterima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan mendukung dalam penyelesaian karya ilmiah ini terutama kepada Bapak Irzaman dan Irmansyah selaku pembimbing atas semua saran, ide, nasihat, serta motivasi kepada penulis. Tidak lupa terimakasih kepada BPPDN Dikti yang telah memberikan dukungan materi kepada penulis selama dua tahun masa studi.

Ungkapan terima kasih yang tiada tara disampaikan kepada Ayah, Ibu, keluarga dan calon istriku tercinta Sukmawati atas segala dukungan, motivasi, perhatian, cinta dan kasih sayang serta doa yang tentunya takkan bisa penulis balas dengan sesuatu apapun sehingga penulis mampu menyelesaikan studi dengan tepat waktu. Ucapan terima kasih juga kepada teman-teman biofisika angkatan 50 dan pak Jun yang telah banyak membantu secara teknis maupun non teknis.

Akhir kata, semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan tentunya penulis sangat mengharapkan segala macam masukan, kritik, dan saran yang membangun.

Bogor, September 2015

(14)

(15)

DAFTAR ISI

Sintesa dan Perhitungan Ketebalan Film Tipis LiTaO3 Analisis Sifat Optik Film Tipis LiTaO3

(16)

DAFTAR TABEL

1 Perhitungan ketebalan film tipis LiTaO3 diatas substrat silikon 11 2 Parameter kisi film tipis LiTaO3 berstruktur heksagonal pada

substrat silikon (100) tipe-p

20

3 Parameter kisi film tipis LiTaO3 berstruktur heksagonal pada

substrat silikon (111) tipe-n 20 4 Parameter kisi film tipis LiTaSiO5 berstruktur monoklinik

pada substrat silikon (100) tipe-p 20

5 Parameter kisi film tipis LiTaSiO5 berstruktur monoklinik

pada silikon (111) tipe-n 20

DAFTAR GAMBAR

2.1 Susunan atom pada kristal semikonduktor silikon intrinsic 3 2.2 Diagram X-Ray Difraktometer (Callister dan Rethwisch, 2009) 5 2.3 Difraksi bidang sinar-X (Callister dan Rethwisch, 2009) 6

3.1 Grafik suhu vs waktu pada proses annealing 8

3.2 Diagram Penelitian 10

4.1 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3 pada substrat silikon (100) tipe-p

12

4.2 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3 pada substrat silikon (111) tipe-n

13

4.3 Energi band gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon (100)

tipe-p 15 4.4 Energi band gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon (111)

tipe-n

16

4.5 Pola XRD pada dua film tipis LiTaO3 yang ditumbuhkan

pada silikon (100) dengan suhu annealing 600 oC selama 3 jam 18

4.6 Pola XRD film LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing pada

suhu 650 o_{C dan 750}o_{C selama 8 jam} 18

4.7 Pola XRD film LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing

(17)

DAFTAR LAMPIRAN

1 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-p

setelah proses annealing 650 oC, 8 jam dengan struktur heksagonal

25

2 Perhitungan parameter kisi LiTaO3pada silikon tipe-p

setelah prosesannealing 750 oC, 8 jam dengan struktur heksagonal 29

3 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-n

setelah proses annealing 750 oC, 8 jam dengan struktur heksagonal 32

4 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-n

setelah proses annealing 800oC, 8 jam dengan struktur heksagonal

35

5 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-p

setelah proses annealing 650 oC, 8 jam dengan struktur monoklinik

38

6 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-p

setelah proses annealing 750 oC, 8 jam dengan struktur monokllinik

42

7 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-n

46

8 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-n

(18)

(19)

1 PENDAHULUAN

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.Selain itu LiTaO3 merupakan kristal non-hygroskopis yang tidak

mudah rusak sifat optiknya, sifat ini yang menjadikan bahan LiTaO3 unggul dari

bahan lainnya.

Film tipis merupakan material yang memberikan harapan baru dalam pengembangan devais sel surya agar memenuhi persyaratan, diantaranya biaya rendah dan stabilitas material yang baik. Pembuatan lapisan tipis sudah banyak dikembangkan dengan menggunakan metode tertentu (Irzaman, 2010).

Pembuatan film tipis LiTaO3 diharapkan bisa menjadi devais sel surya.

Sifat yang diuji dari film tipis tersebut adalah sifat listrik dan optik. Pengujian sifat listrik dilihat dari kurva hubungan tegangan arus dan konduktivitas listrik. Sedangkan untuk sifat optic dapat dilihat dari sifat absorpsi.Material yang digunakan dalam pembuatan lapisan tipis ini adalah LiTaO3. Litium Tantalat

merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, serta kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi (high charge storage capacity). Pembuatan LiTaO3 menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah, dan

dilakukan dalam waktu yang relatif singkat. Penelitian lapisan tipis LiTaO3 yang

dilakukan adalah untuk melihat sifatnya melalui kurva hubungan tegangan dan arus atau I-V, sifat konduktivitas listriknya (Amiruddin, 2005). Berikut ini merupakan persamaan reaksi untuk LiTaO3

2LiO2CH3 + Ta2O5 + 2O2 2LiTaO3 + 3H2O + 2CO2

Litium Tantalat (LiTaO3) dapat dibuat menjadi sebuah semikonduktor dengan

(20)

2

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah membuat film tipis LiTaO3 pada substrat

Si tipe-p (100) dan tipe-n (111), mengetahui ketebalan lapisan tipis serta melakukan uji sifat optik, dan struktur kristal dari film tipis LiTaO3 yang dibuat

pada suhu annealing 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750°C, dan 800 °C selama 8 jam dengan karakterisasi XRD (X-ray diffraction) dan spektroskopi UV-Vis.

Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberi informasi pada masyarakat dan para peneliti tentang struktur kristal, sifat optik, dan adsorbansi film tipis LiTaO3

untuk aplikasi sensor Infra Red yang berbasis Litium Tantalat.

Ruang Lingkup Penelitian

Dalam penelitian yang dilakukan, film tipis LiTaO3 dibuat dengan metode

chemical solution deposition (CSD) dengan variasi suhu annealing (600°C, 650 °C, 700 °C, 750 °C, dan 800 °C) selama 8 jam. Film tipis LiTaO3 yang telah

(21)

2 TELAAH PUSTAKA

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.

Atom Silikon memiliki 10 elektron yang terikat kuat kepada inti atom, dan 4 elektron valensi, maka ia dikenal dengan istilah atom tetravalen. Dimana ikatannya kepada inti atom tidak kuat dan mudah lepas dengan sedikit energi tertentu. Untuk menjadi stabil secara kimiawi, sebuah atom Silikon membutuhkan delapan elektron di lintasan valensinya. Maka, setiap atom Silikon akan bergabung dengan atom Silikon lainnya, sedemikian rupa sehingga menghasilkan delapan elektron di dalam lintasan valensinya. Ketika ini terjadi, maka Silikon akan membentuk benda padat, yang disebut kristal.

Kristal semikonduktor intrinsic terdiri atas atom silikon seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1. Tiap atom silikon mempunyai 4 buah elektron valensi. Atom silikon menempati kisi-kisi dalam kristal. Tiap atom Si terikat dengan 4 buah atom Si lain membentuk ikatan kovalen. Kristal silikon merupakan semikonduktor intrinsic, yaitu semikonduktor murni yang belum dicampur atau dikotori oleh atom lain. Pada suhu 0 o_{K, kristal silikon bersifat sebagai isolator}

karena memiliki pita konduksi yang kosong. Namun, ketika dipanaskan, elektron mendapat energi. Hal ini mengakibatkan perpindahan elektron dari pita valensi ke pita konduksi sehingga dapat bersifat sebagai konduktor (Sutrisno, 1986).

(22)

4

Litium Tantalat (LiTaO3)

Lithium Tantalat atau yang biasa disebut dengan LiTaO3 dapat digunakan

sebagai FRAM karena memiliki kostanta dielektrik yang tinggi dan kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi. Karakterisasi LiTaO3 dapat diaplikasikan

dalam berbagai macam piranti seperti dalam pembuatan multi-layer capasitor (MLC), selain itu LiTaO3 dipilih karena pembuatannya dapat dilakukan di

laboratorium dengan peralatan sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam waktu yang relative singkat..

LiTaO3 merupakan campuran hasil reaksi antara Litium asetat

[(LiO2C2H3), 99.9%] dan Tantalum oksida [(Ta2O5), 99.9%]. Berikut ini

persamaan reaksi menghasilkan LiTaO3 :

2 LiO2C2H3 + 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. (Irzaman, 2003)

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 merupakankristal 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 (Seo, 2004). Pembuatan LiTaO3

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

Proses Annealing

(23)

5

tercapai perubahan yang diinginkan kemudian mendinginkan material tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat hingga suhu kamar (Nurul, 2013).

X-ray Diffraction (XRD)

Spektroskopi difraksi sinar-X (X-ray difraction/XRD) merupakan salah satu metoda karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga sekarang. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. Diagram skematik XRD ditunjukkan pada Gambar 2.2

Gambar 2.2 Diagram X-Ray Difraktometer (Callister dan Rethwisch, 2009)

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.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

(24)

6

Gambar 2.3 Difraksi bidang sinar-X (Callister dan Rethwisch, 2009)

Spektrofotometer UV-Vis

Spektrofotometer ultraviolet merupakan alat untuk mengukur transmitansi dan absorbansi suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Spektrofotometer terdiri dari spektrometer dan fotometer. Spektrometer berfungsi untuk menghasilkan sinar dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer berfungsi sebagai alat pengukur intensitas cahaya yang diabsorbsi. Instrumen UV-Vis terdiri dari beberapa komponen utama, seperti detektor cahaya, fotodioda, tabung fotomultiplier, analog-digital konverter, sumber cahaya, dan perangkat

Interface (Zhang, 2009).

(25)

3 METODE PENELITIAN

Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Material Elektronik Biofisika Material Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dan Laboratorium Fisika Material UGM. Penelitian dilaksanakan dari bulan September 2014 sampai dengan bulan Maret 2015.

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, 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.

Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian ini terdiri dari pembuatan film LiTaO3 dengan metode

chemical solution deposition (CSD). Secara singkat langkah-langkah penelitian dapat ditampilkan pada diagram alir pada Gambar 3.2

Pembuatan Film

Persiapan substrat

Substrat yang digunakan adalah Si tipe-p (100) dan tipe-n (111) . Substrat dipotong dengan ukuran 1 cm x 1 cm berbentuk persegi menggunakan pisau mata intan. Substrat dibersihkan dengan proses pencucian yaitu substrat yang telah dipotong, direndam dalam larutan aseton PA selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, kemudian substrat direndam dalam deionized water selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, selanjutnya substrat direndam dalam metanol PA selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, substrat diangkat kemudian rendam dalam deionized water, 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 100 oC selama 1 jam.

Pembuatan Larutan

Film tipis LiTaO3 yang ditumbuhi diatas substrat silikopn tipe-p dengan

(26)

8

bubuk Tantalum oksida [(Ta2O5) 99.9%] setelah bahan-bahan dicapur lalu

dikocok beberapa menit kemudian dilakukan penyaringan agar diperoleh larutan yang bersifat homogen sebagai pelarut. Seluruh bahan tersebut dicampur dengan pengaduk ultrasonik dengan model Branson 2210 selama 90 menit.

Penumbuhan film

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.

Gambar 3.1 Grafik suhu vs waktu pada proses annealing

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 ketebalan film dari metode ini menggunakan rumus :

(27)

9

Karakterisasi Film Tipis

Karakterisasi UV-Vis

Metode spektrofotometri UV-Vis ini digunakan untuk memberikan informasi adanya sistem (gugus atom) dari senyawa organik yang menyebabkan terjadinya serapan radiasi dalam daerah UV-Vis dan mengukur jumlah ikatan rangkap atau konjugasi aromatik dalam suatu molekul

Karakterisasi XRD

Karakterisasi XRD merupakan metode untuk mengidentifikasi struktur kristal film LiTaSiO5. Karakterisasi XRD menggunakan shimadzu XRD-7000

Cu (1.5406 Å). 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

(28)

10

(29)

4 HASIL DAN PEMBAHASAN

Sintesa dan Perhitungan Ketebalan Film LiTaO3

Pembuatan film LiTaO3 diawali dengan persiapan substrat Si (100) tipe-p

dan Si (111) tipe-n yang dipotong-potong berbentuk persegi dengan dimensi 1 cm x 1 cm. Kemudian substrat Si dicuci dengan aquabides. Bahan pembuatan film LiTaO3 adalah litium asetat (LiO2C2H3) ditambah tantalum

oksida (Ta2O5). Komposisi massa masing-masing bahan ditentukan berdasarkan

perhitungan stoikiometri masing-masing bahan. Bahan-bahan tersebut

direaksikan dalam tabung reaksi dengan menambahkan pelarut 2-metoksietanol sebanyak 2,5 ml. Film LiTaO3 ditumbuhkan pada 2/3

permukaan substrat Si (100) tipe-p dan Si (111) menggunakan metode CSD dengan teknik spin coating. Reaktor spin coater diatur pada kecepatan 3000 rpm selama 30 detik setiap penetesan larutan LiTaO3.

Film LiTaO3 ditumbuhkan di atas permukaan substrat Silikon tipe-p dan

tipe-n, kemudian dilakukan proses annealing dengan variasi suhu yang digunakan adalah 600 oC, 650 oC, 700 oC, 750 oC dan 800 oC. Film LiTaO3 setelah proses

annealing dihitung ketebalannya dengan metode volumetrik. Hasil perhitungan ketebalan dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1 Perhitumgam ketebalan film LiTaO3 diatas substrat silikon

Silikon Suhu (oC) m1 (gr) m2 (gr) Ketebalan ( m)

(30)

12

akan berbeda. Ketiga, dari hasil penelitian yang dilakukan, ada beberapa bagian film yang menjadi kering dan lepas dari substrat sehingga mengurangi ketebalan film. Keempat, pengendapan larutan LiTaO3 karena proses penumbuhan

yang cukup lama sehingga mengakibatkan tingkat kehomogenan pada larutan LiTaO3 berkurang (Ismangil, 2015).

Analisis Sifat Optik Film Tipis LiTaO3

Absorbansi merupakan sifat optik dari suatu material yang ada kaitannya dengan interaksi antara material dengan gelombang elektromagnetik seperti cahaya khususnya cahaya tampak. Spekrum transmisi menunjukkan fungsi transmisi terhadap panjang gelombang. Spektrum absorbsi menunjukkan fungsi koefisien absorbsi terhadap energi foton cahaya. Pengukuran sifat optik menggunakan gelombang elektromagnetik dari ultraviolet (cahaya tampak) sampai inframerah (Mitayani, 2013).

Karakterisasi sifat optik dilakukan untuk mempelajari tingkat absorbansi film LiTaO3 terhadap panjang gelombang cahaya dari 420-980 nm. Gambar 4.1

menunjukkan hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3

setelah proses annealing. Dari Gambar 4.1 tersebut dapat dilihat bahwa pada panjang gelombang 420 nm nilai absorbansi Film LiTaO3 setelah proses

(31)

13

Secara umum nilai absorbansi untuk semua sampel menurun untuk panjang gelombang yang lebih besar. Nilai absorbansi (untuk penyerapan pada panjang gelombang yang sama) akan lebih besar pada sampel yang lebih tebal. Semakin tebal sampel, terjadi kenaikan nilai absorbansi pada semua panjang gelombang (Maddu, 2010). Hal ini dikarenakan semakin tebal sampel berarti semakin banyak lapisan yang terbentuk, sehingga semakin banyak molekul LiTaO3 yang terlibat dalam proses penyerapan cahaya. Nilai absorbansi

yang tinggi menunjukkan bahwa film LiTaO3 banyak menyerap energi foton dari

cahaya yang mengenainya. Besar dan kecilnya energi foton yang diserap sangat dipengaruhi oleh laju difusi dari setiap film yang dihasilkan. Adapun yang mempengaruhi laju dari difusi adalah ukuran dari atom penyusun lapisan tipis dan adanya cacat kristal pada substrat silikon.

Gambar 4.2 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3 pada

substrat silikon (111) tipe-n

Grafik absorbansi pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa pada rentang panjang gelombang cahaya tampak yakni 420 nm terjadi penyerapan energi foton, serapan yang tertinggi terjadi pada film dengan suhu 700 oC, sedangkang pada rentang panjang gelombang infra red (IR) yaitu 700 nm -1200 nm (Endro, 2008) tidak terjadi penyerapan energi foton seperti pada substrat silikon tipe-p.

(32)

14

Penentuan Nilai Energi Band Gap Dengan Metode Taouc Plot

Energi gap adalah energi yang diperlukan oleh elektron untuk memecahkan ikatan kovalen sehingga dapat berpindah dari pita valensi ke pita 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.

Interaksi anatar atom pada kristal hanya terjadi pada elektron bagian luar sehingga tingkat enrgi elektron pada orbit bagian dalam tidak berubah. Pada orbit bagian luar terdapat elektron yang sangat banyak dengan tingkat- tingkat energi yang berimpit satu sama lain. Berdasarkan asas Pauli, dalam suatu tingkat energi tidak boleh terdapat lebih dari satu elektron pada keadaan yang sama, maka apabila ada elektron yang berada pada keadaan yang sama akan terjadi pergeseran tingkat energi. Struktur pita energi pada semikonduktur hampir sama dengan struktur pita energi pada isolator. Akan tetapi celah energi antara pita valensi dan pita konduksi pada isolator relatif kecil, yaitu sekitar 1.1 eV. Pada suhu rendah, semikonduktur akan berperilaku seperti isolator, sedangkan pada suhu tinggi elektron yang berada pada pita valensi akan memperoleh energi kinetik yang mampu untuk memindahkan elektron ke pita konduksi sehingga pada pita konduksi terdapat elektron yang dapat bergerak bebas.

Grafik band gap merupakan grafik hubungan antara energi foton dengan kuadrat koefisien absorbsi. Besarnya band gap film tipis LiTaO3 dapat ditentukan

(33)

15

Gambar 4.3 Energi bandgap film LiTaO3 danLiTaSiO5 pada substrat silikon (100) tipe-p

pada suhu (a) 600 o_{C (b) 650}o_{C (c) 700}o_{C (d) 750}o_{C (e) 800}o_C

(a)

(b)

(c)

(d)

(34)

16

Gambar 4.4 Energi bandgap film LiTaO3 danLiTaSiO5 pada substrat silikon (111) tipe-n

pada suhu (a) 600 o_{C (b) 650}o_{C (c) 700}o_{C (d) 750}o_{C (e) 800}o_C

(a)

(b)

(c) (d)

(35)

17

Pada Gambar 4.3 energi gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon

(100) tipe-p diperoleh pada suhu 600 oC, 650 oC, 700 oC, 750 oC, dan 800 oC, Masing-masing sebesar 2.69 eV, 2.94 eV, 2.93 eV, 2.92 eV dan 2.89 eV. Energi band gap tertinggi adalah pada suhu 650 oC sebesar 2.94 eV, sedangkan pada Gambar 4.4 energi band gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon

(111) tipe-n diperoleh masing-masing sebesar 2.73 eV, 2.90 eV, 2.93 eV, 3.02 eV dan 3.06 eV dan energi band gap tertinggi diperoleh pada suhu 800 o_{C yaitu}

3.06 eV.

Band gap atau pita terlarang adalah daerah energi yang memisahkan level energi konduksi dan valensi dari suatu material semikonduktor. Jika suatu material semikonduktor intrinsik diberi energi yang lebih besar daripada nilai band gap ini maka elektron yang terdapat pada level valensi akan mampu melewati pita terlarang untuk menuju pita konduksi. Pengetahuan tentang nilai band gap ini sangat perlu didapatkan untuk mengetahui seberapa besar energi yang diperlukan untuk mengeksitasi elektron dari pita valensi menuju pita konduksi (Wolfbauer dalam Maddu, 2010).

Analisis Struktur Kristal

Analisis XRD bertujuan menentukan sistem kristal. Metode difraksi sinar-X dapat menerangkan parameter kisi, jenis struktur, susunan atom yang berbeda pada kristal, adanya ketidak sempurnaan pada kristal, orientasi, butir-butir dan ukuran butir (Smallman, 1991). Namun dalam penelitian ini analisis XRD digunakan hanya untuk menentukan parameter kisi dan struktur kristal. Jika suatu material dikenai sinar-X maka intensitas sinar yang ditransmisikan akan lebih rendah dari intensitas sinar datang, hal ini disebabkan adanya penyerapan oleh material dan juga penghamburan oleh atom-atom dalam material tersebut. Berkas sinar-X yang dihamburkan ada yang saling menghilangkan karena fasenya berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasenya yang sama. Berkas sinar-X yang saling menguatkan ini yang akan terbaca pada detektor sebagai puncak difraksi. Semakin banyak fase yang saling menguatkan maka intensitasnya akan semakin tinggi.

Pada penelitian ini sampel yang dianalisis XRD yaitu film tipis dengan variasi suhu yang melebihi dari suhu curie silikon (610 oC) yakni pada variasi suhu 650 oC dan 750 oC pada silikon (100) tipe-p dan suhu 750 oC dan 800 oC pada silikon (111) tipe-n. Hal ini bertujuan mengidentifikasi munculnya puncak LiTaSiO5 akibat film tipis LiTaO3 telah bersenyawa dengan substrat silikon.

Berdasarkan hasil identifikasi XRD LiTaO3 yang dilakukan oleh Gonzalez et al,

2003 yang ditumbuhkan pada silikon (100) dengan suhu 600 oC menunjukan bahwa belum terjadi difusi dari lapisan tipis LiTaO3 dengan substrat silikon. Hal

(36)

18

Gambar 4.5 Pola XRD pada dua film tipis LiTaO3 yang ditumbuhkan pada silikon

(100) dengan suhu annealing 600 oC selama 3 jam (a) preannealing

Gambar 4.6 Pola XRD film LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing

(37)

19

Dari hasil identifikasi struktur kristal yang terbentuk dan menghitung parameter kisi (dapat dilihat pada Tabel 2, 3, 4, dan 5). Puncak-puncak yang diperoleh dari data pengukuran kemudian disesuaikan dengan standar JCPDS LiTaO3 (Astuti, 2012). 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.

Hasil XRD pada silikon tipe-p dengan suhu 750 oC terbentuk 13 puncak yaitu SiO2 (421), LiTaO3 (012) (104) (110) (202) (116) (122) dan puncak

LiTaSiO5 (020) (212) (130) (032) (040) (202) sedangkan pada tipe-n dengan suhu

800 oC terbentuk 10 puncak yaitu SiO2 (421), LiTaO3 (104) dan puncak LiTaSiO5

(020) (121) (212) (130) (040) (202) (300) dan Si (100). Puncak LiTaSiO5

merupakan puncak dengan intensitas tertinggi hal ini disebabkan karena kualitas dari kristal itu sendiri sedangkan bentuk tajam pada puncak XRD menunjukan bahwa struktur kristal dari LiTaSiO5 memiliki derajat keteraturan yang tinggi.

(38)

20

Pada penelitian ini memiliki struktur kristal heksagonal dalam space group R3c (161) (JCPDS file 29-0836) (a = 5,1530 Å, c = 13,7550 Å) (Natl, 1977). Parameter kisi film LiTaO3 dapat dilihat pada Tabel 2 dan 3.

Dari hasil XRD menunjukan bahwa semakin tinggi suhu annealing semakin banyak terbentuk puncak litium tantalat silikat (LiTaSiO5), hal ini

disebabkan karena adanya proses difusi pada silikon dan atom LiTaO3. Proses

difusi sangat dipengaruhi oleh agitasi termal dan adanya cacat kristal pada silikon. Puncak LiTaSiO5 memiliki struktur kristal monoclinic dalam space group P21/c

(14) (JCPDS file 45-0644) (a = 7,514 Å, b = 7,929 Å, c = 7,445 Å). Parameter kisi film LiTaSiO5 dapat dilihat pada Tabel 4 dan 5.

Tabel 2 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur heksagonal pada substrat silikon

(100) tipe-p

Parameter Suhu annealing Data

Kisi (Å) 650 (oC) 750 (oC) JCPDS

a=b 5, 23618 5,05079 5,153

c 14,05111 13,47786 13,755

Tabel 3 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur heksagonal pada substrat silikon

(111) tipe-n

Kisi (Å) 750 (oC) 800 (oC) JCPDS

a=b 5, 118165 5,134494 5,153

c 14,03049 13,73437 13,755

Tabel 4 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur monoklinik pada substrat silikon

(100) tipe-p

kisi 650 (oC) 750 (oC) JCPDS

a (Å) 10,2967 8,109265709 7,514

b (Å) 9,42034 8,653728571 7,929

(39)

21

Tabel 5 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur monoklinik pada substrat silikon

(111) tipe-n

kisi 750 (o_C) _{800 (}o_C) _JCPDS

a (Å) 7,94032 7,444764 7,514

b (Å) 8,39742 7,713753 7,929

(40)

5 KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Berdasarkan hasil dan pembahasan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa:

1. Ketebalan film tipis litium tantalat (LiTaO3) dihitung dengan metode

volumetrik pada substrat silikon (100) tipe-p adalah 2.37526 µm dan substrat silikon tipe-n adalah 1.952 µm pada suhu 700 oC.

2. Berdasarkan analisis UV-Vis film tipis litium tantalat (LiTaO3) yang

ditumbuhkan pada substrat silikon (100) tipe-p diketahui bahwa LiTaO3 dapat

diaplikasikan pada sensor infra red (IR) karena selain memiliki serapan pada cahaya tampak, juga terjadi serapan pada panjang gelombang infra red (IR). 3. Energy bandgap film tipis litium tantalat silikat (LiTaO3) pada substrat

silikon (100) tipe-p 2.94 eV pada suhu 650 o_{C dan energi}_bandgap_pada

substrat silikon (111) tipe-n 3.06 eV

4. Analisis struktur kristal pada film tipis litium tantalat (LiTaO3) diperoleh

struktur kristal heksagonal dan film tipis litium tantatalat silikat (LiTaSiO5)

pada diperoleh struktur kristal monoklinik.

Saran

Perlu dilakukan pembuatan film tipis LiTaO3 yang dideposisikan pada

(41)

DAFTAR PUSTAKA

Amiruddin S, Usman,Mursal, T.Winata, dan Sukirno 2005. Optimasi Parameter Tekanan Deposisi pada Penumbuhan Lapisan Tipis Polykristal Silikon dengan Metode Hot Wire Cell PECVD.Jurnal Matematika dan Sains 10(1):27-30.

Astuti, Y. 2012. Pembuatan dan Karakterisasi Film Lithium Tantalat (LiTaO3)

Terhadap Variasi Suhu dan Waktu Annealing. IPB. Bogor.

Callister, Rethwisch. 2009. Introduction X-Ray Diffraction. University of Texas. Gonzalez A H M, Simoes A Z, Zaghete M A dan Varela J A. 2003. Effect of

preannealing on the morphology of LiTaO3 thin films prepared from the

polymeric precursor method. Materials Characterization 50: 233-238.

Endro JS, Sofjan KF. 2008. Rancang Bangun Spektroskopi FTIR (Fourier Transform Infrared) untuk Penentuan Kualitas Susu Sapi. Jurnal Berkala Fisika Vol. 11. No.1. UNDIP. Semarang.

Indro M.N., Sastri B, Nady L, Ridwan E, Irzaman, H Syafutra, Siswadi. 2010. Uji Sifat Litrik Film Tipis LiTaO3 dan LiTaFe2O3. Jurnal Berkala Fisika Vol.

13. No. 2. IPB. Bogor

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

pentaoksida (Nb2O5) menggunakan metode chemical solution deposition. Di

dalam : prosiding seminar nasional fisika. hlm 175-183.

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(Zr0.525 Ti0.465 Ta0.010)O3] thin films and its applications for IR

sensor. Physica Status Solidi (a) Germany 199 (3): 416-424.

Irzaman, Herianto Syafutra, Endang Rancasa, Abdul Wahidin Nuayi, Tb Gamma Nur Rahman, Nur Aisyah Nuzulia, Idawati Supu, Sugianto, Farly Tummimomor, Surianty, Otto Muzikarno, Masrur. 2013. The Effect of Ba/Sr ratio on Electrical and Optical Properties of Bax Sr(1-x) TiO3(x = 0,25; 0,35;

0,45; 0,55)Thin Film Semiconductor. Ferroelectrics,445 (1),4-17.

Ismangil A. 2015. Penetuan Koefisien Difusi Bahan Semikonduktor Lithium Tantalat (LiTaO3) diatas Substrat Silikon (100) Tipe-p pada Variasi Suhu.

IPB. Bogor

Ismangil A, Prastaka Jenie R, Irmansyah, Irzaman. 2015. Development of lithium tantalite (LiTaO3) for automatic switch on LAPAN-IPB satelite infra-red

sensor. Procedia enviromental sciences 24: 329-334.

Maddu A. 2010. Pengaruh Ketebalan terhadap Sifat Optik Lapisan Semikonduktor Cu2O yang Dideposisikan dengan Metode Chemical Bath Deposition (CBD). Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi. LIPI Tangerang Mitayani M. 2013. Struktur dan Sifat Optik Film Tipis csd Doping Zn Yang

Ditumbuhkan dengan DC Magnetron Sputtering. Universitas Negri Semarang. Semarang.

(42)

24

Nurul, Y.H. 2013. Sifat Kristal dan Sifat Listrik Film Litium Tantalat Silikat (LiTaSiO5) terhadap Variasi Suhu serta Waktu Annealing. IPB. Bogor

Seo, J.Y, Park S.W. 2004. Chemical Mechanical Planarization Characteristic of Ferroelectric Film for FRAM Applications. International Journal of Korean Physics society 45: 769-772.

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. Smallman, R., & Bishop, R. (1999). Modern Physics Metallurgy and Materials

Engineering. Oxford: Butterworth-Heinemann.

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

Tao Yan, Feifei Zheng, Yonggui Yu, Shubin Qin, Hong Liu, Jiyang Wang dan Dehong Yu. 2011. Formation mechanism of black LiTaO3 single crystal through chemical reduction. J. Appl. Cryst 44: 158-162.

(43)

25 Lampiran 1 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing 650 oC , 8 jam dengan

struktur heksagonal

(44)

26

Mencari parameter kisi heksagonal untuk puncak banyak Jarak antar bidang, d

= ℎ + ℎ + +

Menurut bragg:

� = sin �

� = � � � � = �

Penggabungan persamaan (1) dan (2) menghasilkan

= ℎ + ℎ + + = � �_�

atau

� � =� ℎ + ℎ + +�

Untuk memperoleh nilai parameter kisi menggunakan hubungan,

� � =� ℎ + ℎ + +� ,

� � − � ℎ + ℎ + − � = � �

Sehingga akan diperoleh bentuk

� � = + +

Keterangan:

= � , = ℎ + ℎ + , = � , = ,

(45)

27

Perhitungan parameter kisi LiTaO3

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

Ʃα sin2_{θ = C Ʃα}2_{+ B Ʃαγ + A Ʃαδ} Ʃγ sin2_{θ = C Ʃαγ + B Ʃγ}2_{+ A Ʃγδ} Ʃδ sin2_{θ = C Ʃαδ + B Ʃγδ + A Ʃδ}2

Berdasarkan table 1. nilai parameter kisi LiTaO3 pada substrat silikon tipe-p setelah proses annealing 650oC, 8 jam, diperoleh bentuk berikut:

5,4259 = 134 C + 464 B + 164,2105 A

Mencari determinan matriks A1

(46)

28

Nilai B diperoleh dari:

= | |_{| | = ,}

Nilai parameter kisi a

= �

√ . √ = , Å

Nilai parameter kisi c

= �

(47)

29 Lampiran 2 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing 750 oC , 8 jam dengan

(48)

30

= ℎ + ℎ + +

Menurut bragg:

� = sin �

� = � � � � = �

= ℎ + ℎ + + = � �_�

atau

� � =� ℎ + ℎ + +�

� � =� ℎ + ℎ + +� ,

� � − � ℎ + ℎ + − � = � �

� � = + +

Keterangan:

= � , = ℎ + ℎ + , = � , = ,

= , = � �

(49)

31

Berdasarkan table 2. nilai parameter kisi LiTaO3 pada substrat silikon tipe-p setelah proses annealing 750 oC, 8 jam, diperoleh bentuk berikut:

(50)

32

(51)

33

= ℎ + ℎ + +

Menurut bragg:

� = sin �

� = � � � � = �

= ℎ + ℎ + + = � �_�

atau

� � =� ℎ + ℎ + +�

� � =� ℎ + ℎ + +� ,

� � − � ℎ + ℎ + − � = � �

� � = + +

Keterangan:

= � , = ℎ + ℎ + , = � , = ,

= , = � �

(52)

(53)

35

(54)

36

= ℎ + ℎ + +

Menurut bragg:

� = sin �

� = � � � � = �

= ℎ + ℎ + + = � �_�

atau

� � =� ℎ + ℎ + +�

� � =� ℎ + ℎ + +� ,

� � − � ℎ + ℎ + − � = � �

� � = + +

Keterangan:

= � , = ℎ + ℎ + , = � , = ,

= , = � �

(55)

(56)

38

(57)

39

Mencari parameter kisi monoklinic untuk puncak banyak, jarak antar bidang, d

= � ℎ + � + − ℎ

Menurut Bragg :

� = sin �

� = � � � � = �

Penggabungan persamaan (1) dan (2) menghasilkan :

= � ℎ + � + − ℎ = � �_�

Atau

� � = � _{[ �} ℎ + � + − ℎ ]

Dan

� − � _�ℎ + � + � _� − � (ℎ cos_� ) = � �

Akan diperoleh bentuk :

� � = + + + � + �

Keterangan :

= � _{, =} _�ℎ , = � , = , = � _{, = �}

= − � , � =ℎ cos_{� , =} , � = � �

Berdasarkan tabel 5. nilai parameter kisi LiTaSiO5 setelah proses annealing 650o_{C selama 8 jam pada substrat silikon tipe-p, diperoleh bentuk berikut:}

4,4481 = 60,3696 E + 17,5831 D + 58,5403 C + 0 B + 48,71307 A

13,2047 = 17,5831 E + 354,0000 D + 5,410187 C + 2,76213 B + 124,7353 A

2,1146 = 58,5402 E + 5,410187 D + 58,5403 C + 0 B + 72,6903 A

-0,2748 = 0 E + 2,762133 D + 0 C + 15,2876 B + -9,4409 A

(58)

40

Menjadi bentuk matriks A x = B

60,3696 17,5831 58,5403 0,0000 48,71307 E 1,417068

17,5831 354,0000 5,410187 2,762133 124,7353 D 3,605036

58,54025 5,410187 58,5403 0,0000 43,8121 X C = 1,28082

0,0000 2,762133 0,0000 15,2876 -9,4409 B -0,30923

48,71307 124,7353 43,8121 -9,4409 81,4183 A 2,384923

Mencari determinan matriks A

60,3696 17,5831 58,5403 0,0000 48,71307

17,5831 354,0000 5,410187 2,762133 124,7353

58,54025 5,410187 58,5403 0,0000 43,8121 = 15407,59

0,0000 2,762133 0,0000 15,2876 -9,4409

48,71307 124,7353 43,8121 -9,4409 81,4183

1,417068 17,5831 58,5403 0,0000 48,71307

3,605036 354,0000 5,410187 2,762133 124,7353

1,28082 5,410187 58,5403 0,0000 43,8121 = 86,16368

-0,30923 2,762133 0,0000 15,2876 -9,4409

2,384923 124,7353 43,8121 -9,4409 81,4183

60,3696 1,417068 58,5403 0,0000 48,71307

17,5831 3,605036 5,410187 2,762133 124,7353

58,54025 1,28082 58,5403 0,0000 43,8121 = 102,9398

0,0000 -0,30923 0,0000 15,2876 -9,4409

48,71307 2,384923 43,8121 -9,4409 81,4183

60,3696 17,5831 1,417068 0,0000 48,71307

17,5831 354,0000 3,605036 2,762133 124,7353

58,54025 5,410187 1,28082 0,0000 43,8121 = 136,2837

0,0000 2,762133 -0,30923 15,2876 -9,4409

48,71307 124,7353 2,384923 -9,4409 81,4183

Nilai E diperoleh dari

=| |_{| | = ,}

Nilai D diperoleh dari

(59)

41

Nilai C diperoleh dari

=| |_{| | = ,}

= �

√ = ,

Nilai parameter kisi b

= �

√ = ,

= �

(60)

42 Lampiran 6 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-p setelah proses annealing 750 oC , 8 jam

(61)

43

= � ℎ + � + − ℎ

Menurut Bragg :

� = sin �

� = � � � � = �

= � ℎ + � + − ℎ = � �_�

Atau

� � = � _{[ �} ℎ + � + − ℎ ]

Berdasarkan tebel 6. nilai parameter kisi LiTaSiO5 setelah proses annealing 750oC selama 8 jam pada substrat silikon tipe-p, diperoleh bentuk berikut:

(62)

44

212,2964 166,3978 60,3947 0,9346 143,8086

166,3978 1157,0000 59,5244 5,527 423,167

60,3947 59,5244 89,6769 0,9346 72,6903 = 193434176,3

0,9346 5,527 0,9346 15,7514 -8,1315

143,8086 423,167 72,6903 -8,1315 209,9379

4,4481 166,3978 60,3947 0,9346 143,8086

13,2047 1157,0000 59,5244 5,527 423,167

2,1146 59,5244 89,6769 0,9346 72,6903 = 1744020,547

-0,2748 5,527 0,9346 15,7514 -8,1315

6,471 423,167 72,6903 -8,1315 209,9379

212,2964 4,4481 60,3947 0,9346 143,8086

166,3978 13,2047 59,5244 5,527 423,167

60,3947 2,1146 89,6769 0,9346 72,6903 = 1531468,683

0,9346 -0,2748 0,9346 15,7514 -8,1315

143,8086 6,471 72,6903 -8,1315 209,9379

212,2964 166,3978 4,4481 0,9346 143,8086

166,3978 1157,0000 13,2047 5,527 423,167

(63)

45

= �

√ = ,

= �

√ = ,

= �

(64)

46 Lampiran 7 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-n setelah proses annealing 750 oC , 8 jam

(65)

47

= � ℎ + � + − ℎ

Menurut Bragg :

� = sin �

� = � � � � = �

= � ℎ + � + − ℎ = � �

� Atau

� � = � _{[ �} ℎ + � + − ℎ ]

Dan

� − � _�ℎ + � + � _� − � (ℎ cos_� ) = � �

� � = + + + � + �

Keterangan :

= � _{, =} _�ℎ , = � , = , = � _{, = �}

= − � , � =ℎ cos_{� , =} , � = � �

(66)

48

208,5500 127,1390 58,5403 0,0000 131,226

127,1390 435,0000 5,41019 2,762133 186,67

58,54025 5,41019 58,5403 0,0000 43,6373 = 2780233,3

0,0000 2,762133 0,0000 15,2588 -9,5302

131,226 186,67 43,6373 -9,5302 127,9690

4,05138 127,1390 58,5403 0,0000 131,226

5,58464 435,0000 5,41019 2,762133 186,67

1,27583 5,41019 58,5403 0,0000 43,6373 = 33900,698

-0,31178 2,762133 0,0000 15,2588 -9,5302

3,87143 186,67 43,6373 -9,5302 127,9690

208,5500 4,05138 58,5403 0,0000 131,226

127,1390 5,58464 5,41019 2,762133 186,67

58,54025 1,27583 58,5403 0,0000 43,6373 = 32009,663

0,0000 -0,31178 0,0000 15,2588 -9,5302

131,226 3,87143 43,6373 -9,5302 127,9690

208,5500 127,1390 4,05138 0,0000 131,226

127,1390 435,0000 5,58464 2,762133 186,67

58,54025 5,41019 1,27583 0,0000 43,6373 = 34501,536

0,0000 2,762133 -0,31178 15,2588 -9,5302

(67)

49

Nilai E diperoleh dari

= | |_{| | = ,}

=| |_{| | = ,}

= �

√ = ,

= �

√ = ,

= �

(68)

50 Lampiran 8 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-n setelah proses annealing 800 oC , 8 jam

(69)

51

= � ℎ + � + − ℎ

Menurut Bragg :

� = sin �

� = � � � � = �

= � ℎ + � + − ℎ = � �_�

Atau

� � = � _{[ �} ℎ + � + − ℎ ]

Dan

� − � _�ℎ + � + � _� − � (ℎ cos_� ) = � �

� � = + + + � + �

Keterangan :

= � _{, =} _�ℎ , = � , = , = � _{, = �}

= − � , � =ℎ cos_{� , =} , � = � �

(70)

(71)

53

=| |_{| | = ,}

= �

√ = ,

= �

√ = ,

= �

(72)

(73)

Sintesis, Energi Gap Dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik Litao3 Diatas Substrat Silikon.

SINTESIS, ENERGI GAP DAN ANALISIS STRUKTUR

KRISTAL FILM FERROELEKTRIK LiTaO

DIATAS SUBSTRAT SILIKON

LA ISA

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

RINGKASAN

SUMMARY

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015

Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

SINTESIS, ENERGI GAP DAN ANALISIS STRUKTUR

KRISTAL FILM FERROELEKTRIK LiTaO

DIATAS SUBSTRAT SILIKON

LA ISA

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PRAKATA

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL

DAFTAR GAMBAR

DAFTAR LAMPIRAN

1 PENDAHULUAN

2 TELAAH PUSTAKA

3 METODE PENELITIAN

4 HASIL DAN PEMBAHASAN

5 KESIMPULAN DAN SARAN

DAFTAR PUSTAKA

RIWAYAT HIDUP