EFEK PEMANASAN BUFFER LAYER NiO PADA FILM TIPIS ZnO YANG DIDEPOSISI DENGAN METODE SOLGEL SPIN COATING

Skripsi Fisika

EFEK PEMANASAN BUFFER LAYER NiO PADA FILM TIPIS ZnO YANG DIDEPOSISI DENGAN METODE SOLGEL SPIN

COATING

OLEH:

YUNITA H 211 13 318

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR 2017

ii

EFEK PEMANASAN BUFFER LAYER NiO PADA FILM TIPIS ZnO YANG DIDEPOSISI DENGAN METODE SOLGEL SPIN

COATING

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Tugas Akhir Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

Pada Program Studi Fisika Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Hasanuddin

OLEH:

YUNITA H 211 13 318

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR 2017

iii LEMBAR PENGESAHAN

EFEK PEMANASAN BUFFER LAYER NiO PADA FILM TIPIS ZnO YANG DIDEPOSISI DENGAN METODE SOLGEL SPIN

COATING

OLEH YUNITA H 211 13 318

Makassar, 31 Mei 2017

Disetujui Oleh:

Pembimbing Utama Pembimbing Pertama

Dr. Paulus Lobo Gareso, M.Sc, PhD Eko Juarlin, S.Si, M,Si NIP. 19650305 199103 1 008 NIP. 19811106 200812 1 002

iv PERNYATAAN KEASLIAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa Skripsi ini merupakan karya orisinal saya dan sepanjang pengetahuan saya tidak memuat bahan yang pernah dipublikasikan atau telah tertulis oleh orang lain dalam rangka tugas akhir untuk suatu gelar akademik di Universitas Hasanuddin atau di lembaga pendidikan tinggi lainnya di manapun kecuali bagian yang telah dikutip sesuai dengan kaidah ilmiah yang berlaku. Saya juga menyatakan bahwa skripsi ini merupakan hasil kerja saya sendiri dan dalam batas tertentu dibantu oleh pihak pembimbing.

PENULIS

YUNITA

v INTISARI

Telah ditumbuhkan film tipis ZnO pad buffer layer NiO dengan mengguakan metode solgel spin coating. Lapisan itu dipanaskan pada suhu 400ºC, 500 ºC dan 600 ºC. Sifat struktur dan sifat optik lapisan ini diidentifikasi dengan menggunakan pengukuran XRD dan UV-Vis. Hasil XRD memperlihatkan bahwa peningkatan ukuran kristal dengan bertambahnya suhu pemanasan. Hal yang sama juga ditemukan pada celah pita energi yang meningkat dengan bertambahnya suhu pemanasan.

Kata kunci : film tipis ZnO, buffer layer NiO, solgel spin coating, struktur kristal, celah pita energi.

vi ABSTRACT

ZnO thin film has been grown on NiO buffer layer using solgel spin coating method. The films were annealed at a temperature of 400ºC, 500 ºC and 600 ºC. The structure and optical properties of this layer ware identified using X- RD and UV-Vis. The X-RD results show that the crystalline size increase as annealed temperature increated.. Similar is found this annealing temperature in the energy band gap that with increasing.

Keywords : ZnO thin film, NiO buffer layer, solgel spin coating, crystal structure, energy band gap.

vii KATA PENGANTAR

Salam Sejahtera...

Puji dan Syukur Kehadirat Tuhan Yesus Sang Juruselamat, oleh karena limpahan kasih dan Anugerah-Nya yang begitu besar serta Penyertaan-Nya yang sempurna sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Efek Pemanasan Buffer Layer NiO pada film tipis ZnO yang dideposisi dengan metode Solgel Spin Coating. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Hasanuddin.

Skripsi ini penulis persembahkan kepada kedua orang tua terkasih (Joni Luther S.Th dan Oktovina) yang selalu memberikan kasih sayang, perhatian, semangat dan dukungan baik secara moral maupun secara materi kepada penulis.

Terima kasih telah mendidik, membimbing, membesarkan penulis selama ini.

Terima kasih juga penulis ucapkan kepada adik-adik terkasih Opri Vera dan Arya yang selalu memberikan motivasi, hiburan serta menjadi teman berbagi suka dan duka.

Penulis juga ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Paulus Lobo Gareso M.Sc selaku pembimbing utama, Bapak Eko Juarlin M.Si selaku pembimbing pertama dan Bapak Didik Ayranto M.Sc selaku pembimbing kedua untuk setiap arahan, motivasi, dorongan,

viii waktu dan ilmu yang telah diberikan kepada penulis serta selalu memberikan yang terbaik demi terselesainya skripsi ini.

2. Bapak Dr. Eng Amiruddin , S.Si, M.Si selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Hasanuddin.

3. Bapak Dr. Tasrief Surungan, M.Sc selaku ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Hasanuddin dan selaku penasehat akademik penulis atas setiap bimbingan, saran dan nasehat kepada penulis selama masa perkuliahan.

4. Bapak Prof. Dahlang Tahir, M.Si, Bapak Prof. Dr. Syamsir Dewang, M.Eng, Bapak Dr.Bualkar Abdullah, M.Eng.Sc sebagai tim penguji skripsi fisika yang telah banyak memberikan masukan dan saran-saran demi kesempurnaan skripsi ini.

5. Seluruh dosen pada fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Hasanuddin, khususnya pada jurusan Fisika yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan yang sangat berharga kepada penulis.

6. Para Staf Jurusan Fisika Pak Aji, Pak Latif, Pak Ali, Pak Syukur dan staf Fakultas MIPA Pak Suardi, Pak Anwar, Pak Rahmat, Pak Sangkala, Pak Bachtiar, Bu Ratna serta staf lain yang belum dapat disebutkan namanya satu persatu yang telah memberikan bantuan kepada penulis dalam pengurusan administrasi selama ini.

7. Pegawai dan Staf Pusat Penetiliat Fisika (P2F) LIPI atas bantuan pengurusan administari, ilmu dan kebersamaannya selama penulis melaksanakan PKL dan Tugas Akhir.

ix 8. Parner penelitan Monika Pakabu dan Saldi Budianto yang selama ini telah banyak berbagi atas suka duka dan kebersamaannya selama menjalani penelitian, terima kasih untuk ilmu, motivasi dan bantuannya selama penulis melaksanakan penelitian hingga penulisan kripsi ini. Juga kepada parner penelitian Khoirul Anam dan Naimatul Husniya parner penelitian dari UIN Malang atas kebersamaan dan ilmunya selama penelitian sampai pengolahan data di Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI.

9. Sahabat-sahabatku Yulianti Djudius, Yuni Atmy dan Haswita Kahar, SP.

yang banyak memberikan motivasi kepada penulis selama pembuatan skripsi ini, kalian sahabat yang luar biasa selalu ada untuk menghibur dalam suka dan duka. Kenangan bermain judi di pondok Nurya tidak akan terlupakan.

10. Terkhusus untuk kak Andi Munanjar S.S yang telah menjadi tempat berbagi suka dan duka selama penyelesaian skripsi ini. Terima kasih telah setia menemani, mendukung penulis dalam banyak hal dan senantisa mendoakan atas kelancaran penyelesaian Tugas Akhir ini.

11. Teman-teman angkatan Fisika 2013 dan Angker2013 terima kasih kebersamaannya selama penulis menjalani perkuliahan di Jurusan Fisika Universitas Hasanuddin.

12. Kanda-kanda Fisika 2011 dan 2012, Adik-adik 2014 dan 2015 yang banyak membantu penulis dalam pengerjaan skripsi ini. Terima kasih telah berbagi ilmu dengan penulis.

x 13. Keluarga besar GMKI Kom. FMIPA Unhas. Terima kasih kepada kakak-

kakak dan adik-adik telah bertubuh bersama, canda tawa dan kebersamaannya.

14. Teman-teman KKN Desa Polo Camba, Mamuju Tengah. Terima kasih atas kebersamaannya dan semangat yang diberikan kepada penulis.

15. Teman-teman kos A5 Batan Lama. Sarinah Pakpahan (Universitas Jambi), dan Eko Prasetyo (Universitas Negeri Semamarang) terima kasih kebersamaan dan ilmu yang telah diberikan kepada penulis.

xi MOTTO

Diberkatilah orang yang mengandalkan Tuhan, yang menaruh harapannya pada Tuhan

Yeremia 7 : 17

xii DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

PERNYATAAN KEASLIAN ... iii

INTISARI ... iv

ABSTRACT ... v

KATA PENGANTAR ... vi

MOTTO ... x

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xvi

DAFTAR LAMPIRAN ... xvii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Ruang Lingkup ... 3

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1 Lapisan Penyangga ... 4

2.2 Seng Oksida ... 4

2.2.1 Struktur Kristal Seng Oksida... 6

2.2.2 Sifat Optik ... 8

2.3 Nikel Oksida ... 11

xiii

2.4 Metode Solgel ... 11

2.5 Spin Coating ... 13

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 15

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 15

3.2 Alat dan Bahan ... 15

3.2.1 Alat ... 15

3.2.2 Bahan ... 16

3.3 Prosedur Penelitian ... 16

3.3.1 Rancangan Penelitian ... 16

3.3.2 Diagram Alir Penelitian ... 19

3.4 Difraksi Sinar – X ... 20

3.5 Spektrometer UV-Vis ... 23

3.6 Photoluminescence ... 23

3.7 Scanning Electron Microscopy ... 25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 26

4.1 Hasil Uji Karakterisasi Difraksi Sinar-X ... 26

4.2 Hasil Uji Karakterisasi Spektrometer UV-Visual... 32

4.3 Hasil Uji Karakterisasi Spektrometer Photoluminescence ... 36

4.4 Hasil Uji Karakterisasi Scanning Electron Microscopy ... 39

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 42

5.1 Kesimpulan ... 42

5.2 Saran ... 43

DAFTAR PUSTAKA ... 44

xiv LAMPIRAN ...

xv DAFTAR TABEL

Halaman

1. Tabel 2.1 Sifat fisis kristal ZnO dengan tipe kristal wurtzite... 6 2. Tabel 4.1 Kualitas Kristal film tipis ZnO dengan variasi suhu pemanasan lapisan penyangga NiO ... 35

xvi DAFTAR GAMBAR

Halaman

1. Gambar 2.1 Penggambaran stick-and-ball dari struktur kristal Seng

Oksida ... 7

2. Gambar 2.2 Struktur wurtzite dari Seng Oksida ... 7

3. Gambar 2.3 Skema pembuatan film tipis dengan metode Solgel ... 13

4. Gambar 3.1 Difraksi Sinar – X ... 20

5. Gambar 3.2 Skema dasar dari Scanning Electron Microscopy ... 25

6. Gambar 4.1 Pola Difraksi Sinar – X film tipis ZnO yang dideposisikan di atas lapisan penyangga NiO ... 27

7. Gambar 4.2 Pola Difraksi Sinar – X lapisan penyangga NiO dengan variasi suhu pemanasan ... 28

8. Gambar 4.3 Grafik pengaruh suhu pemanasan lapisan penyangga terhadap nilai FWHM film tipis ZnO ... 29

9. Gambar 4.4 Spektrum Transmitansi dilm tipis ZnO dengan menggunakan lapisann penyangga NiO pada suhu (a) 500°C (b) 600°C dan (c) tanpa menggunakan lapisan penyangga ... 33

10. Gambar 4.5 Spektrum Transmitansi film tipis ZnO menggunakan lapisan penyangga NiO dengan variasi suhu 500°C, 600°C dan tanpa menggunakan lapisan penyangga ... 34

11. Gambar 4.6 Plot (αhυ)² terhadap hυ film tipis ZnO dengan lapisan penyangga NiO pada suhu (a) 500°C (b) 600°C dan (c) tanpa menggunakan lapisan penyangga ... 36

xvii 12. Gambar 4.7 Grafik energi gap film tipis ZnO dengan menggunakan lapisan

penyangga NiO pada suhu (a) 400°C (b) 500°C (c) 600°C dan (d) tanpa menggunakan lapisan penyangga ... 38 13. Gambar 4. 8 Foto SEM permukaan film tipis ZnO dengan (a)

menggunakan lapisan penyangga suhu 400°C dan (b) tanpa

menggunakan lapisan penyangga ... 40

xviii DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Data International Center for Diffraction Data (ICDD)

Lampiran 2 Alat dan Bahan

Lampiran 3 Gambar Hasil Uji XRD

Lampiran 4 Perhitungan kualitas kristal film tipis ZnO

Lampiran 5 Hasil Pemindaian Scanning Electron Microscop

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Material berstruktur nano sebagai generasi baru telah menarik perhatian karena memiliki peranan penting untuk teknologi. Seng Oksida muncul sebagai salah satu bahan yang memiliki struktur nano paling menjanjikan karena memiliki banyak keunggulan untuk berbagai pengaplikasian. ZnO merupakan jenis semikonduktor tipe-n pada suhu ruangan memiliki sifat kimia dan mekanik yang stabil, tidak beracun, memiliki lebar pita energi sebesar 3,37 eV, energi ikat eksitasi 60 MeV, mudah di temukan dialam, memiliki sifat listrik yang baik dan lumininesen yang kuat ^[1-3]. Dari keunggulan yang dimiliki, ZnO banyak diaplikasikan sebagai sensor gas, fotodetektor, solar sel, laser ultraviolet, akustik gelombang pada permukaan perangkat, LED, transistor, dan lain-lain. Cacat kristal alami yang dimiliki ZnO seperti oxygen excess dan atom intersiti yang menjadi dasar aplikasi ZnO dalam teknologi film tipis ^[1,4,5,].

Berbagai rekayasa material telah dilakukan untuk mendapatkan hasil film tipis ZnO yang memiliki kualitas kristal, sifat optik dan sifat listrik yang baik agar bisa diaplikasikan di berbagai bidang. Salah satu diantaranya adalah dengan teknologi buffer layer atau lapisan penyangga. Lapisan penyangga bertujuan untuk memperbaiki kualitas kristal, sifat optik dan sifat listrik suatu lapisan tipis.

Berbagai jenis lapisan penyangga telah banyak digunakan dalam pembuatan film tipis diantaranya Si, ScAlMgO4, dan Ti ^[6]. Salah satu yang terbaru adalah lapisan

2 penyangga dari bahan NiO. Nikel Oksida (NiO) merupakan salah satu material yang memiliki sifat fisika dan kimia yang khusus. NiO memiliki lebar pita energi 3,6 – 4 eV, yang merupakan semikonduktor tipe-p dengan struktur kubik, memiliki transparansi dan absorben yang tinggi sehingga memiliki kemampuan untuk digunakan sebagai lapisan penyangga ^[7].

Penelitian mengenai struktur, sifat fisis dan sifat optik film tipis ZnO telah telah dilakukan oleh Xiaolei Zhang ^[1] dengan menggunakan lapisan penyangga Ti yang dipreparasi dengan metode megnetron sputtering untuk mengetahui mikrostruktur dan sifat optik film tipis ZnO. Pada penelitian tersebut lapisan penyangga Ti dibuat dengan variasi waktu sputtering yang kemudian dideposisikan diatas substrat Si. Hasil dari penelitian ini mengungkapkan bahwa FWHM untuk puncak difraksi ZnO (002) menurun secara bertahap dengan meningkatnya waktu sputtering pada lapisan penyangga Ti, menunjukkan bahwa kualitas kristal dari film tipis ZnO meninggat dengan adanya penggunaan lapisan penyangga dan diketahui bahwa pertumbuhan yang baik pada film tipis ZnO pada waktu sputtering lapisan penyangga 10 menit. Penelitian tentang pengaruh lapisan penyangga terhadap sifat fisis dan sifat optik ZnO juga telah dilakukan oleh Du- han^[5] dengan membandingkan sifat ZnO menggunkan lapisan penyangga dan tanpa lapisan penyangga. Hasil Film tipis dengan menggunakan lapisan penyangga menunjukkan peningkatan dalam kualitas kristal, sedangkan film tipis tanpa lapisan penyangga menunjukkan adanya pergeseran posisi puncak dalam spektrum XRD.

3 Pengembangan dari penelitian tersebut untuk mendapatkan kualitas kristal dan sifat optik yang lebih baik, maka dalam penelitian ini dilakukan deposisi film tipis ZnO dengan variasi suhu pemanasan dari lapisan penyangga NiO menggunakan metode solgel spin coating.

1.2 Ruang Lingkup

Ruang lingkup penelitian ini adalah mengetahui pengaruh variasi suhu (400 °C, 500°C dan 600°C) dari lapisan penyangga NiO terhadap struktur kristal, sifat optik dan morfologi dari film tipis ZnO.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

1. Menganalisis sifat fisis film tipis ZnO terhadap pemanasan lapisan penyangga NiO.

2. Menghitung energy gap film tipis ZnO dengan lapisan penyangga NiO menggunakan UV-Vis dan Photoluminescence.

3. Menganalisis pengaruh variasi suhu lapisan penyangga NiO terhadap morfologi film tipis ZnO dengan SEM.