SIFAT KRISTAL DAN SIFAT LISTRIK FILM LITIUM TANTALAT SILIKAT (LiTaSiO 5 ) TERHADAP VARIASI SUHU SERTA WAKTU ANNEALING YULIYAN NURUL HIKMAH

(1)

YULIYAN NURUL HIKMAH

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2013

(2)

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,

konstanta dielektrik.

(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

BOGOR

2013

(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.

Penulis dilahirkan di Ciamis, Jawa Barat pada tanggal 26

Juli 1990 dari pasangan Muhammad Zenal Purqon dan Iis

Ratnanengsih. Penulis merupakan anak pertama dari dua

bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studi di SDN

Dadiharja II selama enam tahun kemudian melanjutkan ke

SLTPN 3 Rancah selama tiga tahun dan melanjutkan

pendidikan selama tiga tahun di SMAN 2 Ciamis. Penulis juga

kemudian melanjutkan pendidikan sarjana strata satu di

(6)

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 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)

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°C selama 8 jam dan 15 jam ... 8

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

Pola karakterisasi XRD LiTaSiO

5

pada suhu annealing

850°C selama 15 jam ... 7

Gambar 4.3

Pola karakterisasi XRD LiTaSiO

5

pada suhu annealing

900°C selama 8 jam ... 7

Gambar 4.4

Pola karakterisasi XRD LiTaSiO

5

pada suhu annealing

900°C selama 15 jam ... 8

Gambar 4.5

Pola karakterisasi XRD LiTaSiO

5

pada suhu annealing

850

o

C , 900

o

C selama 8 jam dan 15 jam ... 8

Gambar 4.6

Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap

konduktivitas listrik film LiTaSiO

5

pada frekuensi

10 kHz... .. 9

Gambar 4.7 Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap

konduktivitas listrik film LiTaSiO

5

pada frekuensi

50 kHz ... 9

Gambar 4.8 Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap

konduktivitas listrik film LiTaSiO

5

pada frekuensi

100 kHz ... . 10

Gambar 4.9 Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap

konstanta dielektrik film LiTaSiO

5

pada frekuensi

10 kHz ... 10

Gambar 4.10 Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap

konstanta dielektrik film LiTaSiO

5

pada frekuensi

50 kHz ... .... 10

Gambar 4.11 Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap

konstanta dielektrik film LiTaSiO

5

pada frekuensi

100 kHz ... ... 11

(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

Lampiran 6 Data konstanta dielektrik film LiTaSiO

5

... 33

(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 LiTaO3 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 atom Si mempunyai empat buah elektron valensi. Atom Si menempati kisi-kisi dalam kristal. Setiap atom Si terikat dengan empat buah atom Si lain membentuk ikatan kovalen. Kristal Si merupakan semikonduktor intrinsik, yaitu semikonduktor murni yang belum dicampur atau dikotori dengan atom lain. Pada suhu 0°K, kristal Si bersifat sebagai isolator karena memiliki pita konduksi yang kosong. Namun ketika dipanaskan elektron mendapat energi, hal ini mengakibatkan adanya perpindahan elektron ke pita konduksi sehingga dapat bersifat sebagai konduktor.6

(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 :

2 LiO2C2H3 + Ta2O5 + 4O2 2 LiTaO3 + 3 H2O + 4 CO2

LiTaO3 merupakan kristal ferroelectric yang mengalami proses suhu currie tinggi sebesar (601±5,5) o

C. 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

Proses annealing merupakan suatu proses pemanasan yang diberikan kepada material dengan menaikkan suhunya dalam rentang waktu yang panjang sehingga mencapai suhu

rekristalisasi kemudian menurunkannya

secara perlahan hingga suhu pada tungku

anneal mencapai suhu ruang. Biasanya

proses annealing digunakan untuk

mengurangi tekanan, meningkatkan

kehalusan butir, meningkatkan kehomogenan

butir, meningkatkan kekerasan dan

(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 (λ) (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

Gambar 2. 3 Diagram meja rotasi, sumber sinar-X dan detektor pada XRD

(13)

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

τ = 0.9λ / B cos θn (2.6.2)

τ 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 103) S/cm.16 Nilai konduktivitas dapat dicari dari persamaan (2.7.1) :

ζ =

𝐺𝑙

𝐴

(2.7.1 )

dimana σ, 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 (ε) dan permitivitas relatif (κ) adalah perbandingan antara permitivitas material (ε) dengan permitivitas vakum (ε0). 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 = 𝐼₀𝑒−𝑡/𝑅𝐶 (2.8.1) nilai maksimum terjadi pada saat

I = 𝐼0

𝑒 maka 𝐼₀

𝑒 = 𝐼0𝑒

−𝑡/𝑅𝐶_(2.8.2) sehingga didapat hubungan

t = RC, atau C = 𝑡

𝑅 (2.8.3)

dari hubungan : C =𝜅𝜀0𝐴_𝑑 (2.8.4) Konstanta dielektrik film adalah :

𝜅 =

𝐶𝑑

𝐴𝜀0 (2.8.5) Dimana :

ε

0 = permitivitas relatif dalam ruang

hampa ( 8,85 x 10

-12 _F_{/ m)}

A = luas kontak (m2)

d = ketebalan film (m) C = kapasitansi (F)

(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 100oC 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 1,7oC/menit. Setelah didapatkan suhu 800oC, 850oC, dan 900oC 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

Karakterisasi konstanta dielektrik

diperoleh dari nilai kapasitansi film. Nilai

kapasitansi dapat diukur dengan

menggunakan alat LCR meter. Pengukuran nilai kapasitansi dilakukan pada frekuensi yang berbeda yaitu 10 kHz, 50 kHz, dan 100 kHz. Setelah didapat nilai kapasitansi maka nilai konstanta dielektrik dapat dicari berdasarkan persamaan (2.8.5).

(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 850o_{C, 900}o_C

selama 8 jam dan 15 jam

Pada suhu 850oC 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 850oC, 900oC 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 pada Tabel 4.2 yang diperoleh dengan metode analitik juga (dapat dilihat pada Lampiran 4).

(18)

Gambar 4.5 menunjukkan gabungan pola XRD film LiTaSiO5 pada suhu annealing 850oC, 900oC 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 103) 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)

Dari Gambar 4.6, 4.7 dan 4.8

menunjukkan pada suhu annealing 800oC dan 850oC, 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 800oC, 850oC, 900oC 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

dielektrik film LiTaSiO pada frekuensi 50 kHz

(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)o

C 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)

menggunakan metode chemical solution deposition. Di dalam : Prosiding Seminar Nasional Fisika. hlm 175-183.

(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.

23. Rio,S.R, M.lida.1999. Fisika dan Teknologi Semikonduktor. PT.Pradnya

(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 konstanta dielektrik Karakterisasi konduktivitas listrik

Karakterisasi XRD

SELESAI

(24)

Lampiran 2 Perhitungan ketebalan film LiTaO

3

Metode volumetrik

𝑑 =

𝑚

2

− 𝑚

1

𝜌

𝑓𝑖𝑙𝑚

∙ 𝐴

Keterangan :

𝑑 = ketebalan film (cm)

𝑚

₁

= massa substrat sebelum ditumbuhkan film (g)

𝑚

₂