STUDI KONDUKTIVITAS LISTRIK, KURVA I-V DAN CELAH ENERGI FOTODIODA BERBASIS FILM TIPIS

(1)

CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION (CSD)

M. Romzie

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

M. Romzie (G74104047). STUDI KONDUKTIVITAS LISTRIK, KURVA I-V DAN CELAH

ENERGI FOTODIODA BERBASIS FILM TIPIS Ba0,75Sr0,25TiO3 (BST) YANG DIDADAH

GALIUM (BSGT) MENGGUNAKAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION (CSD). Dibimbing Oleh Irzaman dan Ardian Arief.

ABSTRAK

Telah dilakukan penumbuhan film tipis Ba0.75Sr0.25TiO3 (BST) murni dan BST yang didoping

Ga2O3 (BSGT) di atas substrat Si(100) tipe-p dan gelas korning. Metode yang digunakan adalah

metode chemichal solution deposition (CSD) dengan teknik spin coating pada kecepatan putar 3000 rpm dalam waktu 30 detik. Film tipis BST dibuat dengan konsentrasi 1 M dan annealing

pada suhu 850oC, 900oC, dan 950oC untuk substrat Si dan 400oC, 450oC, dan 500oC untuk substrat

gelas korning. Uji konduktivitas listrik dan resistansi dilakukan dengan alat LCR meter tipe HIOKI 3522-50 LCR HiTESTER dengan kombinasi tiga kondisi cahaya, yaitu gelap (0 watt), 25 watt dan 100 watt. Pada film tipis BST dan BSGT didapatkan nilai konduktivitas semakin meningkat apabila semakin tinggi intensitas lampu yang diberikan dan sebaliknya nilai resistansi akan semakin menurun apabila intensitas cahaya ditingkatkan. Hasil karakterisasi I-V menunjukan bahwa film BST dan BSGT merupakan material fotodioda. Hasil karakterisasi UV-VIS

menunjukkan band gap film tipis BST dan BSGT. Pada film BST dengan suhu annealing 400oC,

450oC, dan 500oC didapatkan band gap sebesar 2.59 eV, 3.25 eV dan 3.32 eV. Pada film tipis

BSGT dengan suhu annealing 400oC, 450oC, dan 500oC didapatkan band gap sebesar 3.38 eV,

3.43 eV dan 3.43 eV, ini menunjukkan bahwa pendadah galium mempengaruhi besar band gap karena film tipis BSGT memiliki band gap lebih besar daripada band gap pada film tipis BST. Dari seluruh nilai band gap yang didapatkan menunjukkan bahwa film tipis BST dan BSGT merupakan bahan semikonduktor.

(3)

CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION (CSD)

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Intitut Pertanian Bogor

Oleh:

M. Romzie

G74104047

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(4)

Judul : Studi Konduktivitas Listrik, Kurva I-V dan Celah Energi Fotodioda Berbasis Film Tipis

Ba0,75Sr0,25TiO3 (BST) yang Didadah Galium (BSGT) Menggunakan Metode Chemical

Solution Deposition (CSD) Nama : M. Romzie NRP : G74104047 Menyetujui Pembimbing I Dr. Irzaman NIP. 132 133 395 Pembimbing II

Ardian Arief, M.Si NIP. 132 321 392

Mengetahui :

Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor

Dr. Drh. Hasim, DEA NIP. 131 578 806

(5)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 9 mei 1986 dari pasangan A. Sabrawi dan Fatimah. Penulis merupakan putra keempat dari enam bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studinya di MI Nurul Hidayah Jakarta selama enam tahun, kemudian melanjutkan ke SLTP Islam Assalaam Jakarta selama tiga tahun, kemudian melanjutkan kembali ke SMA Negeri 49 Jakarta selama tiga tahun. Penulis lulus dari SMA Negeri 49 Jakarta pada tahun 2004 dan pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan sarjana strata satu di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB).

(6)

v

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT yang begitu banyak memberikan nikmat kepada penulis terutama nikmat Iman, Islam dan kesehatan sehingga penulis dapat bersemangat dalam menyelesaikan skripsi yang merupakan salah satu syarat kelulusan penulis agar penulis dapat lulus dari Departemen Fisika IPB.

Dalam penyelesaian skripsi ini, penulis banyak dibantu oleh berbagai pihak. Terima kasih penulis sampaikan kepada kedua orangtua beserta saudara-saudara penulis yang telah mendo’akan, menyemangati dan mendanai penulis. Tak lupa ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Irzaman dan bapak Ardian sebagai pembimbing tugas akhir yang sangat semangat dalam membimbing penulis dan juga terima kasih kepada seluruh staf Departemen Fisika IPB.

Rekan-rekan kerja di Serum-G (Serambi Ruhiyah Mahasiswa FMIPA) IPB Periode 2006-2007 terutam kepada Ketua Serum-G periode 2006-2007, Ihsan Purwadi Statistika 41. Sahabat-sahabat di SISCO (Agung, Heriyanto, Aep, Ade, Ulul dan Erdiansyah) yang selalu mendukung dan menyemangati penulis. Teman-teman di Fisika 41 terutama Farid, Tb Gamma, Isran, dan yang lainnya yang insya Allah setia selalu menemani dan menghibur penulis sehingga penulis menjadi semangat luar biasa. Dan juga teman-teman penulis yang lain yang tidak dapat dituliskan satu per satu karena sangat banyak.

Demikian skripsi ini penulis buat, semoga dapat bermanfaat untuk kita semua terutama untuk perkembangan teknologi di Indonesia. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan untuk kemajuan teknologi mengenai aplikasi material agar dapat lebih berkembang lagi. Semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan rahmat dan karunianya untuk kita semua. Amiin.

Bogor, September 2008

(7)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

HALAMAN JUDUL... ii

LEMBAR PENGESAHAN... iii

RIWAYAT HIDUP... iv

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI... vi

DAFTAR TABEL... vii

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR LAMPIRAN ... viii

PENDAHULUAN... 1

Latar Belakang ... 1

Tujuan Penelitian... 1

Hipotesa... 1

TINJAUAN PUSTAKA... 1

Barium Stronsium Titanat (BaxSr1-xTiO3) ... 1

Pendadah Galium Oksida (Ga2O3)... 2

Fotodioda... 2

Fotokonduktivitas Listrik ... 3

Metode Pendeposisian Cairan Kimia (Chemical Solution Deposition / CSD) ... 3

Spektroskopi Optik... 4

Karakterisasi I-V ... 5

BAHAN DAN METODE ... 6

Waktu dan Tempat ... 6

Alat dan Bahan ... 6

Metode Penelitian... 6

Pembuatan Larutan BST dan BSGT ... 6

Persiapan Substrat Si (100) Tipe-p dan Gelas Korning ... 6

Proses Penumbuhan Film Tipis ... 7

Karakterisasi... 8

Pengukuran Resistansi dan Konduktivitas Film Tipis BST dan BSGT ... 8

Karakterisasi UV-VIS... 8

Karakterisasi I-V... 8

HASIL DAN PEMBAHASAN ... 8

Karakterisasi UV-VIS ... 8

Konduktivitas Listrik dan Resistansi Film Tipis BST dan BSGT ... 10

Karakterisasi I-V (Arus - Tegangan) ... 11

KESIMPULAN DAN SARAN ... 12

Kesimpulan ... 12

Saran ... 13

DAFTAR PUSTAKA ... 13

(8)

vii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1 Tabel pengaruh suhu dan persen pendadah terhadap

nilai band gap ………... 10

Tabel 4.2 Tabel pengaruh konduktivitas listrik terhadap daya lampu, suhu annealing dan persen pendadah………... 10

Tabel 4.3 Tabel pengaruh resistansi terhadap daya lampu, suhu annealing dan persen pendadah………... 10

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konstanta kisi dari BaTiO3 terhadap fungsi temperatur ... 2

Gambar 2.2 a) Sruktur kristal perovskit BST (ABO3) pada fase kubik. b) Sruktur kristal perovskit BST pada fase tetragonal ... 2

Gambar 2.3 Level energi akseptor pada semikonduktor ... 2

Gambar 2.4 Lambang skematis fotodioda... 3

Gambar 2.5 Kurva karakteristik arus- tegangan dari persambungan p-n dalam kondisi gelap dan terang... 3

Gambar 2.6 Transisi optik: (a) transisi langsung yang diizinkan dan (b) transisi langsung yang terlarang; (c) transisi tidak langsung menyertakan emisi fonon (panah keatas) dan absorpsi fonon (panah kebawah)... 4

Gambar 2.7 Kurva koefisien absorpsi optik ... 5

Gambar 2.8 Skema UV-VIS... 5

Gambar 2.9 Karakteristik I-V dioda p-n ... 6

Gambar 3.1 Kurva suhu T terhadap waktu t saat proses annealing... 7

Gambar 3.2 Hasil proses penumbuhan film tipis ... 7

Gambar 3.3 a. Pemasangan kontak tampak samping b. Pemasangan kontak tampak muka... 8

Gambar 4.1 Grafik hubungan panjang gelombang terhadap nilai absorbansi ... 8

Gambar 4.2 Grafik hubungan panjang gelombang terhadap nilai transmitansi... 8

Gambar 4.3 Kurva plot touc pada suhu annealing 400oC dan tanpa pendadah ... 9

Gambar 4.4 Kurva plot touc pada suhu annealing 400oC dengan pendadah 5%... 9

Gambar 4.9 Grafik band gap terhadap suhu annealing... 10

Gambar 4.10 Grafik konduktivitas listrik terhadap daya lampu... 11

Gambar 4.11 Grafik resistansi terhadap daya lampu... 11

Gambar 4.12 Kurva I-V pada suhu annealing 850oC dan tanpa pendadah... 11

Gambar 4.13 Kurva I-V pada suhu annealing 850oC dengan pendadah 5% ... 11

Gambar 4.15 Kurva I-V pada suhu annealing 900oC dengan pendadah 5% ... 12

(9)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Diagram alir penelitian ... 14

Lampiran 2. Skema Pengukuran ... 15

1. Karakterisasi UV-VIS... 15

2. Karakterisasi Konduktivitas Listrik ... 16

3. Karakterisasi I-V... 17

Lampiran 3. Data I-V meter ... 18

4. Suhu annealing 850oC dan tanpa pendadah ... 18

5. Suhu annealing 850oC dengan pendadah galium 5%... 20

7. Suhu annealing 900oC dengan pendadah galium 5%... 24

(10)

PENDAHULUAN Latar Belakang

Belakangan ini penelitian terhadap material ferroelektrik banyak menarik perhatian para ahli fisika karena material ferroelektrik sangat menjanjikan terhadap perkembangan divais generasi baru sehubungan dengan sifat-sifat unik yang dimilikinya [Azizahwati, 2002]. Material ferroelektrik, terutama yang didasari oleh campuran barium stronsium titanat (BST), diharapkan memiliki energi yang tinggi karena loss tangent yang rendah dan

memiliki dielektrik yang tinggi

[J. L. Wilson, 2006].

Film tipis BST dapat dibuat dengan beberapa teknik, seperti : r.f. sputtering,

laser ablation, metal organic chemical vapor deposition, sol-gel process

[N. V. Giridharan, 2001], and chemical

solution deposition [R. W. Schwartz, 1997].

Dalam penelitian ini, film tipis BST dideposisikan di atas substrat Si (100) tipe-p dengan menggunakan teknik/metode CSD (chemical solution deposition). Kelebihan menggunakan metode ini adalah bisa digunakan untuk mendapatkan film tipis dengan biaya yang rendah, namun dengan hasil yang bagus. Oleh karena itu, metode ini perlu dikembangkan penggunaanya agar lebih efektif dan efisien dalam penumbuhan material ferroelektrik di atas suatu substrat [R. W. Schwartz, 1997].

Karakterisasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah uji resistansi dan konduktivitas listrik dengan alat LCR meter, mencari band gap dengan spektrofotometer UV-VIS serta menentukan sifat listrik film tipis dengan I-V meter.

Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

1. Melakukan penumbuhan film tipis

Ba0.75Sr0.25TiO3 (BST) murni dan

film tipis BST dengan bahan pendadah galium (BSGT) diatas substrat Si tipe-p dan gelas korning dengan metode chemical solution

deposition (CSD).

2. Menguji konduktivitas listrik dan resistansi film tipis dengan LCR meter.

3. Menghitung nilai band gap film tipis BST dengan menggunakan spektrofotometer UV-VIS.

4. Menetukan sifat kelistrikan suatu film

tipis BST dengan menggunakan

I-V meter. Hipotesa

- Pada penelitian ini diharapkan apabila

film tipis BST ditambahkan pendadah galium akan menurunkan nilai konduktivitas listriknya.

- Dalam pengujian fotodioda diharapkan

ada perubahan tegangan knee ketika film tipis BST dikenai cahaya

- Semakin besar intensitas cahaya

diharapkan dapat meningkatkan nilai konduktivitas listrik film tipis BST yang dibuat.

TINJAUAN PUSTAKA

Barium Stronsium Titanat (BaxSr1-xTiO3)

BST merupakan kombinasi dua material perovskit barium titanat (BTO) dan stronsium

titanat (STO). Kedudukan A pada kisi ABO3

dibagi bersama antara ion Ba2+ dan Sr2+,

sedangkan B ditempati oleh ion Ti4+.

Gambar 2.1 menunjukkan konstanta kisi dari BTO murni terhadap temperatur. Transisi dari keadaan kubik (paraelektrik) ke fase tetragonal (ferroelektrik) terjadi pada temperatur 396 K

(669oC). Sedangkan pada STO murni berbentuk

kubik pada temperatur ruangan karena fase transisi dari kubik ke tetragonal terjadi pada

105 K (378oC) [C. Kugeler, 2006].

Persamaan reaksi BST :

0,75Ba(CH3COO)2 + 0,25Sr(CH3COO)2 +

Ti(C12H28O4) + 22O2 → Ba0,75Sr0,25TiO3 +

16H2O + 17CO2

Salah satu kegunaan dari film tipis

BaxSr1-xTiO3 yaitu material ferroelektrik yang

bisa digunakan untuk DRAM dan NVRAM karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, kebocoran arus yang rendah, dan tidak

mudah rusak pada temperatur Curie yaitu 130oC

[Yoon et al, 1995]. Keadaan inilah yang menyebabkan BST dapat digunakan secara luas pada temperatur ruangan [L. B. Kong].

(11)

Gambar 2.1 Konstanta kisi dari BaTiO3

terhadap fungsi suhu [C. Kugeler, 2006].

Gambar 2.2 (a) Sruktur kristal perovskit

BST (ABO3) pada fase kubik. (b) Sruktur

kristal perovskit BST pada fase tetragonal [C. Kugeler, 2006].

Pendadah Galium Oksida (Ga2O3)

Cara untuk menambah daya konduksi semikonduktor adalah dengan menyuntik (doping). Hal ini berarti menambahkan atom-atom yang tidak murni ke dalam kristal intrinsik untuk merubah daya konduksi listriknya. Apabila doping yang digunakan adalah atom pentavalen maka kristal akan menghasilkan satu elektron bebas (atom donor). Dan kalau dimasukkan atom trivalen, maka masing-masing hole akan membantu untuk menerima sebuah

elektron bebas selama rekombinasi

(atom akseptor) [A. P. Malvino, 2003]. Tidak semua atom dapat digunakan sebagai atom akseptor atau atom donor, ada beberapa persyaratan: (1) mempunyai ukuran atom yang hampir sama dengan atom murni (semikonduktor intrinsik yang akan didoping), sehingga dapat masuk dan tidak merusak struktur kristal atom murni, (2) memiliki jumlah elektron valensi

berbeda satu dengan atom murni

[Munasir, 2004].

Atom galium memiliki tiga elektron dalam kulit terluarnya (trivalen), apabila dimasukkan ke dalam kristal silikon akan menimbulkan kekosongan (lubang) dalam struktur elektron kristal itu. Elektron memerlukan energi relatif kecil untuk memasuki lubang, tetapi ketika elektron melakukan hal itu, elektron meninggalkan

lubang baru pada lokasi semula. Jika dipasang medan listrik melintang pada kristal silikon yang berisi galium, elektron bergerak ke arah anode dengan berturut-turut mengisi lubang. Aliran arus elektron disini lebih baik dinyatakan dengan mengacu pada lubangnya yang berlaku sebagai muatan positif karena lubang itu bergerak ke arah elektroda negatif hal ini mengakibatkan semikonduktornya menjadi semikonduktor tipe-p [A. Beiser,1992].

Gambar 2.3 Level energi akseptor pada semikonduktor.

Pada semikonduktor tipe-p terdapat level energi akseptor yang berada di dalam energi gap, sedikit diatas tepi dari pita valensi, seperti

yang ditunjukkan oleh gambar 2.3

[M.A. Omar, 1974]. Fotodioda

Fotodioda adalah suatu alat yang dibuat untuk berfungsi paling baik berdasarkan kepekaan terhadap cahaya. Pada dioda ini sebuah jendela memungkinkan cahaya untuk masuk melalui pembungkus dan mengenai persambungan. Cahaya yang datang menghasilkan elektron dan hole. Makin kuat cahayanya makin banyak pembawa minoritas dan makin besar arus baliknya.

Gambar 2.4 menunjukan lambang skematis fotodioda. Panah yang mengarah ke dalam melambangkan cahaya yang datang. Sumber dan tahanan seri memberikan prategangan balik pada fotodioda. Bila cahaya makin cerah arus balik naik. Dalam fotodioda yang lazim arus balik tersebut besarnya sekitar puluhan mikroampere. Fotodioda adalah salah satu contoh fotodetektor, yaitu sebuah alat optoelektronika yang dapat mengubah cahaya datang menjadi besaran listrik.

Tidak seperti LED yang biasnya panjar maju, persambungan semikonduktor pada fotodioda biasnya adalah panjar mundur. Prinsip dasar fotodioda berhubungan untuk membangkitkan pasangan elektron-hole (oleh peristiwa penyerapan foton dengan energi

g

E

(12)

3

Gambar 2.4 Lambang skematis fotodioda

Gambar 2.5 Kurva karakteristik arus- tegangan dari persambungan p-n dalam

kondisi gelap dan terang

[B. G. Yacobi, 2003].

deplesi yang menghasilkan pemisahan dari pengisian dalam arah yang berlawanan melalui persambungan dan aliran arus di dalam divais. Total arus yang dihasilkan adalah phg B

T

I

k

eV

I

=

₀

[exp(

/

)

−

1 ]

−

(2.1)

Dimana Iphg adalah arus fotogenerasi yang

dapat diekspresikan seperti

Iphg = eGA(W+Lc+Lh), dimana G adalah

rata-rata generasi pasangan elektron-hole. Persamaan ini menggambarkan karakteristik dioda (ditunjukkan oleh gambar 2.5) yaitu, terjadi pergeseran ke bawah, yang

bergantung pada intensitas cahaya

[B. G. Yacobi, 2003]. Fotokonduktivitas Listrik

Fotokonduktivitas adalah fenomena optik dan listrik di dalam suatu material yang menjadi lebih konduktif ketika menyerap radiasi elektromagnet seperti cahaya tampak, sinar ultraviolet, sinar inframerah, atau radiasi gamma. Ketika cahaya diserap oleh sebuah material seperti semikonduktor, jumlah dari perubahan elektron bebas dan hole meningkatkan konduktivitas listrik dari semikonduktor. Eksitasi cahaya yang menumbuk semikonduktor harus mempunyai cukup

energi untuk meningkatkan jumlah elektron yang menyebrangi daerah terlarang atau oleh eksitasi pengotoran dalam daerah bandgap. Ketika tegangan dan beban resistor digunakan secara seri dengan semikonduktor, penurunan tegangan menyeberangi beban resistor dapat diukur ketika perubahan pada konduktivitas listrik berubah-ubah melalui lintasan aliran arus [wikipedia.org].

Peningkatan konduktivitas listrik disebabkan oleh eksitasi dari penambahan pengisian bebas yang diangkut oleh cahaya energi tinggi pada semikonduktor dan insulator [www.answers.com].

Konduktivitas listrik σ (S/cm) berhubungan

dengan resistivitas ρ (Ω cm):

ρ

σ

= 1

(2.2) Konduktivitas listrik suatu semikonduktor dapat dihitung dari persamaan :

n

q

μ

σ

=

(2.3)

Dengan besar muatan q (1,602 x 10-19 C),

mobilitas pembawa μ (unit cm2

/Vs), dan

densitas pembawa n (unit cm-3). Jika kedua

jenis pembawa (elektron dan hole) saling terkait, konduktivitas didapat dari persamaan :

n

q

n

q

μ

n

μ

p

σ

=

+

(2.4) Metode Pendeposisian Cairan Kimia (Chemical Solution Deposition / CSD)

Dalam pengolahan film tipis dengan metode CSD, hasil yang diinginkan adalah untuk mengoptimalkan film untuk aplikasi yang spesifik. Untuk hasil yang efektif, diperlukan suatu pemahaman yang pokok tentang substrat, larutan kimia, dan efek dari proses termal pada evolusi struktural dari deposisi film untuk tingkatan kristalin keramik yang dibutuhkan [R. W. Schwartz, 1997].

Disini, substrat dicoating oleh cairan prekursor menggunakan spin coating atau

dip-coating. Bahan yang biasanya mengunakan

metode CSD adalah sol/gel dan dekomposisi metal organik (MOD) dengan lebar spektrum dari metode hibrid [C. Kugeler, 2006].

CSD didasarkan metode dekomposisi pada dasarnya dilakukan dengan beberapa tahap :

1. Persiapan larutan prekursor, 2. Pelapisan substrat,

3. Perlakuan panas untuk pirolisis film basah,

(13)

Persiapan pertama dalam pembuatan prekursor secara kimiawi adalah menggunakan material keras seperti

lead-asetat, zirconium-n-propoksida atau titanium-i-propoksida, kemudian campur

dengan bahan lain dan ditambah pelarut dan beri perlakuan suhu dengan cara yang tepat. Tahap kedua, film diberi beberapa tetes larutan prekursor di atas substrat, kemudian dirotasi dengan spin coater agar distribusi cairannya homogen. Dengan demikian ketebalan film bergantung pada viskositas dari prekursor dan kecepatan rotasi. Pada tahap yang ketiga film basah dikeringkan dan dipirolisis oleh pemanas pada temperatur sedang, misalnya penempatan substrat ditempat yang panas. Untuk menambahkan lapisan film pada tahap

spinning dan pirolisis diulang beberapa kali

tanpa merubah viskositas larutan prekursor. Akhirnya, film terkristalisasi pada

peningkatan suhu (antara 600oC dan 800oC)

[C. Kugeler, 2006].

Salah satu keuntungan metode CSD adalah sangat fleksibel untuk komposisi material apapun, sejak persiapan larutan prekursor prosesnya cepat dan tiap komposisi material yang diinginkan mungkin untuk dicampur pada komponen awal dengan rasio yang diinginkan. Selanjutnya, tidak diperlukan teknik khusus

dan juga biayanya murah

[C. Kugeler, 2006]. Spektroskopi Optik

Pengukuran nilai optik sangat penting dalam menentukan struktur pita semikonduktor. Induksi foton pada transisi elektronik dapat terjadi antara pita yang berbeda, yang nantinya akan digunakan untuk mencari band gap.

Pada semikonduktor, koefisien absorpsi merupakan fungsi dari panjang gelombang atau energi foton. Koefisien absorpsi dapat ditunjukkan berdasarkan persamaan

λ

π

α

=

4 k

e (2.5) dan

(

)

γ

α

∝

hv

−

E

_g (2.6)

Dimana hv adalah energi foton dan γ adalah

konstanta dan ke adalah koefisien

pemadaman (extinction). Terdapat dua jenis transisi dari pita ke pita : diizinkan (allowed) dan terlarang (forbidden). Untuk material yang bandgapnya langsung, transisi kebanyakan terjadi antara dua pita yang

memiliki nilai k yang sama, seperti transisi (a) dan (b) pada gambar 2.6. Transisi langsung yang diizinkan dapat terjadi pada seluruh nilai

k, sedangkan transisi langsung yang terlarang

hanya dapat terjadi pada saat k ≠ 0. Untuk

transisi langsung perkiraan nilai γ sebesar 1/2 dan 3/2 secara berurutan untuk yang diizinkan dan terlarang. Untuk k = 0 dimana bandgap didefinisikan, hanya transisi yang diizinkan (γ = 1/2) yang terjadi dan ini digunakan untuk menentukan bandgap secara eksperimen. Untuk transisi tidak langsung [transisi (c) gambar 2.6], berperan dalam mempertahankan momentum.

Pada transisi ini, tiap fonon (dengan energi Ep)

ada yang diserap atau diemisikan, dan koefisien absorpsi dapat dimodifikasi menjadi :

Gambar 2.6 Transisi optik: (a) transisi langsung yang diizinkan dan (b) transisi langsung yang terlarang; (c) transisi tidak langsung menyertakan emisi fonon (panah keatas) dan

absorpsi fonon (panah kebawah)

[S. M. Sze et al, 2007].

(

)

γ

α

∝

hv

−

E

_g

±

E

_p (2.7)

Disini konstanta γ bernilai 2 dan 3 secara berurutan untuk transisi tidak langsung yang diizinkan dan terlarang. [S. M. Sze et al, 2007]

Kurva absorpsi optik semikonduktor dapat dibagi menjadi tiga daerah dan dapat dilihat pada gambar 2.6 :

1.

Daerah A disebut sebagai daerah absorpsi

tail (ekor) untuk nilai α

≤

1 cm-1.

2. Daerah B disebut sebagai daerah Urbach atau daerah eksponensial. Daerah ini nilai

alphanya

1 cm

−1

≤

α

≤

10

3

cm

−1 .

3. Daerah C disebut daerah pangkat, α pada daerah ini mengikuti hukum pangkat atau

n g E h C h ) ( ) (

υ

=

υ

−

α

, nilai alpha pada

(14)

5

Gambar 2.7 Kurva koefisien absorpsi optik [Irzaman et al, 2003].

Transisi optik pada daerah C pada kurva

absorpsi (

α

≥

10

3

cm

−1) dapat ditentukan

energi gapnya dengan membuat plot linier dari kurva alpha terhadap energi. Metode plot Tauc yang penjelasan sebagai berikut : 1. Data yang keluar adalah transmitansi

terhadap panjang gelombang

2. Kemudian tentukan apakah transisinya langsung atau tidak berdasarkan persamaan n g

E

h

B

h

ν

=

(

ν

−

)

α

(2.8)

Untuk n=2 transisi tidak langsung, sedangkan untuk n=1/2 transisi langsung. Cari plot grafik yang lebih linier (apakah saat n=2 atau saat n=1/2), apabila n=2 lebih linier maka transisi tidak langsung, sebaliknya apabila n=1/2 yang lebih linier maka transisi langsung.

3. Dengan melakukan ekstrapolasi bagian

linier kurva

(

α

h

ν

)

1/n terhadap

h

ν

memotong absis, diperoleh nilai energi

yang dinamakan celah energi (Eg).

Ekstrapolasi dilakukan pada daerah kurva yang meningkat tajam, dimana daerah tersebut

menyatakan terjadinya transisi langsung

[S. M. Sze , 2007].

Salah satu cara untuk menentukan sifat optik suatu bahan yaitu dengan menggunakan metode spektroskopi UV-VIS. Spektroskopi UV-VIS adalah teknik yang digunakan untuk mengeksitasi elektron valensi dalam atom seperti mencari celah (band) dari atom atau molekul. Spektroskopi UV-VIS memiliki rentang panjang gelombang antara 200-950 nm [M. M. Grady, 2006].

Pada kenyataannya molekul memiliki kemampuan untuk menyerap ultraviolet atau cahaya tampak. Absorpsi ini sesuai untuk mengeksitasi elektron terluar pada molekul terkait. Ketika molekul menyerap energi elektron dinaikkan dari HOMO (Highest

Occupied Molecular Orbital) ke LUMO

(Lowest Unoccupied Molekular Orbital).

Bagian-bagian Spektrofotometer

UV-VIS adalah : sumber cahaya, monokromator dan detektor. Monokromator bekerja seperti kisi difraksi untuk membagi cahaya kedalam bermacam panjang gelombang. Peran detektor adalah untuk merekam intensitas cahaya yang ditransmisikan [A. Gahr]. Skema jalur sinar pada spektrofotometer UV-Vis dapat dilihat pada gambar 2.8.

Karakterisasi I-V

Saat diode berpanjar maju, probabilitas pembawa muatan mayoritas yang mempunyai

(15)

cukup energi untuk melewati potensial penghalang Vo – V akan tergantung pada muatan elektron (q) dan temperatur absolut.

kT V V q

e

− ( 0− )/η (2.7) Jadi arus difusi yang mengalir adalah sebesar T V V

Ae

I

=

/η

(

V

T

=

kT

/

q

)

(2.8)

dimana VT = 25 mV pada temperatur ruang,

η = 1 untuk gemanium dan berharga 2 untuk silikon. Jadi arus total yang mengalir adalah sebesar T V V

Ae

I

=

−

0

+

/η

Gambar 2.9 Karakteristik I-V dioda p-n atau karena I = 0 untuk V = 0 diperoleh

)

1 (

/ 0

−

=

_I

_e

V VT

I

η (2.9)

Persamaan 2.9 merupakan karakteristik I-V umum diode.

BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Departemen Fisika IPB dengan

lama waktu penelitian dari bulan

juli 2007 – april 2008. Alat dan Bahan

Penelitian ini menggunakan alat dan bahan sebagai berikut :

1. Alat : timbangan Sartonius Model

BL 6100, spin coating, mortar, pipet, gelas ukur, gelas piala, tabung reaksi, setrika, pinset plastik, gunting,

stopwatch, spatula, pipet, masker, kertas

obat, desikator, pisau kristal, tisu, sarung tangan karet, masker, corong, cawan petritis, beaker glass, kompresor udara, Lampu, aluminium foil, double

tip (perekat), solasi transparan, IC 741,

resistor, potensiometer, baterai, kabel,

bread board, furnace tipe

VulcanTM 3-130, evaporator, I-V meter,

spektrofotometer UV-Vis, multimeter, LCR meter tipe HIOKI 3522-50 LCR

HiTESTER.

2. Bahan : Ba(CH3COO)2 99%, Sr(CH3COO)2

99%, Ti(C12O4H28) 99.999%, pelarut

2-metoksietanol [H3COCH2CH2OH, 99%],

galium asetat, substrat Si tipe-p, gelas korning, metanol, aseton, aquabides dan larutan HF 5%.

Metode Penelitian

Pembuatan Larutan BST dan BSGT

Dalam penelitian ini BST dibuat dengan metode chemical solution deposition (CSD). Pertama-tama semua bahan seperti barium

asetat [Ba(CH3COO)2, 99%] dan stronsium

asetat [Sr(CH3COO)2, 99%)] digerus selama

3 jam agar diperoleh butiran yang halus. Kemudian masukkan barium asetat, stronsium

asetat, titanium isopropoksida

[Ti(C12O4H28), 99%] dan 2-metoksietanol

[H3COOCH2CH2OH, 99%] ke dalam tabung

reaksi. Bahan-bahan yang telah tercampur di dalam tabung reaksi dikocok secara manual selama kurang lebih 1 jam (campuran tersebut biasa disebut precursor). Kemudian precursor dipanaskan pada permukaan setrika dengan

temperatur ±120oC selama 5 menit agar

bahan-bahan tercampur secara merata. terakhir

precursor tersebut disaring dengan kertas saring

agar didapat larutan yang lebih homogen. Untuk pembuatan larutan BSGT prosesnya sama seperti pada pembuatan larutan BST, bedanya hanya ditambahkan pendadah (galium oksida) sebanyak 5% yang sebelumnya telah digerus terlebih dahulu.

Persiapan Substrat Si (100) Tipe-p dan Gelas Korning

Substrat yang digunakan adalah Si (100) tipe-p dan gelas korning dengan ukuran 1 cm x 1 cm. Pemotongan substrat Si (100) tipe-p dilakukan dengan sangat hati-hati dengan menggunakan alat pemotong kristal dan dibantu dengan penggaris plastik. Usahakan dalam proses pemotongan agar tidak terbentuk goresan pada lapisan bahan aktif bagian muka substrat. Substrat Si (100) tipe-p yang telah terpotong, kemudian dibersihkan. Kebersihan substrat harus diperhatikan agar film tipis dapat tumbuh dengan baik dan merata pada permukaan substrat. Proses pembersihan substrat Si (100) tipe-p dilakukan secara bertahap. Tahapan pertama substrat Si (100) tipe-p dibersihkan bagian aktifnya dengan tisu, kemudian dicelupkan ke dalam larutan HF 5%. Setelah dicelupkan dalam HF 5% substrat dicelupkan

(16)

7

dalam larutan aquabides. Kemudian Setelah itu dikeringkan dengan kompresor udara.

Untuk pemotongan substrat gelas korning prosesnya hampir sama seperti pada pemotongan silikon, bedanya hanya pada proses pencucian. Tahapan pertama substrat korning dicelupkan ke dalam larutan etanol. Setelah dicelupkan dalam etanol substrat dicelupkan dalam larutan metanol. Kemudian metanol dibersihkan dengan dye

water selama 1 menit. Setelah itu

dikeringkan dengan kompresor udara. Dye

water dapat diganti dengan aquades atau

aquabides

Proses Penumbuhan Film Tipis

Substrat diletakkan di atas reaktor spin

coating (jangan lupa diberi perekat agar

substrat tidak terpental). Tutup kira-kira 1/3 dari bagian substrat dengan menggunakan solasi transparan untuk membedakan bagian yang akan di tumbuhi film dan yang tidak. Tetesi larutan prekursor di atas substrat Si (100) tipe-p sebanyak 1 tetes (usahakan merata di atas permukaan yang akan ditumbuhkan film). Kemudian reaktor spin

coating diputar pada 3000 rpm selama

30 detik. Substrat Si (100) tipe-p yang telah diproses dipanaskan di atas permukaan setrika selama satu jam pada temperatur

±120oC. Substrat siap diproses langkah

selanjutnya yaitu annealing.

Annealing adalah proses pemanasan

kristal yang mengalami pengerasan untuk

mengembalikan kelentukannya

[A.Beiser, 1987]. Annealing dilakukan

menggunakan furnace model

VulcanTM3-130. Proses annealing untuk

setiap substrat dilakukan pada temperatur

850oC, 900oC dan 950oC (untuk substrat

korning digunakan suhu 400oC, 450oC dan

500oC) sehingga sampel yang didapat sebanyak

enam jenis untuk substrat silikon (850oC 0%,

850oC 5%, 900oC 0%, 900oC 5%, 950oC 0%

dan 950oC 5%) dan enam sampel untuk substrat

korning (400oC 0%, 400oC 5%, 450oC 0%,

450oC 5%, 500oC 0% dan 500oC 5%).

Annealing dimulai dari temperatur ruangan

dengan kenaikan 1,7oC/menit sampai didapat

temperatur annealing 850oC, 900oC dan 950oC.

Penggunaan temperatur annealing 850oC keatas

karena berdasarkan penelitian sebelumnya film tipis BSGT lebih efektif ditumbuhkan pada temperatur annealing tinggi. Kemudian ketika temperatur annealing telah dicapai maka dilakukan penahanan temperatur tersebut selama 15 jam. Tahapan terakhir yaitu penurunan temperatur furnace (furnace cooling) sampai didapat temperatur ruang. Secara garis besar proses annealing diperlihatkan pada Gambar 3.1. Hasil yang didapat dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Hasil proses penumbuhan film tipis

Setelah proses annealing dilakukan pembuatan kontak aluminium dengan menggunakan alat evaporator. Berikut ini gambar film yang telah diberi kontak (gambar 3.3)

Gambar 3.1. Kurva suhu T terhadap waktu t saat proses annealing.

(17)

(a)

(b)

Gambar 3.3. (a) Pemasangan kontak tampak samping

(b) Pemasangan kontak tampak muka

Karakterisasi

Pengukuran Konduktivitas Listrik dan Resistansi Film Tipis BST dan BSGT

Pengukuran resistansi dan konduktivitas listrik dilakukan dengan menggunakan alat LCR meter tipe HIOKI 3522-50 LCR

HiTESTER. Alat ini memiliki kecepatan

pengukuran 5ms sehingga dapat lebih cepat dan efisien dalam melakukan pengukuran [HIOKI, 2001]. Parameter pengukuran yang dapat dilakukan oleh LCR meter adalah |Z|, |Y|, θ, Rp (DCR), Rs (ESR, DCR), G, X, B, Cp, Cs, Lp, Ls, D (tan δ), dan Q [HIOKI, 2001].

Dari alat LCR meter ini didapatkan nilai G (konduktansi), untuk mendapatkan nilai konduktivitas listriknya digunakan persamaan 3.1

A

G

t

=

σ

(3.1)

untuk mendapatkan nilai R bisa dilihat langsung di alat LCR meter atau dengan menggunakan persamaan 3.2

G

R

=

1

(3.2)

Skema pengukurannya dapat dilihat pada lampiran 2.

Karakterisasi UV-VIS

Karakterisasi UV-VIS ini dilakukan untuk mencari nilai bandgap suatu film tipis BST/BSGT. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat spektrofotometer UV-VIS. Perhitungan untuk mencari bandgap digunakan metode plot Tauc. Skema pengukuran lihat di lampiran 2.

Karakterisasi I-V

Karakterisasi I-V dilakukan untuk melihat karakteristik sifat listrik film tipis BST/BSGT yang dibuat dengan melihat hasil kurva I-V dari alat I-V meter. Skema pengukuran lihat di lampiran 2.

HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi UV-VIS

Karakterisasi UV-VIS ini dilakukan untuk mencari nilai band gap suatu film tipis BST/BSGT. Karakterisasi dilakukan dengan rentang panjang gelombang dari 200-800 nm.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

0,00E+00 2,00E-07 4,00E-07 6,00E-07 8,00E-07 1,00E-06 λ (m) A b so rb a n si 400oC ; 0% 400oC ; 5% 450oC ; 0% 450oC ; 5% 500oC ; 0% 500oC ; 5%

Gambar 4.1 Grafik hubungan panjang gelombang terhadap nilai absorbansi

Berdasarkan data yang didapat (gambar 4.1) dapat dilihat bahwa nilai absorbansi maksimum kira-kira terjadi pada panjang gelombang 300 nm. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0,00E+00 2,00E-07 4,00E-07 6,00E-07 8,00E-07 1,00E-06 λ (m) T ran s m it an s i ( % ) 400oC ; 0% 400oC ; 5% 450oC ; 0% 450oC ; 5% 500oC ; 0% 500oC ; 5%

Gambar 4.2 Grafik hubungan panjang gelombang terhadap nilai transmitansi

Berdasarkan data yang didapat (gambar 4.2) dapat dilihat bahwa nilai transmitansi minimum

(18)

9

kira-kira terjadi pada panjang gelombang 300 nm.

Saat nilai absorbansi rendah (saat tidak maksimum) sekitar 0,2 pada saat panjang gelombangnya 350 – 800 nm menunjukkkan elektron tidak dapat menyerap energi pada panjang gelombang tersebut, sehingga energi yang diberikan hanya diteruskan saja. Oleh karena itu, nilai transmitansi pada panjang gelombang tersebut memiliki nilai yang besar, yaitu 60-90%. Nilai absorbansi maksimum atau nilai transmitansi minimum pada 300 nm ini merupakan nilai optimum penyerapan energi oleh elektron sehingga elektron memiliki energi yang cukup untuk melewati bandgap. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 hυ (eV) (α hυ) 1/ 2

Gambar 4.3 Kurva plot touc pada suhu annealing 400oC dan tanpa pendadah

Berdasarkan gambar 4.3, didapatkan

nilai band gap (Eg) dari BST dengan suhu

annealing 400oC dan tanpa pendadah adalah sebesar 2,59 eV. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 hυ (eV) (α hυ ) 1/ 2

Gambar 4.4 Kurva plot touc pada suhu annealing 400oC dengan pendadah 5%

annealing 400oC dengan pendadah 5% adalah sebesar 3,38 eV.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 hυ (eV) (α hυ) 1/ 2

Berdasarkan gambar 4.5, didapatkan nilai

band gap (Eg) dari BST dengan suhu annealing

450oC dan tanpa pendadah adalah sebesar

3,25 eV. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 hυ (eV) (α h υ) 1/ 2

450oC dengan pendadah 5% adalah sebesar

3,43 eV. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 hυ (eV) (α hυ) 1/ 2

500oC dan tanpa pendadah adalah sebesar

(19)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 hυ (eV) (α hυ) 1/ 2

annealing 500oC dengan pendadah 5% adalah sebesar 3,43 eV.

Berdasarkan nilai band gap yang telah didapat dapat dibuat tabel 4.1.

Tabel 4.1 Tabel pengaruh suhu dan persen pendadah terhadap nilai band gap

Bandgap (eV)

Suhu (oC) 0% 5%

400 2,59 3,38

450 3,25 3,43

500 3,32 3,43

Sehingga dapat digambarkan dengan grafik (gambar 4.9) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 400 420 440 460 480 500 520 Suhu Annealing (oC) B a nd ga p (e V ) 0% 5%

Gambar 4.9 Grafik band gap terhadap suhu

annealing.

Berdasarkan grafik di atas dapat dinyatakan bahwa band gap meningkat seiring dengan semakin banyaknya pendadah dan semakin besarnya suhu. Hal ini terjadi karena pendadah yang dilakukan pada penelitian ini merupakan pendadah tipe-p yang akan membuat energi akseptor

(Ea) didalam celah energi (band gap), dekat

diatas tepi pita valensi sehingga elektron yang ada di pita konduksi akan mampir

terlebih dahulu ke energi akseptor (Ea) yang

selanjutnya akan menuju pita valensi. Karena elektron singgah di energi akseptor

terlebih dahulu sehingga seolah-olah menyebabkan energi band gap yang diperlukan semakin besar.

Peningkatan suhu juga akan memperbesar

band gap. Peningkatan band gap ini

kemungkinan karena suhu annealing yang digunakan masih dalam tahap pembentukan kristal, sehingga kristal yang terbentuk belum sempurna.

Konduktivitas Listrik dan Resistansi Film Tipis BST dan BSGT

Pengukuran nilai resistansi dan konduktivitas listrik pada penelitian dilakukan dalam tiga kondisi yang berbeda, yaitu gelap (0 Watt), dengan lampu 25 Watt dan dengan lampu 100 Watt. Pengukuran dilakukan pada

temperatur ruang 27oC. Hasilnya ditunjukkan

oleh tabel 4.2, tabel 4.3, gambar 4.10, dan gambar 4.11.

Tabel 4.2 Tabel pengaruh konduktivitas listrik terhadap daya lampu, suhu annealing dan persen pendadah.

Konduktivitas Listrik (S/m)

Suhu ; % 0 Watt 25 Watt 100 Watt

850oC; 0% 3.09x10-7 4.49x10-6 5.19x10-6 850oC; 5% 2.71x10-8 1.69x10-7 2.25x10-7 900oC; 0% 2.49x10-8 4.65x10-8 6.50x10-8 900oC; 5% 9.76x10-8 1.24x10-7 5.23x10-7 950oC; 0% 1.24x10-8 1.11x10-7 2.79x10-7 950oC; 5% 6.18x10-8 1.64x10-7 1.60x10-7

Tabel 4.3 Tabel pengaruh resistansi terhadap daya lampu, suhu annealing dan persen pendadah.

Resistansi (Ω)

Suhu ; % 0 Watt 25 Watt 100 Watt

(20)

11 0.00E+00 1.00E-06 2.00E-06 3.00E-06 4.00E-06 5.00E-06 6.00E-06 0 20 40 60 80 100 120

Daya Lampu (Watt)

K on duk ti v it a s ( S /m ) 850oC; 0% 850oC; 5% 900oC; 0% 900oC; 5% 950oC; 0% 950oC; 5%

Gambar 4.10 Grafik konduktivitas listrik terhadap daya lampu

-2.00E+06 0.00E+00 2.00E+06 4.00E+06 6.00E+06 8.00E+06 1.00E+07 1.20E+07 1.40E+07 1.60E+07 0 20 40 60 80 100 120

Daya Lampu (Watt)

R esi stansi (Ω ) 850oC; 0% 850oC; 5% 900oC; 0% 900oC; 5% 950oC; 0% 950oC; 5%

Gambar 4.11 Grafik resistansi terhadap daya lampu

Berdasarkan data diatas semakin besar daya lampu semakin meningkatkan nilai konduktivitas listrik dan semakin memperkecil nilai resistansi. Hal ini dikarenakan ketika semakin besar daya lampu yang digunakan untuk menyinari persambungan p-n antara film tipis BST dengan Si tipe-p akan mengakibatkan semakin bayak elektron yang terdapat pada pita valensi menuju ke pita konduksi sehingga dengan semakin banyaknya elektron pada pita konduksi akan menyebabkan konduktivitas listrik semakin besar dan sebaliknya resistansi akan semakin kecil.

Pengaruh doping terhadap konduktivitas listrik film tipis yaitu ketika diberi doping akan mengakibatkan konduktivitas listrik menurun

saat suhu annealing 850oC dan konduktivitas

listrik meningkat pada suhu annealing 900oC

dan 950oC. Penurunan konduktivitas listrik saat

suhu annealing 850oC terjadi karena kondisi

850oC tanpa pendadah merupakan kondisi yang

paling baik sehingga ketika diberi gangguan berupa pendadah mengakibatkan konduktivitas listriknya menurun. Peningkatan konduktivitas

listrik saat suhu annealing 900oC dan 950oC

terjadi karena pada kondisi ini ketika belum diberi pendadah nilai konduktivitas listriknya belum terlalu baik sehingga ketika diberi pendadah akan meningkatkan konduktivitas listrik film tipis tersebut.

Nilai konduktivitas listrik yang didapatkan

mempunyai orde antara 10-8 – 10-6 S/m, hal ini

dapat dikatakan bahwa film tipis yang dibuat bersifat sebagai semikonduktor.

Karakterisasi I -V (Arus - Tegangan)

Karakterisasi I-V dilakukan dengan menggunakan I-V meter dengan dua perlakuan: (1) kondisi terang (dengan menggunakan dua buah lampu dengan daya masing-masing 40 watt dan 20 watt), (2) kondisi gelap (sampel ditutup dengan kotak hitam). Hasilnya akan dibandingkan antara kurva I-V dalam kondisi terang dan dalam kondisi gelap. Berikut merupakan data yang didapatkan :

-0.0000025 -0.000002 -0.0000015 -0.000001 -0.0000005 0 0.0000005 0.000001 0.0000015 0.000002 0.0000025 0.000003 -6 -4 -2 0 2 4 6 Tegangan (V) Ar u s ( A) _Gelap Terang Vknee= 1.4 V Vknee= 1.3 V

Gambar 4.12 Kurva I-V pada suhu annealing 850oC dan tanpa pendadah

-7.00E-07 -6.00E-07 -5.00E-07 -4.00E-07 -3.00E-07 -2.00E-07 -1.00E-07 0.00E+00 1.00E-07 2.00E-07 3.00E-07 -6 -4 -2 0 2 4 Tegangan (V) Ar u s (A ) Gelap Terang Vknee=1.5 V Vknee=1.7 V

(21)

-0.000001 -0.0000005 0 0.0000005 0.000001 0.0000015 0.000002 -6 -4 -2 0 2 4 6 Tegangan (V) Ar u s (A ) Gelap Terang Vknee=1.8 V Vknee=1.9 V

-4.00E-07 -2.00E-07 0.00E+00 2.00E-07 4.00E-07 6.00E-07 8.00E-07 1.00E-06 1.20E-06 1.40E-06 -6 -4 -2 0 2 4 6 Tegangan (V) Aru s ( A ) Gelap Terang Vknee=3.0 V Vknee=3.4 V

Gambar 4.15 Kurva I-V pada suhu annealing 900oC dengan pendadah 5% -2.50E-07 -2.00E-07 -1.50E-07 -1.00E-07 -5.00E-08 0.00E+00 5.00E-08 1.00E-07 1.50E-07 2.00E-07 2.50E-07 -6 -4 -2 0 2 4 6 Tegangan (V) Ar u s ( A) _Gelap Terang Vknee= 1.5 V Vknee= 1.7 V

-0.0000002 -0.00000015 -0.0000001 -0.00000005 0 0.00000005 0.0000001 0.00000015 0.0000002 -6 -4 -2 0 2 4 6 Tegangan (V) Ar u s ( A ) Gelap Terang Vknee=1.6 V Vknee=1.7 V

Gambar 4.17 Kurva I-V pada suhu annealing 950oC dengan pendadah 5%

Data yang didapat, yaitu :

a. Pada suhu 850oC tanpa pendadah

tegangan knee pada kondisi gelap sebesar 1.4 V dan kondisi terang sebesar 1.3 V.

b. Pada suhu 850oC dengan pendadah

5% tegangan knee pada kondisi gelap sebesar 1.5 V dan kondisi terang sebesar 1.7 V.

c. Pada suhu 900oC tanpa pendadah

d. Pada suhu 900oC dengan pendadah 5%

e. Pada suhu 950oC tanpa pendadah

f. Pada suhu 950oC dengan pendadah 5%

tegangan knee pada kondisi gelap sebesar 1.6V dan kondisi terang sebesar 1.7V.

Berdasarkan data yang didapat, dapat ternyata berbentuk kurvanya seperti kurva dioda dan ada perubahan tegangan knee ketika dalam kondisi terang dan gelap. Karena adanya perubahan nilai ini, maka film BST dan BSGT yang dibuat ini memiliki sifat fotodioda.

Perbedaan kondisi terang dan gelap mempengaruhi besar tegangan knee dari masing-masing sampel. Ketika terang, hampir disemua sampel memiliki tegangan knee yang lebih besar daripada pada kondisi gelap. Hal ini kemungkinan terjadi karena fotodioda adalah suatu alat yang dibuat untuk berfungsi paling baik berdasarkan kepekaan terhadap cahaya sehingga cahaya yang datang menghasilkan elektron dan hole. Makin kuat cahayanya makin banyak pembawa minoritas dan makin besar arus baliknya.

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

Telah berhasil ditumbuhkan film tipis

Ba0,75Sr0,25TiO3 (BST) murni dan BST yang

didadah galium (BSGT) di atas substrat Si tipe-p dengan menggunakan metode chemical

solution deposition (CSD). Film tipis BST dan

BSGT merupakan bahan semikonduktor karena mempunyai nilai konduktivitas listrik antara

10-6 - 10-8 S/m dan bandgap sebesar

2,59 - 3,43 eV.

Konduktivitas listrik film tipis akan semakin besar apabila intensitas penerangan lampu semakin tinggi.

Film tipis Ba0,75Sr0,25TiO3 (BST) dan BSGT

(22)

13

Saran

Diharapkan pada penelitian selanjutnya agar lebih diperhatikan saat pemasangan indium diatas kontak agar dalam proses pengukuran sifat listrk lebih stabil nilai keluarannya dan dalam pengukuran sifat optiknya sebaiknya gunakan lampu dengan panjang gelombang 300 nm sesuai dengan nilai panjang gelombang optimum yang didapatkan.

DAFTAR PUSTAKA

A. Beiser. Konsep Fisika Modern. Erlangga, (1992).

A. Gahr and D. Koppenkastrop. UV/VIS

Measurement of Load, Sludge Characterictics and Toxicity. STIP

Isco GmbH, 64823 Groß-Umstadt, Siemenstrasse 2, Germany.

A. P. Malvino. Prinsip Elektronika. Jakarta, Salemba Teknika, (2003).

Azizahwati. Studi Morfologi Permukaan

Film Tipis Pb0,525 Zr0,475 TiO3 yang Ditumbuhkan dengan Metode DC Unbalanced Magnetron Sputtering.

Universitas Riau, 5 (1), 50-56 (2002). B. G. Yacobi. Semiconductor Materials:

An Introduction to Basic Principles.

University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada, (2003).

C. Kugeler and R.Wiedenbruck. Integration

of Ferroelectric Thin Films into Silicon Based Microsystems, (2006).

HIOKI, 3522-50/3532-50 LCR HiTESTER. Componenet Measuring Instrument, (2001).

http://en.wikipedia.org/wiki/Photoconductivi ty.

http://www.answers.com/topic/photoconduct ivity?cat=technology.

Irzaman, Y.Darvina, A Fuad, P.Arifin, M.Budiman and M Barmawi.

Physical and Pyroelectric properties of Tantalum-oxide doped lead

Zirconium titanate [Pb0,995O(Zr0,525Ti0,465Ta0,010)O3] Thin

Film and Their Application for IR

Sensor, phys, stat, sol (a), 199, no.3.

416-424,9 (2003).

J. L. Wilson, Y. W. Kang, A. Fathy.

Investigation of Using Ferrolectric Materials in High Power Fast RF Phase Shifters for RF Vector Modulation.

Edinburg, Scotland, 3248-3250 (2006). L. B. Kong, L. Yan, K. B. Chong, C. Y. Tan, L.

F. Chen and C. K. Ong. Pulsed Laser

Deposition of LaAlO3 – Ba0.5Sr0.5 TiO3 Thin Films for Tunable Device Applications. Temasek Laboratories,

National University of Singapore, 1-19. M. A. Omar. Elementary Solid States Physics;

Principles and Applications.

Addison-Wesley publishing Company, Reading, Massachusetts, (1974).

M. M. Grady, A. Morlok, C. D. Fernandes, and D. Johnson. Spectroscopy of Stardust

from 200nm to 16μm (with a Gap in the Middle). Planetary and Space Sciences

Research Institute, The Open University, Walton Hall, MK7 6AA, UK, (2006).

Munasir. Semikonduktor. Bagian Proyek

Pengembangan Kurikulum, Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menegah, Departemen Pendidikan Nasional, (2004).

N. V. Giridharan, R. Jayavel, and P. Ramasamy. Structural, Morphological

and Electrical Studies on Barium Strontium Titanate Thin Films Prepared by Sol-Gel Technique. Crystal Growth

Centre, Anna University, Chennai, India, 36 (1), 65-72 (2001).

R. W. Schwartz. Chemical Solution Deposition

of Perovskite Thin Films. Department of

Ceramic and Materials Engineering, Clemson University, Clemson, South Carolina 29634-0907, 9 (11), 2325-2340 (1997).

S. M. Sze. Physics of Semiconductor Devices,

John Wiley & Sons Inc, United States of

America, (2007).

(23)

Lampiran 1

Diagram Alir Penelitian

Precursor BSGT 5% Precursor BST Spin Coating Annealing Barium asetat [Ba(CH3COO)2, 99%] Stronsium asetat [Sr(CH3COO)2, 99%] 2-metoksietanol [H3COOCH2CH2OH, 99%] Titanium isopropoksida [Ti(C12O4H28), 99.99%] BST Dipanaskan Disaring Direaksikan (dikocok)

Film tipis BST Film tipis BGST 5%

Konduktivitas listrik dan Resistansi Dengan LCR Meter

UV-VIS untuk mencari Bandgap Kurva I-V

_{Karakterisasi}

Buat Kontak Al

BSGT 5%

(24)

15

Lampiran 2

Skema Pengukuran 1. Karakterisasi UV-VIS

Alat yang digunakan : GENESYS 10 UV-Visible spectrophotometers.

Skema Pengukuran :

Cara pegukuran :

1. Hidupkan alat spektrofotometer UV-VIS

2. Pasang sampel yang telah dibuat pada posisi yang ditunjukkan oleh gambar di atas

3. Set konfigurasi alat (alat ini hanya dapat digunakan untuk panjang gelombang 190 - 1100 nm). Gunakan konfigurasi untuk pengukuran nilai absorbansi. Atur dengan range pengukuran kelipatan 2nm dari 100nm yang diinginkan. Misalnya kita akan mencari kurva absorbansi dari 200-300nm dengan rentang 2nm, maka nanti data yang didapat adalah data saat panjang gelombang 200, 202, 204,…300nm.

4. Catat hasil yang didapat dan lanjutkan ke 100nm panjang gelombang berikutnya

(25)

2. Karakterisasi Konduktivitas Listrik

 Alat yang digunakan : LCR meter tipe HIOKI 3522-50 LCR HiTESTER

Skema Pengukuran :

Cara Pengukuran : 1. Hidupkan alat LCR meter

2. Sambungkan kabel ke kaki 1-3, 1-4, 2-3 dan 2-4

(26)

17

3. Karakterisasi I-V

Alat yang digunakan : Keithley's SourceMeter family model 2400

Skema pengukuran :

Cara pengukuran :

1. Hubungkan alat I-V meter dengan komputer. 2. Hidupkan komputer dan I-V meter.

3. Buka software dari komputer untuk membaca data dari I-V meter 4. Sambungkan kabel pada I-V meter ke kaki 1-3, 1-4, 2-3 dan 2-4 sampel 5. Atur konfigurasi pada software untuk pengukuran I-V

6. Lihat hasilnya (perhitungan dilakukan dalam dua kondisi, yaitu kondisi gelap dan terang) dan amati perbedaaan pada kondisi terang dan gelap

(27)

Lampiran 3

Data I-V Meter

1. Suhu annealing 850oC dan tanpa pendadah

 Gelap

Voltage (V) Current (A) Voltage (V) Current (A) Voltage (V) Current (A)

-5 -2.16E-06 -0.7 -3.79E-10 3.4 7.872E-07 -4.9 -1.97E-06 -0.6 -1.94E-10 3.5 8.068E-07 -4.8 -1.97E-06 -0.5 -1.29E-10 3.6 8.464E-07 -4.7 -1.9E-06 -0.4 -7.67E-11 3.7 9.024E-07 -4.6 -1.61E-06 -0.3 -2.55E-11 3.8 9.11E-07 -4.5 -1.51E-06 -0.2 -7.32E-12 3.9 9.671E-07 -4.4 -1.5E-06 -0.1 8.375E-12 4 9.727E-07

-4.3 -1.38E-06 -1.03E-15 1.829E-11 4.1 1.032E-06

(28)

19

 Terang

-5 -2.12E-06 -0.7 -4.21E-08 3.4 1.041E-06

-4.9 -2.07E-06 -0.6 -2.87E-08 3.5 1.048E-06

-4.8 -1.88E-06 -0.5 -2.36E-08 3.6 1.066E-06

-4.7 -1.83E-06 -0.4 -1.74E-08 3.7 1.221E-06

-4.6 -1.78E-06 -0.3 -1.09E-08 3.8 1.327E-06

-4.5 -1.67E-06 -0.2 -4.51E-09 3.9 1.331E-06

-4.4 -1.59E-06 -0.1 -1.4E-09 4 1.431E-06

-4.3 -1.44E-06 -1.03E-15 -5.9E-10 4.1 1.546E-06

-4.2 -1.17E-06 0.1 -2.95E-10 4.2 1.612E-06

-4.1 -1.05E-06 0 5.423E-11 4.3 1.711E-06

-4 -1.05E-06 0.1 1.238E-10 4.4 1.772E-06

-3.9 -1.05E-06 0.2 5.369E-10 4.5 1.867E-06

-3.8 -1.04E-06 0.3 9.564E-10 4.6 1.98E-06

-3.7 -9.54E-07 0.4 1.918E-09 4.7 2.04E-06

-3.6 -8.51E-07 0.5 4.227E-09 4.8 2.181E-06

-3.5 -7.97E-07 0.6 8.609E-09 4.9 2.299E-06

-3.4 -7.61E-07 0.7 1.425E-08 5 2.327E-06

-3.3 -6.71E-07 0.8 2.224E-08 5.1 2.351E-06

(29)

2. Suhu annealing 850oC dengan pendadah galium 5%  Gelap

-5 -5.00E-07 -0.7 -1.76E-09 3.6 1.60E-07 -4.9 -2.68E-07 -0.6 -2.10E-09 3.7 1.64E-07 -4.8 -2.52E-07 -0.5 -5.78E-09 3.8 2.07E-07 -4.7 -2.29E-07 -0.4 -1.34E-09 3.9 2.21E-07 -4.6 -2.34E-07 -0.3 -5.59E-10 4 2.60E-07 -4.5 -1.79E-07 -0.2 -3.36E-10 4.1 2.51E-07 -4.4 -1.83E-07 -0.1 -2.93E-10 4.2 2.86E-07

-4.3 -1.31E-07 -1.03E-15 -7.44E-11 4.3 2.77E-07

-4.2 -1.27E-07 0.1 3.50E-11 4.4 2.97E-07 -4.1 -1.11E-07 0.2 1.63E-10 4.5 2.72E-07 -4 -1.32E-07 0.3 2.80E-10 4.6 2.92E-07 -3.9 -1.11E-07 0.4 4.73E-10 4.7 2.84E-07 -3.8 -8.71E-08 0.5 7.80E-10 4.8 2.72E-07 -3.7 -8.55E-08 0.6 1.31E-09 4.9 2.19E-07

-3.6 -7.27E-08 0.7 1.72E-09 5 2.33E-07

(30)

21

 Terang

-4.3 -1.60E-07 -1.03E-15 -1.53E-10 4.3 5.00E-07

-4.2 -1.58E-07 0.1 -1.05E-11 4.4 4.79E-07 -4.1 -1.21E-07 0.2 1.54E-10 4.5 5.63E-07

-4 -1.03E-07 0.3 3.76E-10 4.6 5.99E-07 -3.9 -9.16E-08 0.4 4.22E-10 4.7 5.32E-07 -3.8 -8.77E-08 0.5 6.39E-10 4.8 5.19E-07 -3.7 -7.98E-08 0.6 9.91E-10 4.9 5.36E-07

-3.6 -7.31E-08 0.7 2.12E-09 5 4.99E-07

(31)

3. Suhu annealing 900oC dan tanpa pendadah  Gelap

-5 -6.6E-07 -0.7 -1.15E-08 3.6 2.949E-07

-4.9 -6.39E-07 -0.6 -8.72E-09 3.7 3.401E-07 -4.8 -6.27E-07 -0.5 -7.42E-09 3.8 3.512E-07 -4.7 -5.17E-07 -0.4 -5.31E-09 3.9 4.02E-07 -4.6 -5.09E-07 -0.3 -4.16E-09 4.0 4.888E-07 -4.5 -4.82E-07 -0.2 -2.73E-09 4.1 5.212E-07 -4.4 -4.25E-07 -0.1 -1.67E-09 4.2 6.36E-07

-4.3 -4.16E-07 -1.03E-15 -6.98E-10 4.3 6.879E-07

(32)

23

 Terang

-5 -6.16E-07 -0.7 -8.65E-09 3.6 3.31E-07

-4.9 -5.8E-07 -0.6 -7.1E-09 3.7 3.381E-07

-4.8 -5.49E-07 -0.5 -5.04E-09 3.8 3.91E-07

-4.7 -5.08E-07 -0.4 -3.79E-09 3.9 4.404E-07

-4.6 -4.88E-07 -0.3 -3.12E-09 4 4.493E-07

-4.5 -4.42E-07 -0.2 -1.76E-09 4.1 4.594E-07

-4.4 -4.24E-07 -0.1 -1.25E-09 4.2 5.818E-07

-4.3 -3.66E-07 -1.03E-15 -4.68E-10 4.3 6.018E-07

-4.2 -3.59E-07 0.1 2.61E-11 4.4 6.842E-07

-4.1 -3.57E-07 0.2 7.206E-10 4.5 7.086E-07

-4 -3.47E-07 0.3 9.724E-10 4.6 7.385E-07

-3.9 -3.22E-07 0.4 1.522E-09 4.7 8.284E-07

-3.8 -2.88E-07 0.5 2.855E-09 4.8 9.095E-07

-3.7 -2.73E-07 0.6 2.984E-09 4.9 9.898E-07

-3.6 -2.69E-07 0.7 3.91E-09 5 1.214E-06

-3.5 -2.54E-07 0.8 4.808E-09 5.1 1.599E-06

(33)

-4.3 -1.12E-07 -1.03E-15 -5.49E-11 4.3 2.50E-07

-3.6 -4.39E-08 0.7 2.50E-09 5 8.58E-07

(34)

25

 Terang

-4.3 -4.86E-08 -1.03E-15 -6.98E-10 4.3 1.07E-07

-4.2 -4.25E-08 0.1 -3.74E-10 4.4 1.33E-07 -4.1 -4.02E-08 0.2 1.14E-09 4.5 1.34E-07

-4 -4.01E-08 0.3 2.04E-09 4.6 1.77E-07 -3.9 -3.59E-08 0.4 2.28E-09 4.7 1.87E-07 -3.8 -3.51E-08 0.5 3.07E-09 4.8 2.06E-07 -3.7 -3.54E-08 0.6 4.02E-09 4.9 2.56E-07

-3.6 -4.74E-08 0.7 5.27E-09 5 2.79E-07

(35)

5. Suhu annealing 950oC dan tanpa pendadah  Gelap

-4.3 -1.76E-07 -1.03E-15 -9.36E-11 4.3 1.81E-07

-3.6 -1.36E-07 0.7 1.12E-09 5 2.09E-07

(36)

27

 Terang

-4.3 -1.69E-07 -1.03E-15 -8.47E-11 4.3 1.75E-07

-4.2 -1.54E-07 0.1 -8.94E-12 4.4 1.63E-07 -4.1 -1.41E-07 0.2 3.10E-10 4.5 1.77E-07

-4 -1.36E-07 0.3 3.44E-10 4.6 1.94E-07 -3.9 -1.21E-07 0.4 4.43E-10 4.7 1.85E-07 -3.8 -1.11E-07 0.5 7.17E-10 4.8 1.99E-07 -3.7 -1.02E-07 0.6 9.26E-10 4.9 1.92E-07

-3.6 -9.77E-08 0.7 1.11E-09 5 2.03E-07

(37)

-4.3 -1.1E-07 -1.03E-15 -3.05E-11 4.3 1.072E-07

(38)

29

 Terang

-5 -1.47E-07 -0.7 -1.47E-09 3.6 5.921E-08

-4.9 -1.41E-07 -0.6 -1.35E-09 3.7 6.402E-08

-4.8 -1.3E-07 -0.5 -1.16E-09 3.8 6.519E-08

-4.7 -1.3E-07 -0.4 -7.88E-10 3.9 6.649E-08

-4.6 -1.21E-07 -0.3 -4.29E-10 4 7.06E-08

-4.5 -1.18E-07 -0.2 -2.96E-10 4.1 7.525E-08