commit to user
PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP
PEMBANGKITAN MUATAN LAPISAN TIPIS KLOROFIL
SPIRULINA SP.
HASIL DEPOSISI SPIN COATING
Disusun Oleh:
SRI JONO LISTIYANTO
NIM M0207060
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
iiLEMBAR PENGESAHAN
Skripsi dengan judul : PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP
PEMBANGKITAN MUATAN LAPISAN TIPIS KLOROFIL SPIRULINA SP.
HASIL DEPOSISI SPIN COATING
Yang ditulis oleh:
Nama : Sri Jono Listiyanto
NIM : M0207060
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada
Hari : Kamis
4. Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si. ...
NIP. 19690826 199903 1 001
Disahkan oleh Ketua Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta
commit to user
PERNYATAANDengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi saya yang
berjudul “PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP PEMBANGKITAN
MUATAN LAPISAN TIPIS KLOROFIL SPIRULINA SP. HASIL DEPOSISI
SPIN COATING” adalah hasil kerja saya atas arahan pembimbing dan
sepengetahuan saya hingga saat ini, isi skripsi tidak berisi materi yang telah
dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk
mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan
Tinggi lainnya, jika ada maka telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan
segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan
terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus
memberitahu penulis.
Surakarta, 5 Juni 2012
commit to user
ivMOTTO
“..Allah tidak memikulkan beban kepada seseorang melainkan sekedar apa yang
Allah berikan kepadanya. Allah kelak akan memberikan kelapangan sesudah
kesempitan.”
(Qs. At Thalaq:7)“If you fill your heart with regrets of yesterday and the worries of tomorrow,
you have no today to be thankful for .”(Anonim)
“Ilmu itu lebih baik dari pada harta. Ilmu menjaga engkau sedangkan engkau
menjaga harta. Ilmu itu penghukum (hakim) sedangkan harta adalah terhukum.
Harta itu akan berkurang apabila dibelanjakan, sedangkan ilmu akan
bertambah apabila dibelanjakan.”(Ali bin Abi Tholib)
commit to user
PERSEMBAHANﻢﯿﺣ ّﺮﻟا ﻦﻤﺣ ّﺮﻟا ﷲ ﻢﺴﺑ
Alhamdulillahirobbil ‘alamin
Penuh syukur kepada-Nya, Robb semesta alam,
kupersembahkan karya kecil ini teruntuk:
Allah SWT, atas rahmat yang Engkau berikan.
Rosulullah Muhammad SAW, Sang Uswatun Hasanah Sepanjang Masa..
Ibu’ & Bapak tercinta, Tiada pengorbananmu yang sia-sia, tak satupun
anaknya yang mampu membalas pengorbananya..
Mbakyuku Sulistyowati dan Adikku Zudiyah., ..You are my everything
commit to user
viPENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP PEMBANGKITAN
MUATAN LAPISAN TIPIS KLOROFIL SPIRULINA SP.
HASIL DEPOSISI SPIN COATING
SRI JONO LISTIYANTO
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Fenomena pembangkitan pembawa muatan pada bahan semikonduktor organik telah menjadi kajian menarik di bidang ilmu bahan. Oleh karena itu, pada penelitian ini dikaji pengaruh medan magnet terhadap pembangkitan muatan lapisan tipis klorofil Spirulina sp. hasil deposisi spin coating. Lapisan tipis ditumbuhkan di atas substrat printed circuit board yang telah dimodifikasi four point probe. Karakterisasi morfologi permukaan lapisan tipis diamati dengan scanning tunneling microscopy. Sedangkan pengamatan pembangkitan muatan karena medan magnet Hdiukur dengan menggunakan I-V meter.
Dari analisis morfologi permukaan lapisan menunjukkan bahwa jumlah lapisan yang semakin banyak menjadikan tingkat kerataan lapisan semakin baik. Sedangkan kenaikan kecepatan putar ω akan mengubah morfologi permukaan dari lapisan homogen menjadi tidak homogen. Hasil pengukuran I-Vmenegaskan bahwa pembawa muatan mengalir melalui fenomena hanyut dibawah pengaruh medan listrik. Akhirnya medan magnet mampu membangkitkan pembawa muatan teramati dari hasil pengukuran arus dibawah pengaruh medan magnet.
commit to user
MAGNETIC FIELD DEPENDENCE OF A GENERATING CHARGE
CARRIER ON CHLOROPHYLL SPIRULINA SP.THIN FILMS
PRODUCED BY SPIN COATING DEPOSITION
SRI JONO LISTIYANTO
Physic Departement, Mathematic and Natural Science Faculty Sebelas Maret University
ABSTRACT
Phenomenon of charge carriers generating on organic semiconductor materials has been an interesting topic in materials science. For that reason, in this research, effect of magnetic field on charge carriers generating in thin film chlorophyll spirulina sp. fabricated by spin coating is investigated. The films was fabricated on modified four point probe pattern of printed circuit board. The morphology of the films surface was characterized by scanning tunneling microscopy. Whereas observation result of charge carrier generating due to magnetic field Hmeasured by I-Vmeter.
The analysis results of thin film surface showed that the roughness of the films tend to be lower by the increasing of thin film layer numbers. Whereas, a raise of rotating speed ωcauses the thin films tend to be not homogeneous rather than homogeneous. Measurements results of I-V confirmed that the charge carriers drift under effect of electric field. Finally, the magnetic field used to generate charge carriers observated from I-Vmeasurement results under magnetic field.
commit to user
viiiKATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Sholawat dan salam
senantiasa penulis haturkan kepada Rosulullah SAW sebagai teladan abadi umat
manusia.
Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan
gelar sarjana sains ini penulis beri judul “Pengaruh Medan Magnet terhadap
Pembangkitan Muatan Lapisan Tipis Klorofil Spirulina sp. Hasil Deposisi Spin
Coating” Terselesaikannya skripsi ini adalah suatu kebahagiaan bagi penulis
setelah berjuang sekitar dua semester untuk menyelesaikan skripsi ini. Dengan
segala kemudahan-kesukaran, suka -dukanya, pada akhirnya skripsi ini dapat
terselesaikan juga. Kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis
menyelesaikan skripsi ini, penulis ucapkan terima kasih. Atas bantuannya yang
sangat besar selama proses pengerjaan skripsi ini, ucapan terima kasih secara
khusus penulis sampaikan kepada :
1. Dr. Eng. Budi Purnama, M.Si. selaku pembimbing I atas perhatian dan
kesabarannya dalam menuntun penulis sehingga penulis mampu
menyelesaikan skripsi ini.
2. Dr. Agus Supriyanto, M.Si. selaku pembimbing II atas perhatian dan telah
meluangkan waktunya untuk membina dan memberikan bimbingan kepada
penulis hingga terselesaikannya skripsi ini.
3. Fuad Anwar, M.Si. selaku pembimbing akademis atas nasehat, dorongan
dan motivasinya selama perkuliahan.
4. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen serta Staff di Jurusan Fisika, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, atas
ilmu dan bimbingannya selama ini.
5. Saudara seperjuangan dalam menyelesaikan skripsi ini, Hakim, Gunawan,
Fadli yang telah memberikan bantuan dan mau bekerja sama untuk saling
commit to user
6. Teman Fisikaku 2007. Terkhusus pula team Opera Van Physic (Caga,
Qoiru, Yuwono, Anto, Kang Joko, Nakif, Hakim, Fadli, Gunawan) Terima
kasih atas persahabatannya.
7. Adik angkatan (F08=Shidiq, Defi, Agus, Hendrik, Icha, Farid, Roni, Catur
dkk),F’09,F’10,F’11.
8. Teman-teman SKI FMIPA terkhusus semua pengurus periode 2010.
9. Dan semua pihak yang tidak mungkin dapat saya sebutkan satu persatu
sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.
Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah
diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amin.
Penulis menyadari akan banyaknya kekurangan dalam penulisan skripsi ini.
Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat.
Surakarta, 5 Juni 2012
Penulis
commit to user
1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Batasan Masalah ... 2
2.1.1. Konsentrasi Pembawa Muatan ... 4
2.1.2. Donor dan Akseptor ... 5
2.1.3. Fenomena Transport Pembawa Muatan ... 5
2.1.3.1. Drift dan Mobilitas ... 5
2.1.3.2. Resistivitas dan Efek Hall ... 7
commit to user
2.3. Klorofil ... 12
2.4.Spirulina sp. ... 13
2.5.Metode Chemical Solution Deposition(CSD) ... 14
2.6.Scanning Tunneling Microscopy(STM) ... 16
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 19
3.1. Tempat dan Waktu Penilitian ... 19
3.2. Alat dan Bahan ... 19
3.2.1. Alat Penelitian ... 19
3.2.2. Bahan Penelitian ... 21
3.3. Tahapan Prosedur Penelitian ... 23
3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ... 23
3.3.2. Isolasi DyeKlorofil ... 24
3.3.2.1. Ekstraksi Klorofil ... 24
3.3.2.2. Kromatografi ... 24
3.3.3. Karakteristik Absorbansi Klorofil Spirulina ... 26
3.3.4. Penumbuhan Lapisan Tipis ... 28
3.3.5. Mikrostruktur dari Lapisan Klorofil Hasil Deposisi Spin Coating ... 30
3.3.6. Fenomena Efek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan ... 31
3.4. Analisa dan Kesimpulan ... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32
4.1. Morfologi Permukaan ... 32
4.2. Serapan Lapisan Tipis Spirulina sp... 35
4.3. Preparasi Sampel untuk Pengukuran I-V... 36
4.4. Efek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan ... 36
BAB V PENUTUP ... 40
5.1. Kesimpulan ... 40
5.2. Saran ... 40
DAFTAR PUSTAKA ... 41
commit to user
xiiDAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Gambar tiga ikatan dasar semikonduktor... 4
Gambar 2.2. Bentuk Konstan-Energi permukaan untuk elektron di Si dan GaAs... 7
Gambar 2.3. Faktor koreksi untuk pengukuran resistivitas menggunakan metode four point probe ... 8
Gambar 2.4. Set-up dasar untuk mengukur konsentrasi menggunakan efek Hall ... 10
Gambar 2.5. Struktur elektronik material semikonduktor organik ... 11
Gambar 2.6. Struktur molekuler klorofil ... 12
Gambar 2.7. Spektrum absorbsi klorofil a dan b ... 13
Gambar 2.8. Penetesan larutan di atas substrat ... 15
Gambar 2.9. Percepatan padaspin coating ... 15
Gambar 2.10. Perataan padaspin coating ... 15
Gambar 2.11. Pengeringan lapisan ... 16
Gambar 2.12. Skema komponen penyusun STM ... 17
Gambar 3.1. Substrat Printed Circuit Board(PCB) dengan konfigurasi jarak antar elektroda 0,25×103m berbahan baku tembaga ... 20
Gambar 3.2. Pengukuran I-Vterhadap perubahan medan magnet H ... 21
Gambar 3.3. Alat Scanning Tunneling Microscopy (STM) ... 22
Gambar 3.4. Bagan prosedur penelitian ... 23
Gambar 3.5. Proses kromatografi larutan klorofil hasil ekstraksi ... 25
Gambar 3.6. UV-Visible Spectrophotometer Perkin Elmer Lambda25 ... 26
Gambar 3.7. Spin Coater... 28
Gambar 3.8. Proses penumbuhan lapisan tipus dengan metode spin coating... 29
Gambar 3.9. Set Alat Scanning Tunneling Microscopy(STM) ... 30
commit to user
Gambar 4.1. Evolusi perubahan morfologi permukaan lapisan tipis
spirulina sp.hasil deposisi spin coating... 33
Gambar 4.2. Modifikasi morfologi permukaan lapisan tipis spirulina sp.
hasil scan STM 350 nm × 350 nm untuk berbagai ragam
kecepatan ... 34
Gambar 4.3. Kurva absorbansi lapisan tipis Spirulina sp.untuk dua
kecepatan putar berbeda yaitu = 3.000 rpm
dan = 4.500 rpm ... 35
Gambar 4.4. (a) Bentuk probe yang digunakan untuk pengukuran fenomena
transport dibawah pengaruh medan magnet lapisan tipis klorofil
spirulina sp.hasil deposisi spin coating; (b) perbandingan
dimensi probe dengan uang koin Rp. 500,- ... 36
Gambar 4.5. Hasil pengukuran medan magnet Hsebagai fungsi jarak d... 37
Gambar 4.6. Kurva pembangkitan muatan akibat medan magnet Huntuk
lapisan tipis klorofil spirulina sp.ketebalan d= 1.000 nm hasil
deposisi spin coatinguntuk (a) kecepatan putar = 3.000 rpm
(b) = 4.500 rpm ... 37
commit to user
xivDAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Deret Gambar Hasil Uji STM ………. 43
Lampiran 2. Data Pengukuran I-V ……… 49
Lampiran 3. Data Hasil Uji Absorbansi Menggunakan
commit to user
1BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Bahan organik semikonduktor saat ini menjadi perhatian para ilmuwan
mengingat luasnya aplikasi menjadi devais elektronika. Aplikasi bahan organik
semikonduktor menjadi devais sel surya organik dalam DSSC (Dye Sensitized
Solar Cell) merupakan awal bagi pemanfaatan yang lebih luas (Halme, 2002).
Aplikasi bahan semikonduktor organik lainnya yang sudah dipublikasikan adalah
foto detektor, dioda organik, dan transistor organik (Supriyanto dkk, 2008).
Dewasa ini bahan semikonduktor ini juga telah dimanfaatkan menjadi bahan dasar
Organic Light Emitting Diode atau OLED (Wohlgenannt et.al., 2005;
Niedermeier, 2009; Ping et.al.,2010).
Kata kunci bagi pemanfaatan tersebut di atas adalah fenomena transport
pembawa muatan. Hal ini juga terkait dengan proses pembangkitan pembawa
muatan, pengutuban pembawa muatan serta mekanisme mengalir pembawa
muatan. Berkenaan dengan kemampuan berpindah pembawa muatan atau yang
lebih dikenal dengan konduktivitas melalui mekanisme transport, pembawa
muatan bahan semikonduktor organik terdistribusi pada molekul elektroniknya.
Dalam struktur molekul elektronik ini, konduktivitas bisa dipengaruhi oleh
adanya dopingdan jenis ion dalam molekul tersebut (Krieger, 1993). Keberadaan
doping maupun ragam jenis ion di dalam struktur molekul elektronik, akan
menyebabkan terjadinya pengutuban dua jenis pembawa muatan yang berbeda.
Demikian juga halnya terjadi pada larutan porphyrin, yaitu pembawa muatan yang
terlarut mengalami pengutuban pembawa muatan. Kasus pengutuban pada
porphyrinini peka terhadap foton/cahaya (Wasielewski et.al., 1990) dan diyakini
bahwa mekanismenya melibatkan keberadaan jembatan molekul (Johnson et.al.,
1993). Pengaruh doping merupakan salah satu penyebab terjadinya fenomena
transport di atas. Tetapi masih ada pengaruh besaran fisis lain yang memerlukan
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Bahan organik semikonduktor saat ini menjadi perhatian para ilmuwan
mengingat luasnya aplikasi menjadi devais elektronika. Aplikasi bahan organik
semikonduktor menjadi devais sel surya organik dalam DSSC (Dye Sensitized
Solar Cell) merupakan awal bagi pemanfaatan yang lebih luas (Halme, 2002).
Aplikasi bahan semikonduktor organik lainnya yang sudah dipublikasikan adalah
foto detektor, dioda organik, dan transistor organik (Supriyanto dkk, 2008).
Dewasa ini bahan semikonduktor ini juga telah dimanfaatkan menjadi bahan dasar
Organic Light Emitting Diode atau OLED (Wohlgenannt et.al., 2005;
Niedermeier, 2009; Ping et.al.,2010).
Kata kunci bagi pemanfaatan tersebut di atas adalah fenomena transport
pembawa muatan. Hal ini juga terkait dengan proses pembangkitan pembawa
muatan, pengutuban pembawa muatan serta mekanisme mengalir pembawa
muatan. Berkenaan dengan kemampuan berpindah pembawa muatan atau yang
lebih dikenal dengan konduktivitas melalui mekanisme transport, pembawa
muatan bahan semikonduktor organik terdistribusi pada molekul elektroniknya.
Dalam struktur molekul elektronik ini, konduktivitas bisa dipengaruhi oleh
adanya dopingdan jenis ion dalam molekul tersebut (Krieger, 1993). Keberadaan
doping maupun ragam jenis ion di dalam struktur molekul elektronik, akan
menyebabkan terjadinya pengutuban dua jenis pembawa muatan yang berbeda.
Demikian juga halnya terjadi pada larutan porphyrin, yaitu pembawa muatan yang
terlarut mengalami pengutuban pembawa muatan. Kasus pengutuban pada
porphyrinini peka terhadap foton/cahaya (Wasielewski et.al., 1990) dan diyakini
bahwa mekanismenya melibatkan keberadaan jembatan molekul (Johnson et.al.,
1993). Pengaruh doping merupakan salah satu penyebab terjadinya fenomena
transport di atas. Tetapi masih ada pengaruh besaran fisis lain yang memerlukan
commit to user
2
Pada penelitian ini, dilakukan untuk dikaji fenomena transport dibawah
pengaruh medan magnet. Bahan semikonduktor organik yang diinvestigasi adalah
lapisan tipis dye spirulina sp.(porphyrin alam) hasil deposisi spin coatingdengan
modifikasi ketebalan lapisan melalui variasi jumlah lapisan dan kecepatan putar.
Keberhasilan kajian ini akan menjadi langkah lanjut penelitian keberadaan jenis
pembawa muatan yang sudah berperan penting dalam berbagai aplikasi teknologi
pada bahan semikonduktor konvensional.
1.2. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Pembuatan lapisan tipis klorofil spirulina sp. dilakukan dengan
menggunakan metode spin coating.
2. Pengukuran pembangkitan pembawa muatan dilakukan di suhu ruang
dibawah medan magnet dari sumber magnet permanen.
1.3. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan, maka dapat
dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut :
1. Akan difabrikasi lapisan tipis dye klorofil spirulina sp.hasil kromatografi
diatas substrat Printed Circuit Board (PCB) hasil modifikasi metode four
point probe.
2. Akan dikaji morfologi lapisan tipis klorofil spirulina sp.dengan parameter
penumbuhannya.
3. Akan diinvestigasi pembangkitan muatan lapisan tipis klorofil spirulina
sp. di atas substrat Printed Circuit Board (PCB) hasil modifikasi metode
commit to user
3
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Fabrikasi lapisan tipis spirulina sp. diatas substrat PCB (Printed Circuit
Board)dengan spin coating.
2. Mengamati dan menentukan morfologi permukaan lapisan tipis klorofil
spirulina sp. terkait dengan parameter penumbuhannya menggunakan
Scanning Tunneling Microscopy (STM).
3. Dapat mengamati pengaruh medan magnet luar terhadap pembangkitan
pembawa muatan lapisan tipis klorofil spirulina sp. di atas substrat PCB
hasil modifikasi four point probe dengan menggunakan metode spin
coating.
1.5. Manfaat Penelitian
Penelitian ini merupakan pendahuluan guna mempelajari efek pembangkitan
muatan pada bahan semikonduktor organik dan membuka langkah lebih lanjut
commit to user
Salah satu sifat paling penting dari semikonduktor ialah dapat dibuat dengan
cara didoping dengan konsentrasi pengotor yang berbeda dan tipe yang berbeda
pula untuk memvariasi resistivitasnya. Ketika pengotor tersebut terionisasi dan
pembawa muatannya habis, pengotor tersebut meninggalkan sejumlah rapat
muatan yang kemudian menghasilkan sebuah medan listrik dan potensial barier
didalam semikonduktor itu. Sifat tersebut tidak ada pada jenis logam maupun
isolator.
Gambar 2.1. menunjukkan tiga representasi ikatan dasar dari
semikonduktor. Gambar 2.1.a. menunjukkan silikon intrinsik, yang sangat murni
dan kandungan sejumlah kecil pengotor diabaikan. Setiap atom silikon saling
berbagi empat elektron valensi dengan empat atom tetangga, membentuk empat
ikatan kovalen. Gambar 2.1.b. menunjukkan silikon tipe-n, dimana atom fosfor
disubstitusi dengan lima elektron valensi menggantikan atom silikon, dan elektron
yang bermuatan negatif disumbangkan ke kisi di pita konduksi. Atom fosfor
disebut donor. Gambar 2.1.c. menunjukkan bahwa ketika atom boron dengan tiga
elektron valensi untuk pengganti atom silikon, hole bermuatan positif dibuat
dalam pita valensi, dan tambahan elektron akan diterima untuk membentuk empat
ikatan kovalen sekitar boron. Ini adalah tipe-p, dan boron sebagai akseptor.
Gambar 2.1.Gambar tiga ikatan dasar semikonduktor, (a) Intrinsik Si tanpa pengotor (b) Si tipe-n dengan donor (phosphorus)(c) Si tipe-p dengan akseptor
commit to user
Salah satu sifat paling penting dari semikonduktor ialah dapat dibuat dengan
cara didoping dengan konsentrasi pengotor yang berbeda dan tipe yang berbeda
pula untuk memvariasi resistivitasnya. Ketika pengotor tersebut terionisasi dan
pembawa muatannya habis, pengotor tersebut meninggalkan sejumlah rapat
muatan yang kemudian menghasilkan sebuah medan listrik dan potensial barier
didalam semikonduktor itu. Sifat tersebut tidak ada pada jenis logam maupun
isolator.
Gambar 2.1. menunjukkan tiga representasi ikatan dasar dari
semikonduktor. Gambar 2.1.a. menunjukkan silikon intrinsik, yang sangat murni
dan kandungan sejumlah kecil pengotor diabaikan. Setiap atom silikon saling
berbagi empat elektron valensi dengan empat atom tetangga, membentuk empat
ikatan kovalen. Gambar 2.1.b. menunjukkan silikon tipe-n, dimana atom fosfor
disubstitusi dengan lima elektron valensi menggantikan atom silikon, dan elektron
yang bermuatan negatif disumbangkan ke kisi di pita konduksi. Atom fosfor
disebut donor. Gambar 2.1.c. menunjukkan bahwa ketika atom boron dengan tiga
elektron valensi untuk pengganti atom silikon, hole bermuatan positif dibuat
dalam pita valensi, dan tambahan elektron akan diterima untuk membentuk empat
ikatan kovalen sekitar boron. Ini adalah tipe-p, dan boron sebagai akseptor.
Gambar 2.1.Gambar tiga ikatan dasar semikonduktor, (a) Intrinsik Si tanpa pengotor (b) Si tipe-n dengan donor (phosphorus)(c) Si tipe-p dengan akseptor
commit to user
5
2.1.2 Donor and Akseptor
Ketika semikonduktor didoping dengan pengotor (donor dan akseptor),
tingkat energi pengotor biasanya berada dalam energi gap. Sebuah pengotor donor
menjadi netral jika diisi elektron, dan menjadi positif jika kosong (tidak diisi
elektron). Sebaliknya, tingkat sebuah akseptor akan netral jika kosong, dan
menjadi negatif jika diisi elektron. Tingkat energi ini penting didalam menghitung
fraksi dopant yang terionisasi atau elektrik aktif.
Untuk menentukan besarnya energi ionisasi pengotor, digunakan
perhitungan sederhana berdasarkan model atom hidrogen, pada atom hidrogen
besarnya energi ionisasi dalam kondisi vakum ialah:
= = 13,6 (2.1)
Ionisasi energy dari donor (Ec-Ev) di kisi dapat diperoleh dengan mengganti m0
dengan konduktifitas efektif massa elektron
= 3 ∗+ ∗+ ∗ (2.2)
Dan mengganti εodengan permitivitas dari semikonduktor εsdalam persamaan 2.1
− = (2.3)
2.1.3. Fenomena Transport Pembawa Muatan
2.1.3.1Driftdan mobilitas
Pada kondisi medan listrik yang kecil, kecepatan drift sebanding dengan
kuat medan listrik E dan sebanding pula dengan konstanta proporsionalitas yang
didefinisikan sebagai mobilitas μ dalam cm2/V.s
commit to user
6
Untuk semikonduktor nonpolar, seperti Ge dan Si, kehadiran fonon akustik
dan pengotor terionisasi menghasilkan hamburan pembawa muatan yang secara
signifikan mempengaruhi mobilitasnya. Dari interaksi mobilitas dengan fonon
akustik μldiberikan persamaan:
= √ ℏ
di mana C, adalah konstanta elastis rerata longitudinal dari semikonduktor, Eds
ialah perpindahan pita tepi per pelebaran unit kisi, dan ∗ konduktivitas massa
efektif. Dari persamaan 2.5 mobilitas menurun dengan suhu dan dengan massa
efektif.
Mobilitas dari pengotor terionisasi digambarkan dengan persamaan:
= √∗ / 1 + / ∝ /
∗/ (2.6)
dimana NI ialah densitas dari pengotor terionisasi, mobilitas diharapkan dapat
menurun dengan massa efektif dan meningkat dengan suhu karena pembawa
muatan dengan kecepatan termal yang tinggi kurang dibelokkan oleh hamburan
Coulomb. Memperhatikan bahwa ketergantungan umum dari dua peristiwa
hamburan tersebut bergantung pada massa efektif tetapi berlawanan
ketergantungan dengan suhu. Mobilitas gabungan, yang meliputi dua mekanisme
di atas, diberikan oleh aturan Matthiessen:
= + (2.7)
Selain mekanisme hamburan yang dibahas di atas, ada mekanisme lain yang
juga mempengaruhi mobilitas yang sebenarnya. Misalnya, (1) hamburan
intravalley dimana elektron tersebar dalam sebuah ellipsoid energi (gambar 2.2)
dan hanya panjang-panjang gelombang fonon (fonon akustik) yang terlibat, dan
(2) hamburan intervalleydimana elektron tersebar dari sekitar minimum satu ke
minimum lain dan keterlibatan sebuah fonon energik. Untuk polar semikonduktor
commit to user
7
Gambar 2.2Bentuk konstan-energi permukaan untuk elektron di Si dan GaAs. Untuk Si ada enam ellipsoids sepanjang sumbu(100) dengan pusat-pusat dari ellipsoids terletak di sekitar tiga perempat jarak dari zona Brillouin pusat. Untuk
GaAs konstan-energi permukaan bola di pusat zona (Sze and Kwok, 2007).
Secara kualitatif, karena mobilitas dikendalikan oleh hamburan, ia juga bisa
tergantung dari rerata waktu bebas τm atau rerata panjang gelombang bebas
oleh persamaan:
= ∗ =
√ ∗ (2.8)
Bentuk terakhir menggunakan hubungan:
= (2.9)
Dengan kecepatan termal diberikan oleh:
= ∗ (2.10)
Untuk mekanisme hamburan ganda, waktu luang efektif rata-rata berasal
dari individu rerata waktu bebas dari peristiwa hamburan:
= + +⋯ (2.11)
2.1.3.2. Resistivitas dan Efek Hall
Untuk semikonduktor dengan pembawa muatan elektron dan hole, besarnya
current driftdibawah pengaruh medan diberikan oleh persamaan:
= + = (2.12)
commit to user
8
= + = (2.13)
Dan ρ adalah resistivitas, jika n>> p maka disebut semikonduktor tipe n,
= (2.14)
Dan = (2.15)
Metode yang paling umum untuk mengukur resistivitas ialah metode empat
titik (four point probe), dimana arus kecil yang konstan dilewatkan melewati dua
elektroda luar, dan voltasenya diukur dari dua elektroda dalam. Untuk lapisan
tipis dengan ketebalan W, yang jauh lebih kecil dari pada dan (gambar 2.3),
besarnya resistansi diperoleh dari:
= . Ω/cm (2.16)
dimana CF adalah faktor koreksi seperti ditunjukkan gambar 2.3, besarnya
resistivitsnya menjadi
= Ω-cm (2.17)
Dalam limit d>>S, dimana S ialah jarak probenya, faktor koreksinya menjadi π/ln
2 (=4.54),
Gambar 2.3.Faktor koreksi untuk pengukuran resistivitas menggunakan metode four point probe(Sze and Kwok, 2007).
Pengukuran resistivitas hanya bisa memperoleh hasil dari besarnya
commit to user
9
secara langsung, metode paling umum yang digunakan ialah efek Hall. Efek Hall
ini dinamai dengan ilmuan yang menemukannya tahun1879. Bahkan saat ini tetap
menjadi salah satu fenomena yang paling menarik, baik secara ketertarikan
fundamentalnya maupun metodenya yang praktis. Contohnya termasuk penelitian
terbaru tentang efek kuantum Hall fraksional dan aplikasi sebagai sensor medan
magnet. Efek Hall digunakan dalam praktek umum untuk mengukur sifat tertentu
dari semikonduktor: yaitu, konsentrasi pembawa muatan (bahkan hingga ke
tingkat rendah 1012/cm-3), mobilitas, dan tipe semikonduktor (natau p). Ini adalah
alat analisis yang penting karena pengukuran konduktansi sederhana hanya dapat
memberikan produk konsentrasi dan mobilitas, sedangkan tipenya masih belum
diketahui.
Gambar 2.4 menunjukkan konfigurasi dasar dimana medan listrik
diposisikan sepanjang sumbu-xdan medan magnet diterapkan sepanjang sumbu-z.
meninjau contoh semikonduktor tipe-p. GayaLorentzdiberikan dari sebuah gaya
kebawah rata-rata pada lubang
= ⃗ = ⃗ ⃗ (2.18)
Pembawa muatan yang dibelokkan kebawah menyebabkan menumpuknya
pembawa muatan berupa holepada bagian bawah sampel, penumpukan pembawa
muatan tersebut membangkitkan sebuah medan listrik Ey sepanjang sumbu-y
(Medan Hall) yang akan menyeimbangkan gaya Lorentz yang pembawa
muatannya bergerak sejajar dengan bidang terapan Ex. (Untuk material tipe-n,
elektron juga menumpuk pada permukaan bawah, yaitu dengan pengaturan
polaritas tegangan yang berlawanan.
Pembawa muatan berkecepatan berhubungan dengan rapat arus dengan
= (2.19)
Karena bagi operator masing-masing gayaLorentzharus sama dengan gaya yang
diberikan oleh bidang Hall, maka,
commit to user
10
Gambar 2.4Set-up Dasar untuk mengukur konsentrasi menggunakan efek Hall (Sze and Kwok, 2007)
Tegangan Hall ini dapat diukur secara eksternal, dan diberikan oleh persamaan
= = (2.21)
Ketika hamburan diperhitungkan maka tegangan Hall menjadi
VH= RHJxBzW (2.22)
DimanaRHmerupakan koefisien Hall
= ≫ (2.23a)
=− ≫ (2.23b)
2.2. Material Semikonduktor Organik
Hal yang menjadi perbedaan mendasar antara semikonduktor organik dan
semikonduktor anorganik adalah molekul - molekul padatan organik terikat oleh
ikatan Van der Waals, sedangkan kristal anorganik terikat oleh ikatan kovalen.
Hal ini menyebabkan bahan delokalisasi elektronik. Eksiton adalah pembawa
muatan terlokalisasi pada molekul organik memiliki struktur yang fleksibel atau
lentur. Tetapi kerugian semikonduktor organik adalah kecilnya delokalisasi
commit to user
11
transfer dan mobilitas muatannya. Perbedaan penting lainnya yaitu terdapat
eksiton pada molekul organik sebagai akibat lemahnya - molekul yang tereksitasi.
Pengertian lain dari eksiton adalah pasangan pembawa muatan elektron-holeyang
tidak sepenuhnya terpisah sebagaimana pada semikonduktor anorganik.
Material semikonduktor organik juga mempunyai pita valensi dan pita
konduksi. Interaksi molekul pada material organik lemah, sehingga tingkat energi
terendah dan tingkat energi teratas biasanya dilokalisasi pada tiap molekulnya.
Tingkat energi teratas dan tingkat energi terbawah disebut HOMO (Highest
Occupied Molecular Orbital) dan LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital)
dengan lebar celah energi merupakan selisih energi antara kedua tingkat tersebut
(Triyana dkk, 2004).
Struktur elektronik bahan yang digunakan pada piranti fotovoltaik organik
dapat digambarkan pada Gambar 2.5. Level vakum (Vacuum Level) selanjutnya
ditulis VL, yaitu suatu level energi sedemikian rupa sehingga tidak ada muatan
bebas pada level itu. Energi ionisasi (I) merupakan celah energi yang memisahkan
HOMO dengan VL. Afinitas elektron (A) merupakan energi yang memisahkan
LUMO dengan VL. Fungsi kerja (Φ) merupakan energi yang memisahkan antara
VL dengan level fermi. Celah energi (Eg) merupakan lebar celah energi antara
HOMO (pita valensi) dan LUMO (pita konduksi).
Gambar 2.5.Struktur elektronik material semikonduktor organik (Ishii et.al,
commit to user
12
2.3. Klorofil
Klorofil adalah kelompok pigmen fotosintesis yang terdapat pada tumbuhan,
menyerap cahaya merah, biru dan ungu, serta merefleksikan cahaya hijau yang
menyebabkan tumbuhan memperoleh ciri warnanya. Terdapat dalam kloroplas
dan memanfaatkan cahaya yang diserap sebagai energi untuk reaksi-reaksi cahaya
dalam proses fotosintesis.
Krolofil memiliki struktur molekuler seperti yang ditunjukkan pada Gambar
2.6. Klorofil mengandung satu intiPhorphyrindengan satu atom Mg yang terikat
kuat ditengah, dan satu rantai dihidrokarbon panjang tergabung melalui gugus
asam karboksilat.
Gambar 2.6. Struktur molekuler klorofil (Shakhashiri, 2010)
Klorofil dibedakan menjadi 2 yaitu klorofil a dan klorofil b. Dimana klorofil
a berperan secara langsung dalam reaksi terang fotosintesis yang mengubah
cahaya matahari menjadi energi kimia. Klorofil a banyak menyerap cahaya biru –
violet dan merah. Klorofil b banyak menyerap cahaya biru dan orange dan
memantulkan cahaya kuning – hijau (Champhell dkk, 1999). Grafik absorbansi
commit to user
13
Gambar 2.7. Spektrum absorbsi klorofil a dan b (Solomon dan Vilie, 1993).
Kurva terputus-putus dan solid berwarna putih menggambarkan spektrum
absorpsi klorofil a dan b. Kurva hitam menggambarkan efektivitas pelbagai
panjang gelombang cahaya dalam menguatkan fotosintesis. Angka-angka
menunjukkan miripnya spektrum absorpsi kombinasi klorofil a dan b dengan
spektrum kerja fotosintesis.
Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna biru
(400-450 nm) dan merah (650-700 nm) dibandingkan pada warna hijau (500-600
nm) tumbuhan dapat memperoleh seluruh kebutuhan energi mereka dari spektrum
merah dan biru didalam wilayah cahaya tampak, warna hijau pada daun
disebabkan karena klorofil menyerap cahaya merah dan biru serta meneruskan
dan mementulkan cahaya hijau.
2.4. Spirulina sp.
Spirulina sp.adalah sejenis tumbuhan air yang hanya memiliki satu sel dan
tumbuh di dalam air yang ber-alkali. Air yang beralkali memiliki pH lebih dari 8.
Spirulina sp. mengandung beberapa pigmen fotosintesis, yaitu klorofil a dan b,
xantofil, beta karoten, echinenone, mixoksantofil, zeaxanthin, canthaxanthin,
diatoxantin, trihidroksi echinenone, beta-cryptoxantin, oscillaxanthin,
diatoxanthin, phycobiliprotein, c-phycocyanin, dan allophycocyanin. Spirulina sp
commit to user
14
Pigmen fotosintesis yang mendominasi Spirulina sp. adalah klorofil a,
klorofil b, dan beta karoten. Spirulina sp.memiliki kandungan klorofil lebih tinggi
dibandingkan alfalfa yaitu sejenis legume yang paling kaya dengan klorofil,
sekurang-kurangnya 4 kali lebih tinggi daripada sayur-sayuran biasa (Toriq,
2011).
2.5. Metode Chemical Solution Deposition (CSD)
Chemical Solution Deposition (CSD) untuk pembuatan lapisan tipis sudah
dimulai sejak pertengahan1980-an (Schwartz, 1997). Metode CSD merupakan
metode pembuatan lapisan tipis dengan cara pendeposisian larutan kimia di atas
substrat, kemudian dipreparasi dengan menggunakan spin coatingpada kecepatan
putaran tertentu (Setiawan, 2008).
Spin coating adalah suatu metode untuk mendeposisikan lapisan tipis
dengan cara menyebarkan larutan ke atas substrat terlebih dahulu kemudian
substrat diputar dengan kecepatan konstan tertentu agar dapat diperoleh endapan
lapisan tipis di atas substrat atau metode percepatan larutan pada substrat yang
diputar. Spin coating pelapisan bahan dengan cara menyebarkan larutan keatas
substrat kemudian diputar dengan kecepatan konstan untuk memperoleh lapisan
baru yang homogen melibatkan akselerasi dari genangan cairan diatas substrat
yang berputar. Material pelapis dideposisi di tengah substrat. Beberapa parameter
yang terlibat dalam coating yaitu: viskositas larutan, kandungan padatan,
kecepatan angular dan waktu putar (Hertanto, 2008). Proses spin coatingmeliputi
penetesan lapisan diatas substrat, percepatan spin coatingdengan kecepatan putar
(spin on), perataan (spin off) dan proses pengeringan (penguapan). Proses spin
coatingmemuat tahapan seperti dibawah ini :
a. Penetesan larutan diatas substrat
Pada bagian ini larutan dideposisikan di atas substrat, kemudian diputar
dengan kecepatan tinggi. Lapisan yang telah dibuat akan dikeringkan sampai
commit to user
15
Gambar 2.8.Penetesan larutan diatas substrat (Luurtsema, 1997)
b. Percepatan spin coating
Pada tahapan ini, setelah penetesan larutan dilakukan percepatan larutan
dengan kecepatan yang relatif tinggi. Kecepatan yang digunakan mengakibatkan
adanya gaya sentrifugal dan turbulensi cairan. Kecepatan yang digunakan
bergantung pada sifat larutan. Waktu yang digunakan pada percepatan ini
biasanya membutuhkan waktu kira-kira 10 menit.
Gambar 2.9.Percepatan padaspin coating (Luurtsema, 1997)
c. Proses perataan (spin off)
Setelah melalui proses percepatan maka akan terjadi perataan larutan diatas
substrat. Perataan ini agar lapisan tipis tidak terjadi ketebalan pada salah satu
bagiannya.
commit to user
16
d. Proses pengeringan
Pada tahapan ini pelarut diserap ke atmosfer dan sudah terbentuk lapisan
tipis dengan ketebalan tertentu. Ketebalan pada lapisan ini bergantung pada
kelembaban pada substrat.
Gambar 2.11.Pengeringan Lapisan (Luurtsema, 1997)
2.6. Scanning Tunneling Microscopy (STM)
Proses Scanning Tunneling Microscopy (STM) dikembangkan oleh Gerd
Binnig dan Heinrich Rohrer di IBM Zurich laboratorium pada tahun 1981, dan
hasil pengembangannya memperoleh Penghargaan Nobel Fisika pada tahun 1986.
Proses ini memiliki kemampuan penggambaran atom tunggal pada kondisi tidak
vakum yaitu pada suhu ruangan.
Sebuah STM menggunakan sebuah plat atom tajam berupa platinum atau
iridium dengan ujung plat tersebut berhubungan dengan sumbu X piezoelektrik,
scanner Y, dan elektronik kontrol umpan balik. Selain komponen ini sebuah
redaman getaran sistem sangat diperlukan, seperti komputer dengan perangkat
lunak yang kompatibel untuk mengelola semua komponen yang membentuk
commit to user
17
Gambar 2.12. skema komponen penyusun STM
(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/f/f9/ScanningTunnelingMicroscope_scem
atic.png )
STM adalah mikroskop non-optik yang membaca probe listrik pada
permukaan yang kemudian dicitrakan dengan cara mendeteksi arus listrik yang
timbul antara sensor kawat platina dengan permukaan atom yang dipelajari. STM
memungkinkan para ilmuwan untuk memvisualisasikan densitas elektron dan
mengetahui posisi masing-masing atom dan jari-jari permukaan kisi. STM
menghasikan bentuk tiga dimensi dari permukaan yang berguna untuk
mengkarakterisasi kekasaran permukaan dan mengetahui ukuran dan komposisi
molekul yang menyusun permukaan atom.
Prinsip kerja STM menggunakan prinsip kuantum mekanik dimana elektron
pada permukaan material dan elektron pada tip menyebabkan terjadinya arus
tunneling. Sebuah probe penghubung dengan tip (ujung scan) yang sangat runcing
digerakkan diatas permukaan suatu material yang konduktif. Interaksi antara tip
dan permukaan menyebabkan elektron dipermukaan akan ditarik sehingga
menyebabkan elektron di permukaan menjadi energi total terendah dibandingkan
elektron di tip. Berdasarkan mekanika kuantum, elektron akan dapat bergerak
commit to user
18
Elektron yang terkumpul pada atom logam pada permukaan memberikan jarak
yang sangat kecil dibawah permukaan. Ketika tip yang sangat tajam diletakkan
cukup dekat dengan permukaan, ada interaksi yang kuat antara elektron pada
permukaan dan tip, dan arus tunneling mengalir ketika tegangan yang kecil
dikenakan. Pada daerah dengan diameter atom kecil, arus tunneling meningkat
perlahan dengan penurunan jarak antara tip dan permukaan. Perubahan arus
dengan jarak menghasilkan resolusi jika tip membaca seluruh permukaan untuk
commit to user
19BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Material Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
Surakarta (FMIPA UNS) dan Laboratorium Pusat MIPA Sub. Lab. Fisika.
Penelitian dimulai pada bulan September 2011 sampai dengan bulan Mei 2012.
3.2. Alat dan Bahan
3.2.1. Alat Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Isolasi dye klorofil Spirulina sp a. Ekstraksi
- Tabung erlenmeyer 250 ml 1 buah.
- Neraca digital, digunakan untuk menimbang
bahan-bahan yang akan diekstrak 1 buah.
- Vortex stirrer, digunakan 1 buah.
untuk mengaduk larutan dalam gelas bekker
- Gelas ukur 50 ml 1 buah.
- Corong untuk mempermudah menuangkan 1 buah
larutan pada wadah
- Pipet tetes plastik untuk mengambil larutan 3 buah.
b. Kromatografi
- Set kolom kromatografi, digunakan untuk
memisahkan klorofilSpirulina sp dari pigmen
fotosintesis yang ikut larut pada proses ekstraksi 1 set.
- Botol kaca 2 ml, digunakan untuk menampung larutan
hasil kromatografi pemisahan fraksi 12
commit to user
19
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1.Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Material Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
Surakarta (FMIPA UNS) dan Laboratorium Pusat MIPA Sub. Lab. Fisika.
Penelitian dimulai pada bulan September 2011 sampai dengan bulan Mei 2012.
3.2.Alat dan Bahan
3.2.1. Alat Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Isolasi dye klorofil Spirulina sp a. Ekstraksi
- Tabung erlenmeyer 250 ml 1 buah.
- Neraca digital, digunakan untuk menimbang
bahan-bahan yang akan diekstrak 1 buah.
- Vortex stirrer, digunakan 1 buah.
untuk mengaduk larutan dalam gelas bekker
- Gelas ukur 50 ml 1 buah.
- Corong untuk mempermudah menuangkan 1 buah
larutan pada wadah
- Pipet tetes plastik untuk mengambil larutan 3 buah.
b. Kromatografi
- Set kolom kromatografi, digunakan untuk
memisahkan klorofilSpirulina sp dari pigmen
fotosintesis yang ikut larut pada proses ekstraksi 1 set.
- Botol kaca 2 ml, digunakan untuk menampung larutan
hasil kromatografi pemisahan fraksi 12
commit to user
20
- Gelas Beker untuk menampung sisa larutan 1 buah
2. Alat Pembuatan Lapisan Tipis Klorofil
a. Spin coatermerk CHEMAT TECHNOLOGY
Spin Coater KW-4A,sebagai alat penumbuhan lapisan tipis 1 buah.
b. Kaca preparat, sebagai substrat 1 buah.
c. Pipet tetes plastik untuk meneteskan larutan diatas substrat 3 buah.
d. Hot Plate,sebagai alat untuk melakukan hidrolisis 1 buah.
3. Fenomena current drift
a. Set alat ELKAHFI I-V meter, berfungsi untuk mengukur arus yang
melalui lapisan tipis klorofil pada saat pengukuran konduktivitas.
b. Printed Circuit Board (PCB) sebagai substrat ber-elektroda Cu tempat
menumbuhkan lapisan tipis klorofil. Dimensi panjang dan lebar satu
sampel keseluruhan adalah 15×103 m dan 10×103 m, Jarak antar
celahnya 0,25×103 m dengan tebal PCB 0,08×103 m dan tebal
elektrodanya 35 m.
c. Proton Board, digunakan sebagai piranti wadah sampel uji pengaruh
medan magnet H
d. Magnet, sebagai sumber medan magnet
e. Kabel penghubung secukupnya
commit to user
21
Gambar 3.2.Set Pengukuran I-Vterhadap perubahan medan magnet H(a) bentuk probetempat sampel yang akan diuji karakterisasi I-Vnya (b) set-up rangkaian
3.2.2. Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
a. Isolasi DyeKlorofil Spirulina sp
- Bubuk Spirulina sp, sebagai bahan ekstrak 100 gr.
- Aseton, sebagai pelarut pigmen klorofil 1 liter.
- Kertas saring Whatman no.42
(ukuran pori 450 nm),
untuk menyaring larutan ekstrak secukupnya.
- Alumunium foil, untuk melindungi larutan
dan lapisan tipis agar tidak terjadi kontak
langsung dengan cahaya matahari secukupnya.
- Tissue, sebagai bahan pembersih secukupnya.
- N-Heksan,
sebagai pelarut pada proses kromatografi Secukupnya.
- Silica gel 30 gr.
b. Penumbuhan Lapisan Tipis
- Larutan terbaik hasil kromatografi, sebagai bahan yang akan
diteteskan di atas substrat.
commit to user
22
- Kaca preparat dan PCB, sebagai substrat dalam pembuatan lapisan
tipis.
c. Morfologi Lapisan Tipis
- Seperangkat alat STM easy Scan Nano Surf 1 set
- Sampel hasil deposisi
commit to user
23
3.3.Tahapan Prosedur Penelitian
Secara umum bagan prosedur penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.4.Bagan prosedur penelitian
3.3.1. Persiapan
Tahap persiapan secara umum meliputi persiapan dan pembersihan semua
alat dan bahan yang nantinya akan digunakan untuk melakukan ekstraksi klorofil,
kromatografi, uji absorbansi, deposisi lapisan tipis dan kajian fenomena current
drift. Alat dan bahan tersebut dibersihkan dengan menggunakan aseton dan
ultrasonic cleaner.
Ekstraksi larutan klorofil
Uji karakteristik dasar optik larutan klorofil dan lapisan klorofil
Kromatografi
Pembuatan lapisan tipis klorofil dengan metode spin coating
Persiapan
Analisa dan kesimpulan Karakterisasi struktur
morfologi
commit to user
24
Proses persiapan selanjutnya meliput kegiatan pengadaan alat dan bahan
yang dibutuhkan. Bubuk Spirulina sp dipesan dari BBPBAP Jepara. Pengadaan
PCB dilakukan dengan memesan ke Spectra Bandung, sedangkan pembuatan
desain PCB dengan cara mendesain skema elektroda menggunakan software
Corel Draw X3 Portable. Peralatan lain yang tidak disebutkan sudah tersedia di
Lab. Material Jurusan Fisika FMIPA UNS, Lab. Pusat MIPA Sub. Lab. Fisika dan
Lab Kimia jurusan Kimia FMIPA UNS.
3.3.2. Isolasi DyeKlorofil
3.3.2.1. Ekstrakasi spirulina
Tahap awal penelitian yang dilakukan yaitu proses ekstrasi bubuk
sprirulina. Bubuk spirulina terlebih dahulu ditimbang sampai 50 gr, kemudian
melarutkan bubuk spirulina sp yang sudah ditimbang dengan aseton ke dalam
tabung erlenmeyer dengan perbandingan 5 ml aseton : 1 gr bubuk spirulina sp.
Setelah dicampur, larutan ekstrak diaduk dengan menggunakan vortex stirrer
pada kecepatan 200 rpm selama 60 menit hingga semua bubuk spirulina sp
larut. Larutan ekstrak yang sudah terlarut siap disaring dengan kertas saring
whatman agar sisa bubuk spirulina sp tertinggal. Menyimpan hasil ekstraksi
klorofil spirulina sp dalam botol yang tertutup rapat dan dilapisi aluminium
foil agar tidak terjadi kontak dengan cahaya matahari dan disimpan ditempat
yang tertutup.
3.3.2.2. Kromatografi
Setelah melakukan ekstrasi bubuk spirulina sp tahap selanjutnya yaitu
kromatografi, sebelum dikromatografi larutan klorofil dievaporasi yang
bertujuan untuk menguapkan larutan aseton dari campuran larutan klorofil.
Kemudian menyiapkan kolom kromotografi, pastikan kolom dalam keadaan
bersih dan posisi kran dalam keadaan off jadi tidak bocor saat diisi cairan.
commit to user
tegak lurus agar larutanterpasang dengan benar,
kemudian diikuti dengan
ada gelembung dalam
kemudian dituangkan
perempat tinggi kolom
kromotografi sedikit demi
kolom dan menyambungkan
kolom kromatografi pada
menetes, Klorofil yang
dalam wadah yang berbeda,
kode-kode yang berbeda
spirullina.
Gambar 3.5. Proses kromatografi
agar larutan mengalir dengan lancar. Setelah semua
dengan benar, silica gel dituangkan ke dalam kolom kromatografi,
diikuti dengan memasukan N-Heksan berulang-ulang hingga
dalam campuran silica gel dan N-Heksan. Larutan
dituangkan ke dalam kolom kromatografi hingga setinggi
tinggi kolom, Larutan N-Heksan dituangkan kedalam
sedikit demi sedikit sampai klorofil turun. Kemudian
menyambungkan tutup kolom dengan selang pompa udara,
kromatografi pada posisi terbuka.menyalakan pompa udara
Klorofil yang terpisah-pisah menjadi beberapa sampel ditampung
yang berbeda, masing-masing sampel warna ditandai
yang berbeda untuk mengetahui perbedaan hasil isolasi dye
Proses kromatografi larutan klorofil hasil ekstraksi
25
Setelah semua sudah
kolom kromatografi,
ulang hingga tidak
Larutan klorofil
hingga setinggi tiga
commit to user
26
3.3.3. Karakteristik absorbansi klorofil larutan Spirulina sp.
Klorofil hasil kromatografi dalam bentuk larutan diuji absorbansinya
terlebih dahulu menggunakan UV-Visible Spectrophotometer Perkin Elmer
Lambda 25 dengan variasi masing – masing fraksi klorofil hasil kromatografi.
Hasil uji absorbansi larutan akan digunakan untuk uji karakteristik dasar optik
lapisan tipis klorofil dan diperoleh dengan cara menguji nilai absorbansi lapisan
tipis. Lapisan tipis hasil dari optimalisasi metode penumbuhan spin coating diuji
absorbansinya. Dari uji absorbansi larutan klorofil dan lapisan tipis klorofil
nantinya akan diperoleh data berupa grafik hubungan antara absorbansi dengan
panjang gelombang.
Gambar 3.6. SetUV-Visible Spectrophotometer Perkin Elmer Lambda25
Langkah – langkah dalam melakukan uji absorbansi menggunakan
UV-Visible Spectrophotometeradalah sebagai berikut :
1. Menyalakan CPU.
2. Menyalakan layar monitor.
3. Menyalakan UV-Vis spectrophotometer(menekan tombol “power” pada
UV-Vis spectrophotometer). Kemudian menunggu sampai ± 15 menit,
tujuannya adalah untuk pemanasan alat.
4. Masuk program “UV lambda 25” pada dekstop.
5. Klik “method”.
commit to user
27
- Start wavelenght : 800 nm ( maxcahaya tampak)
- End wavelenght : 400 nm
- Data interval : 1 nm
- Auto save : “ON”
- Auto print : “OFF”
- Auto list : “OFF”
- Method info : ketik nama metode
b. Klik “inst” dan isikan :
6. Klik “set up”, dan tunggu “start” sampai berwarna hijau, dan kemudian
klik “start”.
7. Klik “auto zero”, muncul “please insert sample: “blank””, masukkan
pelarut di cuvet 1 dan 2 sebagai baseline. Kemudian klik “ok”.
8. Setelah proses di atas selesai, muncul “please insert next sample: “nama
sampel 1”.
9. Ambil terlebih dahulu pelarut pada cuvet 2, kemudian masukkan
sampel 1 pada cuvet 2, lalu klik “ok”.
10. Masukkan sampel sampai 5 kali (tergantung jumlah sampel yang akan
diuji).
11. File “save all”.
commit to user
28
3.3.4. Penumbuhan Lapisan Tipis
Dari hasil uji absorbansi larutan dengan menggunakan UV-Visible
Spectrophotometer didapat larutan yang memiliki tingkat absorbansi yang paling
bagus. Larutan yang memiliki tingkat absorbansi yang paling bagus tersebut
kemudian digunakan sebagai sampel utama dalam proses deposisi lapisan tipis.
Proses deposisi lapisan tipis larutan klorofil menggunakan metode spin coating
pada subtrat PCB.
Gambar 3.7.spin coater
Langkah – langkah dalam penumbuhan lapisan tipis dengan metode spin
coating langkah pertama menyalakan vacuum dan spinner dengan cara
menghubungkan kabel kontak dengan sumber tegangan dan menekan tombol On.
Sebelum melakukan spin pada subtar PCB sebaiknya mengatur kecepatan dan
lama waktu putar pada panel spin coater, kecepatan putar yang digunakan dalam
penelitian ini yaitu 2.500 rpm sampai 5.000 rpm waktu putar yang digunakan
yaitu 20 detik. Setelah mengatur kecepatan putar dan waktu putar. Meletakkan
PCB yang sudah dibersihkan pada piringan (holder) spin coater, kemudian
meneteskan larutan klorofil diatas PCB sebanyak 2 tetes. Setelah diteteskan,
kemudian memutar spin coater dengan menekan tombol "vacuum" lalu tekan
tombol “start”. Setelah proses spin kemudian PCB yang terdeposisi tersebut
commit to user
29
setelah dipanaskan PCB didinginkan. Melakukan spinkembali sampai 7 lapis, dan
melakukan penumbuhan lapisan tipis dengan variasi kecepatan putar 2.500 rpm,
3.000 rpm, 3.500 rpm, 4.000 rpm, 4.500 rpm, dan 5.000 rpm.
Gambar 3.8. Proses penumbuhan lapisan tipus dengan metode spin coating Penetesan kedalam substrat
Pemutaran substrat ω
commit to user
30
3.3.5. Mikrostruktur dari Lapisan Klorofil Hasil Deposisi Spin Coating Pengambilan data diperoleh dari pengujian sampel dengan menggunakan
alat scanning tunneling microscopy(STM) yang berada di laboratorium pusat.
Gambar.3.9. Set Alat Scanning Tunneling Microscopy(STM)
Prosedur langkah kerja pengujian lapisan tipis klorofil hasil deposisi spin
coatingsebagai berikut :
1. Memotong lapisan klorofil menjadi ukuran kecil yang dapat
ditempelkan pada holder.
2. Menjepit lapisan klorofil menggunakan lempeng seng. Penjepitan ini
bertujuan untuk lapisan tipis klorofil terkoneksi dengan holder.
3. Membuka software easyscandi dekstop pada layar komputer. Tunggu
mikroskop terhubung dengan komputer, yang ditandai dengan
menyalanya lampu merah pada mikroskop.
4. Meletakkan lapisan PCB yang sudah terlapisi pada holder sampai
warna lampu merah pada mikroskop berubah menjadi hijau.
5. Memulai proses scan dengan terlebih dahulu mengatur rentang Scan
Range dan Z-Rangepada menu Scan Panel
6. Mengatur menu Line Math bentuk Derive dan menu Display bentuk
TopViewyang ada didalam menu View Panel
7. Memulai proses scan dengan mengklik Startdan mengakhiri tiap scan
commit to user
8. Meng-klik Photokemudian save
9. Selesai.
3.3.6. Fenomena Efek Medan Magnet
Setelah selesai melakukan pe
ditumbuhkan dalam substrat,
kedalam substrat PCB
deposisi yang dilakukan
Kahfi Meter. Sampel yang berhasil
sebuah proton boardyang
(Gambar 3.2a), kemudian
adanya medan magnet
menambahkan variasi pengaruh
Sebelum dilakukan analisis
mengenai besarnya jarak
magnet Hmenggunakan
fek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan
selesai melakukan pengujian morfologi sampel lapisan klorof
substrat, maka mulai menumbuhkan beberapa
PCB dengan variasi ω=3000 rpm dan ω=4500 rpm.
dilakukan kemudian diuji karakterisasi I-V nya menggunakan
Sampel yang berhasil dibuat ini dipasangkan pada sebuah
yang terdiri dari konfigurasi empat probe (four point
kemudian mulai diuji karakterisasi I-V nya saat kondisi
magnet kemudian setelah itu, pengujian dilakukan
variasi pengaruh jarak sumber medan magnet ke device
dilakukan analisis hasil maka terlebih dahulu dilakukan pengukuran
besarnya jarak sumber medan magnet terhadap besarnya
menggunakan teslameter.
(a) Skema Pengukuran dan, (b) Alat Pengukuran Pembangkitan Muatan akibat Pengaruh Medan Magnet Luar H
commit to user
32
3.4. Analisa dan Kesimpulan
Setelah mendapatkan data berupa grafik nilai absorbansi, gambar morfologi
dan grafik Ivs H dari sampel lapisan tipis klorofil, kemudian dilakukan analisis
tren grafik yang terbentuk dengan mengacu pada jurnal-jurnal internasional yang
medukung. Setelah proses analisis selesai, kemudian bisa ditarik kesimpulan yang
commit to user
33BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Morfologi Permukaan
Gambar 4.1 memperlihatkan perubahan morfologi permukaan lapisan tipis
Spirulina sp. hasil deposisi spin coating untuk variasi jumlah lapis. Teramati
dengan jelas bahwa ketika belum terdapat lapisan tipis Spirulina sp., morfologi
permukaan (yaitu permukaan Cu PCB) berupa butiran hasil rata memenuhi
seluruh batas scan STM yaitu 300 nm 300 nm.
Ketika jumlah lapisan menjadi 3, maka morfologi permukaan berubah secara drastik dengan bentuk sebelumnya. Hal ini mengindikasikan bahwa
(c.) (a.)
(d.) (b.)
commit to user
33
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Morfologi Permukaan
Gambar 4.1 memperlihatkan perubahan morfologi permukaan lapisan tipis
Spirulina sp. hasil deposisi spin coating untuk variasi jumlah lapis. Teramati
dengan jelas bahwa ketika belum terdapat lapisan tipis Spirulina sp., morfologi
permukaan (yaitu permukaan Cu PCB) berupa butiran hasil rata memenuhi
seluruh batas scan STM yaitu 300 nm 300 nm.
Ketika jumlah lapisan menjadi 3, maka morfologi permukaan berubah
secara drastik dengan bentuk sebelumnya. Hal ini mengindikasikan bahwa (c.)
(a.)
(d.) (b.)
commit to user
34
kehadiran lapisan tipis Spirulina sp. membawa tipikal bentuk morfologi sendiri.
Dengan kenaikan jumlah lapisan menjadi 5 lapis, bentuk morfologi berubah yaitu
membentuk semacam ikatan lapisan yang lebih besar dari pada sebelumnya.
Akhirnya dengan kenaikan jumlah lapisan menjadi 7, bentuk morfologi yang
melingkupi hasil scan semakin menegaskan bahwa tingkat kerataan lapisan
semakin baik dengan semakin banyak jumlah lapisan, sehingga lapisan yang
terbentuk bisa dikatakan homogen. Untuk mengetahui tingkat kerataan lapisan
bisa dilihat pada gambar yang ada pada lampiran halaman 45.
Berdasarkan Gambar 4.2 teramati dengan jelas bahwa morfologi permukaan
lapisan tipis Spirulina sp. berubah dengan kenaikan kecepatan putar () spin
(a.) (b.)
(c.) (d.)
commit to user
bahwa morfologi permukaan terbentuk dalam lapisan tipis yang lebih homogen.
Dengan kenaikan kecepatan putar, morfologi permukaan berubah menjadi
permukaan banyak lubangnya, seperti ditunjukkan pada sekuen gambar kenaikan ωdi atas.
Perubahan morfologi permukaan lapisan tipis pada tiap kenaikan kecepatan
putar deposisi tersebut, akibat adanya gaya sentrifugal yang besar saat terjadi
perputaran dengan kecepatan tinggi, sehingga banyak larutan yang terlempar yang
mengakibatkan sruktur lapisan tipis menjadi tidak homogen.
4.2 Serapan Lapisan Tipis Spirulina sp.
Berdasar hasil pengamatan morfologi permukaan lapisan tipis Spirulina sp.,
maka dua sampel dengan perubahan morfologi permukaan yang kontras berbeda
(yaitu = 3.000 rpm dan = 4.500 rpm) diukur intensitas serapan cahaya tampak
seperti ditunjukkan pada Gambar 4.3. Hasil ini menunjukkan bahwa perubahan
morfologi dari lapisan tipis kontinu menjadi lapisan tipis diskrit tidak
mempengaruhi secara signifikan kurva serapan lapisan tipis. Hasil ini juga
membuka pemanfaatan lebih lanjut lapisan tipis Spirulina sp. dengan Gambar 4.3. Kurva absorbansi lapisan tipis spirulina Spuntuk dua kecepatan
commit to user
36
mengeksplorasi karakteristik fisis menarik lainnya seperti pemanfaatan fenomena
transport pembawa muatan.
4.3 Preparasi Sampel untuk Pengukuran I-V
Setelah konfirmasi perubahan morfologi permukaan dan konfirmasi ketidak
bergantungan kurva serapan lapisan tipis akibat perubahan morfologi permukaan
seperti pada diskusi bagian sebelumnya, maka dua lapisan tipis dengan bentuk
morfologi kontras berbeda ditumbuhkan pada probe khusus untuk diamati
fenomena transport pembawa muatan di bawah pengaruh medan magnet. Gambar
4.4 (a) dan (b) memperlihatkan bentuk dan dimensi probe serta perbandingan
dimensi probe dengan uang koin Rp. 500,-. Probe yang digunakan merupakan
modifikasi dari probe 4 titik yang direalisasikan pada plat PCB (Printed Circuit
Board). Jarak antar probe didesain sebesar 0,25 mm (250 m). Keberhasilan
pengukuran I-V desain probe ini juga menegaskan fenomena hanyut/drift
pembawa muatan dibawah pengaruh medan magnet.
4.3 Efek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan
Gambar. 4.4.(a) Bentuk probe yang digunakan untuk pengukuran fenomena transport dibawah pengaruh medan magnet lapisan tipis klorofil Spirulina sp.hasil deposisi spin coating; (b) perbandingan dimensi probe dengan uang koin Rp.
commit to user
37
Pada pengukuran ini, medan magnet (H) berasal dari sumber magnet
permanen. Sedangkan variasi medan magnet (H) dilakukan dengan mendekatkan
dan menjauhkan sampel terhadap sumber medan magnet. Hasil yang diplotkan
dalam kurva merupakan rerata dari tiga kali pengukuran.
Gambar 4.5 menunjukkan kurva ketergantungan medan magnet (H)
commit to user
38
Hasil pengukuran pembangkitan muatan dibawah pengaruh medan magnet
(H) untuk sampel lapisan tipis Spirulina sp. dengan = 3.000 rpm ditunjukkan
pada Gambar 4.6. Teramati dengan jelas pada Gambar di atas bahwa medan
magnet (H) mampu membangkitkan pembawa muatan. Semakin besar medan
magnet (H) terpasang maka semakin besar pula pembawa muatan yang dihasilkan.
Hal ini konsisten untuk sampel lapisan tipis dengan kecepatan putar = 3.000
rpm maupun = 4.500 rpm. Hasil ini juga mengindikasikan bahwa sampel
lapisan tipis Spirulina sp. dapat berperan sebagai sensor magnet. Namun hal ini
masih perlu pengkajian lebih mendalam.
Dari hasil pengukuran di atas, maka dapat diplotkan kurva arus (I) sebagai
fungsi medan magnet H setelah keadaan konstan. Gambar 4.6 memperlihatkan
kurva Isebagai fungsi Hdiambil data untuk V = 0,5 volt.
Secara umum, kedua sampel memperlihatkan peningkatan pembangkitan
muatan dengan kenaikan medan magnet (H). Namun berbeda dari mekanisme
pembangkitan muatan. Untuk sampel dengan ω= 3.000 rpm, peningkatan medan
magnet dari H= 0 sampai dengan H= 25 Oe, pembangkitan muatan yang teramati
dari arus (I) tidak meningkat signifikan. Namun tiba-tiba meningkat tajam saat