PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP PEMBANGKITAN MUATAN LAPISAN TIPIS KLOROFIL SPIRULINA SP. HASIL DEPOSISI SPIN COATING

commit to user

i

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 Juni, 2012

commit to user

ii

LEMBAR 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

Tanggal : 21 Juni 2012 Anggota Tim Penguji

1. Drs. Suharyana, M.Sc. ... NIP. 19611217 198903 1 003

2. Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si. ... NIP. 19710831 200003 1 005

3. Dr. Eng. Budi Purnama, S.Si., M.Si. ... NIP. 19731109 200003 1 001

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

Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D NIP. 19680508 199702 1 001

commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan 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

iv

MOTTO

“..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)

“Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu, belajarlah untuk tenang dan sabar.”

(Umar bin Khothob)

commit to user

v

PERSEMBAHAN

ﻢﯿﺣ ّ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

Almamaterku, Universitas Sebelas Maret

commit to user

vi

PENGARUH 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.

Kata kunci : lapisan tipis Spirulina sp, spin coating, medan magnet, pembangkitan pembawa muatan

commit to user

vii

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

viii

KATA 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 bertukar fikiran.

commit to user

ix

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

x DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ... i HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PERNYATAAN ... iii

HALAMAN MOTTO ... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ... v

HALAMAN ABSTRAK ... vi

HALAMAN ABSTRACT ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ... 1

1.2. Batasan Masalah ... 2

1.3. Perumusan Masalah ... 2

1.4. Tujuan Penelitian ... 3

1.5. Manfaat Penelitian ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1. Semikonduktor ... 4

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

xi

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

xii

DAFTAR 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 0,25×103m 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

Gambar 3.10. (a) Sumber magnet pemanen, (b) Set-Uppengukuran pembangkitan muatan akibat pengaruh medan magnet luar H .. 31

commit to user

xiii

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 Gambar 4.7. Kurva hubungan arus Iterhadap fungsi medan magnet H... 38

commit to user

xiv

DAFTAR 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

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 klarifikasi seperti pengaruh medan magnet.

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 klarifikasi seperti pengaruh medan magnet.

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 four point probe.

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 untuk menentukan jenis muatan pembawa pada lapisan tipis klorofil spirulina sp.

commit to user

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Semikonduktor

2.1.1. Konsentrasi Pembawa Muatan

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

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Semikonduktor

2.1.1. Konsentrasi Pembawa Muatan

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

( ) / ∝ ∗ /

(2.5) 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 seperti GaAs, kutub-optik-hamburan fonon meningkat signifikan.

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 mobilitas dan konsentrasi pembawa muatannya. Untuk mengukur tiap parameter

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 elektronis antar molekul organik yang mempengaruhi sifat - sifat penting seperti

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, 1999).

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 klorofil a dan b ditunjukkan pada Gambar 2.7.

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 merupakan salah satu tumbuhan air yang memiliki kadar klorofil tinggi.

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 pelarut pada lapisan tersebut benar-benar sudah menguap.

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.

Gambar 2.10.Perataan padaspin coating (Luurtsema, 1997)

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 STM. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.12

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 melewati penghalang dari permukaan ke tip karena adanya proses tunneling.

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 menghasilkan citra.

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 buah.

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 buah.

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

Gambar 3.1.Substrat PCB (Printed Circuit Board) dengan konfigurasi jarak antar elektroda 0,25×103m berbahan baku tembaga.

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

Fenomena efek pembangkitan muatan

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. Memasang kolom kromotografi dengan statif dan pastikan keadaan kolom

commit to user

tegak lurus agar larutan mengalir dengan lancar. Setelah semua sudah terpasang dengan benar, silica gel dituangkan ke dalam kolom kromatografi, kemudian diikuti dengan memasukan N

ada gelembung dalam campuran silica gel dan N kemudian dituangkan ke dalam kolom kromatogra perempat tinggi kolom, Larutan N

kromotografi sedikit demi sedikit sampai klorofil turun. Kemudian menutup kolom dan menyambungkan tutup kolom dengan selang pompa udara, keran kolom kromatografi pada

menetes, Klorofil yang terpisah dalam wadah yang berbeda, masing

kode-kode yang berbeda untuk mengetahui perbedaan hasil isolasi dye kl spirullina.

Gambar 3.5. Proses kromatografi larutan klorofil hasil ekstraksi

tegak lurus agar larutan mengalir dengan lancar. Setelah semua sudah ang dengan benar, silica gel dituangkan ke dalam kolom kromatografi, kemudian diikuti dengan memasukan N-Heksan berulang-ulang hingga tidak ada gelembung dalam campuran silica gel dan N-Heksan. Larutan klorofil kemudian dituangkan ke dalam kolom kromatografi hingga setinggi tiga perempat tinggi kolom, Larutan N-Heksan dituangkan kedalam kolom kromotografi sedikit demi sedikit sampai klorofil turun. Kemudian menutup kolom dan menyambungkan tutup kolom dengan selang pompa udara, keran kolom kromatografi pada posisi terbuka.menyalakan pompa udara hingga menetes, Klorofil yang terpisah-pisah menjadi beberapa sampel ditampung dalam wadah yang berbeda, masing-masing sampel warna ditandai dengan

kode yang berbeda untuk mengetahui perbedaan hasil isolasi dye kl

Proses kromatografi larutan klorofil hasil ekstraksi

25

tegak lurus agar larutan mengalir dengan lancar. Setelah semua sudah ang dengan benar, silica gel dituangkan ke dalam kolom kromatografi, ulang hingga tidak Heksan. Larutan klorofil fi hingga setinggi tiga Heksan dituangkan kedalam kolom kromotografi sedikit demi sedikit sampai klorofil turun. Kemudian menutup kolom dan menyambungkan tutup kolom dengan selang pompa udara, keran posisi terbuka.menyalakan pompa udara hingga pisah menjadi beberapa sampel ditampung masing sampel warna ditandai dengan kode yang berbeda untuk mengetahui perbedaan hasil isolasi dye klorofil

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 :

- Ordinate mode : A - Scan speed : 240 nm - Lamp UV : “OFF” - Lamp Vis : “ON” c. Klik “sample” dan isikan :

- Calculation vactor : “vactor”

- Number of sample : 5 (tergantung jumlah sampel yang akan diuji)

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”. 12. File “exit”.

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 dipanaskan pada pemanas (hot plate) sebesar 500C selama 1 menit dan kemudian

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 dengan mengklik Finishyang terdapat pada scan panel

commit to user

8. Meng-klik Photo

kemudian save 9. Selesai.

3.3.6. Fenomena Efek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan Setelah selesai melakukan pengujian morfologi sampel lapisan klorofil yang ditumbuhkan dalam substrat, maka mulai menumbuhkan beberapa sampel kedalam substrat PCB dengan variasi

deposisi yang dilakukan kemudian diuji karakterisasi

Kahfi Meter. Sampel yang berhasil dibuat ini dipasangkan pad sebuah proton boardyang terdiri dari konfigurasi empat (Gambar 3.2a), kemudian mulai diuji karakterisasi

adanya medan magnet kemudian setelah itu, pengujian dilakukan dengan menambahkan variasi pengaruh jarak sumber medan magnet ke

Sebelum dilakukan analisis hasil maka terlebih dahulu dilakukan pengukuran mengenai besarnya jarak sumber medan magnet terhadap besarnya medan magnet Hmenggunakan

Gambar 3.10.

Pembangkitan Muatan (a

)

Photo yang ada di sacn panel tiap kali selesai savehasilnya difolder yang diinginkan

Fenomena Efek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan Setelah selesai melakukan pengujian morfologi sampel lapisan klorofil yang

substrat, maka mulai menumbuhkan beberapa sampel kedalam substrat PCB dengan variasi ω=3000 rpm dan ω=4500 rpm. Hasil deposisi yang dilakukan kemudian diuji karakterisasi I-V nya menggunakan EL Kahfi Meter. Sampel yang berhasil dibuat ini dipasangkan pada sebuah

yang terdiri dari konfigurasi empat probe (four point probe) (Gambar 3.2a), kemudian mulai diuji karakterisasi I-V nya saat kondisi tanpa adanya medan magnet kemudian setelah itu, pengujian dilakukan dengan

an variasi pengaruh jarak sumber medan magnet ke device Sebelum dilakukan analisis hasil maka terlebih dahulu dilakukan pengukuran mengenai besarnya jarak sumber medan magnet terhadap besarnya medan

menggunakan teslameter.

(a) Skema Pengukuran dan, (b) Alat Pengukuran Pembangkitan Muatan akibat Pengaruh Medan Magnet Luar H

(b )

31

yang ada di sacn panel tiap kali selesai scan

Fenomena Efek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan Setelah selesai melakukan pengujian morfologi sampel lapisan klorofil yang

substrat, maka mulai menumbuhkan beberapa sampel 4500 rpm. Hasil nya menggunakan

EL-a sebuEL-ah probedari (four point probe) nya saat kondisi tanpa adanya medan magnet kemudian setelah itu, pengujian dilakukan dengan device-nya. Sebelum dilakukan analisis hasil maka terlebih dahulu dilakukan pengukuran mengenai besarnya jarak sumber medan magnet terhadap besarnya medan

gukuran 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 sesuai dengan tujuan dari penelitian ini.

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.)

Gambar 4.1. Evolusi morfologi permukaan lapisan tipis Spirulina sp. hasil deposisi spin coating di atas permukaan substrat PCB Hasil Scanning Tunneling Microscopy (STM) luasan 300 nm  300 nm untuk(a) Tanpa Lapisan Klorofil, (b)dengan 3 Lapisan Klorofil, (c)5 Lapisan Klorofil, (d)7 Lapisan Klorofil

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.)

Gambar 4.1. Evolusi morfologi permukaan lapisan tipis Spirulina sp. hasil deposisi spin coating di atas permukaan substrat PCB Hasil Scanning Tunneling Microscopy (STM) luasan 300 nm  300 nm untuk(a) Tanpa Lapisan Klorofil, (b)dengan 3 Lapisan Klorofil, (c)5 Lapisan Klorofil, (d)7 Lapisan Klorofil

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.)

Gambar 4.2. Modifikasi morfologi permukaan lapisan tipis Spirulina sp. hasil scan STM 350 nm × 350 nm untuk berbagai ragam kecepatan (a) ω= 3.000 rpm (b) ω=3.500 rpm (c) ω= 4.000 rpm (d) ω= 4.500 rpm

commit to user

35

500

600

700

0

0.1

0.2

3000 rpm 4500 rpm

Panjang Gelombang (nm)

A

bs

or

ba

ns

i (

ab

s)

coating saat deposisi. Pada saat ω = 3.000 rpm, teramati dari hasil scan STM 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 putar berbeda yaitu = 3.000 rpm dan = 4.500 rpm.

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.