commit to user
PENUMBUHAN LAPISAN TIPIS
BARIUM FERRUM TITANAT (BFT) DENGAN
METODE SOL GEL
Disusun oleh :
TIRA IKHWANI M0209053
SKRIPSI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
PENUMBUHAN LAPISAN TIPIS
BARIUM FERRUM TITANAT (BFT) DENGAN
METODE
SOL GEL
Disusun oleh :
TIRA IKHWANI
M0209053
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
commit to user iii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi saya yang berjudul
“PENUMBUHAN LAPISAN TIPIS BARIUM FERRUM TITANAT (BFT) DENGAN METODE SOL GEL ” 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 PerguruanTinggi 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, 30 Agustus 2013
commit to user iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
“Allah mencintai orang yang cermat dalam meneliti soal-soal yang meragukan
dan yang tidak membiarkan akal dikuasai oleh nafsunya ”
(Nabi Muhammad saw)
“Informasi bukanlah pengetahuan. Satu-satunya sumber pengetahuan adalah
pengalaman"( Einstein)
Karya ini kupersembahkan kepada :
Bapak dan ibu tercinta atas do’a dalam setiap sujudnya
Alm. Nina Ariyani kakak ku tercinta
Kakak dan adik ku yang selalu mendukungku
commit to user v
PENUMBUHAN LAPISAN TIPIS BARIUM FERRUM TITANAT(BFT)
DENGAN METODE SOL GEL
TIRA IKHWANI
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Lapisan tipis Barium Titanat (BT) dan BT doping Ferrum (BFT) telah berhasil ditumbuhkan menggunakan metode sol gel di atas substrat Pt/Si yang disiapkan dengan spin coater. Lapisan tipis BT dan BFT dibuat dengan jumlah lapis yaitu 3 lapis dengan variasi perbandingan persen mol dopan Ferrum (Fe) sebesar 1%, 3%, 5% dan 10%. Sampel lapisan tipis BT dan BFT dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM) dan kurva histerisis. Hasil karakterisasi menggunakan XRD menunjukkan bahwa seiring dengan bertambahnya variasi % mol dopan Ferrum (Fe) maka sudut difraksinya bergeser ke kiri (semakin kecil). Hasil penghalusan General Structure Analysis System (GSAS) didapatkan nilai parameter kisi a, b dan c
mengalami perbesaran dari parameter kisi awal. Nilai parameter kisi yang dihasilkan dari penghalusan software GSAS menujukkan bahwa lapisan tipis BT dan BFT mempunyai struktur tetragonal. Hasil pengujian menggunakan SEM menunjukkan ketebalan rata-rata dari lapisan tipis BT dan BFT sekitar 350 nm. Hasil AFM menunjukkan nilai kekasaran (roughness) lapisan tipis BT dan BFT semakin kasar seiring bertambahnya mol doping Fe. Lapisan tipis BT dan BFT merupakan bahan ferroelektrik yang ditandai dengan terbentuknya kurva histerisis. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa lapisan tipis BT dan BFT telah terdeposisi di atas substrat Pt/Si.
commit to user vi
GROWTH OF BARIUM FERRUM TITANATE (BFT) THIN FILMS BY SOL GEL METHOD
TIRA IKHWANI
Department of Physics, Faculty of Mathematic and Natural Science Sebelas Maret University
ABSTRACT
Barium Titanate (BT) and Ferrum doped BT (BFT) thin films have been successfully grown by sol gel method on the substrates Pt / Si which were prepared with spin coater. The percentages of Fe variant dope were 1%, 3%, 5% and 10% and each sample was formed into 3 layers. The thin film samples of BT and BFT were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM) and hysteresis curves. The XRD patterns showed that the peak shifted to the left with increasing Fe dopant. The data taken from XRD is analyzed by working General Structure Analysis System (GSAS), and resulting the lattice parameter of a, b and c that having a magnification of the initial lattice parameter. The resulting values of the lattice parameter refinement software (GSAS) showed that thin layer of BT and BFT have tetragonal structures. SEM images result showed the thickness averages of thin film were 350 nm. While the result of AFM showed roughness value of BT and BFT, the roughness increase with increasing Fe dopant. Thin layer of BT and BFT are ferroelectric material because they have formed hysteresis curves perfectly. The result of characterization are evidence that the BT and BFT thin layers have been deposited on the Pt / Si substrates.
commit to user vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rakhmat dan karunia-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan
penyusunan skripsi yang berjudul “Penumbuhan Lapisan Tipis Barium Ferrum Titanat (BFT) dengan Metode Sol Gel”.
Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak baik langsung maupun tidak langsung. Pada kesempatan ini, Penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Dr. Yofentina Iriani S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing I atas bimbingan, serta nasehat yang berarti banyak bagi penulis selama penyusunan skripsi. 3. Bapak Anif Jamaluddin, S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing II atas
bimbingan, saran, serta semangat yang diberikan.
4. Rekan satu group kerja lab: Riana, mas Nuril, mbak Herlin, mbak Dwi, mbak Ari, Meisya, Retno dan Qudrotun.
5. Pak Risa atas segala bantuannya dalam mengoperasikan alat eksperimen. 6. Nafi’ah, yaya serta semua sahabat “COMPTON” atas persahabatan yang
indah selama ini.
Semoga segala kebaikan dan pertolongan semuanya mendapat berkah dari Allah S.W.T. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan. Amin.
Surakarta, 30 Agustus 2013
commit to user
2.1. Material Ferroelektrik ... 4
2.1.1. Ferroelektrisitas ... 5
2.1.2. Karakteristik Material Ferroelektrik ... 5
2.2. Barium Titanat ... 6
2.3. Efek doping Bahan Ferroelektrik ... 7
2.4. Metode Chemical Solution Deposition (CSD) ... 11
2.5. Metode Karakterisasi ... 12
2.5.1. X-Ray Diffraction (XRD) ... 12
2.5.2. Scanning Electron Microscopy (SEM) ... 14
2.5.3. Atomic Force Microscopy (AFM) ... 14
2.5.4. Uji Sifat Listrik dengan Metode Sawyer Tower ... 15
2.6.General Structure Analysis System (GSAS) ... 16
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 18
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ... 18
3.2. Alat dan Bahan Penelitian ... 18
3.3. Metode Penelitian... 20
3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ... 21
3.3.2. Pemotongan Substrat Pt/Si ... 22
3.3.3. Pembuatan Larutan BT dan BFT ... 22
3.3.4.Pembuatan Lapisan Tipis BT dan BFT dengan Spin Coating ... 22
commit to user
ix
3.3.5.1. Difraksi Sinar-X (XRD) ... 24
3.3.5.2. Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Atomic Force Microscopy (AFM) ... 24
3.3.5.3. Kurva Histerisis ... 24
BAB IV Hasil DAN PEMBAHASAN ... 26
4.1. Karakterisasi Struktur Mikro ... 27
4.2. Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) ... 34
4.3. Karakterisasi Atomic Force Microscopy (AFM) ... 37
4.4. Kurva Histerisis ... 39
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 43
5.1. Kesimpulan ... 43
5.2. Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 44
commit to user x
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Jari-jari Ion Pen-dopingSoft Doping... 8 Tabel 2.2 Jari-jari Ion Pen-dopingHard Doping... 8 Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Ukuran kristal Lapisan Tipis BT dan BFT 29 Tabel 4.2 Parameter Kisi Lapisan Tipis BT dan BFT Hasil
commit to user xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Domain-domain pada Material Ferroelektrik... 4
Gambar 2.2 Pergeseran Ion Ti4+ pada Struktur Perovskite PbTiO3... 5
Gambar 2.3 Kurva Histerisis P-E... 6
Gambar 2.4 Struktur Perovskite Barium Titanat (BT)... 7
Gambar 2.5 Mekanisme “kerusakan” Sistem Kristal BST... 9
Gambar 2.6 Struktur Perovskite Material Ferroelektrik... 10
Gambar 2.7 Proses Spin Coating... 11
Gambar 2.8 Difraksi Sinar X pada Kristal... 13
Gambar 3.1 Alat-alat Penelitian yang digunakan... 19
Gambar 3.2 Bahan-bahan Penelitian yang digunakan... 20
Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian... 21
Gambar 3.4 Hasil Larutan BT dan BFT... 22
Gambar 3.5 Alat Pemanasan dan Pendeposisian... 23
Gambar 3.6 Alat Uji Kurva Histerisis... 25
Gambar 4.1 Pola Difraksi Lapisan Tipis BaTiO3 dan BaFexTi1-xO3... 27
Gambar 4.2 Pola Difraksi Variasi Persen Mol Doping Fe pada BaTiO3 untuk Bidang 101... 29
Gambar 4.3 Penghalusan Pola Difraksi Menggunakan Program GSAS pada Puncak (101)... 31
Gambar 4.4 Foto SEM Lapisan BT dan BFT dengan Variasi Mol Doping... 35
Gambar 4.5 Penampang Lintang Lapisan Tipis BT dan BFT dengan Variasi Mol Dopping... 36
Gambar 4.6 Morfologi Permukaan Lapisan Tipis BT dan BFT dengan Variasi Mol Doping... 38
commit to user xii
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Nilai/ Satuan
o
C Suhu Derajat celcius
M Molaritas M
n Bilangan bulat (1,2,3,… dst)
d Jarak antar bidang atom dalam kristal nm λ Panjang gelombang sinar-X nm θ Sudut difraksi Derajat
P Polarisasi C/cm2
Ps Polarisasi spontan C/cm2
Pr Polarisasi remanen C/cm2
Ec Medan koersif V/meter
M Molaritas Mol/m3
a,b,c Parameter kisi Angstrom
commit to user xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. ICDD Pt/Si... 47
Lampiran 2. ICDD BaTiO3... 48
Lampiran 3. Hasil Chi-square Pengolahan Data GSAS... 49
Lampiran 4. Nilai FWHM Hasil Pengolahan Data dengan Origin... 52
Lampiran 5. Perhitungan Ukuran Partikel Lapisan Tipis BT dan BFT.. 55
Lampiran 6. Perhitungan Ukuran Butir Lapisan Tipis BT dan BFT... 56
Lampiran 7. Perhitungan Ketebalan Lapisan Tipis BT dan BFT... 57
