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

Transkripsi

1 STUDI KONDUKTIVITAS LISTRIK, KURVA I-V DAN CELAH ENERGI FOTODIODA BERBASIS FILM TIPIS Ba 0,75 Sr 0,25 TiO 3 (BST) YANG DIDADAH GALIUM (BSGT) MENGGUNAKAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION (CSD) M. Romzie PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008

2 M. Romzie (G ). STUDI KONDUKTIVITAS LISTRIK, KURVA I-V DAN CELAH ENERGI FOTODIODA BERBASIS FILM TIPIS Ba 0,75 Sr 0,25 TiO 3 (BST) YANG DIDADAH GALIUM (BSGT) MENGGUNAKAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION (CSD). Dibimbing Oleh Irzaman dan Ardian Arief. ABSTRAK Telah dilakukan penumbuhan film tipis Ba 0.75 Sr 0.25 TiO 3 (BST) murni dan BST yang didoping Ga 2 O 3 (BSGT) di atas substrat Si(100) tipe-p dan gelas korning. Metode yang digunakan adalah metode chemichal solution deposition (CSD) dengan teknik spin coating pada kecepatan putar 3000 rpm dalam waktu 30 detik. Film tipis BST dibuat dengan konsentrasi 1 M dan annealing pada suhu 850 o C, 900 o C, dan 950 o C untuk substrat Si dan 400 o C, 450 o C, dan 500 o C untuk substrat gelas korning. Uji konduktivitas listrik dan resistansi dilakukan dengan alat LCR meter tipe HIOKI LCR HiTESTER dengan kombinasi tiga kondisi cahaya, yaitu gelap (0 watt), 25 watt dan 100 watt. Pada film tipis BST dan BSGT didapatkan nilai konduktivitas semakin meningkat apabila semakin tinggi intensitas lampu yang diberikan dan sebaliknya nilai resistansi akan semakin menurun apabila intensitas cahaya ditingkatkan. Hasil karakterisasi I-V menunjukan bahwa film BST dan BSGT merupakan material fotodioda. Hasil karakterisasi UV-VIS menunjukkan band gap film tipis BST dan BSGT. Pada film BST dengan suhu annealing 400 o C, 450 o C, dan 500 o C didapatkan band gap sebesar 2.59 ev, 3.25 ev dan 3.32 ev. Pada film tipis BSGT dengan suhu annealing 400 o C, 450 o C, dan 500 o C didapatkan band gap sebesar 3.38 ev, 3.43 ev dan 3.43 ev, ini menunjukkan bahwa pendadah galium mempengaruhi besar band gap karena film tipis BSGT memiliki band gap lebih besar daripada band gap pada film tipis BST. Dari seluruh nilai band gap yang didapatkan menunjukkan bahwa film tipis BST dan BSGT merupakan bahan semikonduktor. Kata kunci : Film tipis, BST, CSD, galium, annealing, fotodioda, band gap.

3 STUDI KONDUKTIVITAS LISTRIK, KURVA I-V DAN CELAH ENERGI FOTODIODA BERBASIS FILM TIPIS Ba 0,75 Sr 0,25 TiO 3 (BST) YANG DIDADAH GALIUM (BSGT) MENGGUNAKAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION (CSD) Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Intitut Pertanian Bogor Oleh: M. Romzie G PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008

4 Judul Nama NRP : Studi Konduktivitas Listrik, Kurva I-V dan Celah Energi Fotodioda Berbasis Film Tipis Ba 0,75 Sr 0,25 TiO 3 (BST) yang Didadah Galium (BSGT) Menggunakan Metode Chemical Solution Deposition (CSD) : M. Romzie : G Menyetujui Pembimbing I Pembimbing II Dr. Irzaman NIP Ardian Arief, M.Si NIP Mengetahui : Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Dr. Drh. Hasim, DEA NIP Tanggal Lulus :

5 iv RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 9 mei 1986 dari pasangan A. Sabrawi dan Fatimah. Penulis merupakan putra keempat dari enam bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studinya di MI Nurul Hidayah Jakarta selama enam tahun, kemudian melanjutkan ke SLTP Islam Assalaam Jakarta selama tiga tahun, kemudian melanjutkan kembali ke SMA Negeri 49 Jakarta selama tiga tahun. Penulis lulus dari SMA Negeri 49 Jakarta pada tahun 2004 dan pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan sarjana strata satu di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum Pendidikan Agama Islam untuk mahasiswa TPB tahun ajaran dan Penulis juga aktif dalam organisasi kemahasiswaan sebagai anggota departemen infokom LDK DKM Al-Hurriyyah IPB tahun 2005/2006 dan sekretaris umum SERUM-G IPB tahun 2005/2006 dan 2006/2007. Selama perkuliahan penulis aktif dalam kegitan dan seminar-seminar baik di dalam kampus maupun di luar kampus.

6 v KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah SWT yang begitu banyak memberikan nikmat kepada penulis terutama nikmat Iman, Islam dan kesehatan sehingga penulis dapat bersemangat dalam menyelesaikan skripsi yang merupakan salah satu syarat kelulusan penulis agar penulis dapat lulus dari Departemen Fisika IPB. Dalam penyelesaian skripsi ini, penulis banyak dibantu oleh berbagai pihak. Terima kasih penulis sampaikan kepada kedua orangtua beserta saudara-saudara penulis yang telah mendo akan, menyemangati dan mendanai penulis. Tak lupa ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Irzaman dan bapak Ardian sebagai pembimbing tugas akhir yang sangat semangat dalam membimbing penulis dan juga terima kasih kepada seluruh staf Departemen Fisika IPB. Rekan-rekan kerja di Serum-G (Serambi Ruhiyah Mahasiswa FMIPA) IPB Periode terutam kepada Ketua Serum-G periode , Ihsan Purwadi Statistika 41. Sahabat-sahabat di SISCO (Agung, Heriyanto, Aep, Ade, Ulul dan Erdiansyah) yang selalu mendukung dan menyemangati penulis. Teman-teman di Fisika 41 terutama Farid, Tb Gamma, Isran, dan yang lainnya yang insya Allah setia selalu menemani dan menghibur penulis sehingga penulis menjadi semangat luar biasa. Dan juga teman-teman penulis yang lain yang tidak dapat dituliskan satu per satu karena sangat banyak. Demikian skripsi ini penulis buat, semoga dapat bermanfaat untuk kita semua terutama untuk perkembangan teknologi di Indonesia. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan untuk kemajuan teknologi mengenai aplikasi material agar dapat lebih berkembang lagi. Semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan rahmat dan karunianya untuk kita semua. Amiin. Bogor, September 2008 Penulis

7 vi DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i HALAMAN JUDUL... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii RIWAYAT HIDUP... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... viii PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang... 1 Tujuan Penelitian... 1 Hipotesa... 1 TINJAUAN PUSTAKA... 1 Barium Stronsium Titanat (Ba x Sr 1-x TiO 3 )... 1 Pendadah Galium Oksida (Ga 2 O 3 )... 2 Fotodioda... 2 Fotokonduktivitas Listrik... 3 Metode Pendeposisian Cairan Kimia (Chemical Solution Deposition / CSD)... 3 Spektroskopi Optik... 4 Karakterisasi I-V... 5 BAHAN DAN METODE... 6 Waktu dan Tempat... 6 Alat dan Bahan... 6 Metode Penelitian... 6 Pembuatan Larutan BST dan BSGT... 6 Persiapan Substrat Si (100) Tipe-p dan Gelas Korning... 6 Proses Penumbuhan Film Tipis... 7 Karakterisasi... 8 Pengukuran Resistansi dan Konduktivitas Film Tipis BST dan BSGT... 8 Karakterisasi UV-VIS... 8 Karakterisasi I-V... 8 HASIL DAN PEMBAHASAN... 8 Karakterisasi UV-VIS... 8 Konduktivitas Listrik dan Resistansi Film Tipis BST dan BSGT Karakterisasi I-V (Arus - Tegangan) KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 14

8 vii DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Tabel pengaruh suhu dan persen pendadah terhadap nilai band gap Tabel 4.2 Tabel pengaruh konduktivitas listrik terhadap daya lampu, suhu annealing dan persen pendadah Tabel 4.3 Tabel pengaruh resistansi terhadap daya lampu, suhu annealing dan persen pendadah DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konstanta kisi dari BaTiO 3 terhadap fungsi temperatur... 2 Gambar 2.2 a) Sruktur kristal perovskit BST (ABO 3 ) pada fase kubik. b) Sruktur kristal perovskit BST pada fase tetragonal... 2 Gambar 2.3 Level energi akseptor pada semikonduktor... 2 Gambar 2.4 Lambang skematis fotodioda... 3 Gambar 2.5 Kurva karakteristik arus- tegangan dari persambungan p-n dalam kondisi gelap dan terang... 3 Gambar 2.6 Transisi optik: (a) transisi langsung yang diizinkan dan (b) transisi langsung yang terlarang; (c) transisi tidak langsung menyertakan emisi fonon (panah keatas) dan absorpsi fonon (panah kebawah)... 4 Gambar 2.7 Kurva koefisien absorpsi optik... 5 Gambar 2.8 Skema UV-VIS... 5 Gambar 2.9 Karakteristik I-V dioda p-n... 6 Gambar 3.1 Kurva suhu T terhadap waktu t saat proses annealing... 7 Gambar 3.2 Hasil proses penumbuhan film tipis... 7 Gambar 3.3 a. Pemasangan kontak tampak samping b. Pemasangan kontak tampak muka... 8 Gambar 4.1 Grafik hubungan panjang gelombang terhadap nilai absorbansi... 8 Gambar 4.2 Grafik hubungan panjang gelombang terhadap nilai transmitansi... 8 Gambar 4.3 Kurva plot touc pada suhu annealing 400 o C dan tanpa pendadah... 9 Gambar 4.4 Kurva plot touc pada suhu annealing 400 o C dengan pendadah 5%... 9 Gambar 4.5 Kurva plot touc pada suhu annealing 450 o C dan tanpa pendadah... 9 Gambar 4.6 Kurva plot touc pada suhu annealing 450 o C dengan pendadah 5%... 9 Gambar 4.7 Kurva plot touc pada suhu annealing 500 o C dan tanpa pendadah... 9 Gambar 4.8 Kurva plot touc pada suhu annealing 500 o C dengan pendadah 5% Gambar 4.9 Grafik band gap terhadap suhu annealing Gambar 4.10 Grafik konduktivitas listrik terhadap daya lampu Gambar 4.11 Grafik resistansi terhadap daya lampu Gambar 4.12 Kurva I-V pada suhu annealing 850 o C dan tanpa pendadah Gambar 4.13 Kurva I-V pada suhu annealing 850 o C dengan pendadah 5% Gambar 4.14 Kurva I-V pada suhu annealing 900 o C dan tanpa pendadah Gambar 4.15 Kurva I-V pada suhu annealing 900 o C dengan pendadah 5% Gambar 4.16 Kurva I-V pada suhu annealing 950 o C dan tanpa pendadah Gambar 4.17 Kurva I-V pada suhu annealing 950 o C dengan pendadah 5%... 12

9 viii DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Diagram alir penelitian Lampiran 2. Skema Pengukuran Karakterisasi UV-VIS Karakterisasi Konduktivitas Listrik Karakterisasi I-V Lampiran 3. Data I-V meter Suhu annealing 850 o C dan tanpa pendadah Suhu annealing 850 o C dengan pendadah galium 5% Suhu annealing 900 o C dan tanpa pendadah Suhu annealing 900 o C dengan pendadah galium 5% Suhu annealing 950 o C dan tanpa pendadah Suhu annealing 950 o C dengan pendadah galium 5%... 28

10 PENDAHULUAN Latar Belakang Belakangan ini penelitian terhadap material ferroelektrik banyak menarik perhatian para ahli fisika karena material ferroelektrik sangat menjanjikan terhadap perkembangan divais generasi baru sehubungan dengan sifat-sifat unik yang dimilikinya [Azizahwati, 2002]. Material ferroelektrik, terutama yang didasari oleh campuran barium stronsium titanat (BST), diharapkan memiliki energi yang tinggi karena loss tangent yang rendah dan memiliki dielektrik yang tinggi [J. L. Wilson, 2006]. Film tipis BST dapat dibuat dengan beberapa teknik, seperti : r.f. sputtering, laser ablation, metal organic chemical vapor deposition, sol-gel process [N. V. Giridharan, 2001], and chemical solution deposition [R. W. Schwartz, 1997]. Dalam penelitian ini, film tipis BST dideposisikan di atas substrat Si (100) tipe-p dengan menggunakan teknik/metode CSD (chemical solution deposition). Kelebihan menggunakan metode ini adalah bisa digunakan untuk mendapatkan film tipis dengan biaya yang rendah, namun dengan hasil yang bagus. Oleh karena itu, metode ini perlu dikembangkan penggunaanya agar lebih efektif dan efisien dalam penumbuhan material ferroelektrik di atas suatu substrat [R. W. Schwartz, 1997]. Karakterisasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah uji resistansi dan konduktivitas listrik dengan alat LCR meter, mencari band gap dengan spektrofotometer UV-VIS serta menentukan sifat listrik film tipis dengan I-V meter. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah : 1. Melakukan penumbuhan film tipis Ba 0.75 Sr 0. 25TiO 3 (BST) murni dan film tipis BST dengan bahan pendadah galium (BSGT) diatas substrat Si tipe-p dan gelas korning dengan metode chemical solution deposition (CSD). 2. Menguji konduktivitas listrik dan resistansi film tipis dengan LCR meter. 3. Menghitung nilai band gap film tipis BST dengan menggunakan spektrofotometer UV-VIS. 4. Menetukan sifat kelistrikan suatu film tipis BST dengan menggunakan I-V meter. Hipotesa - Pada penelitian ini diharapkan apabila film tipis BST ditambahkan pendadah galium akan menurunkan nilai konduktivitas listriknya. - Dalam pengujian fotodioda diharapkan ada perubahan tegangan knee ketika film tipis BST dikenai cahaya - Semakin besar intensitas cahaya diharapkan dapat meningkatkan nilai konduktivitas listrik film tipis BST yang dibuat. TINJAUAN PUSTAKA Barium Stronsium Titanat (Ba x Sr 1-x TiO 3 ) BST merupakan kombinasi dua material perovskit barium titanat (BTO) dan stronsium titanat (STO). Kedudukan A pada kisi ABO 3 dibagi bersama antara ion Ba 2+ dan Sr 2+, sedangkan B ditempati oleh ion Ti 4+. Gambar 2.1 menunjukkan konstanta kisi dari BTO murni terhadap temperatur. Transisi dari keadaan kubik (paraelektrik) ke fase tetragonal (ferroelektrik) terjadi pada temperatur 396 K (669 o C). Sedangkan pada STO murni berbentuk kubik pada temperatur ruangan karena fase transisi dari kubik ke tetragonal terjadi pada 105 K (378 o C) [C. Kugeler, 2006]. Persamaan reaksi BST : 0,75Ba(CH 3 COO) 2 + 0,25Sr(CH 3 COO) 2 + Ti(C 12 H 28 O 4 ) + 22O 2 Ba 0,75 Sr 0,25 TiO H 2 O + 17CO 2 Salah satu kegunaan dari film tipis Ba x Sr 1-x TiO 3 yaitu material ferroelektrik yang bisa digunakan untuk DRAM dan NVRAM karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, kebocoran arus yang rendah, dan tidak mudah rusak pada temperatur Curie yaitu 130 o C [Yoon et al, 1995]. Keadaan inilah yang menyebabkan BST dapat digunakan secara luas pada temperatur ruangan [L. B. Kong]. Pada gambar 2.2 terlihat bentuk struktur dari material perovskit BST :

11 2 lubang baru pada lokasi semula. Jika dipasang medan listrik melintang pada kristal silikon yang berisi galium, elektron bergerak ke arah anode dengan berturut-turut mengisi lubang. Aliran arus elektron disini lebih baik dinyatakan dengan mengacu pada lubangnya yang berlaku sebagai muatan positif karena lubang itu bergerak ke arah elektroda negatif hal ini mengakibatkan semikonduktornya menjadi semikonduktor tipe-p [A. Beiser,1992]. Gambar 2.1 Konstanta kisi dari BaTiO 3 terhadap fungsi suhu [C. Kugeler, 2006]. Gambar 2.2 (a) Sruktur kristal perovskit BST (ABO 3 ) pada fase kubik. (b) Sruktur kristal perovskit BST pada fase tetragonal [C. Kugeler, 2006]. Pendadah Galium Oksida (Ga 2 O 3 ) Cara untuk menambah daya konduksi semikonduktor adalah dengan menyuntik (doping). Hal ini berarti menambahkan atom-atom yang tidak murni ke dalam kristal intrinsik untuk merubah daya konduksi listriknya. Apabila doping yang digunakan adalah atom pentavalen maka kristal akan menghasilkan satu elektron bebas (atom donor). Dan kalau dimasukkan atom trivalen, maka masing-masing hole akan membantu untuk menerima sebuah elektron bebas selama rekombinasi (atom akseptor) [A. P. Malvino, 2003]. Tidak semua atom dapat digunakan sebagai atom akseptor atau atom donor, ada beberapa persyaratan: (1) mempunyai ukuran atom yang hampir sama dengan atom murni (semikonduktor intrinsik yang akan didoping), sehingga dapat masuk dan tidak merusak struktur kristal atom murni, (2) memiliki jumlah elektron valensi berbeda satu dengan atom murni [Munasir, 2004]. Atom galium memiliki tiga elektron dalam kulit terluarnya (trivalen), apabila dimasukkan ke dalam kristal silikon akan menimbulkan kekosongan (lubang) dalam struktur elektron kristal itu. Elektron memerlukan energi relatif kecil untuk memasuki lubang, tetapi ketika elektron melakukan hal itu, elektron meninggalkan Gambar 2.3 Level energi akseptor pada semikonduktor. Pada semikonduktor tipe-p terdapat level energi akseptor yang berada di dalam energi gap, sedikit diatas tepi dari pita valensi, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.3 [M.A. Omar, 1974]. Fotodioda Fotodioda adalah suatu alat yang dibuat untuk berfungsi paling baik berdasarkan kepekaan terhadap cahaya. Pada dioda ini sebuah jendela memungkinkan cahaya untuk masuk melalui pembungkus dan mengenai persambungan. Cahaya yang datang menghasilkan elektron dan hole. Makin kuat cahayanya makin banyak pembawa minoritas dan makin besar arus baliknya. Gambar 2.4 menunjukan lambang skematis fotodioda. Panah yang mengarah ke dalam melambangkan cahaya yang datang. Sumber dan tahanan seri memberikan prategangan balik pada fotodioda. Bila cahaya makin cerah arus balik naik. Dalam fotodioda yang lazim arus balik tersebut besarnya sekitar puluhan mikroampere. Fotodioda adalah salah satu contoh fotodetektor, yaitu sebuah alat optoelektronika yang dapat mengubah cahaya datang menjadi besaran listrik. Tidak seperti LED yang biasnya panjar maju, persambungan semikonduktor pada fotodioda biasnya adalah panjar mundur. Prinsip dasar fotodioda berhubungan untuk membangkitkan pasangan elektron-hole (oleh peristiwa penyerapan foton dengan energi hυ ) di dalam atau di dekat daerah E g

12 3 Gambar 2.4 Lambang skematis fotodioda Gambar 2.5 Kurva karakteristik arustegangan dari persambungan p-n dalam kondisi gelap dan terang [B. G. Yacobi, 2003]. deplesi yang menghasilkan pemisahan dari pengisian dalam arah yang berlawanan melalui persambungan dan aliran arus di dalam divais. Total arus yang dihasilkan adalah I = I [exp( ev / k T ) 1] I 0 B phg (2.1) Dimana I phg adalah arus fotogenerasi yang dapat diekspresikan seperti I phg = ega(w+l c +L h ), dimana G adalah rata-rata generasi pasangan elektron-hole. Persamaan ini menggambarkan karakteristik dioda (ditunjukkan oleh gambar 2.5) yaitu, terjadi pergeseran ke bawah, yang bergantung pada intensitas cahaya [B. G. Yacobi, 2003]. Fotokonduktivitas Listrik Fotokonduktivitas adalah fenomena optik dan listrik di dalam suatu material yang menjadi lebih konduktif ketika menyerap radiasi elektromagnet seperti cahaya tampak, sinar ultraviolet, sinar inframerah, atau radiasi gamma. Ketika cahaya diserap oleh sebuah material seperti semikonduktor, jumlah dari perubahan elektron bebas dan hole meningkatkan konduktivitas listrik dari semikonduktor. Eksitasi cahaya yang menumbuk semikonduktor harus mempunyai cukup energi untuk meningkatkan jumlah elektron yang menyebrangi daerah terlarang atau oleh eksitasi pengotoran dalam daerah bandgap. Ketika tegangan dan beban resistor digunakan secara seri dengan semikonduktor, penurunan tegangan menyeberangi beban resistor dapat diukur ketika perubahan pada konduktivitas listrik berubah-ubah melalui lintasan aliran arus [wikipedia.org]. Peningkatan konduktivitas listrik disebabkan oleh eksitasi dari penambahan pengisian bebas yang diangkut oleh cahaya energi tinggi pada semikonduktor dan insulator [ Konduktivitas listrik σ (S/cm) berhubungan dengan resistivitas ρ (Ω cm): 1 σ = ρ (2.2) Konduktivitas listrik suatu semikonduktor dapat dihitung dari persamaan : σ = q μ n (2.3) Dengan besar muatan q (1,602 x C), mobilitas pembawa μ (unit cm 2 /Vs), dan densitas pembawa n (unit cm -3 ). Jika kedua jenis pembawa (elektron dan hole) saling terkait, konduktivitas didapat dari persamaan : σ = qμ n n + qμ n p (2.4) Metode Pendeposisian Cairan Kimia (Chemical Solution Deposition / CSD) Dalam pengolahan film tipis dengan metode CSD, hasil yang diinginkan adalah untuk mengoptimalkan film untuk aplikasi yang spesifik. Untuk hasil yang efektif, diperlukan suatu pemahaman yang pokok tentang substrat, larutan kimia, dan efek dari proses termal pada evolusi struktural dari deposisi film untuk tingkatan kristalin keramik yang dibutuhkan [R. W. Schwartz, 1997]. Disini, substrat dicoating oleh cairan prekursor menggunakan spin coating atau dipcoating. Bahan yang biasanya mengunakan metode CSD adalah sol/gel dan dekomposisi metal organik (MOD) dengan lebar spektrum dari metode hibrid [C. Kugeler, 2006]. CSD didasarkan metode dekomposisi pada dasarnya dilakukan dengan beberapa tahap : 1. Persiapan larutan prekursor, 2. Pelapisan substrat, 3. Perlakuan panas untuk pirolisis film basah, 4. Terakhir dilakukan annealing.

13 4 Persiapan pertama dalam pembuatan prekursor secara kimiawi adalah menggunakan material keras seperti leadasetat, zirconium-n-propoksida atau titanium-i-propoksida, kemudian campur dengan bahan lain dan ditambah pelarut dan beri perlakuan suhu dengan cara yang tepat. Tahap kedua, film diberi beberapa tetes larutan prekursor di atas substrat, kemudian dirotasi dengan spin coater agar distribusi cairannya homogen. Dengan demikian ketebalan film bergantung pada viskositas dari prekursor dan kecepatan rotasi. Pada tahap yang ketiga film basah dikeringkan dan dipirolisis oleh pemanas pada temperatur sedang, misalnya penempatan substrat ditempat yang panas. Untuk menambahkan lapisan film pada tahap spinning dan pirolisis diulang beberapa kali tanpa merubah viskositas larutan prekursor. Akhirnya, film terkristalisasi pada peningkatan suhu (antara 600 o C dan 800 o C) [C. Kugeler, 2006]. Salah satu keuntungan metode CSD adalah sangat fleksibel untuk komposisi material apapun, sejak persiapan larutan prekursor prosesnya cepat dan tiap komposisi material yang diinginkan mungkin untuk dicampur pada komponen awal dengan rasio yang diinginkan. Selanjutnya, tidak diperlukan teknik khusus dan juga biayanya murah [C. Kugeler, 2006]. Spektroskopi Optik Pengukuran nilai optik sangat penting dalam menentukan struktur pita semikonduktor. Induksi foton pada transisi elektronik dapat terjadi antara pita yang berbeda, yang nantinya akan digunakan untuk mencari band gap. Pada semikonduktor, koefisien absorpsi merupakan fungsi dari panjang gelombang atau energi foton. Koefisien absorpsi dapat ditunjukkan berdasarkan persamaan 4πk e = (2.5) dan α α λ ( hv E ) γ (2.6) g Dimana hv adalah energi foton dan γ adalah konstanta dan k e adalah koefisien pemadaman (extinction). Terdapat dua jenis transisi dari pita ke pita : diizinkan (allowed) dan terlarang (forbidden). Untuk material yang bandgapnya langsung, transisi kebanyakan terjadi antara dua pita yang memiliki nilai k yang sama, seperti transisi (a) dan (b) pada gambar 2.6. Transisi langsung yang diizinkan dapat terjadi pada seluruh nilai k, sedangkan transisi langsung yang terlarang hanya dapat terjadi pada saat k 0. Untuk transisi langsung perkiraan nilai γ sebesar 1/2 dan 3/2 secara berurutan untuk yang diizinkan dan terlarang. Untuk k = 0 dimana bandgap didefinisikan, hanya transisi yang diizinkan (γ = 1/2) yang terjadi dan ini digunakan untuk menentukan bandgap secara eksperimen. Untuk transisi tidak langsung [transisi (c) gambar 2.6], berperan dalam mempertahankan momentum. Pada transisi ini, tiap fonon (dengan energi E p ) ada yang diserap atau diemisikan, dan koefisien absorpsi dapat dimodifikasi menjadi : Gambar 2.6 Transisi optik: (a) transisi langsung yang diizinkan dan (b) transisi langsung yang terlarang; (c) transisi tidak langsung menyertakan emisi fonon (panah keatas) dan absorpsi fonon (panah kebawah) [S. M. Sze et al, 2007]. α ( hv E ) γ g ± E (2.7) Disini konstanta γ bernilai 2 dan 3 secara berurutan untuk transisi tidak langsung yang diizinkan dan terlarang. [S. M. Sze et al, 2007] Kurva absorpsi optik semikonduktor dapat dibagi menjadi tiga daerah dan dapat dilihat pada gambar 2.6 : 1. Daerah A disebut sebagai daerah absorpsi tail (ekor) untuk nilai α 1 cm Daerah B disebut sebagai daerah Urbach atau daerah eksponensial. Daerah ini nilai alphanya 1cm α 10 cm. 3. Daerah C disebut daerah pangkat, α pada daerah ini mengikuti hukum pangkat atau n α ( h υ) = C( hυ E g ), nilai alpha pada 3 1 daerah ini adalah : α 10 cm. p

14 5 Gambar 2.7 Kurva koefisien absorpsi optik [Irzaman et al, 2003]. Transisi optik pada daerah C pada kurva 3 1 absorpsi ( α 10 cm ) dapat ditentukan energi gapnya dengan membuat plot linier dari kurva alpha terhadap energi. Metode plot Tauc yang penjelasan sebagai berikut : 1. Data yang keluar adalah transmitansi terhadap panjang gelombang 2. Kemudian tentukan apakah transisinya langsung atau tidak berdasarkan persamaan n α h ν = B( hν E g ) (2.8) Untuk n=2 transisi tidak langsung, sedangkan untuk n=1/2 transisi langsung. Cari plot grafik yang lebih linier (apakah saat n=2 atau saat n=1/2), apabila n=2 lebih linier maka transisi tidak langsung, sebaliknya apabila n=1/2 yang lebih linier maka transisi langsung. 3. Dengan melakukan ekstrapolasi bagian 1/ n linier kurva ( α hν ) terhadap h ν memotong absis, diperoleh nilai energi yang dinamakan celah energi (E g ). Ekstrapolasi dilakukan pada daerah kurva yang meningkat tajam, dimana daerah tersebut menyatakan terjadinya transisi langsung [S. M. Sze, 2007]. Salah satu cara untuk menentukan sifat optik suatu bahan yaitu dengan menggunakan metode spektroskopi UV-VIS. Spektroskopi UV-VIS adalah teknik yang digunakan untuk mengeksitasi elektron valensi dalam atom seperti mencari celah (band) dari atom atau molekul. Spektroskopi UV-VIS memiliki rentang panjang gelombang antara nm [M. M. Grady, 2006]. Pada kenyataannya molekul memiliki kemampuan untuk menyerap ultraviolet atau cahaya tampak. Absorpsi ini sesuai untuk mengeksitasi elektron terluar pada molekul terkait. Ketika molekul menyerap energi elektron dinaikkan dari HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) ke LUMO (Lowest Unoccupied Molekular Orbital). Bagian-bagian Spektrofotometer UV-VIS adalah : sumber cahaya, monokromator dan detektor. Monokromator bekerja seperti kisi difraksi untuk membagi cahaya kedalam bermacam panjang gelombang. Peran detektor adalah untuk merekam intensitas cahaya yang ditransmisikan [A. Gahr]. Skema jalur sinar pada spektrofotometer UV-Vis dapat dilihat pada gambar 2.8. Karakterisasi I-V Saat diode berpanjar maju, probabilitas pembawa muatan mayoritas yang mempunyai Gambar 2.8 Jalur sinar pada spektrofotometer UV-Vis

15 6 cukup energi untuk melewati potensial penghalang Vo V akan tergantung pada muatan elektron (q) dan temperatur absolut. q( V V ) /ηkt e 0 (2.7) Jadi arus difusi yang mengalir adalah sebesar V /ηv I = Ae T ( V T = kt / q) (2.8) dimana V T = 25 mv pada temperatur ruang, η = 1 untuk gemanium dan berharga 2 untuk silikon. Jadi arus total yang mengalir adalah sebesar V V I = /η I Ae T 0 + Panjar Mundur Panjar Maju Gambar 2.9 Karakteristik I-V dioda p-n atau karena I = 0 untuk V = 0 diperoleh V / ηvt I = I 0 ( e 1) (2.9) Persamaan 2.9 merupakan karakteristik I-V umum diode. BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Departemen Fisika IPB dengan lama waktu penelitian dari bulan juli 2007 april Alat dan Bahan Penelitian ini menggunakan alat dan bahan sebagai berikut : 1. Alat : timbangan Sartonius Model BL 6100, spin coating, mortar, pipet, gelas ukur, gelas piala, tabung reaksi, setrika, pinset plastik, gunting, stopwatch, spatula, pipet, masker, kertas obat, desikator, pisau kristal, tisu, sarung tangan karet, masker, corong, cawan petritis, beaker glass, kompresor udara, Lampu, aluminium foil, double tip (perekat), solasi transparan, IC 741, resistor, potensiometer, baterai, kabel, bread board, furnace tipe Vulcan TM 3-130, evaporator, I-V meter, spektrofotometer UV-Vis, multimeter, LCR meter tipe HIOKI LCR HiTESTER. 2. Bahan : Ba(CH 3 COO) 2 99%, Sr(CH 3 COO) 2 99%, Ti(C 12 O 4 H 28 ) %, pelarut 2-metoksietanol [H 3 COCH 2 CH 2 OH, 99%], galium asetat, substrat Si tipe-p, gelas korning, metanol, aseton, aquabides dan larutan HF 5%. Metode Penelitian Pembuatan Larutan BST dan BSGT Dalam penelitian ini BST dibuat dengan metode chemical solution deposition (CSD). Pertama-tama semua bahan seperti barium asetat [Ba(CH 3 COO) 2, 99%] dan stronsium asetat [Sr(CH 3 COO) 2, 99%)] digerus selama 3 jam agar diperoleh butiran yang halus. Kemudian masukkan barium asetat, stronsium asetat, titanium isopropoksida [Ti(C 12 O 4 H 28 ), 99%] dan 2-metoksietanol [H 3 COOCH 2 CH 2 OH, 99%] ke dalam tabung reaksi. Bahan-bahan yang telah tercampur di dalam tabung reaksi dikocok secara manual selama kurang lebih 1 jam (campuran tersebut biasa disebut precursor). Kemudian precursor dipanaskan pada permukaan setrika dengan temperatur ±120 o C selama 5 menit agar bahan-bahan tercampur secara merata. terakhir precursor tersebut disaring dengan kertas saring agar didapat larutan yang lebih homogen. Untuk pembuatan larutan BSGT prosesnya sama seperti pada pembuatan larutan BST, bedanya hanya ditambahkan pendadah (galium oksida) sebanyak 5% yang sebelumnya telah digerus terlebih dahulu. Persiapan Substrat Si (100) Tipe-p dan Gelas Korning Substrat yang digunakan adalah Si (100) tipe-p dan gelas korning dengan ukuran 1 cm x 1 cm. Pemotongan substrat Si (100) tipe-p dilakukan dengan sangat hati-hati dengan menggunakan alat pemotong kristal dan dibantu dengan penggaris plastik. Usahakan dalam proses pemotongan agar tidak terbentuk goresan pada lapisan bahan aktif bagian muka substrat. Substrat Si (100) tipe-p yang telah terpotong, kemudian dibersihkan. Kebersihan substrat harus diperhatikan agar film tipis dapat tumbuh dengan baik dan merata pada permukaan substrat. Proses pembersihan substrat Si (100) tipe-p dilakukan secara bertahap. Tahapan pertama substrat Si (100) tipe-p dibersihkan bagian aktifnya dengan tisu, kemudian dicelupkan ke dalam larutan HF 5%. Setelah dicelupkan dalam HF 5% substrat dicelupkan

16 7 Gambar 3.1. Kurva suhu T terhadap waktu t saat proses annealing. dalam larutan aquabides. Kemudian Setelah itu dikeringkan dengan kompresor udara. Untuk pemotongan substrat gelas korning prosesnya hampir sama seperti pada pemotongan silikon, bedanya hanya pada proses pencucian. Tahapan pertama substrat korning dicelupkan ke dalam larutan etanol. Setelah dicelupkan dalam etanol substrat dicelupkan dalam larutan metanol. Kemudian metanol dibersihkan dengan dye water selama 1 menit. Setelah itu dikeringkan dengan kompresor udara. Dye water dapat diganti dengan aquades atau aquabides Proses Penumbuhan Film Tipis Substrat diletakkan di atas reaktor spin coating (jangan lupa diberi perekat agar substrat tidak terpental). Tutup kira-kira 1/3 dari bagian substrat dengan menggunakan solasi transparan untuk membedakan bagian yang akan di tumbuhi film dan yang tidak. Tetesi larutan prekursor di atas substrat Si (100) tipe-p sebanyak 1 tetes (usahakan merata di atas permukaan yang akan ditumbuhkan film). Kemudian reaktor spin coating diputar pada 3000 rpm selama 30 detik. Substrat Si (100) tipe-p yang telah diproses dipanaskan di atas permukaan setrika selama satu jam pada temperatur ±120 o C. Substrat siap diproses langkah selanjutnya yaitu annealing. Annealing adalah proses pemanasan kristal yang mengalami pengerasan untuk mengembalikan kelentukannya [A.Beiser, 1987]. Annealing dilakukan menggunakan furnace model Vulcan TM Proses annealing untuk setiap substrat dilakukan pada temperatur 850 o C, 900 o C dan 950 o C (untuk substrat korning digunakan suhu 400 o C, 450 o C dan 500 o C) sehingga sampel yang didapat sebanyak enam jenis untuk substrat silikon (850 o C 0%, 850 o C 5%, 900 o C 0%, 900 o C 5%, 950 o C 0% dan 950 o C 5%) dan enam sampel untuk substrat korning (400 o C 0%, 400 o C 5%, 450 o C 0%, 450 o C 5%, 500 o C 0% dan 500 o C 5%). Annealing dimulai dari temperatur ruangan dengan kenaikan 1,7 o C/menit sampai didapat temperatur annealing 850 o C, 900 o C dan 950 o C. Penggunaan temperatur annealing 850 o C keatas karena berdasarkan penelitian sebelumnya film tipis BSGT lebih efektif ditumbuhkan pada temperatur annealing tinggi. Kemudian ketika temperatur annealing telah dicapai maka dilakukan penahanan temperatur tersebut selama 15 jam. Tahapan terakhir yaitu penurunan temperatur furnace (furnace cooling) sampai didapat temperatur ruang. Secara garis besar proses annealing diperlihatkan pada Gambar 3.1. Hasil yang didapat dapat dilihat pada Gambar 3.2. BST tipe-n Substrat Si tipe-p Gambar 3.2. Hasil proses penumbuhan film tipis Setelah proses annealing dilakukan pembuatan kontak aluminium dengan menggunakan alat evaporator. Berikut ini gambar film yang telah diberi kontak (gambar 3.3)

17 8 wire (a) Karakterisasi UV-VIS Karakterisasi UV-VIS ini dilakukan untuk mencari nilai bandgap suatu film tipis BST/BSGT. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat spektrofotometer UV-VIS. Perhitungan untuk mencari bandgap digunakan metode plot Tauc. Skema pengukuran lihat di lampiran 2. Karakterisasi I-V Karakterisasi I-V dilakukan untuk melihat karakteristik sifat listrik film tipis BST/BSGT yang dibuat dengan melihat hasil kurva I-V dari alat I-V meter. Skema pengukuran lihat di lampiran 2. HASIL DAN PEMBAHASAN (b) Gambar 3.3. (a) Pemasangan kontak tampak samping (b) Pemasangan kontak tampak muka Karakterisasi Pengukuran Konduktivitas Listrik dan Resistansi Film Tipis BST dan BSGT Pengukuran resistansi dan konduktivitas listrik dilakukan dengan menggunakan alat LCR meter tipe HIOKI LCR HiTESTER. Alat ini memiliki kecepatan pengukuran 5ms sehingga dapat lebih cepat dan efisien dalam melakukan pengukuran [HIOKI, 2001]. Parameter pengukuran yang dapat dilakukan oleh LCR meter adalah Z, Y, θ, Rp (DCR), Rs (ESR, DCR), G, X, B, Cp, Cs, Lp, Ls, D (tan δ), dan Q [HIOKI, 2001]. Dari alat LCR meter ini didapatkan nilai G (konduktansi), untuk mendapatkan nilai konduktivitas listriknya digunakan persamaan 3.1 t G = A σ (3.1) untuk mendapatkan nilai R bisa dilihat langsung di alat LCR meter atau dengan menggunakan persamaan R = (3.2) G Skema pengukurannya dapat dilihat pada lampiran 2. Karakterisasi UV-VIS Karakterisasi UV-VIS ini dilakukan untuk mencari nilai band gap suatu film tipis BST/BSGT. Karakterisasi dilakukan dengan rentang panjang gelombang dari nm. Absorbansi 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,00E+00 2,00E-07 4,00E-07 6,00E-07 8,00E-07 1,00E-06 λ (m) 400oC ; 0% 400oC ; 5% 450oC ; 0% 450oC ; 5% 500oC ; 0% 500oC ; 5% Gambar 4.1 Grafik hubungan panjang gelombang terhadap nilai absorbansi Berdasarkan data yang didapat (gambar 4.1) dapat dilihat bahwa nilai absorbansi maksimum kira-kira terjadi pada panjang gelombang 300 nm. Transmitansi (%) ,00E+00 2,00E-07 4,00E-07 6,00E-07 8,00E-07 1,00E-06 λ (m) 400oC ; 0% 400oC ; 5% 450oC ; 0% 450oC ; 5% 500oC ; 0% 500oC ; 5% Gambar 4.2 Grafik hubungan panjang gelombang terhadap nilai transmitansi Berdasarkan data yang didapat (gambar 4.2) dapat dilihat bahwa nilai transmitansi minimum

18 9 kira-kira terjadi pada panjang gelombang 300 nm. Saat nilai absorbansi rendah (saat tidak maksimum) sekitar 0,2 pada saat panjang gelombangnya nm menunjukkkan elektron tidak dapat menyerap energi pada panjang gelombang tersebut, sehingga energi yang diberikan hanya diteruskan saja. Oleh karena itu, nilai transmitansi pada panjang gelombang tersebut memiliki nilai yang besar, yaitu 60-90%. Nilai absorbansi maksimum atau nilai transmitansi minimum pada 300 nm ini merupakan nilai optimum penyerapan energi oleh elektron sehingga elektron memiliki energi yang cukup untuk melewati bandgap (αhυ) 1/ hυ (ev) Gambar 4.5 Kurva plot touc pada suhu annealing 450 o C dan tanpa pendadah Berdasarkan gambar 4.5, didapatkan nilai band gap (E g ) dari BST dengan suhu annealing 450 o C dan tanpa pendadah adalah sebesar 3,25 ev. (αhυ) 1/ hυ (ev) Gambar 4.3 Kurva plot touc pada suhu annealing 400 o C dan tanpa pendadah Berdasarkan gambar 4.3, didapatkan nilai band gap (E g ) dari BST dengan suhu annealing 400 o C dan tanpa pendadah adalah sebesar 2,59 ev. ( α h υ ) 1/ hυ (ev) Gambar 4.4 Kurva plot touc pada suhu annealing 400 o C dengan pendadah 5% Berdasarkan gambar 4.4, didapatkan nilai band gap (E g ) dari BST dengan suhu annealing 400 o C dengan pendadah 5% adalah sebesar 3,38 ev. (αhυ) 1/ hυ (ev) Gambar 4.6 Kurva plot touc pada suhu annealing 450 o C dengan pendadah 5% Berdasarkan gambar 4.6, didapatkan nilai band gap (E g ) dari BST dengan suhu annealing 450 o C dengan pendadah 5% adalah sebesar 3,43 ev. (αhυ) 1/ hυ (ev) Gambar 4.7 Kurva plot touc pada suhu annealing 500 o C dan tanpa pendadah Berdasarkan gambar 4.7, didapatkan nilai band gap (E g ) dari BST dengan suhu annealing 500 o C dan tanpa pendadah adalah sebesar 3,32 ev.

19 10 (αhυ) 1/ hυ (ev) terlebih dahulu sehingga seolah-olah menyebabkan energi band gap yang diperlukan semakin besar. Peningkatan suhu juga akan memperbesar band gap. Peningkatan band gap ini kemungkinan karena suhu annealing yang digunakan masih dalam tahap pembentukan kristal, sehingga kristal yang terbentuk belum sempurna. Gambar 4.8 Kurva plot touc pada suhu annealing 500 o C dengan pendadah 5% Berdasarkan gambar 4.8, didapatkan nilai band gap (E g ) dari BST dengan suhu annealing 500 o C dengan pendadah 5% adalah sebesar 3,43 ev. Berdasarkan nilai band gap yang telah didapat dapat dibuat tabel 4.1. Tabel 4.1 Tabel pengaruh suhu dan persen pendadah terhadap nilai band gap Bandgap (ev) Suhu ( o C) 0% 5% 400 2,59 3, ,25 3, ,32 3,43 Sehingga dapat digambarkan dengan grafik (gambar 4.9) Konduktivitas Listrik dan Resistansi Film Tipis BST dan BSGT Pengukuran nilai resistansi dan konduktivitas listrik pada penelitian dilakukan dalam tiga kondisi yang berbeda, yaitu gelap (0 Watt), dengan lampu 25 Watt dan dengan lampu 100 Watt. Pengukuran dilakukan pada temperatur ruang 27 o C. Hasilnya ditunjukkan oleh tabel 4.2, tabel 4.3, gambar 4.10, dan gambar Tabel 4.2 Tabel pengaruh konduktivitas listrik terhadap daya lampu, suhu annealing dan persen pendadah. Konduktivitas Listrik (S/m) Suhu ; % 0 Watt 25 Watt 100 Watt 850 o C ; 0% 3.09x x x o C ; 5% 2.71x x x o C ; 0% 2.49x x x o C ; 5% 9.76x x x o C ; 0% 1.24x x x o C ; 5% 6.18x x x10-7 Bandgap (ev) % 5% Tabel 4.3 Tabel pengaruh resistansi terhadap daya lampu, suhu annealing dan persen pendadah Suhu Annealing ( o C) Gambar 4.9 Grafik band gap terhadap suhu annealing. Berdasarkan grafik di atas dapat dinyatakan bahwa band gap meningkat seiring dengan semakin banyaknya pendadah dan semakin besarnya suhu. Hal ini terjadi karena pendadah yang dilakukan pada penelitian ini merupakan pendadah tipe-p yang akan membuat energi akseptor (E a ) didalam celah energi (band gap), dekat diatas tepi pita valensi sehingga elektron yang ada di pita konduksi akan mampir terlebih dahulu ke energi akseptor (E a ) yang selanjutnya akan menuju pita valensi. Karena elektron singgah di energi akseptor Resistansi (Ω) Suhu ; % 0 Watt 25 Watt 100 Watt 850 o C ; 0% 5.49x x x o C ; 5% 6.27x x x o C ; 0% 6.82 x x x o C ; 5% 1.74 x x x o C ; 0% 1.37 x x x o C ; 5% 2.75 x x x10 6

20 11 Konduktivitas (S/m) 6.00E E E E E E E Daya Lampu (Watt) 850oC; 0% 850oC; 5% 900oC; 0% 900oC; 5% 950oC; 0% 950oC; 5% Gambar 4.10 Grafik konduktivitas listrik terhadap daya lampu Resistansi (Ω) 1.60E E E E E E oC; 0% 850oC; 5% 900oC; 0% 900oC; 5% 950oC; 0% 950oC; 5% Pengaruh doping terhadap konduktivitas listrik film tipis yaitu ketika diberi doping akan mengakibatkan konduktivitas listrik menurun saat suhu annealing 850 o C dan konduktivitas listrik meningkat pada suhu annealing 900 o C dan 950 o C. Penurunan konduktivitas listrik saat suhu annealing 850 o C terjadi karena kondisi 850 o C tanpa pendadah merupakan kondisi yang paling baik sehingga ketika diberi gangguan berupa pendadah mengakibatkan konduktivitas listriknya menurun. Peningkatan konduktivitas listrik saat suhu annealing 900 o C dan 950 o C terjadi karena pada kondisi ini ketika belum diberi pendadah nilai konduktivitas listriknya belum terlalu baik sehingga ketika diberi pendadah akan meningkatkan konduktivitas listrik film tipis tersebut. Nilai konduktivitas listrik yang didapatkan mempunyai orde antara S/m, hal ini dapat dikatakan bahwa film tipis yang dibuat bersifat sebagai semikonduktor. Karakterisasi I -V (Arus - Tegangan) Karakterisasi I-V dilakukan dengan menggunakan I-V meter dengan dua perlakuan: (1) kondisi terang (dengan menggunakan dua buah lampu dengan daya masing-masing 40 watt dan 20 watt), (2) kondisi gelap (sampel ditutup dengan kotak hitam). Hasilnya akan dibandingkan antara kurva I-V dalam kondisi terang dan dalam kondisi gelap. Berikut merupakan data yang didapatkan : 4.00E E E E Daya Lampu (Watt) Gambar 4.11 Grafik resistansi terhadap daya lampu Arus (A) V knee= 1.4 V V knee= 1.3 V Tegangan (V) Gelap Terang Berdasarkan data diatas semakin besar daya lampu semakin meningkatkan nilai konduktivitas listrik dan semakin memperkecil nilai resistansi. Hal ini dikarenakan ketika semakin besar daya lampu yang digunakan untuk menyinari persambungan p-n antara film tipis BST dengan Si tipe-p akan mengakibatkan semakin bayak elektron yang terdapat pada pita valensi menuju ke pita konduksi sehingga dengan semakin banyaknya elektron pada pita konduksi akan menyebabkan konduktivitas listrik semakin besar dan sebaliknya resistansi akan semakin kecil. Gambar 4.12 Kurva I-V pada suhu annealing 850 o C dan tanpa pendadah Arus (A) 3.00E E E E E E E E E-07 V knee=1.5 V -6.00E E-07 V knee=1.7 V Tegangan (V) Gelap Terang Gambar 4.13 Kurva I-V pada suhu annealing 850 o C dengan pendadah 5%

21 12 Arus (A) V knee=1.8 V Tegangan (V) V knee=1.9 V Gelap Terang Gambar 4.14 Kurva I-V pada suhu annealing 900 o C dan tanpa pendadah Arus (A) 1.40E E E E E-07 Gelap 4.00E-07 Terang 2.00E E E E-07 V knee=3.0 V Tegangan (V) V knee=3.4 V Gambar 4.15 Kurva I-V pada suhu annealing 900 o C dengan pendadah 5% Arus (A) 2.50E E E E E E E E E-07 Vknee= 1.5 V -2.00E E-07 Vknee= 1.7 V Tegangan (V) Gelap Terang Gambar 4.16 Kurva I-V pada suhu annealing 950 o C dan tanpa pendadah Arus (A) Tegangan (V) V knee=1.6 V V knee=1.7 V Gelap Terang Gambar 4.17 Kurva I-V pada suhu annealing 950 o C dengan pendadah 5% Data yang didapat, yaitu : a. Pada suhu 850 o C tanpa pendadah tegangan knee pada kondisi gelap sebesar 1.4 V dan kondisi terang sebesar 1.3 V. b. Pada suhu 850 o C dengan pendadah 5% tegangan knee pada kondisi gelap sebesar 1.5 V dan kondisi terang sebesar 1.7 V. c. Pada suhu 900 o C tanpa pendadah tegangan knee pada kondisi gelap sebesar 1.8 V dan kondisi terang sebesar 1.9 V. d. Pada suhu 900 o C dengan pendadah 5% tegangan knee pada kondisi gelap sebesar 3.0 V dan kondisi terang sebesar 3.4 V. e. Pada suhu 950 o C tanpa pendadah tegangan knee pada kondisi gelap sebesar 1.5 V dan kondisi terang sebesar 1.7 V. f. Pada suhu 950 o C dengan pendadah 5% tegangan knee pada kondisi gelap sebesar 1.6V dan kondisi terang sebesar 1.7V. Berdasarkan data yang didapat, dapat ternyata berbentuk kurvanya seperti kurva dioda dan ada perubahan tegangan knee ketika dalam kondisi terang dan gelap. Karena adanya perubahan nilai ini, maka film BST dan BSGT yang dibuat ini memiliki sifat fotodioda. Perbedaan kondisi terang dan gelap mempengaruhi besar tegangan knee dari masing-masing sampel. Ketika terang, hampir disemua sampel memiliki tegangan knee yang lebih besar daripada pada kondisi gelap. Hal ini kemungkinan terjadi karena fotodioda adalah suatu alat yang dibuat untuk berfungsi paling baik berdasarkan kepekaan terhadap cahaya sehingga cahaya yang datang menghasilkan elektron dan hole. Makin kuat cahayanya makin banyak pembawa minoritas dan makin besar arus baliknya. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Telah berhasil ditumbuhkan film tipis Ba 0,75 Sr 0,25 TiO 3 (BST) murni dan BST yang didadah galium (BSGT) di atas substrat Si tipe-p dengan menggunakan metode chemical solution deposition (CSD). Film tipis BST dan BSGT merupakan bahan semikonduktor karena mempunyai nilai konduktivitas listrik antara S/m dan bandgap sebesar 2,59-3,43 ev. Konduktivitas listrik film tipis akan semakin besar apabila intensitas penerangan lampu semakin tinggi. Film tipis Ba 0,75 Sr 0,25 TiO 3 (BST) dan BSGT yang telah ditumbuhi di atas Si tipe-p dapat berfungsi sebagai fotodioda.

22 13 Saran Diharapkan pada penelitian selanjutnya agar lebih diperhatikan saat pemasangan indium diatas kontak agar dalam proses pengukuran sifat listrk lebih stabil nilai keluarannya dan dalam pengukuran sifat optiknya sebaiknya gunakan lampu dengan panjang gelombang 300 nm sesuai dengan nilai panjang gelombang optimum yang didapatkan. DAFTAR PUSTAKA A. Beiser. Konsep Fisika Modern. Erlangga, (1992). A. Gahr and D. Koppenkastrop. UV/VIS Measurement of Load, Sludge Characterictics and Toxicity. STIP Isco GmbH, Groß-Umstadt, Siemenstrasse 2, Germany. A. P. Malvino. Prinsip Elektronika. Jakarta, Salemba Teknika, (2003). Azizahwati. Studi Morfologi Permukaan Film Tipis Pb 0, 525 Zr 0,475 TiO 3 yang Ditumbuhkan dengan Metode DC Unbalanced Magnetron Sputtering. Universitas Riau, 5 (1), (2002). B. G. Yacobi. Semiconductor Materials: An Introduction to Basic Principles. University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada, (2003). C. Kugeler and R.Wiedenbruck. Integration of Ferroelectric Thin Films into Silicon Based Microsystems, (2006). HIOKI, / LCR HiTESTER. Componenet Measuring Instrument, (2001). ty. ivity?cat=technology. Irzaman, Y.Darvina, A Fuad, P.Arifin, M.Budiman and M Barmawi. Physical and Pyroelectric properties of Tantalum-oxide doped lead Zirconium titanate [Pb 0,995 O(Zr 0,525 Ti 0,465 Ta 0,010 )O 3 ] Thin Film and Their Application for IR Sensor, phys, stat, sol (a), 199, no ,9 (2003). J. L. Wilson, Y. W. Kang, A. Fathy. Investigation of Using Ferrolectric Materials in High Power Fast RF Phase Shifters for RF Vector Modulation. Edinburg, Scotland, (2006). L. B. Kong, L. Yan, K. B. Chong, C. Y. Tan, L. F. Chen and C. K. Ong. Pulsed Laser Deposition of LaAlO 3 Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 Thin Films for Tunable Device Applications. Temasek Laboratories, National University of Singapore, M. A. Omar. Elementary Solid States Physics; Principles and Applications. Addison- Wesley publishing Company, Reading, Massachusetts, (1974). M. M. Grady, A. Morlok, C. D. Fernandes, and D. Johnson. Spectroscopy of Stardust from 200nm to 16μm (with a Gap in the Middle). Planetary and Space Sciences Research Institute, The Open University, Walton Hall, MK7 6AA, UK, (2006). Munasir. Semikonduktor. Bagian Proyek Pengembangan Kurikulum, Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menegah, Departemen Pendidikan Nasional, (2004). N. V. Giridharan, R. Jayavel, and P. Ramasamy. Structural, Morphological and Electrical Studies on Barium Strontium Titanate Thin Films Prepared by Sol-Gel Technique. Crystal Growth Centre, Anna University, Chennai, India, 36 (1), (2001). R. W. Schwartz. Chemical Solution Deposition of Perovskite Thin Films. Department of Ceramic and Materials Engineering, Clemson University, Clemson, South Carolina , 9 (11), (1997). S. M. Sze. Physics of Semiconductor Devices, John Wiley & Sons Inc, United States of America, (2007). Yoon, S.G. and Safari, A. Thin Solid Films. 254, 211 (1995).

23 14 Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian Barium asetat [Ba(CH 3 COO) 2, 99%] Stronsium asetat [Sr(CH 3 COO) 2, 99%] 2-metoksietanol [H 3 COOCH 2 CH 2 OH, 99%] Titanium isopropoksida [Ti(C 12 O 4 H 28 ), 99.99%] Direaksikan (dikocok) Galium Oksida (Ga 2 O 3 ), 5% BST BSGT 5% Dipanaskan Disaring Precursor BST Precursor BSGT 5% Spin Coating Annealing Film tipis BST Film tipis BGST 5% Buat Kontak Al Kurva I-V Karakterisasi UV-VIS untuk mencari Bandgap Konduktivitas listrik dan Resistansi Dengan LCR Meter

24 15 Lampiran 2 Skema Pengukuran 1. Karakterisasi UV-VIS Alat yang digunakan : GENESYS 10 UV-Visible spectrophotometers. Skema Pengukuran : Posisi Sampel yang dibuat Cara pegukuran : 1. Hidupkan alat spektrofotometer UV-VIS 2. Pasang sampel yang telah dibuat pada posisi yang ditunjukkan oleh gambar di atas 3. Set konfigurasi alat (alat ini hanya dapat digunakan untuk panjang gelombang nm). Gunakan konfigurasi untuk pengukuran nilai absorbansi. Atur dengan range pengukuran kelipatan 2nm dari 100nm yang diinginkan. Misalnya kita akan mencari kurva absorbansi dari nm dengan rentang 2nm, maka nanti data yang didapat adalah data saat panjang gelombang 200, 202, 204, 300nm. 4. Catat hasil yang didapat dan lanjutkan ke 100nm panjang gelombang berikutnya

25 16 2. Karakterisasi Konduktivitas Listrik Alat yang digunakan : LCR meter tipe HIOKI LCR HiTESTER Skema Pengukuran : Cara Pengukuran : 1. Hidupkan alat LCR meter 2. Sambungkan kabel ke kaki 1-3, 1-4, 2-3 dan Catat hasil yang tampak pada monitor LCR meter (cari nilai yang terbaik diantara empat kombinasi sambungan kabel)

26 17 3. Karakterisasi I-V Alat yang digunakan : Keithley's SourceMeter family model 2400 Skema pengukuran : Cara pengukuran : 1. Hubungkan alat I-V meter dengan komputer. 2. Hidupkan komputer dan I-V meter. 3. Buka software dari komputer untuk membaca data dari I-V meter 4. Sambungkan kabel pada I-V meter ke kaki 1-3, 1-4, 2-3 dan 2-4 sampel 5. Atur konfigurasi pada software untuk pengukuran I-V 6. Lihat hasilnya (perhitungan dilakukan dalam dua kondisi, yaitu kondisi gelap dan terang) dan amati perbedaaan pada kondisi terang dan gelap 7. Simpan datanya.