SIFAT KRISTAL DAN SIFAT LISTRIK FILM LITIUM TANTALAT SILIKAT (LiTaSiO 5 ) TERHADAP VARIASI SUHU SERTA WAKTU ANNEALING YULIYAN NURUL HIKMAH

Transkripsi

1 SIFAT KRISTAL DAN SIFAT LISTRIK FILM LITIUM TANTALAT SILIKAT (LiTaSiO 5 ) TERHADAP VARIASI SUHU SERTA WAKTU ANNEALING YULIYAN NURUL HIKMAH DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013

2 ABSTRAK YULIYAN NURUL HIKMAH. Sifat Kristal dan Sifat Listrik Film Litium Tantalat Silikat (LiTaSiO 5 ) terhadap Variasi Suhu serta Waktu Annealing. Dibimbing oleh Dr. Ir. IRZAMAN, M.Si. Telah diteliti sifat kristal dan sifat listrik film litium tantalat silikat (LiTaSiO 5 ) terhadap variasi suhu serta waktu annealing. Hasil karakterisasi XRD film pada suhu annealing 850 o C, 900 o C selama 8 jam dan 15 jam menunjukkan adanya perubahan struktur kristal litium tantalat (LiTaO 3 ) rhombohedral menjadi LiTaSiO 5 monoclinic. Hasil karakterisasi konduktivitas listrik menunjukkan bahwa film LiTaSiO 5 adalah material semikonduktor dilihat dari nilai konduktivitas listrik yang diperoleh berkisar antara (10-7 sampai 10-5 ) S/cm. Hasil karakterisasi konstanta dielektrik diperoleh nilai konstanta dielektrik LiTaSiO 5 berkisar antara 1,99 sampai 36,74. Hasil karakterisasi menunjukkan pada suhu 850 C dan 900 C selama waktu annealing 8 jam menghasilkan film LiTaSiO 5 yang lebih baik karena memiliki derajat kristalinitas, nilai konduktivitas listrik dan konstanta dielektrik yang lebih tinggi dibandingkan dengan waktu annealing 15 jam. Kata Kunci : Litium tantalat silikat, annealing, struktur kristal, konduktivitas listrik, konstanta dielektrik.

3 SIFAT KRISTAL DAN SIFAT LISTRIK FILM LITIUM TANTALAT SILIKAT (LiTaSiO 5 ) TERHADAP VARIASI SUHU SERTA WAKTU ANNEALING YULIYAN NURUL HIKMAH Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013

4 LEMBAR PENGESAHAN Judul : Sifat Kristal dan Sifat Listrik Film Litium Tantalat Silikat (LiTaSiO 5 ) terhadap Variasi Suhu serta Waktu Annealing Nama : Yuliyan Nurul Hikmah NRP : G Disetujui, Dr. Ir. Irzaman, M.Si Pembimbing Diketahui, Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si Ketua Departemen Fisika Tanggal Lulus:

5 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Ciamis, Jawa Barat pada tanggal 26 Juli 1990 dari pasangan Muhammad Zenal Purqon dan Iis Ratnanengsih. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studi di SDN Dadiharja II selama enam tahun kemudian melanjutkan ke SLTPN 3 Rancah selama tiga tahun dan melanjutkan pendidikan selama tiga tahun di SMAN 2 Ciamis. Penulis juga kemudian melanjutkan pendidikan sarjana strata satu di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Selama mengikuti perkuliahan, penulis merupakan anggota Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) sebagai staf ilmu dan teknologi periode selain itu ikut serta dalam kepanitian pesta sains pada tahun 2010.

6 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, karunia dan hidayah-nya kepada saya sebagai penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Sifat Kristal dan Sifat Listrik Film Litium Tantalat Silikat (LiTaSiO 5 ) terhadap Variasi Suhu serta Waktu Annealing. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains program sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang terlibat dalam melakukan penelitian ini, terutama kepada 1. Bapak dan Mamah tercinta atas doa, semangat dan dukungannya. 2. Adikku (Putri Mustikal Hikmah) tersayang atas canda tawa dan bantuannya. 3. Bapak Dr. Irzaman sebagai pembimbing skripsi yang selalu memberikan motivasi dan semangat untuk menyelesaikan penelitian ini serta menyempatkan waktunya untuk berdiskusi dalam penyusunan skripsi ini. 4. Bapak Abdul Djamil H, M.Si dan Ibu Mersi Kurniati, M.Si sebagai penguji atas saran dan masukannya. 5. Bapak Ir. Hanedi Darmasetiawan, M.S selaku Dosen Editor atas bantuannya menyelesaikan skripsi ini. 6. Bapak Firman (TU Fisika) atas semua bantuannya. 7. Teman seperjuangan Fisika 45 atas segala bantuan, semangat dan kebersamaannya selama di IPB. 8. Kak Yuli Astuti, kak Haqqi Gusra, Hezti Wiranata, Mulyana yang selalu memberikan nasehat, bantuan dan semangat kepada penulis. 9. Aa untuk semua bantuan yang telah banyak diberikan. 10. Teman2 kost Wisma Rahayu : Rini Maedianengsih, Sri Hadianti, Kak Tanti dan Kak Nurul atas semua kebersamaan dan canda tawanya. 11. Bapak Didik atas bantuannya di Balai Penelitian Kehutanan. 12. Kepada rekan-rekan Fisika beserta civitas akademika Fisika lainnya yang telah banyak membantu penulis selama ini. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat untuk kita semua. Keterbatasan manusia membuat penulis merasa perlu kritik dan saran yang membangun bagi kemajuan aplikasi material yang dikembangkan ini. Bogor, Maret 2013 Penulis

7 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... viii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Perumusan Masalah Hipotesis... 1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Substrat Silikon (Si) Litium Tantalat (LiTaO 3 ) P-N Junction Metode Chemical Solution Deposition (CSD) Proses Annealing X-ray Diffraction (XRD) Konduktivitas Listrik Kapasitor dan Konstanta Dielektrik... 4 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Prosedur Penelitian Persiapan substrat Si tipe-p Pembuatan larutan LiTaO 3 1M Penumbuhan film LiTaO Proses annealing Perhitungan ketebalan film LiTaO Pembuatan kontak pada film LiTaO Karakterisasi film LiTaSiO Karakterisasi XRD Karakterisasi konduktivitas listrik Karakterisasi konstanta dielektrik... 6 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi XRD Karakterisasi Konduktivitas Listrik Karakterisasi Konstanta Dielektrik BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi

8 Tabel 3.1 Tabel 4.1 Tabel 4.2 DAFTAR TABEL Halaman Empat Puluh enam sampel film LiTaO 3 setelah proses annealing... 7 Parameter kisi LiTaO 3 setelah proses annealing pada suhu 850 C, 900 C selama 8 jam dan 15 jam... 8 Parameter kisi LiTaSiO 5 setelah proses annealing pada suhu 850 C, 900 C selama 8 jam dan 15 jam... 8 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Struktur kristal rhombohedral... 3 Gambar 2.2 Struktur kristal monoclinic... 3 Gambar 2.3 Diagram meja rotasi, sumber sinar-x, dan detektor pada XRD Gambar 2.4 Spektrum konduktivitas listrik dan resistivitas... 4 Gambar 2.5 Kapasitor keping sejajar... 5 Gambar 3.1 Proses penumbuhan film LiTaO Gambar 3.2 Proses annealing... 6 Gambar 3.3 Film LiTaO 3 tampak samping... 6 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO 5 pada suhu annealing 850 C selama 8 jam... 7 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO 5 pada suhu annealing 850 C selama 15 jam... 7 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO 5 pada suhu annealing 900 C selama 8 jam... 7 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO 5 pada suhu annealing 900 C selama 15 jam... 8 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO 5 pada suhu annealing 850 o C, 900 o C selama 8 jam dan 15 jam... 8 Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap konduktivitas listrik film LiTaSiO 5 pada frekuensi 10 khz Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap konduktivitas listrik film LiTaSiO 5 pada frekuensi 50 khz... 9 Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap konduktivitas listrik film LiTaSiO 5 pada frekuensi 100 khz Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap konstanta dielektrik film LiTaSiO 5 pada frekuensi 10 khz Gambar 4.10 Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap konstanta dielektrik film LiTaSiO 5 pada frekuensi 50 khz Gambar 4.11 Hubungan waktu annealing dan suhu annealing terhadap konstanta dielektrik film LiTaSiO 5 pada frekuensi 100 khz vii

9 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Diagram alir penelitian Lampiran 2 Perhitungan ketebalan film LiTaO Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi LiTaO Lampiran 4 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO Lampiran 5 Data konduktivitas listrik film LiTaSiO Lampiran 6 Data konstanta dielektrik film LiTaSiO viii

10 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Seiring dengan perkembangan zaman, ilmu pengetahuan dan teknologi semakin berkembang. Salah satu ilmu untuk mengembangkan dunia teknologi adalah ilmu fisika diantaranya fisika material. Fisika material mengkaji sifat-sifat dan struktur material. Sifat suatu material ferroelectric dimanfaatkan untuk kebutuhan perangkat elektronika. Peranan bahan ferroelectric LiTaO 3 sangat menarik untuk diteliti karena dalam penerapannya dapat digunakan sebagai sel surya. LiTaO 3 merupakan objek yang diteliti secara intensif selama beberapa tahun terakhir karena memiliki sifat yang unik. LiTaO 3 bersifat ferroelectric pada suhu kamar. Dari beberapa hasil kajian, LiTaO 3 merupakan material optik, optoelectric serta piezoelectric yang penting karena bahan LiTaO 3 memiliki kemampuan untuk merubah fase dari ferroelectric menjadi paraelectric. LiTaO 3 memiliki konstanta dielektrik yang tinggi serta kapasitas penyimpan muatan yang tinggi juga. 1 Selain itu LiTaO 3 merupakan kristal non-hygroskopis yang tidak mudah rusak sifat optiknya, sifat ini yang menjadikan bahan LiTaO 3 unggul dari bahan lainnya. Penumbuhan film LiTaO 3 dibuat menggunakan metode chemical solution deposition (CSD). Keunggulan teknik ini adalah dapat mengontrol stoikiometri film dengan kualitas yang baik, prosedur yang mudah dan membutuhkan biaya yang relatif murah. 2,3 Substrat yang digunakan dalam penumbuhan film LiTaO 3 ini adalah substrat silikon tipe-p. Pada penelitian dilakukan uji sifat kristal pada suhu annealing 850 C, 900 C selama 8 jam dan 15 jam serta uji sifat listrik pada suhu annealing 800 C, 850 C, 900 C selama 1 jam, 8 jam, 15 jam dan 22 jam. 1.2 Tujuan Penelitian 1. Membuktikan terjadinya perubahan struktur kristal LiTaO 3 (rhombohedral) menjadi LiTaSiO 5 (monoclinic) pada suhu annealing 850 C, 900 C selama 8 jam dan 15 jam dengan karakterisasi XRD (X-ray diffraction). 2. Menguji konduktivitas listrik film LiTaSiO Menghitung nilai konstanta dielektrik film LiTaSiO Perumusan Masalah 1. Apakah terjadi perubahan struktur kristal LiTaO 3 (rhombohedral) menjadi LiTaSiO 5 (monoclinic) pada suhu annealing 850 C, 900 C selama 8 jam dan 15 jam? 2. Bagaimana konduktivitas listrik film LiTaSiO 5? 3. Bagaimana konstanta dielektrik film LiTaSiO 5? 1.4 Hipotesis 1. Terjadi perubahan struktur kristal LiTaO 3 (rhombohedral) menjadi LiTaSiO 5 (monoclinic) pada suhu annealing 850 C, 900 C selama 8 jam dan 15 jam. 2. LiTaSiO 5 merupakan material semikonduktor. 3. Nilai konduktivitas listrik dan konstanta dielektrik film LiTaSiO 5 akan berbeda berdasarkan suhu annealing dan waktu annealingnya. BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Substrat Silikon (Si) Silikon adalah suatu unsur kimia yang memiliki lambang Si dan nomor atom 14. Si merupakan unsur terbanyak kedua di bumi dan unsur dari golongan IV A dalam sistem periodik unsur-unsur. Sebagian besar unsur bebas Si tidak ditemukan di alam. Oleh karena itu Si dihasilkan dengan mereduksi kuarsa dan pasir dengan karbon yang berkualitas tinggi. Silikon untuk penggunaan semikonduktor dimurnikan lebih lanjut dengan metode pelelehan berzona kristal czochralski. Kristal Si ini memiliki kilap logam dan mengkristal dengan struktur intan. 4 Silikon adalah semikonduktor pengganti germanium. Sebuah atom Si terisolasi mempunyai 14 proton dan 14 elektron. 5 Setiap atom Si mempunyai empat buah elektron valensi. Atom Si menempati kisi-kisi dalam kristal. Setiap atom Si terikat dengan empat buah atom Si lain membentuk ikatan kovalen. Kristal Si merupakan semikonduktor intrinsik, yaitu semikonduktor murni yang belum dicampur atau dikotori dengan atom lain. Pada suhu 0 K, kristal Si bersifat sebagai isolator karena memiliki pita konduksi yang kosong. Namun ketika dipanaskan elektron mendapat energi, hal ini mengakibatkan adanya perpindahan elektron ke pita konduksi sehingga dapat bersifat sebagai konduktor. 6

11 2 2.2 Litium Tantalat (LiTaO 3 ) Litium tantalat (LiTaO 3 ) merupakan suatu bahan yang memiliki keunikan dari segi sifat pyroelectric dan piezoelectric yang terpadu dengan stabilitas mekanik dan kimia yang baik. Oleh karena itu LiTaO 3 sering digunakan untuk beberapa aplikasi misalnya modulator electro-optical dan detektor pyroelectric. LiTaO 3 merupakan kristal non-hygroskopis, tidak berwarna, larut dalam air, memiliki tingkat transmisi yang tinggi dan tidak mudah rusak sifat optiknya. LiTaO 3 merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi serta kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi. 7 Pembuatan LiTaO 3 menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam waktu relatif singkat. LiTaO 3 merupakan campuran hasil reaksi antara Litium asetat [(LiO 2 C 2 H 3 ), 99,9%] dan Tantalum oksida [(Ta 2 O 5 ), 99,9%]. Berikut ini persamaan reaksi menghasilkan LiTaO 3 : 2 LiO 2 C 2 H 3 + Ta 2 O 5 + 4O 2 2 LiTaO H 2 O + 4 CO 2 LiTaO 3 merupakan kristal ferroelectric yang mengalami proses suhu currie tinggi sebesar (601±5,5) o C. Massa jenis LiTaO 3 sebesar 7,45 g/cm 3 yang digunakan untuk menghitung ketebalan film. 8 LiTaO 3 merupakan objek yang diteliti secara intensif selama beberapa tahun terakhir karena memiliki sifat yang unik. Berdasarkan penelitian, bahan LiTaO 3 merupakan semikonduktor tipe-n karena konsentrasi elektron yang dimiliki oleh material LiTaO 3 tersebut lebih banyak dibandingkan dengan konsentrasi hole-nya. 2.3 P-N Junction Cara kerja sebagian besar piranti semikonduktor berlandaskan pada sifat sambungan antara bahan tipe-n dan tipe-p. Sambungan seperti itu dapat dibuat dengan beberapa cara, misalnya pendifusian ketidakmurnian dalam bentuk uap ke dalam wafer semikonduktor. Sifat penting sambungan semikonduktor p-n adalah arus listrik dapat melewatinya lebih mudah pada suatu arah tertentu daripada arah yang berlawanan dengan arah itu. Bahan semikonduktor tipe-p terdiri atas unsur-unsur dalam golongan IVA pada sistem periodik seperti Si. Bahan semikonduktor tipe-n terdiri atas unsur-unsur dalam golongan V dan golongan III pada sistem periodik. 6 P-N junction adalah daerah pertemuan yang terjadi apabila semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n dipertemukan. Nama lain untuk persambungan semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n yang membentuk kristal adalah dioda. 9 Dioda adalah suatu komponen elektronik yang dapat melewatkan arus pada satu arah saja. Dioda memegang peranan penting dalam elektronika, antara lain untuk menghasilkan tegangan searah dari tegangan bolak-balik, untuk membuat berbagai bentuk gelombang isyarat, untuk mengatur tegangan searah agar tidak berubah dengan beban maupun dengan perubahan tegangan, untuk saklar elektronik, LED, laser semikonduktor Metode Chemical Solution Deposition (CSD) Metode chemical solution deposition (CSD) adalah salah satu metode pembuatan film dengan menggunakan larutan yang diletakkan di permukaan substrat kemudian diputar dengan kecepatan tertentu menggunakan alat spin coating. Proses spin coating dapat dipahami dengan perilaku aliran larutan pada piringan substrat yang berputar. Metode CSD memiliki kontrol stoikiometri yang baik, mudah dalam pembuatannya serta sintesisnya terjadi pada suhu rendah. 10 Kelajuan spin coater merupakan salah satu faktor yang dapat mempengaruhi keluaran film yang dihasilkan oleh metode spin coating. Perbedaan laju spin coater ± 50 rpm dapat menyebabkan perbedaan ketebalan film yang dihasilkan dari proses tersebut sekitar ± 10 %. Selain kelajuan spin coater terdapat beberapa parameter lagi yang menjadi faktor yang dapat mempengaruhi sifat film diantaranya adalah waktu spinning. Pemberian waktu spin lebih lama dapat mengakibatkan film yang dihasilkan semakin tipis untuk molaritas gel yang sama. Tebal tipisnya suatu film yang ditumbuhkan biasanya dipengaruhi oleh laju putaran spin coater, material untuk membuat film, substrat serta waktu putaran yang diberikan Proses Annealing Proses annealing merupakan suatu proses pemanasan yang diberikan kepada material dengan menaikkan suhunya dalam rentang waktu yang panjang sehingga mencapai suhu rekristalisasi kemudian menurunkannya secara perlahan hingga suhu pada tungku anneal mencapai suhu ruang. Biasanya proses annealing digunakan untuk mengurangi tekanan, meningkatkan kehalusan butir, meningkatkan kehomogenan butir, meningkatkan kekerasan dan menciptakan suatu struktur mikro yang

12 3 spesifik. 12,13 Tahapan dari proses annealing ini dimulai dengan memanaskan material sampai suhu yang diinginkan, menahan pada suhu tersebut selama beberapa waktu tertentu agar tercapai perubahan yang diinginkan kemudian mendinginkan material tadi dengan laju pendinginan yang cukup lambat hingga suhu kamar. Proses annealing pada suhu yang berbeda akan menghasilkan karakterisasi film yang berbeda dalam hal struktur kristal, ukuran butir dan ketebalan. Proses annealing yang diberikan pada suatu film mengakibatkan energi atom-atom penyusun film berikatan antara satu atom dengan atom lainnya. Efek proses annealing tersebut adalah orientasi kristal yang dimiliki oleh suatu film akan menjadi lebih teratur dibanding dengan film yang tidak dilakukan proses annealing. 2.6 X-ray Diffraction (XRD) Struktur kristal dipelajari menggunakan metode X-ray diffraction (XRD). Orde panjang gelombang sinar-x hampir sama dengan jarak antar atom pada kristal, maka sinar-x dapat didifraksi oleh kristal. Pola difraksi sinar-x muncul akibat hamburan atom-atom yang terletak pada bidang hkl dalam kristal dan pola intensitas difraksi mengandung informasi penting mengenai struktur kristalografi suatu bahan. 14 Metode karakterisasi dengan XRD didasari sifat difraksi sinar-x yang dijelaskan dalam hukum Bragg. Cahaya pada panjang gelombang (λ) (Cu = 1,50546 Å) dihamburkan saat melewati kisi kristal dengan sudut datang (θ) dan jarak antar bidang sebesar (d). Metode difraksi sinar-x adalah salah satu cara untuk mempelajari keteraturan atom atau molekul dalam suatu struktur tertentu. Jika struktur atom atau molekul tertata secara teratur membentuk kisi, maka radiasi elektromagnetik pada kondisi eksperimen tertentu akan mengalami penguatan. Pengetahuan tentang kondisi eksperimen itu dapat memberikan informasi yang sangat penting tentang penataan atom atau molekul dalam suatu struktur. Sinar-X dapat terbentuk bilamana suatu logam sasaran ditembaki dengan berkas elektron berenergi tinggi. Dalam eksperimen digunakan sinar-x yang monokromatis. Kristal akan memberikan hamburan yang kuat jika arah bidang kristal terhadap berkas sinar-x (sudut) memenuhi persamaan (2.6.1): 2d sin = nλ (2.6.1) Keterangan: d jarak antar bidang dalam kristal (cm), sudut difraksi ( ), n orde (0,1,2,3,...) dan panjang gelombang (Cu = 1,50546 Å). 15 Berdasarkan teori difraksi, sudut difraksi untuk data yang diperoleh dari metode karakteristik XRD bergantung kepada lebar celah kisi sehingga mempengaruhi pola difraksi. Intensitas cahaya difraksi bergantung dari berapa banyak kisi kristal yang memiliki orientasi yang sama. Metode ini dapat digunakan untuk menentukan struktur kristal, parameter kisi, derajat kristalinitas dan fase yang terdapat dalam suatu sampel. Untuk mencari parameter kisi dapat menggunakan metode cohen. Metode ini sangat akurat karena kesalahan sistematis tereliminasi oleh pemilihan fungsi ekstrapolasi yang tepat dan kesalahan acak dikurangi dengan metode kuadrat terkecil. 14 Gambar 2.1 dan Gambar 2.2 masing-masing menunjukkan struktur kristal rhombohedral dan monoclinic. Gambar 2.1 Struktur kristal rhombohedral Gambar 2.2 Struktur kristal monoclinic Gambar 2. 3 Diagram meja rotasi, sumber sinar-x dan detektor pada XRD

13 4 Data yang didapatkan dari XRD dapat diolah dengan persamaan Debye-Scherrer : τ = 0.9λ / B cos θ n (2.6.2) τ adalah ukuran kristal film, λ adalah panjang gelombang sinar-x yang digunakan, θ n adalah sudut puncak dan B adalah lebar puncak pada intensitas maksimum. Pada alat X-ray difraktometer, sampel ditempatkan pada rotation table. Sinar-X ditembakkan dari source menuju sampel dengan sudut awal 0 o. Kemudian sinar-x yang dipantulkan sampel akan diterima di detektor. Table akan dirotasi untuk mendapatkan nilai intensitas pantulan pada tiap sudut putaran. Untuk itu detektor akan menyesuaikan posisi sebesar dua kali lipat sudut rotasi table Konduktivitas Listrik Konduktansi listrik (G) adalah kemampuan suatu bahan untuk melewatkan arus listrik dan dinyatakan dalam satuan mho atau siemens (S). Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. 9 Berdasarkan nilai konduktivitas, suatu material dapat dibedakan menjadi tiga bagian yaitu konduktor, semikonduktor dan isolator. Nilai dari konduktivitas listrik berbeda untuk isolator, konduktor dan semikonduktor. Material semikonduktor mempunyai nilai konduktivitas antara (10-8 sampai 10 3 ) S/cm. 16 Nilai konduktivitas dapat dicari dari persamaan (2.7.1) : ζ = Gl (2.7.1) A dimana σ, l, G dan A berturut-turut adalah konduktivitas listrik bahan, jarak antar kontak, konduktansi dan luas penampang. 17 Adapun nilai konduktivitas material bergantung dari material tersebut. Suhu mempengaruhi nilai resistansi dan konduktivitas suatu material. 14 Material yang bersifat isolator, pada umumnya konduktivitasnya akan naik jika suhunya ditingkatkan. Pada material yang bersifat konduktor sebaliknya jika suhunya ditingkatkan maka nilai konduktivitasnya menurun Kapasitor dan Konstanta Dielektrik Kapasitor adalah piranti yang berfungsi untuk menyimpan muatan dan energi listrik. Kapasitor terdiri dari dua konduktor yang berdekatan tetapi terisolasi satu dengan lainnya dan membawa muatan yang sama besar namun berlawanan. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari dua buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara, vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif karena terpisah oleh bahan dielektrik yang nonkonduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatanmuatan positif dan negatif di awan. 19 Kemampuan material untuk polarisasi dinyatakan sebagai permitivitas (ε) dan permitivitas relatif (κ) adalah perbandingan antara permitivitas material (ε) dengan permitivitas vakum (ε 0 ). Nilai konstanta dielektrik merupakan gambaran kemampuan suatu material dapat menyimpan muatan listrik seiring dengan salah satu fungsi kapasitor sebagai penyimpan muatan. 10 Cara perhitungan konstanta dielektrik dapat dilakukan dengan perhitungan sebagai berikut : I = I 0 e t/rc (2.8.1) nilai maksimum terjadi pada saat I = I 0 maka I 0 = I e e 0e t/rc (2.8.2) sehingga didapat hubungan t = RC, atau C = t (2.8.3) R dari hubungan : C =κε A 0 (2.8.4) d Konstanta dielektrik film adalah : κ = Cd (2.8.5) Aε 0 Dimana : ε 0 = permitivitas relatif dalam ruang hampa ( 8,85 x F / m) A = luas kontak (m 2 ) d = ketebalan film (m) C = kapasitansi (F) Gambar 2. 4 Spektrum konduktivitas listrik dan resistivitas

14 5 Gambar 2.5 kapasitor keping sejajar BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material dan laboratorium Biofisika Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilaksanakan dari bulan Januari 2012 sampai dengan bulan November Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah pisau mata intan, penggaris, pinset, gelas ukur, beaker glass, Bransonic 2510, pipet volumetrik, hot plate, neraca analitik, reaktor spin coater, gunting, spatula, stop watch, tabung reaksi, pipet, selotip, doubletip, tissue, sarung tangan karet, LCR meter, masker serta kawat atau kabel. Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah bubuk Litium asetat [LiO 2 C 2 H 3 ], bubuk Tantalum oksida [Ta 2 O 5 ], pelarut 2-metoksietanol [C 3 H 8 O 2 ], substrat Si (100) tipe-p, deionized water, aseton PA [CH 3 COCH 3, g/mol], metanol PA [CH 3 OH, g/mol], asam florida (HF), kaca preparat, pasta perak, kawat tembaga halus, dan alumunium foil. 3.3 Prosedur Penelitian Persiapan substrat Si tipe-p Substrat yang digunakan adalah Si (100) tipe-p. Substrat dipotong membentuk segi empat berukuran 1 cm x 1 cm menggunakan pisau mata intan. Substrat dibersihkan dengan proses pencucian sebagai berikut: (1) substrat yang telah dipotong, direndam dalam larutan aseton PA selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, (2) substrat direndam dalam deionized water selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, (3) substrat direndam dalam metanol PA selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, (4) substrat diangkat kemudian rendam dalam deionized water, selanjutnya direndam selama beberapa detik dengan campuran HF dan deionized water dengan perbandingan 1:5, (5) tahap terakhir substrat direndam dalam deionized water selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik. Setelah selesai semua tahap pencucian, substrat dikeringkan di permukaan hot plate pada suhu 100 o C selama 1 jam Pembuatan larutan LiTaO 3 1 M Film LiTaO 3 yang ditumbuhkan pada permukaan substrat silikon tipe-p dibuat dengan mereaksikan bubuk Litium asetat dan bubuk Tantalum oksida kemudian ditambah pelarut 2-metoksietanol sebanyak 2,5 ml. Bahan-bahan tersebut direaksikan dalam tabung reaksi kemudian digetarkan dengan ultrasonik. Hasil reaksi berupa larutan LiTaO 3 murni. Komposisi massa masingmasing bahan ditentukan dengan perhitungan stoikiometri, kemudian bahan-bahan tersebut ditimbang menggunakan neraca analitik Penumbuhan film LiTaO 3 Penumbuhan film menggunakan metode CSD di permukaan reaktor spin coater. Metode CSD merupakan pembuatan film dengan cara pendeposisian larutan bahan kimia di permukaan substrat, kemudian dipreparasi dengan spin coater pada kecepatan 3000 rpm. Langkah penumbuhan film sebagai berikut : substrat yang telah dibersihkan, diletakkan di permukaan piringan reaktor spin coater kemudian 1/3 bagiannya ditutup menggunakan selotip. Bagian 2/3 substrat ditetesi larutan LiTaO 3 sebanyak satu tetes, 3 kali ulangan. Reaktor spin coater diatur pada kecepatan 3000 rpm selama 30 detik setiap penetesan larutan LiTaO 3. Setelah itu substrat dipanaskan di permukaan hot plate untuk menguapkan sisa cairan yang ada. Proses penumbuhan film menggunakan metode CSD dapat dilihat pada Gambar 3.1. Gambar 3.1 Proses penumbuhan film LiTaO 3

15 Proses annealing Proses annealing bertujuan untuk mendifusikan larutan LiTaO 3 dengan substrat silikon. Proses annealing dilakukan secara bertahap menggunakan furnace Vulcan TM Pemanasan dimulai pada suhu ruang kemudian dinaikkan hingga suhu annealing yang diinginkan dengan kenaikan suhu 1,7 o C/menit. Setelah didapatkan suhu 800 o C, 850 o C, dan 900 o C kemudian suhu annealing tersebut ditahan konstan selama 1 jam, 8 jam, 15 jam, dan 22 jam. Selanjutnya dilakukan proses pendinginan sampai didapatkan kembali suhu ruang. Parameter penumbuhan sampel film LiTaO 3 yang dilakukan annealing dapat dilihat pada Tabel 3.1. Proses annealing dapat dilihat pada Gambar Perhitungan ketebalan film LiTaO 3 Setelah proses annealing film LiTaO 3 dihitung ketebalannya dengan metode volumetrik. Substrat Si yang telah dicuci kemudian ditimbang sebagai massa awal (m 1 ). Substrat Si yang telah ditumbuhkan film LiTaO 3 di permukaannya setelah proses annealing kemudian ditimbang sebagai massa akhir (m 2 ). Luas film LiTaO 3 di permukaan silikon diukur menggunakan penggaris besi 30 cm. Perhitungan lengkap ketebalan film LiTaO 3 dapat dilihat pada Lampiran Pembuatan kontak pada film LiTaO 3 Proses selanjutnya adalah pembuatan kontak. Diawali dengan cara membuat pola kontak pada film yang berukuran 1 cm x 1 cm menggunakan aluminium foil. Setelah itu dilakukan proses metalisasi menggunakan bahan kontak aluminium 99,99 %, selanjutnya pemasangan kawat tembaga halus menggunakan pasta perak pada kontak. Film LiTaO 3 tampak samping yang telah ditumbuhkan pada permukaan substrat Si tipe-p dan telah dipasang kontak dapat dilihat pada Gambar Karakterisasi Film LiTaSiO Karakterisasi XRD Karakterisasi XRD merupakan metode untuk mengidentifikasi struktur kristal film LiTaSiO 5. Karakterisasi XRD menggunakan shimadzu XRD Data hasil karakterisasi XRD digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal yang terbentuk dan menghitung parameter kisi. Puncak-puncak yang diperoleh dari data pengukuran kemudian dicocokkan dengan standar difraksi sinar-x untuk semua jenis material. Sifatsifat material film LiTaSiO 5 dapat ditentukan jika telah diketahui struktur kristalnya Karakterisasi konduktivitas listrik Konduktivitas diukur menggunakan LCR meter dengan berbagai variasi frekuensi yaitu pada 10 khz, 50 khz dan 100 khz. Dari alat tersebut diperoleh nilai konduktansi (G). Data konduktansi ini digunakan untuk menghitung nilai konduktivitas listrik. Nilai konduktivitas dapat dicari dari persamaan (2.7.1). Data konduktivitas listrik film yang didapat akan dibandingkan dengan data literatur apakah film yang terbentuk termasuk bahan konduktor, semikonduktor atau isolator Karakterisasi konstanta dielektrik Karakterisasi konstanta dielektrik diperoleh dari nilai kapasitansi film. Nilai kapasitansi dapat diukur dengan menggunakan alat LCR meter. Pengukuran nilai kapasitansi dilakukan pada frekuensi yang berbeda yaitu 10 khz, 50 khz, dan 100 khz. Setelah didapat nilai kapasitansi maka nilai konstanta dielektrik dapat dicari berdasarkan persamaan (2.8.5).

16 7 Tabel 3.1 Empat puluh enam sampel film LiTaO 3 setelah proses annealing Keterangan : Sampel uji yang digunakan untuk karakterisasi XRD BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Karakterisasi XRD Karakterisasi XRD menggunakan shimadzu XRD Film yang dikarakterisasi film LiTaO 3 pada suhu annealing 850 o C, 900 o C selama 8 jam dan 15 Jam. Apabila suatu bahan dikenai sinar-x maka intensitas sinar-x yang ditransmisikan lebih kecil dari intensitas sinar datang. Hal ini disebabkan adanya penyerapan oleh bahan dan juga penghamburan oleh atom-atom dalam material tersebut. Berkas sinar yang dihantarkan tersebut ada yang saling menghilangkan karena fasenya berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasenya sama. Berkas sinar-x yang saling menguatkan disebut sebagai berkas difraksi. Puncak-puncak difraksi yang terbentuk mengindikasikan partikel film memiliki distribusi orientasi kristal. Dari puncakpuncak difraksi tersebut dapat ditentukan indeks miller (hkl). Indeks miller yang diperoleh digunakan untuk menentukan parameter kisi. Suatu kristal dapat didifraksikan dengan sinar-x karena orde panjang gelombang sinar-x hampir sama dengan jarak antar atom pada kristal. Berdasarkan data hasil karakterisasi XRD yang diperoleh terlihat bahwa terjadi perubahan struktur kristal LiTaO 3 (rhombohedral) menjadi LiTaSiO 5 (monoclinic). Litium tantalat silikat (LiTaSiO 5 ) terbentuk dari LiTaO 3 yang bersenyawa dengan substrat silikon. Suhu annealing ini mengakibatkan peningkatan energi vibrasi termal yang menyebabkan perubahan struktur kristal LiTaO 3 (rhombohedral) menjadi LiTaSiO 5 (monoclinic). Proses annealing digunakan untuk mengurangi tekanan, meningkatkan kehalusan butir, meningkatkan kehomogenan butir, meningkatkan kekerasan dan menciptakan suatu struktur mikro yang spesifik. 9,20 Gambar 4.1 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO 5 pada suhu annealing 850 C selama 8 jam Gambar 4.2 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO 5 pada suhu annealing 850 C selama 15 jam Gambar 4.3 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO 5 pada suhu annealing 900 C selama 8 jam

17 8 Gambar 4.4 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO 5 pada suhu annealing 900 C selama 15 jam Film yang memiliki intensitas yang tinggi dikatakan mempunyai kualitas kristal yang lebih baik dibandingkan dengan film yang intensitasnya lebih rendah. 21 Puncak yang terbentuk dari struktur kristal berupa puncak tajam karena memiliki derajat keteraturan yang tinggi, sedangkan pada amorf puncakpuncak yang dihasilkan sangat landai karena memiliki derajat keteraturan yang sangat rendah. 14 Pergeseran sudut difraksi film karena adanya pengaruh lama waktu annealing dan besar suhu annealing. Pada saat suhu annealing 850 C selama waktu annealing 8 jam puncak LiTaO 3 yang terbentuk lebih banyak tetapi ketika suhu dan waktu annealing ditingkatkan jumlah puncak LiTaO 3 yang terbentuk semakin sedikit. Semakin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, semakin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya. Dalam data JCPDS dipaparkan bahwa LiTaO 3 memiliki nilai parameter kisi a adalah 5,159 Å, parameter kisi c adalah 13,76 Å, sedangkan nilai parameter kisi LiTaSiO 5 (a = 7,514 Å, b = 7,929 Å, c = 7,445 Å). 22 Struktur kristal dari LiTaSiO 5 adalah monoclinic. Nilai parameter kisi LiTaO 3 ditunjukkan pada Tabel 4.1 yang diperoleh dengan metode analitik (dapat dilihat pada Lampiran 3) dan nilai parameter kisi LiTaSiO 5 ditunjukkan pada Tabel 4.2 yang diperoleh dengan metode analitik juga (dapat dilihat pada Lampiran 4). Gambar 4.5 Pola karakterisasi XRD LiTaSiO 5 pada suhu annealing 850 o C, 900 o C selama 8 jam dan 15 jam Pada suhu 850 o C selama waktu annealing 8 jam terbentuk enam puncak LiTaO 3 pada hkl (102), (104), (202), (212), (208) dan (312), selama waktu annealing 15 jam juga terbentuk enam puncak LiTaO 3 pada hkl (102), (104), (204), (212), (208) dan (312). Pada suhu 900 C selama waktu annealing 8 jam terbentuk empat puncak LiTaO 3 pada hkl (102), (104), (212) dan (312), sedangkan selama waktu annealing 15 jam terbentuk tiga puncak LiTaO 3 pada hkl (102), (212) dan (312). Sebagian besar LiTaO 3 yang terbentuk memiliki intensitas yang lebih rendah dibandingkan dengan intensitas LiTaSiO 5. Pada suhu 850 o C, 900 o C selama waktu annealing 8 jam dan 15 jam masing-masing terbentuk enam puncak LiTaSiO 5 pada hkl (020), (002), (130), (122), (040) dan (312).

18 9 Gambar 4.5 menunjukkan gabungan pola XRD film LiTaSiO 5 pada suhu annealing 850 o C, 900 o C selama 8 jam dan 15 jam. Pada Gambar 4.5 dapat dilihat intensitas LiTaSiO 5 lebih tinggi dibandingkan dengan intensitas LiTaO 3. Hal ini menunjukkan kualitas kristal LiTaSiO 5 lebih baik dibanding LiTaO 3. Tabel 4.1 menunjukkan nilai parameter kisi a dan c film LiTaO 3 hampir mendekati nilai parameter kisi literatur. Pada Tabel 4.2 diperoleh nilai parameter kisi LiTaSiO 5 yang sama pada suhu annealing 850 C, 900 C selama 8 jam dan 15 jam. Masing-masing sampel mempunyai enam puncak LiTaSiO 5. Nilai parameter kisi a, b dan c untuk LiTaSiO 5 yang diperoleh hampir mendekati nilai parameter kisi literatur. 4.2 Karakterisasi Konduktivitas Listrik Nilai konduktivitas material bergantung dari material tersebut. Suhu mempengaruhi nilai resistansi dan konduktivitas suatu material. Nilai konduktivitas listrik suatu bahan material menunjukkan material tersebut bersifat isolator, semikonduktor atau konduktor. Besarnya nilai konduktivitas listrik berbanding terbalik dengan resistansinya. Konduktivitas listrik akan meningkat jika resistansi suatu bahan material menurun. Material yang bersifat isolator konduktivitasnya akan meningkat jika suhunya ditingkatkan. Pada material yang bersifat konduktor sebaliknya jika suhunya ditingkatkan maka nilai konduktivitasnya menurun. Pengukuran konduktansi (G) dilakukan pada frekuensi 10 khz, 50 khz dan 100 khz. Konduktivitas listrik dari masing-masing sampel dengan variasi suhu annealing dan waktu annealing dapat dihitung menggunakan persamaan (2.7.1). Luas kontak (A) dan jarak antar kontak (l) pada setiap sampel berpengaruh untuk perhitungan konduktivitas listrik. Material semikonduktor mempunyai nilai konduktivitas pada selang antara (10-8 sampai 10 3 ) S/cm. Nilai konduktivitas listrik film LiTaSiO 5 yang diperoleh berkisar antara 10-7 S/cm sampai 10-5 S/cm. Hal ini menunjukkan bahwa film LiTaSiO 5 adalah material semikonduktor. Semikonduktor merupakan bahan dengan konduktivitas listrik yang berada diantara isolator dan konduktor. Sifat bahan baik konduktor, isolator, maupun semikonduktor terletak pada struktur jalur atau pita energi atom-atomnya, yang membedakan apakah bahan itu termasuk konduktor, isolator, atau semikonduktor adalah energi Gap (Eg). Energi gap adalah energi yang diperlukan oleh elektron untuk memecahkan ikatan kovalen sehingga dapat berpindah jalur dari jalur valensi ke jalur konduksi. Pada material semikonduktor, karena celah energinya sempit maka jika suhu naik, sebagian elektron di pita valensi naik ke pita konduksi dengan meninggalkan tempat kosong (hole) di pita valensi. Elektron yang telah berada di pita konduksi maupun hole di pita valensi akan bertindak sebagai pembawa muatan untuk terjadinya arus listrik. Konduktivitas listrik akan naik jika suhu dinaikkan. Cara perhitungan nilai konduktivitas listrik ditunjukkan pada Lampiran 5. Gambar 4.6 Hubungan lama waktu annealing dan suhu annealing terhadap konduktivitas listrik film LiTaSiO 5 pada frekuensi 10 khz Gambar 4.7 Hubungan lama waktu annealing dan suhu annealing terhadap konduktivitas listrik film LiTaSiO 5 pada frekuensi 50 khz

19 10 Gambar 4.8 Hubungan lama waktu annealing dan suhu annealing terhadap konduktivitas listrik film LiTaSiO 5 pada frekuensi 100 khz Dari Gambar 4.6, 4.7 dan 4.8 menunjukkan pada suhu annealing 800 o C dan 850 o C, semakin lama waktu annealing nilai konduktivitas listrik semakin menurun tetapi pada waktu 22 jam kembali naik. Pada suhu annealing 900 o C, nilai konduktivitas film LiTaSiO 5 semakin lama waktu annealing nilai konduktivitas listrik semakin menurun. Perbedaan ukuran butir kristal LiTaSiO 5 akibat suhu annealing dan waktu annealing mempengaruhi nilai konduktivitas listrik film LiTaSiO 5 begitu juga semakin besar frekuensi yang diberikan maka nilai konduktivitas listrik dari film LiTaSiO 5 semakin meningkat. 4.3 Karakterisasi Konstanta dielektrik Nilai konstanta dielektrik merupakan gambaran bahwa material tersebut dapat menyimpan muatan listrik seiring dengan salah satu fungsi kapasitor sebagai penyimpan muatan. Ketika sebuah dielektrik disisipkan dalam ruang antara keping-keping sebuah kapasitor, kapasitansi kapasitor akan meningkat. Nilai konstanta dielektrik diperoleh berdasarkan persamaan (2.8.5). Pengukuran nilai konstanta dielektrik dilakukan pada suhu annealing 800 o C, 850 o C, 900 o C selama 1 jam, 8 jam, 15 jam dan 22 jam. Konstanta dielektrik (k) yang diperoleh ketika diberikan frekuensi berbeda akan menghasilkan k yang berbeda Nilai konstanta dielektrik LiTaSiO 5 yang diperoleh berkisar antara 1,99 sampai 36,74. Cara perhitungan mencari nilai konstanta dielektrik dari film LiTaSiO 5 dapat dilihat pada Lampiran 6. Berdasarkan persambungan p-n yang terbentuk pada film dan substrat: film bertipe-n memiliki muatan negatif bebas serta ion positif statik sedangkan substrat memiliki muatan positif bebas dan ion negatif statik. Tepat pada daerah sambungan dan sekitarnya terjadi difusi muatan bebas, elektron menuju tipe-p dan hole menuju tipe-n. Peristiwa difusi tersebut disertai terjadinya rekombinasi, yaitu penggabungan elektron dan hole kemudian hilang. Dengan adanya rekombinasi ini di daerah sambungan tidak ada lagi muatan-muatan bebas yang tertinggal hanyalah ion-ion statik yaitu ion-ion dari atom donor dan akseptor. Daerah sambungan seperti ini disebut dengan daerah deplesi, karena daerah deplesi mengandung muatan positif statik pada salah satu sisi dan muatan negatif pada sisi lain maka timbul medan listrik pada daerah deplesi. Dengan demikian daerah deplesi memiliki nilai kapasitansi. 23 Gambar 4.9 Hubungan lama waktu annealing dan suhu annealing terhadap konstanta dielektrik film LiTaSiO5 pada frekuensi 10 khz Gambar 4.10 Hubungan lama waktu annealing dan suhu annealing terhadap konstanta dielektrik film LiTaSiO pada frekuensi 50 khz

20 11 Gambar 4.11 Hubungan lama waktu annealing dan suhu annealing terhadap konstanta dielektrik film LiTaSiO5 pada frekuensi 100 khz Pada Gambar 4.9, ketika suhu annealing 800 C semakin lama waktu annealingnya menunjukkan nilai konstanta dielektriknya semakin meningkat sebaliknya pada suhu annealing 850 C dan 900 C. Pada Gambar 4.10, ketika suhu annealing 800 C menunjukkan nilai konstanta dielektrik awalnya meningkat kemudian pada waktu annealing 22 jam konstanta dielektriknya menurun. Pada suhu annealing 850 C menunjukkan nilai konstanta dielektrik awalnya menurun kemudian pada waktu annealing 22 jam konstanta dielektriknya meningkat dan pada suhu 900 C semakin lama waktu annealing nilai konstanta dielektriknya semakin menurun. Gambar 4.11 terlihat bahwa ketika suhu annealing 800 C dan 850 C semakin lama waktu annealingnya menunjukkan nilai konstanta dielektriknya semakin menurun sedangkan pada suhu annealing 900 C menunjukkan nilai konstanta dielektrik awalnya menurun kemudian pada waktu annealing 22 jam konstanta dielektriknya meningkat. Dari Gambar 4.9, 4.10 dan 4.11 ada beberapa faktor penting yang mempengaruhi nilai konstanta dielektrik yaitu suhu annealing, waktu annealing, ketebalan film dan frekuensi. Seiring dengan kenaikan suhu annealing pada film, akan menurunkan nilai konstanta dielektriknya. Hal ini dapat disebabkan oleh berkurangnya konsentrasi zat karena penguapan yang terjadi semakin besar seiring dengan meningkatnya suhu annealing. Ketika frekuensi yang digunakan semakin besar maka nilai kapasitansi semakin kecil. Penurunan nilai kapasitansi menjadikan nilai konstanta dielektrik film makin kecil. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Suhu annealing LiTaO C dan 900 C dengan waktu annealing lebih lama mengakibatkan terjadi perubahan struktur kristal dari LiTaO 3 (rhombohedral) menjadi LiTaSiO 5 (monoclinic). Intensitas LiTaSiO 5 lebih tinggi dibanding intensitas LiTaO 3. Semakin tinggi intensitas LiTaSiO 5 menunjukkan kualitas kristal LiTaSiO 5 yang semakin baik karena derajat kristalinitasnya semakin tinggi. Hasil karakterisasi konduktivitas listrik LiTaSiO 5 yang diperoleh berkisar antara (10-7 sampai 10-5 ) S/cm. Hal ini menunjukkan bahwa film LiTaSiO 5 merupakan material semikonduktor. Nilai konstanta dielektrik LiTaSiO 5 berbeda tergantung pada ketebalan film, suhu annealing, waktu annealing dan frekuensi yang diberikan pada saat melakukan pengukuran kapasitansi dengan LCR meter. Hasil karakterisasi menunjukkan pada suhu 850 C dan 900 C selama waktu annealing 8 jam menghasilkan film LiTaSiO 5 yang lebih baik karena memiliki derajat kristalinitas, nilai konduktivitas listrik dan konstanta dielektrik yang lebih tinggi dibandingkan dengan waktu annealing 15 jam. 5.2 Saran Pada penelitian selanjutnya diharapkan menumbuhkan film LiTaO 3 pada variasi suhu annealing tidak melebihi suhu currie (601±5,5) o C agar tidak terjadi perubahan senyawa dan struktur kristal. Pada proses annealing juga hendaknya diperhatikan agar diperoleh film yang kualitas kristalnya lebih baik yaitu film yang memiliki derajat kristalinitas tinggi. DAFTAR PUSTAKA 1. Uchino K Ferroelectric Devices. New York : Marcel Dekker, Inc. 2. Irzaman, Maddu A, Syafutra H dan Ismangil A Uji konduktivitas listrik dan dielektrik film tipis lithium tantalate (LiTaO 3 ) yang didadah niobium pentaoksida (Nb 2 O 5 ) menggunakan metode chemical solution deposition. Di dalam : Prosiding Seminar Nasional Fisika. hlm

21 12 3. Hikam M, Sarwono E dan Irzaman Perhitungan polarisasi spontan dan momen quadrupol potensial listrik bahan PIZT (PbIn x Zr y Ti 1-x-y O 3-x/2 ). Makara, Sains 8 (3): Saito, T, Ismunandar Kimia Anorganik. Permiission of Iwanami Shaten Publisher. 5. Malvino A V Prinsip-prinsip Elektronika. Jakarta: Salemba Teknika. 6. Sutrisno Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung: Institut Teknologi Bandung. 7. Seo, J.Y, S.W, Park Chemical mechanical planarization characteristic of ferroelectric film for FRAM applications. J. of Korean Physics Society. 45 (3) Irzaman, Darvina Y, Fuad A, Arifin P, Budiman M dan Barmawi M Physical and pyroelectric properties of tantalum oxide doped lead zirconium titanate [Pb (Zr Ti Ta )O 3 ] thin films and its applications for IR sensor. Physica Status Solidi (a) Germany 199 (3): Kwok K N Complete to Semiconductor Devices. New York: McGraw-Hill, Inc. 10. Marwan, A Studi efek fotovoltaik bahan Ba0,5Sr0,5TiO3 yang didadah galium (BGST) di atas substrat Si (100) Tipen. [Skripsi]. Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor. 11. C. P. Poole The Physics Handbook Fundamentals and Key Equations. New York : John Wiley and Son, Inc. penerapannya sebagai fotodiode [skripsi]. Bogor: FMIPA, IPB. 14. Frimasto H Sifat optik film tipis bahan ferrolektrik BaTi O3 yang didadah tantalum (BTT) [skripsi]. Bogor: FMIPA, IPB. 15. Cullity, B.D Elements Of X-Ray Diffraction. Massachusetts, Addison Wesley Publishing Company. 16. Milan J, Lauhon L, Allen J Photoconductivity Of Semiconducting CdS. 17. Tipler PA Physics for Scientist and Engineers. Worth Publisher Inc. 18. X Liu Nanoscale chemical ething of near-stoichiometric lithium tantalite. Journal Material sains 97(1): P. S. Kirev Semiconductor Physic. Moscow :MIR Publisher. 20. Hillaludin M N Pembuatan sel surya berbasis film tipis Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 (BST) [skripsi]. Bogor: FMIPA, IPB. 21. Suhaldi, Marwoto P dan Sugianto Pengaruh kondisi penumbuhan pada sifat fisis film tipis Ga 2 O 3 dengan doping ZnO [skripsi]. Semarang: Universitas Negeri Semarang. 22. JCPDS.1997.International Centre for Diffraction Data. U.S.A : Campus Boulevard. 23. Rio,S.R, M.lida Fisika dan Teknologi Semikonduktor. PT.Pradnya Paramita: Jakarta. 12. Chaidir A, Kisworo D Pengaruh pemanasan terhadap struktur-mikro, sifat mekanik dan korosi paduan Zr-Nb-Sn-Fe. [Hasil-hasil Penelitian EBN]. ISSN Setiawan A Uji sifat listrik dan optik BST yang didadah niobium (BSNT) ditumbuhkan di atas substrat Si (100) tipe-p dan gelas corning dengan

22 LAMPIRAN 13

23 13 14 Lampiran 1. Diagram alir penelitian MULAI Persiapan bahan dan alat Persiapan substrat Si (100) Pembuatan larutan LiTaO 3 Litium asetat Tantalum oksida 2-metoksietanol Penumbuhan film LiTaO 3 dengan metode CSD dan spin coating Proses annealing Tidak Berhasil Perhitungan ketebalan film Penumbuhan kontak pada film Karakterisasi XRD Karakterisasi konduktivitas listrik Karakterisasi konstanta dielektrik Pengolahan dan analisis data Penulisan skripsi SELESAI

24 15 14 Lampiran 2 Perhitungan ketebalan film LiTaO 3 Metode volumetrik d = m 2 m 1 ρ film A Keterangan : d = ketebalan film (cm) m 1 = massa substrat sebelum ditumbuhkan film (g) m 2 = massa substrat setelah annealing dan terdapat film dipermukaanya (g) A = luas permukaan film yang terdeposisi pada permukaan substrat (cm 2 ) ρ film = massa jenis film yang terdeposisi (g/cm 3 ) 1. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 800 o C, 1 jam m 2 = 0,1297 g; m 1 = 0,1291 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,6 cm 2 0,1297 g 0,1291 g d = 7,45g/cmᶟ 0,6 cm² = 1,34 x 10 4 cm 2. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 800 o C, 8 jam m 2 = 0,1253 g; m 1 = 0,1249 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,5 cm 2 0,1253 g 0,1249 g d = 7,45g/cmᶟ 0,5 cm² = 1,07 x 10 4 cm 3. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 800 o C, 15 jam m 2 = 0,1272 g; m 1 = 0,1265 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,5 cm 2 0,1272 g 0,1265 g d = 7,45g/cmᶟ 0,5 cm² = 1,88 x 10 4 cm 4. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 800 o C, 22 jam m 2 = 0,1314 g; m 1 = 0,1305 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,5 cm 2 0,1314 g 0,1305 g d = 7,45 g/cmᶟ 0,5 cm² = 2,42 x 10 4 cm 5. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 850 o C, 1 jam m 2 = 0,1315 g; m 1 = 0,1303 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,5 cm 2 0,1315 g 0,1303 g d = = 3,22 x 10 4 cm 7,45g/cmᶟ 0,5cm² 6. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 850 o C, 8 jam m 2 = 0,1395 g; m 1 = 0,1381 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,6 cm 2 0,1395 g 0,1381 g d = 7,45g/cmᶟ 0,6 cm² = 3,13 x 10 4 cm 7. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 850 o C, 15 jam m 2 = 0,1248 g; m 1 = 0,1231 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,6 cm 2 0,1248 g 0,1231 g d = 7,45g/cmᶟ 0,6 cm² = 3,80 x 10 4 cm 8. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 850 o C, 22 jam m 2 = 0,1331 g; m 1 = 0,1323 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,6 cm 2 0,1331 g 0,1323 g d = = 1,79 x 10 4 cm 7,45 0,6

25 16 15 Lanjutan Lampiran 2 9. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 900 o C, 1 jam m 2 = 0,1317 g; m 1 = 0,1305 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,6 cm 2 0,1317 g 0,1305 g d = = 2,68 x 10 4 cm 7,45 g/cmᶟ 0,6 cm² 10. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 900 o C, 8 jam m 2 = 0,1375 g; m 1 = 0,1359 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,6 cm 2 0,1375 g 0,1359 g d = 7,45g/cmᶟ 0,6 cm² = 3,58 x 10 4 cm 11. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 900 o C, 15 jam m 2 = 0,1404 g; m 1 = 0,1397 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,6 cm 2 0,1404 g 0,1397 g d = 7,45 g/cmᶟ 0,6 cm² = 1,57 x 10 4 cm 12. Film LiTaO 3 setelah proses annealing 900 o C, 22 jam m 2 = 0,1519 g; m 1 = 0,1509 g; ρ film = 7,45 g/cm 3 ; A = 0,6 cm 2 0,1519 g 0,1509 g d = = 2,24 x 10 4 cm 7,45g/cmᶟ 0,6 cm²

26 17 16 Lampiran 3 Perhitungan parameter kisi LiTaO 3 Tabel 3.a Perhitungan parameter kisi LiTaO 3 setelah proses annealing 850 o C, 8 jam peak no h k l 2θ θ α α² γ γ² αγ sin²2θ sin²θ δ δ² γδ αδ αsin²θ γsin²θ δsin²θ ,72 11, , , , , , , , , , ,85 16, , , , , , , , , , ,55 21, , , , , , , , , , ,1 28, , , , , , , , , , ,75 34, , , , , , ,7291 1, , , ,3 39, , , , , , ,6182 5, , , Σ , , ,3727 8, , , Tabel 3.b Perhitungan parameter kisi LiTaO 3 setelah proses annealing 850 o C, 15 jam peak no h k l 2θ θ α α² γ γ² αγ sin²2θ sin²θ δ δ² γδ αδ αsin²θ γsin²θ δsin²θ ,72 11, , , , , , , , , , ,85 16, , , , , , , , , , ,52 24, , , , , , ,4342 0, , , ,1 28, , , , , , , , , , ,75 34, , , , , , ,7291 1, , , ,3 39, , , , , , ,6182 5, , , Σ , , ,5302 8, , ,353004