BAB II TINJAUAN PUSTAKA. 2.1 Dilute Magnetic Semiconductor (DMS) dan Perkembanganya

Transkripsi

1 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dilute Magnetic Semiconductor (DMS) dan Perkembanganya Kemampuan untuk menghasilkan fasa tunggal yang berkualitas sebagai bahan Delute Magnetic Semiconductor (DMS) adalah faktor utama untuk mempelajari DMS untuk aplikasi spintronic. Penelitian tentang semikonduktor magnetik dengan susunan atom-atom secara priodik, seperti semiconducting spinels, dimulai tahun Beberapa kemajuan telah dicapai, struktur kristal semikonduktor tersebut berbeda dengan semikonduktor biasa. (Ohno, 1998). Pada penelitian selanjutnya difokuskan pada semikonduktor non-magnetik dengan fraksi kecil dari unsur nonmagnetik diganti oleh ion magnetik, umumnya logam transisi. Ion magnetik, berperan sebagai pengotor, memberikan momen magnetik spin dari elektron yang dimilikinya. Campuran (alloy) antara semikonduktor non magnetik sebagai induk dan ion magnetik ini dikenal dengan istilah Dilute Magnetic Semiconductor (DMS). Istilah dilute digunakan dalam bahan tersebut karena kosentrasi ion magnetiknya relatif kecil. Perbedaan atara semikonduktor biasa, semikonduktor magnetik, dan DMS diperlihatkan pada Gambar 2.1 Gambar 2.1 (A) Semikonduktor Biasa, (B) Semikonduktor Magnetik, dan (C) Dilute Magnetic Semiconductor (Ohno, 1998) Pada umumnya semikonduktor akan mengalami perubahan sifat jika ditambah dengan pengotor, yaitu menjadi semikonduktor tipe-n atau tipe-p. Penambahan ion magnetik ke dalam semikonduktor non magnetik diharapkan

2 8 dapat mengubah semikonduktor menjadi bersifat magnetik (paramagnetik, antiferromagnetik, dan ferromagnetik). Sifat-sifat magnetik ini tidak dimiliki oleh bahan semikonduktor biasa (Pearton et al., 2003). 2.2 Senyawa ZnO Seng oksida merupakan senyawa anorganik dengan rumus ZnO (Zinc oxide). Gambar 2.2 menampilkan serbuk ZnO murni yang sudah ZnO merupakan bubuk putih yang tidak larut dalam air, dan secara luas digunakan sebagai aditif dalam berbagai bahan. Gambar 2.2 Serbuk ZnO Murni Dalam ilmu material Zinc oxide (ZnO) merupakan bahan semikonduktor paduan golongan II-VI antara logam oksida. Selain sebagai bahan semikonduktor Zinc oxide juga merupakan bahan piezoelektrik, fotokonduktif, dan bahan pemandu gelombang optik. Zinc oxide mempunyai energi gap minimum 3,37 ev pada suhu ruang (Gao et al., 2004). Zinc oxide juga mempunyai struktur kristal heksagonal dengan tipe kristal wurtize, Struktur kristal ZnO ditunjukkan pada Gambar 2.3. ZnO telah diprediksi dapat mempertahankan sifat feromagnetik pada suhu kamar dengan doping dari berbagai logam transisi (minsalnya Cr, Co, Ni, dan Fe) yang banyak digunakan untuk bahan DMS sebagai elemen magnet.

3 9 Tabel 2.1 Karakterisasi ZnO Karakterisasi Rumus molekul ZnO Penampilan Putih solid Bau Tanpa bau Titik lebur(melting point) C (terurai) Titik didih (boiling point) C Band gap 3,37 ev Struktur kristal Struktur wurtzite memiliki unit sel heksagonal dengan 2 parameter kisi a dan c dengan rasio c/a = 8/3 = 1,633 ditampilkan pada Gambar 2.3 yang terdiri dari dua struktur heksagonal yang saling upsepacked (hcp) sublattices masing-masing terdiri dari 2 jenis atom kehilangan tempat terhadap satu sama lain sepanjang tiga kali lipat c-axis dengan jumlah V= 3/8 = 0,375 (dalam struktur wurtzite yang cocok) dalam koordinat bertingkat. Parameter kisi ZnO untuk struktur wurtzite pada temperatur 300 K adalah a = 3,2495 Å dan c = 5,2069 Å. ZnO murni tanpa doping adalah semikonduktor tipe-n. Gambar 2.3 Struktur ZnO, bola abu-abu dan hitam menunjukkan Zn dan O (Verlag & Weinheim, 2009) Gambar 2.3 memperlihatkan struktur kristal wurtzite ZnO dimana atom O digambarkan sebagai bola abu-abu besar dan atom Zn digambarkan sebagai bola hitam yang lebih kecil dan garis hitam menggambarkan unit sel.

4 Doping logam besi (Fe) Doping logam adalah salah satu teknik yang digunakan untuk menambahkan sejumlah kecil atom pengotor ke dalam struktur kristal semikonduktor. Penambahan atom pengotor ke dalam semikonduktor merupakan salah satu metode yang digunakan untuk mengontrol sifat dari semikonduktor. Besi adalah logam yang berasal dari biji besi (tambang) yang banyak digunakan dalam kehidupan manusia sehari-hari. Dalam tabel priodik, besi mempunyai simbol Fe dan nomor atom 26. Besi (Fe) merupakan logam feromagnetik karena memilki empat elektron tidak berpasangan pada orbital d dan penghantar panas yang baik. Gambar 2.4 Serbuk Besi (Fe) Tabel 2.2 Karakterisasi Logam Fe (besi) Karakterisasi Lambang Fe Penampilan Metalik mengkilap keabu-abuan Nomor atom 26 Titik lebur(melting point) C Titik didih (boiling point) C 2.4 Chromium (Cr) Krom (Cr) pertama kali ditemukan pada tahun 1797 oleh Vauquelin. Logam krom berwarna abu-abu, Chrom dilambangkan dengan Cr, yang termasuk dalam golongan VIB periode 4. Khromium berasal dari bahasa yunani berarti warna. Khrom mempunyai nomor atom 24 dan berat atom 51,996. Di alam logam khrom

5 11 tidak pernah ditemukan dalam bentuk persenyawaan padat atau mineral dengan unsur-unsur lain. Logam ini tidak dapat teroksidasi oleh udara yang lembab Tabel 2.3 Karakterisasi Logam Cr (Crom) Karakterisasi Lambang Cr Penampilan Metalik mengkilap keabu-abuan Nomor atom 24 Titik lebur(melting point) C Titik didih (boiling point) C 2.5 Sifat Kemagnetan Bahan Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam komponen pembentuknya. Berdasarkan sifat kemagnetan bahan dapat digolongkan menjadi 4 yaitu : Bahan diamagnetik Bahan diamagnetik merupakan bahan yang tidak memiliki momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan mengubah gerakannya sehingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan dengan medan magnet luar tersebut, seperti terlihat pada Gambar (2.5). Contoh bahan diamagnetik yaitu perak, bismut, emas, seng, dan tembaga Gambar 2.5 Arah domain dan kurva bahan diamagnetik

6 Bahan paramagnetik Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomik masing-masing atomnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomik total seluruh atomnya dalam bahan nol. Hal ini disebabkan karena gerakan atomya acak, sehingga resultan medan magnet atomik masing-masing atom saling meniadakan. Dibawah pengaruh medan eksternal, bahan tersebut akan mensejajarkan diri karena adanya torsi yang dihasilkan, seperti terlihat pada Gambar (2.6). sifat paramagnet ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. (a) (b) Gambar 2.6 Arah domain dan kurva bahan paramagnetik (a). sebelum diberi medan magnet luar, (b). setelah diberi medan magnet luar. Sifat paramagnetik muncul karena adanya atom, molekul, dan cacat kisi yang memiliki jumlah elektron yang ganjil (adanya elektron yang tidak berpasangan) sehingga menyebabkan jumlah spin tidak sama dengan nol. Atom dan ion bebas dengan orbital yang terisi sebagian, seperti unsur transisi, unsur tanah jarang, dan unsur-unsur aktinida memiliki elektron tidak berpasangan. Contohnya V 2+, Cr 2+, Mn 2+, Fe 2+, Co 2+, dan Ni 2+ untuk logam transisi dan Gd 3+ untuk logam tanah jarang. Kurva magnetisasi M terhadap medan magnet H dalam bahan paramagnetik menunjukkan hubungan yang linear dengan kemiringan positif dan suseptibilitas positif, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7 (b). Kurva

7 13 magnetisasi mengalami satruasi karena semua ion magnet akan memiliki momen magnetik yang searah dengan medan magnet luar. (a) Diamagnetik (b) Paramagnetik (c) Ferromagnetik Gambar 2.7 Grafik M vs H yang menunjukkan sifat diamagnetik, paramagnetik, dan ferromagnetik pada bahan (Morkoc & Ozgur, 2009) Bahan Ferromagnetik Bahan ferromagnetik mempunyai resultan medan magnet atomik besar, hal ini disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan ini banyak spin elektron yang tidak berpasangan, masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan menimbulkan medan magnet, sehingga medan magnet total yang dihasilkan oleh satu atom menjadi lebih besar. Medan magnet dari masingmasing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi diantar atom-atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok, kelompok inilah yang dikenal dengan domain, yang diperlihatkan pada Gambar (2.8) Gambar 2.8 Arah domain dan kurva bahan Ferromagnetik

8 14 Bahan ini mempunyai sifat remanensi, artinya bahwa setelah medan magnet luar dihilangkan, akan tetap memiliki medan magnet, karena itu bahan ini sangat baik sebagai sumber magnet permanen. Contoh bahan ferromagnetik : besi, baja. Sifat kemagnetan bahan ferromagnetik akan hilang pada temperatur Curie. Temperatur Curie untuk besi lemah adalah C dan untuk baja adalah C Bahan Anti Ferromagnetik Bahan anti ferromagnetik adalah suatu bahan yang memiliki suseptibilitas positif yang kecil pada segala temperatur, tetapi perubahan suseptibilitas karena temperatur adalah keadaan yang sangat khusus. Susunan dwi kutubnya adalah sejajar tetapi berlawanan arah, diperlihatkan pada Gambar (2.9) Gambar 2.9 Arah domain dan kurva bahan anti ferromagnetik, (a) sebelum diberi medan magnet luar, (b) setelah diberi medan magnet luar. 2.6 Solid State Reaction Method Solid state reaction method adalah teknik pengolahan serbuk yang menghasilkan starting material yang homogen dengan cara mencampur bahan dasar. Salah satu metode untuk menghasilkan serbuk yang disintesis dengan solid state reaction adalah mechanical milling. Mechanical milling adalah proses solid state reaction dalam menghasilkan serbuk dengan cara welding, fracturing dan rewelding partikel serbuk dalam high-energy ball mill (Suryanarayana, 2001). Metode ini dapat digunakan untuk mempersiapkan paduan oxide-dispersion

9 15 strengthened (ODS), paduan amorf, nanokristalin dan nanokomposit logamoksida (Takacs, 1998). Gambar 2.10 Rangkaian proses solid state reaction secara konvensional: (1) milling, (2) compacting, dan (3) sintering; (a) menunjukkan kondisi partikel ketika (b) menunjukkan operasi dan kerja alat selama rangkain proses preparasi (Groover, 2012) Beberapa langkah yang dilakukan dalam preparasi serbuk dengan cara solid state reaction secara konvensional adalah penggilingan dan pencampuran serbuk (milling and mixing of powder), kompaksi (compaction) yaitu mencetak serbuk dalam bentuk pellet dan pemanasan (sintering) yaitu memanaskan bahan di bawah titik lebur yang menyebabkan terjadinya solid state bonding dari partikel dan meningkatnya kekuatan bahan Penggilingan dan Pencampuran Serbuk (Milling and Mixing of Powder) Milling atau dikenal juga dengan sebutan blending adalah mencampur serbuk dengan komposisi kimia yang sama tetapi mempunyai ukuran partikel yang berbeda. Partikel dengan ukuran partikel berbeda biasanya dimilling untuk mengurangi porositas. Mixing adalah mengkombinasikan serbuk yang mempunyai

10 16 unsur kimia berbeda. Salah satu keuntungan dari proses milling dan mixing adalah dapat mencapur berbagai macam logam dalam suatu paduan. Proses milling dan mixing dilakukan secara mekanik. Beberapa cara alternative dalam melakukan proses tersebut adalah dengan menggunakan rotation in a drum, rotation in a double-cone container, agitation in a screw mixer, dan stirring in a blade mixer seperti ditunjukkan pada Gambar Untuk menghasilkan paduan erbuk yang baik maka disarankan untuk mengisi wadah antara % dari volume wadah milling yang digunakan. Gambar 2.11 Beberapa model alat untuk blending/milling dan mixing : (a) rotating drum (b) rotating double-cone (c) screw mixer (d) blade mixer (Groover, 2012) Kadang-kadang serbuk logam dimilling dengan menggunakan medium cair dan proses ini disebut sebagai wet milling. Jika tidak ada cairan yang terlibat dalam proses milling maka disebut dry milling. Telah dilaporkan bahwa wet milling adalah metode yang lebih baik dari pada dry milling untuk mendapatkan produk yang lebih halus karena molekul pelarut yang teradsorpsi pada permukaan partikel yang terbentuk dan mempunyai energi permukaan yang rendah. Selain itu, dengan menggunakan wet milling maka dihasilkan partikel serbuk yang tak teraglomerasi (less-agglomerated condition). Penelitian lain juga melaporkan bahwa kecepatan amorphization terjadi lebih cepat pada wet milling jika dibandingkan dengan dry milling. Adapun kelemahan dari wet milling adalah

11 17 terjadinya kontaminasi pada serbuk karena menggunakan medium pelarut. Untuk itu, dalam penelitian perlu adanya pemilihan medium pelarut sesuai dengan starting material yang digunakan (Suryanarayana, 2001). Beberapa faktor yang menentukan dalam proses milling serbuk adalah tipe mesin milling yang digunakan, milling container yang digunakan, kecepatan milling, lamanya waktu milling, jenis dan ukuran grinding balls yang digunakan, perbandingan antara massa serbuk dan bola-bola, luas daerah yang kosong pada vial/jar setelah dimasukkan serbuk dan bola-bola, atmosfer milling yang digunakan, dan suhu milling (Suryanarayana, 2004) Penekanan (compaction) Kompaksi merupakan proses pemadatan serbuk menjadi sampel dengan bentuk tertentu sesuai dengan cetakannya (molding). Penekanan terhadap serbuk dilakukan agar serbuk dapat menempel satu dengan lainnya sebelum ditingkatkan ikatannya dengan proses sintering. Ada dua macam metode yang digunakan dalam kompaksi yaitu cold compaction dan hot compaction. Cold compaction adalah penekanan yang dilakukan pada suhu kamar. Metode ini dipakai apabila bahan yang digunakan mudah teroksidasi seperti aluminium murni. Hot compaction yaitu penekanan yang dilakukan di atas suhu kamar. Tekanan yang diberikan dalam proses kompaksi pada awalnya menghasilkan repacking serbuk, menghilangkan bridges yang terbentuk selama proses filling, mengurangi pori-pori dan meningkatkan jumlah titik kontak antar partikel. Proses ini ditunjukkan pada Gambar Ketika tekanan meningkat, partikel terderformasi secara plastis, menyebabkan kontak daerah kontak antar partikel meningkat. Hal ini menyebabkan penurunan volume pori.

12 18 Gambar 2.12 (a) Efek dari pemberian tekanan selama proses kompaksi (1) serbuk awal setelah filling (2) repacking, dan (3) deformasi partikel; (b) kerapatan serbuk sebagai fungsi tekanan (Groover, 2012) Pemanasan (Sintering) Sintering adalah proses pemadatan dari sekumpulan serbuk pada suhu tinggi di bawah titik leburnya hingga terjadi perubahan struktur mikro seperti pengurangan jumlah dan ukuran pori, pertumbuhan butir, penyusutan, dan peningkatan densitas (Fang, 2010). Adanya perlakuan panas menyebabkan terjadinya ikatan antarpartikel serbuk dan meningkatkan kekuatan dari produk yang dihasilkan (Agarwal, 2016). Suhu sintering biasanya diatur antara 0,7 dan 0,9 dari titik lebur bahan (absolute scale) (Groover, 2012). Adanya pengaruh suhu yang cukup tinggi selama proses sintering menyebabkan menurunnya energi permukaan. Hasil dari proses kompaksi (biasanya disebut green compact) mempunyai banyak partikel dan masing-masing mempunyai permukaan sendiri. Hal menyebabkan proses kompaksi menyebabkan tingginya jumlah daerah permukaan pada green compact yang dihasilkan. Karena

13 19 pengaruh panas, daerah permukaan berkurang sebagai efek dari pembentukan dan pertumbuhan ikatan antara partikel menyebabkan menurunnya energi permukaan. Gambar 2.12 menunjukkan skala mikroskois dari perubahan yang terjadi pada serbuk logam selama proses sintering. Proses sintering melibatkan aliran massa (massa transport) dan menyebabkan beberapa titik kontak (contact points) berikatan membentuk ikatan partikel (particle bonding) (Gambar ). Titik kontak yang berikatan tersebut menghasilkan leher (necks) dan bertransformasi pada batas butir (grain boundaries) (Gambar ). Hal ini menyebabkan terjadinya penyusutan (shrinkage) sehingga porositas berkurang (Gambar ). Proses akhir menghasilkan batas butir yang baru di antara partikel (Gambar ) Gambar 2.13 Proses sintering pada skala mikrokopis (Groover, 2012) Proses sintering dilakukan dalam sebuah tungku pembakaran (furnace). Perlakuan panas selama proses sintering dalam furnace dapat dibagi pada tiga bagian yaitu preheat yaitu menghilangkan gas-gas dan pengotor, sinter dan cool down. Hal ini secara jelas ditampilkan pada Gambar 2.14.

14 20 Time Gambar 2.14 Perlakuan panas dalam proses sintering 2.7 X-Ray Difraction (XRD) Tujuan pengujian difraksi sinar-x (XRD) dilakukan adalah untuk menentukan fasa yang terbentuk setelah serbuk mengalami proses sintering. Dari data yang dihasilkan dapat diprediksi ukuran kristal serbuk. Ukuran kristalin ditentukan berdasarkan pelebaran puncak difraksi sinar-x yang muncul. Makin lebar puncak yang dihasilkan, maka makin kecil ukuran kristal serbuk. Hubungan antara ukuran kristal dengan lebar puncak difraksi sinar-x dapat dihitung dengan menggunakan formula Debye-Schrerer pada persamaan 2.1: 0.9 D (2.1) cos dengan D adalah ukuran (Diameter) kristal, λ adalah panjang gelombang sinar-x yang digunakan (λ = 1,5406 Å), θ adalah sudut Bragg, β adalah FWHM (full width at half maximum) satu puncak yang dipilih (Aryanto et al., 2016), dan d-spacing dari perbedaan daerah kristal (h k l) dihitung menggunakan persamaan 2.2, 1 d h 2 2 hk k l 2 a c 2 2 (2.2)

15 21 Untuk menghitung nilai dari konstanta kisi diperoleh dari persamaan 2.3 berikut: 2 2 a h hk k (2.3) 3sin Prinsip XDR adalah pada saat suatu material dikenai sinar- X, maka intensitas sinar yang ditransmisikan lebih rendah dari intensitas sinar datang. Hal ini disebabkan adanya penyerapan oleh material dan juga penghamburan oleh atomatom dalam material tersebut. Berkas sinar-x yang dihamburkan tersebut ada yang saling menghilangkan karena fasanya berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasanya sama. Berkas sinar-x yang saling menguatkan itulah yang disebut sebagai berkas difraksi. Gambar 2.15 Difraksi Bidang Atom Gambar 2.15 menunjukkan suatu berkas sinar-x dengan panjang gelombang λ, jatuh pada sudut θ pada sekumpulan bidang atom berjarak d, sinar yang dipantulkan dengan sudut θ hanya dapat terlihat jika berkas dari setiap bidang yang berdekatan saling menguatkan. Oleh sebab itu, jarak tambahan satu berkas dihamburkan dari setiap bidang berdekatan, dan menempuh jarak sesuai dengan perbedaan kisi yaitu sama dengan panjang gelombang n λ. 2.8 VSM ( Vibrating Sampel Magnetometer) Karakterisasi sifat magnet menggunakan alat Vibrating Sampel Magnetometer (VSM) yang merupakan salah satu jenis peralatan untuk mempelajari sifat magnet bahan. Dengan alat ini akan dapat diperoleh informasi

16 22 mengenai besaran-besaran sifat magnet sebagai akibat perubahan medan magnet luar yang digambarkan dalam kurva histereis. Momen magnet sampel dideteksi dengan menempatkan koil didekat sampel yang bervibrasi didalam medan magnet yang diatur. Medan magnet dapat dihasilkan dengan menggunakan bahan elektromagnetik, magnet super konduktor atau bitter magnet. 2.9 Sifat listrik Resisitivitas dan Konduktivitas Arus yang mengalir pada penghantar selalu mengalami hambatan dari penghantar itu sendiri. Besarnya hambatan tergantung dari beberapa faktor, yang antara lain ditentukan oleh jenis bahan. Karakteristik listrik dari komponenkomponen elektronika dapat ditentukan dengan menggunakan sistem pengukur arus dan tegangan (I-V meter), yang merupakan sebuah piranti ukur utama yang digunakan dalam penelitian tentang semikonduktor dan divais semikonduktor. Setiap material atau bahan memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Setiap bahan memiliki sifat yang berbeda-beda mulai dari sifat fisis, sifat mekanis dan sifat kimiawi. Sifat fisis yaitu sifat yang dimiliki suatu bahan yang dapat kita amati secara langsung, sedangkan untuk mengetahui sifat mekanik dan kimiawinya itu tidak bisa dilihat secara langsung, maka haruslah dilakukan percobaan untuk mengetahui sifat mekanik dan kimiawinya. Untuk mengetahui seberapa cepat dan seberapa besar suhu yang dapat berubah pada sebuah benda dapat menghantarkan panas seberapa besar suhu yang dapat berubah pada bahan itu maka kita harus mengetahui konduktivitas listrik dan resistivitas bahan tersebut. Konduktivitas listrik (s) adalah ukuran dari

17 23 kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujung-ujung sebuah konduktor, muatan-muatan akan bergerak berpindah dan kemudian menghasilkan arusl istrik. Konduktivitas listrik didefinisikan sebagai rasio dari rapat arus terhadap kuat medan listrik. Konduktivitas suatu bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Sedangkan resistivitas adalah kebalikan dari konduktivitas, yakni kemampuan suatu bahan untuk menahan arus listrik. Resistansi (R) adalah kemampuan bahan listrik menghambat arus listrik, Resistivitas (ρ) adalah nilai resistansi bahan listrik pada satuan panjang (l) dan luas penampang (A). Besarnya tahanan dapat dihitung dengan rumus : Dimana : R.A l (2.4) R ρ l : besarnya tahanan (hambatan) (Ω) : resistivitas (Ω cm) : dimensi tebal sample (cm) A : luas penampang sampel (cm) Kebalikan dari resistivitas desebut konduktivitas listrik σ. Secara sisitematis yaitu : 1 (2.5) Bedasarkan nilai konduktivitas, suatu material dapat dibedakan menjadi tiga bagian yaitu konduktor, semikonduktor dan isolator (Fairchild, 2003), kisaran konduktor, semikonduktor dan isolator ditampilkan pada Gambar 2.16.

18 24 Gambar 2.16 Kisaran konduktivitas untuk isolator, semikonduktor, dan konduktor. (SZE & LEE, 2012) Kapasitansi atau kapasitans adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan untuk sebuah potensial listrik yang telah ditentukan. Bentuk paling umum dari piranti penyimpanan muatan adalah sebuah kapasitor dua lempeng (Saslow, 2002). Jika muatan di lempeng Q dan V adalah tegangan listrik antar lempeng, maka rumus kapasitans adalah: C : Kapasitansi (Farad) Q C (2.6) V Q : Muatan (Coulomb) V : Voltase (Volt) C-V Meter merupakan alat untuk mengukur karakteristik kapasitansi terhadap tegangan (C-V) dari suatu divais. C-V Meter banyak digunakan untuk meneliti struktur bahan dari semikonduktor, yaitu bagaimana kapasitansi sebuah divais berubah terhadap tegangan bias yang diberikan. Karakteristik C-V dapat memberikan informasi tentang komposisi, kualitas proses dan interaksi material. Akurasi dari pengukuran CV sangat penting untuk perancangan dan pembuatan divais semikonduktor, sehingga dibutuhkan pengukuran karakteristik C-V yang

19 25 baik (Yang,1995). Konstanta dielektrik adalah perbandingan nilai kapasitansi kapasitor pada bahan dielektrik dengan nilai kapasitansi di ruang hampa. Konstanta dielektrik atau permitivitas listrik relatif juga diartikan sebagai konstanta yang melambangkan rapatnya fluks elektrostatik dalam suatu bahan bila diberi potensial listrik. Konstanta ini merupakan perbandingan energi listrik yang tersimpan pada bahan tersebut jika diberi sebuah potensial, relatif terhadap ruang hampa. Sifat dielektrik merupakan sifat yang menggambarkan tingkat kemampuan suatu bahan untuk menyimpan muatan listrik pada beda potensial yang tinggi. Kapasitansi dari sebuah kapasitor pelat-sejajar yang tersusun dari dua lempeng sejajarnya seluas A dengan tebal l adalah sebagai berikut: Dimana: C : Kapasitansi (Farad) A : luas setiap lempeng (m 2 ) ε r : Konstanta Dielektrik ε 0 : Permitivitas di mana ε 0 = 8.85x10-12 F/m l : Tebal (m) Cl r (2.7) A 0