Penumbuhan dan Karakteristik (Bilalodin) PENUMBUHAN DAN KARAKTERISASI LAPISAN TIPIS PbTiO 3 YANG DISIAPKAN DENGAN TEKNIK SPIN COATING

Transkripsi

1 Penumbuhan dan Karakteristik (Bilaldin) PENUMBUHAN DAN KARAKTERISASI LAPISAN TIPIS PbTiO 3 YANG DISIAPKAN DENGAN TEKNIK SPIN COATING Bilaldin Prgram Studi Fisika, Jurusan MIPA Fakultas Sains dan Teknik Universitas Jenderal Sedirman Purwkert ABSTRACT The grwth f PbTiO 3 ferrelectric thin films have successfully dne. Thin films were made frm bulk (pwder) PbTiO 3 disslved in methanl slutin. The cndensatin was mixed during 1 hur t get hmgeneus cndensatin. Thin films were grwn abve crning substrates by spin cating methd. Optimatin was dne by varius f annealing temperature. The physical prperties f thin films were characterized by Energi Dispersive X-Ray Spectrscpy (EDS), X-Ray Diffractin (XRD), Scanning and Electrn Micrscpy (SEM). EDS measurement shwed that the stichimetry cmpsitin rati f Pb/Ti is 1/1.26 at annealing temperature 600 C and 1/1.29 at annealing temperature 700 C. The result f XRD pattern shwed that crystal structure f PbTiO 3 thin films are tetragnal. The calculated lattice parameters ntained frm Chhen Methd are a=b= Å dan c= 4.130Å. The result f SEM PbTiO 3 thin film shwed that thin film has glbular grain size. Keywrd : PbTiO 3 thin film, spin cating methd, characterizatin EDS, XRD and SEM PENDAHULUAN Meskipun sudah dikenal lama, namun lapisan tipis PbTiO 3 yang bersifat ferelektrik tetap sangat menarik untuk diteliti karena bermacam macam pengunaan diantaranya: sebagai sensr inframerah, kapasitr dan high dynamic radm acces memry (DRAM). Penggunaan PbTiO 3 sebagai sensr inframerah mempunyai kelebihan dibandingkan bahan yang lain diantaranya: kefisien pirelektrik (P) yang besar, knstanta dielektrik yang rendah dan kefisien temperatur ( ) yang tinggi. Beberapa penerapannya adalah sebagai alat sensr pada navigasi dan pengindraan jarak jauh, kamera IR malam hari dan sensr tubuh manusia (Nakamat, dkk., 2002). Oleh sebab itu pembuatan lapisan tipis pirelektrik PbTiO 3 terus dilakukan guna mendapatkan karakteristik film yang lebih baik. Beberapa metde yang dapat digunakan dalam pembuatan lapisan tipis PbTiO 3 adalah seperti: Pulsa Laser Ablatin (PLAD), puttering, dan Chemicel Depsitin Slutin (CDS) (Sctt, 1997). Metde CDS cukup baik karena kntrl yang baik pada stikimetri, mudah dibuat dan dapat dilakukan pada suhu kamar. Pada penelitian ini lapisan tipis PbTiO 3 ditumbuhkan dengan metde CDS kemudian diprses lebih lanjut dengan teknik Spin cating. Lapisan tipis dikarakterisasi mengunakan difraksi sinar X dan Scanning Electrn Micrscpy (SEM) untuk mengetahui struktur kristal dan mrflgi permukaan film. METODE PENELITIAN Bahan yang digunakan adalah serbuk PbTiO 3, substrat kaca (crning), metanl, akuades. Alat yang digunakan: gelas ukur 100 ml, pengaduk, pipet, crucibel alumina, Spin Cating, Htplate, Furnace, SEM (Scanning Electrn Micrscpy ), XRD (X-Ray Difractin) dan EDX (Energy Dispersive X-Ray Spectrscpy). Pembuatan lapisan tipis adalah sebagai berikut: langkah pertama ádalah 48

2 Mlekul, Vl. 3. N. 1. Mei, 2008 : pembuatan larutan PbTiO 3 0,5 M dengan menggunakan pelarut metanl. Larutan diaduk selama 1 jam untuk memperleh larutan yang hmgen. Langkah selanjutnya adalah prses pembentukan film tipis, yaitu dengan mengambil 4 tetes larutan PbTiO 3 untuk diteteskan pada substrat kaca (crning) yang sudah ditempatkan pada alat spin cating, kemudian substrat yang sudah terdapat larutan tersebut diputar dengan putaran 2500 rpm. Setelah dilakukan prses spin cating, langkah selanjutnya adalah melakukan pemanasan awal (pra annealing) dengan menggunakan htplate dengan suhu 50 C selama 30 menit. Langkah terakhir adalah dilakukan pemanasan (annealing) dengan menggunakan furnace dengan suhu 600ºC dan 700 C selama 1 jam. Karakterisasi kmpsisi kimia dari lapisan tipis dilakukan menggunakan EDX, struktur kristal dilakukan dengan menggunakan XRD dan mrflgi permukaan menggunakan SEM (Siswsuwarn, 1996) HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Karakterisasi EDX Hasil karakterisasi EDX dapat dilihat pada Tabel 1. Data pada Tabel 1 menunjukkan bahwa pada lapisan tipis yang dibuat telah terdapat unsurplumbum (timbal) dan titanium. Hal ini ditunjukkan pada besarnya persentase berat (wt%) dan jumlah atm (at%). Lapisan tipis jika dianggap mempunyai struktur stikimetri Pb/Ti : 1/1, film yang terbentuk pada substrat kaca (crning) pada temperatur annealing 600 C dan 700 C diperleh masing-masing 1/1,26 dan 1/1,29. Hasil ini menunjukkan bahwa baik pada temperatur 600 C maupun 700 C lapisan tipis yang terbentuk pada substrat kaca (crning) masih kelebihan unsur Ti dan kekurangan unsur Pb. Hal ini dimungkinkan karena menguap pada saat dilakukan prses anneling. Tabel 1. Hasil EDX film tipis PbTiO 3 di atas substrat crning Unsur Temperatur anneling C Penumbuhan lapisan tipis PbTiO 3 Temperatur anneling C Wt% At% Wt% At% Pb 78,68 44,27 77,06 43,72 Ti 21,32 55,73 22,94 56,28 2. Karakterisasi XRD Hasil pla difraksi lapisan PbTiO 3 ditunjukkan pada Gambar 1. Hasil XRD menunjukkan bahwa lapisan tipis PbTiO 3 yang terbentuk bersifat plikristal. Hal ini diindikasikan dengan banyaknya puncak yang terbentuk. Hasil XRD menunjukan intensitas tertinggi terjadi pada sudut 2 = 32,3395 dengan bidang kristal (110). Film tipis PbTiO 3 yang terbentuk masih terdapat daerah yang berupa amrf yang diindikasikan puncak-puncak yang belum nampak. 49

3 intensitas Intensitas Penumbuhan dan Karakteristik (Bilaldin) sudut 2theta Gambar 1. Hasil XRD film tipis PbTiO 3 di atas substrat crning pada temperatur annealing C sudut 2 theta Gambar 2 Hasil XRD film tipis PbTiO 3 di atas substrat crning pada temperatur annealing C Film tipis PbTiO 3 yang ditumbuhkan di atas substrat crning dengan temperatur annealing C, juga berupa plikristal. Hal ini diindikasikan dengan banyaknya puncak yang terbentuk seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2. Hasil XRD menunjukkan intensitas tertinggi terjadi pada sudut 2 = 32,2510 dengan bidang kristal (110). Film tipis PbTiO 3 yang terbentuk masih terdapat daerah yang berupa amrf yang diindikasikan puncak-puncak yang belum nampak, namun demikian pada temperatur ini memiliki struktur kristal yang sedikit lebih baik daripada saat temperatur annealing 600 C. Nilai knstanta kisi yang dihitung berdasarkan metde Chen diperlihatkan pada Tabel 2. Hasil perhitungan yang ditampilkan diatas, parameter kisi film tipis PbTiO 3 yang ditumbuhkan diatas substrat crning memiliki nilai yang hampir sama dengan data parameter kisi ICDD (Internatinal Centre fr Diffractin Data) untuk PbTiO 3 dimana a=b= 3,89 A dan c = 4,13 A (Paul, 2004). 50

4 Mlekul, Vl. 3. N. 1. Mei, 2008 : Tabel 2. Nilai parameter kisi lapisan tipis PbTiO 3 pada temperatur Annealing 600 C dan 700 C Temperatur Annealing ( C) a=b (A ) c (A ) c/a (a) (b) Gambar 3. Mrflgi permukaan film tipis PbTiO 3 di atas substrat crning pada temperatur annealing (a) 600 C dan (b) 700 C Hasil Scaning Electrn Micrscpy (SEM) film tipis PbTiO 3 di atas substrat crning yang ditunjukkan pada Gambar 3a dan 3b memperlihatkan bahwa peningkatan temperatur annealing hanya sedikit merubah ukuran butiran (grain size). Pada temperatur annealing 600 C maupun 700 C memiliki butiran berbentuk bulat dengan ukuran yang beragam, hal ini diperkuat leh hasil XRD yang memunculkan banyak puncak. Pada temperatur annealing 700 C memiliki butiran dengan ukuran yang lebih seragam KESIMPULAN Lapisan tipis PbTiO3 Film tipis PbTiO 3 dapat ditumbuhkan dengan baik pada subtrat kaca (crning) pada temperatur anneling 600 C dan C.Hal ini diperkuat dari uji EDS yang menunjukkan adanya unsur-unsur pembentuk PbTiO 3. Berdasarkan hasil karakterisasi XRD lapisan tipis diperleh parameter kisi a=b= Å dan c= 4.130Å pada temperature annealing 600 C dan a=b=3.994 Å dan c= Å dengan sistem kristal berbentuk tetragnal. Hasil SEM lapisan tipis PbTiO 3 yang ditumbuhkan pada substrat kaca (crning) menunjukkan bahwa permukaan film memiliki butiran berbentuk bulat dengan ukuran yang beragam. DAFTAR PUSTAKA Nakamat, M., N. Ichinse, N. Iwase, and Y. Yamashita Pyrelectric Infrared Sensr Using Mdified PbTiO 3 Ceramics. T. IEE Japan. Vl. 122-E, N. 11, pp

5 Penumbuhan dan Karakteristik (Bilaldin) Paul J. Schields Bragg's Law and Diffractin: Hw waves reveal the atmic structure f crystals, Center fr High Pressure Research Department f Earth & Space Sciences State University f New Yrk at Stny Brk. NY diakses 16 Januari sumber : jectjava/bragg/ Sctt, F. J The Physic f Ferrelectrics Ceramic Thin Film fr Memry Applicatin. OPA. Amsterdam. Satu Teknik Pemeriksaan Material. Labratrium Metalurgi Jurusan Teknik Mesin. Institut Teknlgi Bandung. Takayama, R., Y. Tmita, K. Ijima, and I. Ueda Preparatin and characteristics f pyrelectric Infrared Sensr Made f c-axis riented La-Mdified PbTiO 3 thin Film. Appl. Phys. Vl. 61, N. 1, pp Siswsuwarn, Marjn Scanning Electrn Micrscpy Sebagai Salah 52