BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Krkterissi Menggunkn XRD Gmbr 4.1 XRD Sensor Berbsis SnO Pd Gmbr 4.1 diperlihtkn pol Difrksi Sinr-X dri sensor dengn suhu firing 650 0 C. Dri hsil XRD dpt dikethui bhw lpisn sensitif yng digunkn dlh SnO. Prmeter kisi dri hsil dt XRD dlh = 4.737, c = 3.185. Dri pol difrksi terliht punck-punck dengn pol orientsi kristl SnO dlh 110 dn 101 yng menunjukkn pol difrksi yng terbentuk 76
77 dlh membentuk kristl SnO. Dri semu punck yng muncul dpt disimpulkn struktur dri SnO dlh rutile tetrgonl. 4. Krkterissi menggunkn EDS Untuk mengethui komposisi mteril yng terbentuk dilkukn pengujin EDS (Elektron Difrction Spectrocopy) dengn tipe JEOL JSM 6360 LA. Bhn SnO yng digunkn dilkukn pengujin dengn EDS sebgi berikut : Gmbr 4. EDS Bhn SnO Dri hsil EDS dpt dikethui bhw mteril yng digunkn mengndung senyw SnO. Ini berrti dengn metode solgel didptkn kristl SnO. Dimn elemen-elemen penyusunny dlh O (Oksigen) dengn persen mss 1.3 %), Sn (Stnum) dengn persen mss 78.77 %. Punck Sn dpt dikethui pd energy 3.44 kev.
78 4.3 Krkterissi menggunkn SEM Untuk mengethui ukurn prtikel-prtikel SnO hsil sintesis mk dilkukn pengmbiln gmbr dengn SEM tipe JEOL JSM 6360 LA. Gmbr 4.3 Hsil SEM perbesrn 0000X Gmbr 4.4 Hsil SEM perbesrn 40000X
79 Hsil krkterissi menggunkn SEM memperlihtkn struktur morfologi SnO dengn pembesrn 0000 kli dn 40000 kli. Dri foto SEM dengn perbesrn 0000 kli dengn skl pnjng gris tebl putih mewkili 1µm (1000 nm). Selin perbesrn 0000 kli, dilkukn jug pengmbiln gmbr SEM dengn perbesrn 40000 kli. Dri gmbr dengn perbesrn 40000 kli skl yng digunkn 500 nm yng diwkili gris putih tebl. Untuk menghitung ukurn prtikel SnO digunkn metode Hein dengn menggunkn perbesrn 40000X didptkn ukurn rt-rt prtikel 64 nm. Ini berrti dengn proses solgel didptkn film tebl SnO. Dri hsil SEM jug terliht bnykny pori untuk berbgi perbesrn. Untuk sensor gs, semkin bnyk pori kn semkin meningktkn sensitivits sensor. Pori-pori itu kn menngkp oksigen sehingg pori-pori itu kn tertutup sehingg semkin bnyk elektron konduksi ditingktkn sehingg konduktifitsny semkin besr dn nili hmbtnny kn semkin menurun. Semkin hmbtn menurun mk sensitivitsny kn semkin tinggi. Dri hsil XRD, EDS, dn SEM film tebl SnO memenuhi kriteri sebgi mteril untuk pliksi sensor gs.
R (KOhm) 80 4.4 Pengujin Sensor Dt Hsil Pengujin Dt hsil pengujin perubhn resistnsi sensor terhdp tempertur opersionl pd tbel dibwh: Tbel 4.1 Dt Pengujin Perubhn Resistns Sensor Terhdp Perubhn Tempertur Opersionl V (Volt) T ( 0 C) R (K Ohm) 1,88 100 17,47,1 110 13,66,37 10 10,87,49 130 9,99,69 140 5,86,8 150 4,66,91 160 1,53 3,05 170 0,878 3,5 180 0,586 Dri tbel 4.1 dibut grfik hmbtn terhdp tempertur, sebgi berikut : 18 16. R 14 1 10 8 6 4 0 100 10 140 160 180 T (Celcius) Gmbr 4.5 Grfik Perubhn R Sensor terhdp Perubhn Tempertur Opersionl
81 Anlis Dri grfik yng didpt terliht bhw resistnsi lpisn sensitif menurun untuk tempertur yng semkin besr hl ini disebkn dny elektron-elektron dlm lpisn senstif mndptkn energi pns yng bersl dri heter yng memungkinkn elektron dpt melewti potensil brrier tu bts butir yng terdpt pd permukn sensor. Penurunn grfik terliht cenderung linier. Semkin besr tempertur heter, mk hmbtnny semkin menurun cenderung linier. Sift listrikny menyerupi bhn semikonduktor. Bnykny penmbhn tempertur pd film tebl menyebbkn elektron memperoleh cukup energi untuk melewti brier pd bts butir. Pd tempertur rendh, sesui dengn persmn : E RT ln A A C c B D b d (Kimi Dsr, 003) mk energi ktivsiny kn semkin rendh jug. Hl ini disebbkn meknisme konduksi. Pd derh tempertur rendh, konduktifits bertmbh disebbkn oleh mobilits pembw mutn, yng bergntung pd cct kristl. Dlm derh ini energi ktivsi menurun kren dengn energi terml yng kecil cukup untuk mengktivsi pembw mutn ke pit konduksi. Jdi vcncy yng terikt lemh pd kisi dpt mudh berpindh tempt ke pit konduksi, kren itu konduktifits bertmbh pd tempertur rendh yng dpt dihubungkn dengn mobilits pembw mutn.
8 persmn : Pd tempertur tinggi, energi ktivsiny jug kn tinggi. Sesui dengn E RT ln A A C c B D b d (Kimi Dsr, 003) Dlm derh ini konduktivits listrik disebbkn oleh konduksi intrinsik. Pd tempertur tinggi terjdi penyerpn oksigen pd permukn film. Pd tempertur tinggi jug konsentrsi crier bertmbh disebbkn oleh eksitsi terml intrinsik dn proses emisi elektron seiring dengn nikny tempertur. Pd film tebl menunjukkn penurunn resistnsi seiring dengn pertmbhn tempertur disebbkn oleh bnykny pembw mutn.
R (Ohm) 83 Dri hsil pengujin perubhn resistnsi sensor terhdp konsentrsi gs CO, diperoleh dt seperti dlm Tbel. Tbel 4. Dt Pengujin Perubhn Resistnsi Sensor Terhdp Perubhn Konsentrsi gs CO R (Ohm) Konsentrsi Gs CO (ppm) 586 0 4 50 130 500 114 750 100 1000 97 150 Tnggpn Perubhn R Sensor terhdp Perubhn Konsentrsi Gs CO 35 30 5 0 15 10 5 0 0 500 1000 1500 Konsentrsi (ppm) Gmbr 4.6 Grfik Tnggpn Perubhn R Sensor terhdp Perubhn Konsentrsi Gs CO
84 Anlis: Dri grfik 4.6 yng didpt terliht bhw resistnsi SnO menurun terhdp kenikn konsentrsi gs CO. Artiny respon smpel SnO terhdp gs CO mengkibtkn penurunn nili hmbtnny seiring dengn kenikn konsentrsi gs CO. Resistnsi lpisn sensitif menurun untuk konsentrsi gs yng semkin tinggi, ini disebbkn dny proses trnsfer elektron. Hl ini dikibtkn kren terjdiny ketidksetimbngn stokiometi SnO berubh ketik bereksi dengn gs CO kibtny elektron-elektron konduksi dibngkitkn dlm bhn SnO dn mengkibtkn perubhn sift konduksi (konduktifits) dn jug nili hmbtn SnO. Semkin besr konsentrsi gs CO yng bereksi dengn bhn SnO semkin bnyk elektron-elektron konduksi yng dibngkitkn didlm bhn SnO kibtny konduktivitsny meningkt sedngkn nili hmbtnny menurun kren konduktivits dlh keblikn dri hmbtn bhn. Hl ini sesui penjelsn berikut : Bil d interksi seperti di bwh ini ( A ) g b ( B ) g c ( C ) g ( D d ) g Mk menghitung nili konstnt reksiny dlh sebgi berikut: k = C A c D B d b (Kimi Dsr,003) Menurut Arhenius,nili konstnt reksi bergntung pd energi ktivsi (E)
85 E RT k = Ae (Kimi Dsr,003) mk : C A c D B d b Ae E RT E RT ln A C A c D B b d E RT ln A A C c B D b d Hubungn nili Konduktivits dengn energi ktivsi dlh: E 0 exp PO ( ) KT 1 m (Min,Yongki,007) 1 Dn hubungn Resistnsi dengn energy ktivsi dlh : E R R exp P KT 0 ( CO ) 1 m Semkin besr nili A B b (dimn A dlh konsentrsi O dn B dlh konsentrsi CO ) mk nili energi ktivsi (E ) kn menurun. Dimn resistnsi dipengruhi oleh energi ktivsi bhn, dn energi ktivsi bhn dipengruhi oleh konstnt reksi, dimn konstnt reksi itu sendiri dipengruhi oleh konsentrsi.
86 Untuk konsentrsi gs CO yng semkin besr mk pd permukn SnO mengkibtkn penyempitn derh deplesi, pd bts ntr butir dlm Kristl SnO, sehingg potensil penghlng yng terjdi pd derh tersebut jug berkurng, kibtny elektron-elektron konduksi lebih mudh melompti potensil penghlng tersebut, sehingg meningktkn konduksi elektron dn menurunkn hmbtn SnO. Untuk semikonduktor tipe-n dlm hl ini yitu bhn SnO, nili sensitivits diperoleh dri perbndingn R o /R g sesui dengn persmn.. R g dlh hmbtn yng diukur ketik sensor sudh dilirkn gs CO, sedngkn R o dlh hmbtn yng diukur sebelum dilirkn gs CO yitu pd konsentrsi 0.
Ro/Rg 87 Dt nili sensitivits sensor terhdp perubhn konsentrsi gs CO diperoleh dt seperti dlm Tbel 4.3. Tbel 4.3 Dt Pengujin Nili Sensitivits terhdp perubhn konsentrsi gs CO Konsentrsi Gs CO (ppm) R (Ω) 0 586 50 4 1,3886 500 130 4,50769 750 114 5,14035 1000 100 5,86 150 97 6,0413 S 7 6 5 4 3 Sensitifits 1 0 0 500 1000 1500 Konsentrsi (ppm) Gmbr 4.7 Grfik Nili Sensitivits terhdp Perubhn Konsentrsi Gs CO. Sensitivits pd 0 ppm 500 ppm dlh : S R1 ppm1 4.51 0 500ppm 9.10 3 / ppm Jdi Nili Sensitivits pd 0 ppm 500 ppm dlh 9.10-3 untuk setip 1 ppm.
88 b. Sensitivits pd 500 ppm 150 ppm dlh : S R ppm 6 4.51 150ppm 500ppm 1.49 750ppm 1.99.10 3 / ppm Jdi Nili Sensitivits pd 500 ppm 150 ppm dlh 1.99.10-3 untuk setip 1 ppm Sensitivits sensor terliht lebih bik pd rnge konsentrsi 0 500 ppm, yitu 9.10-3 untuk setip 1 ppm. Anlis Pd grfik memperlihtkn hubungn sensitifits gs dri film SnO terhdp konsentrsi gs CO pd tempertur 180 0 C. Dri grfik tersebut dpt dijelskn bhw film SnO mmpu mendeteksi gs CO dengn konsentrsi smpi 150 ppm dn sensitivits meningkt secr linier dengn meningktny konsentrsi gs CO smpi 1000 ppm kemudin cenderung mendtr. Sensitivits yng linier dn nili sensitivits yng lebih tinggi pd konsentrsi rendh tersebut kren cukup bnyk tersedi derh permukn yng bereksi dengn gs CO. Setelh konsentrsi CO muncpi 1000 ppm kurv cenderung mendtr kren spesi oksigen yng diserp tidk cukup memdi, sehingg tidk dpt memberikn kontribusi pd meknisme pendeteksin. Keliniern kurv dpt diperlebr dengn memperlus re sensor. Sensitivits yng linier pd konsentrsi rendh dri film dpt mendeteksi dny gs CO.
89 Dri grfik jug dpt terliht bhw sensitivits semkin tinggi untuk setip kenikn konsentrsi gs. Hl ini disebbkn oleh : Potensil brrier kn menurun pd st spesies oksigen yng diserp bertemu dengn gs-gs pereduksi sehingg mengkibtkn konduktnsi film meningkt. Pd reksi reduksi tersebut elektron yng semul diikt, kn terleps lgi sehingg berdmpk turunny level Schottky brrier. Kemudin dengn hdirny gs CO, tom tom CO bereksi dengn oksigen yng telh diserp pd permukn molekul SnO tdi, yng kemudin kn timbul CO sebgi hsil reksiny (reduksi), dn sekligus melepskn elektron elektron yng telh terikt tdi kembli ke pit konduksi. Sehingg resistnsny turun, dn itu berrti konduktifits-ny meningkt kren bnykny electron-elektron konduksi pd lpisn film SnO kibt reksi Reduksi. Reksi yng terjdi dlh : Oksidsi (penyerpn oksigen : O e O s e - menunjukkn jumlh elektron yng diikt / ditrik dri pit konduksi. Reduksi (penyerpn terhdp gs pereduksi) : CO Os CO e e - menunjukkn jumlh elektron yng dileps kembli ke pit konduksi. Jdi, pd st diberi gs pereduksi (dlm hl ini gs CO), frksi oksigen berubh dlm bhn SnO mengkibtkn electron-elektron konduksi
90 dibngkitkn dlm bhn SnO sehingg konduktifitsny meningkt dn resistnsiny menurun. Semkin besr konsentrsi gs CO pd permukn SnO mengkibtkn penyempitn derh deplesi, sehingg potensil penghlng ny berkurng, kibtny electron-elektron konduksi lebih mudh melompti potensil penghlng tersebut, sengg meningktkn konduksi elektron dn menurunkn hmbtn SnO. Dn sesui dengn persmn : Untuk mteril sensor tipe n dn gs berup pereduksi, hubungn sensirivits dengn hmbtn: S R R o g Mk semkin besr konsentrsi gs semkin besr, mk hmbtn SnO menurun seiring dengn sensitivitsny yng meningkt. Dri dt SEM terliht bnyk pori yng berfungsi menngkp oksigen. Untuk sensor gs, semkin bnyk pori kn semkin meningktkn sensitivits sensor. Pori-pori itu kn menngkp oksigen sehingg pori-pori itu kn tertutup sehingg semkin bnyk elektron konduksi ditingktkn sehingg konduktifitsny semkin besr dn nili hmbtnny kn semkin menurun. Semkin hmbtn menurun mk sensitivitsny kn semkin tinggi. Untuk memperbnyk pori dpt dilkukn dengn memperlus re sensor.