ANALISA PENGARUH JUMLAH LAPISAN TIPIS BZT YANG …/Analisa... · ferroelektrik berdasarkan...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

ANALISA PENGARUH JUMLAH LAPISAN TIPIS BZT

YANG DITUMBUHKAN DENGAN METODE SOL GEL

TERHADAP KETEBALAN DAN SIFAT LISTRIK

(KURVA HISTERISIS)

Disusun Oleh :

NIKA ZULIANINGSIH

M 0207047

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar

Sarjana Sains Fisika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Januari, 2012


commit to user

ii


commit to user

iii

SURAT PERNYATAAN

Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam penulisan skripsi saya yang

berjudul“ ANALISA PENGARUH JUMLAH LAPISAN TIPIS BZT YANG

DITUMBUHKAN DENGAN METODE SOL GEL TERHADAP KETEBALAN

DAN SIFAT LISTRIK (KURVA HISTERISIS)” adalah hasil kerja saya

atasarahan pembimbing dan sepengetahuan saya hingga saat ini, isi skripsi tidak

berisi materi karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di

Universitas Sebelas Maret atau Perguruan Tinggi, jika ada maka telah dituliskan

di daftar pustaka skripsi ini dan segalabentuk bantuan dari semua pihak telah

ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi

secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, 3 Januari 2012

Nika Zulianingsih


commit to user

iv

ANALISA PENGARUH JUMLAH LAPISAN TIPIS BZT

DITUMBUHKAN DENGAN METODE SOL GEL

TERHADAP KETEBALAN DAN SIFAT LISTRIK (KURVA HISTERISIS)

Nika Zulianingsih

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

[email protected]

ABSTRAK

Penelitian ini dilakukan dengan penumbuhan lapisan tipis BZT

menggunakan metode sol gel diatas substrat Pt/Si yang disiapkan dengan spin

coater. Penumbuhan lapisan tipis ini dilakukan variasi jumlah lapis 1 lapis, 2 lapis

dan 3 lapis pada suhu 8000C, holding time 2, 3, dan 4 jam dengan heating rate

30C/menit. Sampel dikarakterisasi menggunakan peralatan X-ray Diffraction

(XRD) Merk Bruker, Scanning Electron Microscopy (SEM) JEOL JSM6360LA,

Keithley Electrometer.

Hasil karakterisasi XRD dapat dikatakan bahwa penumbuhan lapisan tipis

BZT diatas substrat Pt/Si telah berhasil dilakukan. Hal ini terlihat dengan

munculnya puncak BZT untuk penumbuhan diatas substrat Pt/Si. Hasil

karakterisasi SEM menunjukkan permukaan lapisan tipis BZT telah rata di atas

substrat Pt/Si. Hasil uji sifat listrik menggunakan Keithley Electrometer,

memperlihatkan kurva histerisis yang mengindikasikan bahwa lapisan tipis BZT

bersifat ferroelektrik. Sampel 3 lapis memperlihatkan nilai polarisasi tinggi dan

medan koersif (Ps =9,666 µC/cm2, Pr =8,497 µC/cm

2, Psat=10,783 µC/cm

2

Ec=20,482 kV/m).

Kata Kunci : BZT, sol gel, spin coating, ketebalan,sifat listrik.


commit to user

v

ANALYSIS OF INFLUENCE OF THIN LAYERS NUMBER

FABRICATED BY SOL GEL METHOD

ON THE THICKNESS AND ELECTRIC PROPERTIES

(HYSTERESIS LOOP)

Nika Zulianingsih

Physics Department, Faculty of Sciences, Sebelas Maret University

[email protected]

ABSTRACT

This research is conducted by growing BZT thin film using sol gel method

on Pt/Si substrates prepared with spin coater. A variation of film is applied in

growing the thin film: 1 layer, 2 layers and 3 layers at a temperature of 8000C,

holding time of 2, 3, and 4 hours with heating rate of 30C/minutes. The sample

was characterized using, X-ray Diffraction (XRD) Bruker Brands, Scanning

Electron Microscopy (SEM) JEOL JSM6360LA, Keithley Electrometer.

The results of XRD characterization shows that the growth of BZT thin

layer on the substrate of Pt/Si been successfully performed. This can be seen from

the BZT peaks for growth on substrates Pt/Si. SEM characterization shows BZT

thin surface layer has been flat on the substrate Pt/Si. Electrical properties of the

test results using Keithley Electrometer, showing hysteresis curve indicating that

the layer is thin BZT ferroelectric. Three layers sample shows high polarization

value and coercive field (Ps = 9,666 µC/cm2, Pr =8,497 µC/cm

2, Psat=10,783

µC/cm2

, Ec=20,482 kV/m).

Keywords: BZT, sol gel, spin coating, thin, nature of electrity


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Akhir-akhir ini, penelitian tentang penumbuhan lapisan tipis semakin maju

termasuk dalam kegunaanya di bidang elektronika. Lapisan tipis ferroelektrik

merupakan salah satu kandidat yang sangat baik untuk digunakan pada aplikasi

dalam bidang elektronika. Terdapat peningkatan penggunaan ferroelektrik

material yang diaplikasikan dalam berbagai hal diantaranya : penerapan material

ferroelektrik berdasarkan sifat-sifatnya adalah sifat histerisis dan tetapan

dielektrik yang tinggi dapat diterapkan pada sel Dynamic Random Acsess

Memory (DRAM), sifat piezo-elektrik dapat digunakan sebagai mikroaktuator dan

sensor, sifat polaryzability dapat diterapkan sebagai Non Volatile Ferroelectric

Random Acsess Memory atau NVFRAM (Lines,et al., 1979).

Sejak tahun 1989, lapisan tipis ferroelektrik telah mendapat perhatian

khusus dalam aplikasi elektronik (Agus, 2008). Belakangan ini penelitian terhadap

material ferroelektrik banyak menarik perhatian para ahli fisika karena material

ferroelektrik ini sangat menjanjikan terhadap perkembangan divais generasi baru

sehubungan dengan sifat-sifat unik yang dimilikinya. Penggunaan dalam bentuk

lapisan tipis sangat luas, karena sifat-sifat bahan ferroelektrik dapat difabrikasi

sesuai kebutuhan serta mudah diintegrasikan dalam bentuk divais. Penggunaan

lapisan tipis ferrolektrik sebagai memori keuntungannya bila dibandingkan

dengan sistem magnetik. Sistem magnetik hanya mampu menyimpan 105 bit/cm2,

sedangkan memori yang terbuat dari ferroelektrik mampu menyimpan hingga 108

bit/cm2. Keuntungan lain adalah sebagai memori permanen yang mampu menekan

kehilangan informasi selama proses berulang (Azizahwati, 2002).

Material ferroelektrik memiliki sifat mempertahankan polarisasi listrik

secara permanen yang dapat distel diantara dua keadaan stabil oleh medan listrik

eksternal. Perubahan polarisasi ini penting baik dari tinjauan akademik maupun

tinjauan aplikasi karena hali ini memiliki pengaruh luas terhadap sifat- sifat


commit to user

2

makroskopik meterial ferroelektrik. Pemberian medan listrik terhadap meterial

ferroelektrik menghasilkan loop histerisis polarisasi-medan listrik (P-E), yang

dikarakterisasi dengan nilai polarisasi spontan (Ps), polarisasi saturasi (Psat),

polarisasi remanen (2Pr), dan medan koersif (Ec).

Beberapa jenis meterial ferroelektrik yang sering dipergunakan antara lain:

Barium Titanat (BT), Barium Strontium Titanat (BST), Lead Zirconium Titanat

(PZT). Barium Zirkonium Titanat (BZT). Lapisan tipis Barium Strontium Titanate

(BST) telah lama dipelajari sebagai salah satu material yang dapat diaplikasikan

untuk Non Volatile Memory Device, Dynamic Random Access Memory (DRAM),

voltage tunable device, Infra Red (IR) dan sensor kelembaban (Seo, et al., 2004).

BaZrTiO3 (BZT) merupakan salah satu komposisi penting untuk dielektrik

dalam Multi Layer Capacitor (MLC) (Daocheng, et al., 2009). Barium zirkonium

titanat Ba(ZryTi1-y)O3 biasanya diperoleh dengan menggantikan iondiposisi B dari

struktur perovskite ABO3 atau Ti dalam senyawa BaTiO3 dengan Zr. Struktur

perovskite memiliki rumus umum ABO3, di mana A adalah logam monovalen

atau divalen dan B adalah tetra atau pentavalent. Struktur tersebut merupakan

sebuah kubus, dengan atom A di sudut-sudut kubus, atom B di diagonal ruang

kubus, dan oksigen oktahedra diatur menempati tiap diagonal bidang kubus (Lines

dan Glass, 1977). Hal ini dimungkinkan karena ion Zr4+

memiliki ukuran ion

yang lebih besar (0,087 nm) dari Ti4+

yang hanya (0,068 nm). Ba(ZryTi1-y)O3

(BZT) adalah alternatif pengganti yang mungkin untuk BST dalam fabrikasi

kapasitor keramik karena Zr4+

secara kimiawi lebih stabil dari Ti4+

(Cavalcante, et

al., 2006).

Metode pembuatan lapisan tipis secara umum dikelompokan menjadi dua

yaitu metode vakum dan non-vakum. Metode vakum terdiri dari Pulsed Laser

Deposition (PLD), Metalorganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD),

Chemical Vapor Deposition (CVD). Sedangkan untuk metode non vakum yaitu

Chemical Solution Deposition (CSD) merupakan cara pembuatan lapisan tipis

deengan pendeposisian larutan bahan kimia diatas substrat, kemudian dipreparasi

dengan spin coating pada kecepatan putar tertentu (Schwartz, 1997). Keunggulan

metode Chemical Solution Deposition (CSD) adalah mengontrol stokiometri film


commit to user

3

dengan kualitas yang baik, prosedur yang mudah dan membutuhkan biaya yang

relatif murah dan terjadi pada temperatur rendah (Hikam, dkk., 2008).

Metode Chemical Solution Deposition (CSD) telah lama dikembangkan

untuk penumbuhan perovskite thin film semenjak tahun 1980-an dan

dipublikasikan oleh Fukashima et al (Schwartz, 1997). Pada penelitian ini akan

dipergunakan metode chemical solution deposition berupa sol-gel BZT di atas

substrat Platina/Silikon (Pt/Si) dengan variasi dari jumlah lapisan. Sampel

dikarakterisasi meliputi struktur kristal dengan peralatan X-ray Diffraction

(XRD), ketebalan dengan peralatan Scanning Electron Microscopy (SEM)

menggunakan JEOL JSM6360LA Analytical Scanning Electron Microscope,

untuk melihat kurva histerisis dengan peralatan Keithley Electrometer.

1.2. Rumusan Masalah

Permasalahan yang timbul adalah bagaimanakah pengaruh jumlah lapisan

tipis terhadap ukuran butir dan ketebalan serta parameter-parameter kurva

histerisis (sifat listrik) yaitu baik polarisasi spontan, remanen, saturasi, dan medan

koersif sehingga akan diperoleh sifat-sifat yang sesuai dengan spesifikasi dari

material feroelektrik.

1.3. Batasan Masalah

Berdasarkan dari tujuan dan metodologi penelitian dalam skripsi ini, maka

pendekatan sistem yang diambil adalah:

a. Lapisan tipis BZT dibuat dengan metode sol gel yang disiapkan dengan spin

coating dengan kecepatan putar 4000 rpm selama 30 detik.

b. Pembuatan lapisan tipis BZT pada penelitian ini menggunakan molaritas,

volume, suhu annealing, heating rate, waktu tahan (holding time) yang

sama, yaitu: molaritas 0,3M dengan volume 0,0025 L, suhu annealing

8000C, heating rate 3

0C/menit dan waktu tahan (holding time) 2 jam, 3

jam,4 jam.


commit to user

4

1.4. Tujuan Penelitian

Dari latar belakang dan rumusan masalah di atas, maka tujuan dari

penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Mengetahui pengaruh jumlah lapisan tipis terhadapketebalan lapisan tipis

BZT yang terbentuk.

b. Mengetahui pengaruh jumlah lapisan tipis terhadap parameter- parameter

kurva histerisis (sifat listrik) yaitu baik polarisasi spontan, remanen,

saturasi, dan medan koersif sehingga akan diperoleh sifat-sifat yang sesuai

dengan spesifikasi dari material feroelektrik.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah:

a. Secara teoritis penelitian ini dapat memeberikan informasi tentang lapisan

tipis BZT beserta sifat listrik dengan metode sol gel.

b. Hasil dari penelitian ini diharapkan menjadi acuan dan bermanfaat bagi

jurusan fisika, khususnya bidang minat material untuk pengembangan dan

penelitian bahan lapisan tipis.


commit to user

5


commit to user

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Material Feroelektrik

Suatu material dikatakan bersifat ferroelektrik jika didalam suatu bahan

material tersebut mengalami gejala terjadinya perubahan polarisasi listrik secara

spontan pada material tanpa gangguan medan listrik dari luar. Ferroelektrifitas

merupakan fenomena yang ditunjukkan oleh kristal dengan suatu polarisasi

spontan dan efek histerisis yang berkaitan dengan perubahan dielektrik dalam

menanggapi penerapan medan listrik (O’Brien, 2001). Ferroelektrik merupakan

kelompok material dielektrik dengan polarisasi listrik internal yang lebar P (C/m2)

yang dapat diubah menggunakan medan listrik yang sesuai. Polarisasi sendiri

merupakan jumlah seluruh momen dipol tiap sel satuan volume. Momen dipol

dalam hal ini didefinisikan sebagai jarak yang memisahkan antara pusat muatan

positif dengan negatif, besar momen dipol dapat dirumuskan sebagai berikut:

μ= qi ri (2.1)

Dengan μ adalah momen dipol listrik (Coulomb meter ), qi adalah muatan

(Coulomb),ri adalah jarak antar muatan (m )

Nilai Polarisasi listrik (P) dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :

P = (Σ qi ri) /(V) (2.2)

Dengan (Σ qi ri) adalah jumlah momen dipol dan V adalah volume unit sel.

Struktur kristal dikatakan feroelektrik memiliki dua atau lebih orientasi

keadaan tanpa gangguan medan listrik dan orientasi itu bergeser dari suatu

keadaan ke keadaan lainnya dalam suatu medan listrik (Lines,et al.,1979),

polarisasi spontan ini berharga nol (0), disebabkan oleh orientasi dipol yang acak.

Tanpa kehadiran medan listrik, konfigurasi dari kristal ini stabil dengan orientasi

bersifat polar.

Material ferroelektrik dicirikan oleh kemampuan untuk membentuk kurva

histerisis yaitu kurva yang menghubungkan antara medan listrik dan polarisasi.

Kurva hubungan antara polarisasi listrik (P) dan kuat medan listrik (E)

ditunjukkan pada Gambar 2.1. Ketika kuat medan listrik ditambah (OA) maka


commit to user

6

polarisasinya akan meningkat terus sampai material mencapai kondisi jenuh

(saturasi) (BC). Ketika medan listrik diturunkan kembali ternyata polarisasinya

tidak kembali ke titik O, tetapi mempunyai pola (CD) dan mempunyai nilai.

ketika medan listrik tereduksi sampai nol, material akan memiliki polarisasi

remanen (PR) seperti pola (OD). Nilai remanen merupakan nilai rapat fluks

magnetik yang tersisa di dalam material setelah medan diturunkan menjadi nol

dan merupakan ukuran kecenderungan pola sifat magnet untuk tetap menyimpang,

walaupun medan penyimpang telah dihilangkan. Nilai polarisasi dari material

dapat dihilangkan dengan menggunakan sejumlah medan listrik pada arah yang

berlawanan (negatif). Harga dari medan listrik untuk mereduksi nilai polarisasi

menjadi nol disebut medan koersif (Ec) pola OF. Jika medan listrik kemudian

dinaikkan kembali, material akan kembali mengalami saturasi, hanya saja bernilai

negatif (FG). Putaran kurva akan lengkap jika, medan listrik dinaikkan lagi dan

pada akhirnya akan didapatkan kurva hubungan polarisasi (P) dengan medan

listrik (E) yang ditunjukkan dengan kurva histerisis pada Gambar 2.4 (How,

2007).

Gambar 2.1.Kurva Histerisis

( How,2007)


commit to user

7

2.2. Struktur Perovskite

Struktur perovskite memiliki rumus umum ABO3, di mana A adalah logam

monovalen atau divalen dan B adalah tetra atau pentavalent. Struktur tersebut

merupakan sebuah kubus, dengan atom A di sudut-sudut kubus, atom B di

diagonal ruang kubus, dan oksigen oktahedra diatur menempati tiap diagonal

bidang kubus (Lines,et al.,1979). Istilah perovskite memilki dua pengertian,

pertama perovskite merupakan mineral partikular dengan rumus kimia CaTiO3

(disebut juga calcium titanium oxide). Mineral ini ditemukan di pegunungan Ural

Rusial oleh Gustav Rose pada tahun 1839 dan kemudian dinamakan oleh

mineralogist Rusia, L.A Perovski (1792-1856). Kedua, umumnya mineral-mineral

dengan struktur kristal yang sama sebagai CaTiO3 disebut juga struktur

perovskite. Kelebihan yang dimiliki oleh oksida perovskite adalah sebagian dari

ion-ion oksigen penyusun strukturnya dapat dilepaskan (mengalami reduksi) tanpa

dirinya mengalami perubahan struktur yang berarti. Kekosongan ion oksigen ini

selanjutnya dapat diisi kembali oleh ion oksigen lain melalui reaksi reoksidasi.

Selain itu, perovskite juga memiliki tingkat kestabilan struktur yang relatif tinggi

maka substitusi isomorfis dengan menggunakan kation-kation sejenis atau yang

berukuran sama sangat mungkin dilakukan.

Barium titanat merupakan suatu bahan yang bersifat ferroelektrik dan

mempunyai struktur kristal perovskite (ABO3) yang sampai saat ini banyak diteliti

secara luas. Hal ini menarik karena barium titanat mempunyai struktur kristal

perovskite yang sederhana, sehingga dapat mempermudah pemahaman tentang

material ferroelektrik itu sendiri. BaTiO3 mempunyai struktur kristal yang jauh

lebih sederhana bila dibanding dengan bahan feroelektrik lainnya.Bahan ini

ditinjau dari segi penggunaannya sangat praktis karena memiliki sifat kimia dan

mekanik yang sangat stabil, mempunyai sifat ferroelektrik pada suhu ruang

sampai diatas suhu ruang karena mempunyai suhu Curie (Tc) pada 1200C,

sementara penggunaan dalam aplikasi elektronik suhu Curienya berkisar 600C dan

dibutuhkan permitivitas yang lebar terhadap suhu, oleh karena itu suhu Curie

diturunkan dan permitivitas perlu ditingkatkan (Yunasfi, 2001).


commit to user

8

Struktur Perovskite BaTiO3 memiliki ion Oksigen (O2-

) yang terletak pada

diagonal bidang dari unit sel, ion Titan (Ti4+

) yang terletak pada diagonal ruang

dari unit sel dan ion Barium (Ba2+

) terletak pada ujung tiap rusuk dari unit sel.

Material ini sangat responsif terhadap medan listrik karena polarisabilitas yang

sangat besar dari divalen oksigennya (Jona and Shirane, 1993). Beberapa material

seperti PZT (Lead zirconate titanite), BST (Barium Stronsium Titanat) dan BZT

(Barium Zirkonium Titanat) masuk ke dalam kelompok barium titanat dan

memiliki struktur yang sama yaitu struktur perovskite dari BaTiO3.

Gambar 2.2.Struktur perovskite BaTiO3

(Jona and Shirane, 1993)

Barium titanat mempunyai struktur kristal perovskiteyang mengacu pada

struktur kristal kalsium titanat (CaTiO3). Struktur perovskite BaTiO3 memiliki ion

Oksigen (O2-

) yang terletak pada diagonal bidang dari unit sel, ion Titan (Ti4+

)

yang terletak pada diagonal ruang dari unit sel dan ion Barium (Ba2+

) terletak

pada ujung tiap rusuk dari unit sel (Jona and Shirane, 1993). Dalam struktur ini

dimungkinkan untuk mensubtitusi sebagian dari kation-kationnya seperti dalam

(BaSr)TiO3, (PbZr)TiO3 dan Ba(ZrTi)O3.

Barium titanat memiliki struktur yang berbeda–beda ketika suhunya

berbeda. Perubahan struktur barium titanat dengan suhu di atas 1200C memiliki

struktur kristal kubik tanpa memiliki polarisasi spontan. Suhu dari 1200C sampai

dengan 50C memiliki struktur kristal tetragonal dan mimiliki polarisasi spontan.

Dari suhu 50C sampai dengan -90

0C memiliki struktur kristal orthorhombik dan


commit to user

9

mimiliki polarisasi spontan, dan di bawah -900C memiliki struktur kristal

rhombohedral dan memiliki polarisasi spontan (Kenji, 2000). Struktur kristal

hexagonal dan struktur kristal kubik dari barium titanat mempunyai sifat

paraelektrik, sedangkan pada struktur kristal tetragonal, orthorhombik dan

rhombohedral dari barium titanat mempunyai sifat sebagai material ferroelektrik.

Gambar 2.3.Perubahan Struktur Kristal dari Barium Titanat (BaTiO3)

(Kenji, 2000)

2.3. BZT (Barium Zirkonium Titanat)

BZT (Barium Zirkonium Titanat) merupakan salah satu komposisi penting

untuk dielektrik dalam multi layer capacitor (MLC). Peningkatan perbandingan Zr

sampai 25% dalam BZT akan muncul properti relaxor yang kuat dan suhu Curie

(Tc) turun menjadi lebih rendah (Daocheng, 2009). BZT biasanya diperoleh

dengan menggantikan ion di diposisi B dengan Zr dalam senyawa BaTiO3 dari

struktur perovskite ABO3, hal ini dimungkinkan karena ion Zr4+

memiliki ukuran

ion yang lebih besar (0,087 nm) dari Ti4+

yang hanya (0,068 nm). BZT menjadi

alternatif pengganti yang mungkin untuk BST dalam fabrikasi kapasitor keramik

karena Zr4+

secara kimiawi lebih stabil dari Ti4+

(Zhai, 2004). Penggantian ion

homovalent dan heterovalent pada barium atau titaniumpada struktur Barium

Titanat akan memberikan dampak pada sifat yang nampak pada rentan suhu

tertentu. Penambahan Strontium akan menurunkan suhu curie (Tc) yang

berkurang secara linear seiring peningkatan dari komposisi Srontium. Dengan


commit to user

10

penambahan ion Zr di tempat Ti mengubah secara kuat karakter respon

dielektriknya mendeketai suhu Curie dari Ba(ZryTi1-y)O3. Ketika kandungan Zr

lebih dari 27% Ba(ZryTi1-y)O3 Tc naik dengan peningkatan frekuensi (Pontes,

2004). Ketika kandungan Zr kurang dari 10% Ba(ZryTi1-y)O3 menunjukkan

perilaku ferroelektrik yang normal dan perubahan dielektrik yang besesuaian

dengan struktur kubik ke tetragonal, tetragonal ke orthorhombik dan

orthorhombik ke rhombohedral telah diamati dengan baik. Lapisan tipis BZT

memiliki keuntungan dalam beberapa aspek seperti diperlukan medan listrik yang

lebih rendah, suhu annealing rendah dan mudah diintegrasikan dengan substrat Pt.

BZT dengan berbagai komposisi Zr telah diteliti. Hal ini diperlukan untuk

mempelajari pengaruh kandungan Zr dalam lapisan tipis Ba(ZryTi1-y)O3 (Gao,

2005).

2.4. Metode Chemical Solution Deposition (CSD)

Metode Chemical Solution Deposition (CSD) merupakan cara pembuatan

lapisan tipis dengan pendeposisian larutan bahan kimia di atas substrat, kemudian

dipreparasi dengan spin coating pada kecepatan putar tertentu. Prinsip umum dari

larutannya haruslah homogen (Schwartz, 1997). Keunggulan dari metode CSD

(Chemical Solution Deposition) adalah dapat mengontrol stokiometri film dengan

kualitas yang baik, prosedur yang mudah, membutuhkan biaya yang relatif murah

dan terjadi pada temperatur rendah (Hikam, dkk., 2008). CSD (Chemical Solution

Deposition) didasarkan metode dekomposisi pada dasarnya dilakukan dengan

beberapa tahap yaitu, persiapan larutan (proses kimia), pelapisan substrat atau

proses deposisi, pemberian panas (proses termalisasi 300-4000C), terakhir

dilakukan proses annealing (600-11000C) (Schwartz, 1997). Metode spin coating

adalah metode percepatan larutan pada substrat yang diputar diperlihatkan pada

Gambar 2.4.


commit to user

11

Gambar 2.4. Metode Spin Coating

(Chuswatun,2006)

Proses spin coating merupakan proses penetesan larutan pada substrat yang

kemudian di putar dengan putaran tertentu dan waktu tertentu. Mula-mula cairan

diteteskan pada substrat dan pembasahan menyeluruh pada permukaan substrat

(tegangan permukaan diminimalisasi dan tidak ada getaran, tidak ada noda dan

pengotor dan sebagainya). Piringan lalu dipercepat dengan kecepatan putar

tertentu dan dalam waktu tertentu sehingga menyebabkan larutan terdistribusi

merata pada substrat untuk memperoleh lapisan yang homogen. Prinsip fisika di

balik spin coating adalah keseimbangan antara gaya viskositas yang dijelaskan

oleh viskositas pelarut dengan gaya sentrifugal yang dikontrol oleh kecepatan

spin. (Chuswatun, 2006).

Gambar 2.5. Skema dari Spin Coating

(Chuswatun, 2006)

Beberapa parameter yang terlibat dalam coating yaitu : viskositas larutan,

kandungan padatan, kecepatan angular dan waktu putar (Hertanto, 2008). Proses

spin coating meliputi penetesan lapisan diatas substrat, percepatan spin coating

dengan kecepatan putar (spin on), perataan (spin off) dan proses pengeringan

(penguapan). Proses Spin coating memuat tahapan seperti dibawah ini :

a. Penetesan larutan diatas substrat


commit to user

12

Pada bagian ini larutan dideposisikan di atas substrat, kemudian diputar

dengan kecepatan tinggi. Kemudian lapisan yang telah dibuat akan dikeringkan

sampai pelarut pada lapisan tersebut benar-benar sudah menguap.

Gambar 2.6. Penetesan larutan diatas substrat

(Luurtsema, 1997)

b. Percepatan Spin Coating

Pada tahapan ini, setelah penetesan larutan dilakukan percepatan larutan

dengan kecepatan yang relatif tinggi. Kecepatan yang digunakan mengakibatkan

adanya gaya sentrifugal dan turbulensi cairan. Kecepatan yang digunakan

bergantung pada sifat larutan. Waktu yang digunakan pada percepatan ini

biasanya membutuhkan waktu kira-kira 10 menit.

Gambar 2.7. Percepatan pada Spin Coating

( Luurtsema, 1997)

c. Proses Perataan (spin off)

Setelah melalui proses percepatan maka akan terjadi perataan larutan diatas

substrat. Perataan ini agar lapisan tipis tidak terjadi ketebalan pada salah satu

bagiannya.


commit to user

13

Gambar 2.8. Perataan pada Spin Coating

( Luurtsema, 1997)

d. Proses Pengeringan

Pada tahapan ini pelarut diserap ke atmosfer dan sudah terbentuk lapisan

tipis dengan ketebalan tertentu. Ketebalan pada lapisan ini bergantung pada

kelembaban pada substrat.

Gambar 2.9. Pengeringan Lapisan

( Luurtsema, 1997)

2.5. X-ray Diffraction (XRD)

Karakterisasi XRD bertujuan untuk menetukan sistem kistal (kubus,

tetragonal, orthorhombic, rombohedral, heksagonal, monoklinik, dan triklinik).

Metode difraksi sinar-X dapat menerangkan parameter kisi, jenis struktur, susunan

atom yang berbeda-beda pada kristal, adanya ketidaksempurnaan pada kristal,

orientasi, butir-butir dan ukuran butir, ukuran dan berat jenis endapan dan distorsi

kisi ( Smallman, 1991).

Hamburan sinar-X dihasilkan jika suatu elektroda logam ditembak dengan

elektron-elektron dengan kecepatan tinggi dalam tabung vakum. Suatu kristal

dapat digunakan untuk mendifraksikan berkas sinar-X dikarenakan orde dari

panjang gelombang sinar-X hampir sama atau lebih kecil dengan orde jarak antar

atom dalam suatu kristal ( Smallman, 1991).


commit to user

14

Suatu material dikenai sinar-X maka intensitas sinar yang ditransmisikan

akan lebih rendah dari intensitas sinar datang, hal ini disebabkan adanya

penyerapan oleh material dan juga penghamburan oleh atom-atom dalam material

tersebut. Berkas sinar-X yang dihamburkan ada yang saling menghilangkan

(interferensi destruktif) karena fasenya berbeda dan ada juga yang saling

menguatkan (interferensi konstruktif) karena mempunyai fase yang sama. Berkas

sinar-X yang saling menguatkan (interferensi konstruktif) dari gelombang yang

terhambur merupakan peristiwa difraksi. Sinar-X yang mengenai bidang kristal

akan terhambur ke segala arah, agar terjadi interferensi konstruktif antara sinar

yang terhambur dan beda jarak lintasannya harus memenuhi pola nλ.

Gambar 2.10. Difraksi pada Sinar-X (Suryanarayana, 1998)

Pada Gambar 2.6 dapat dituliskan

𝐵𝑒𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛𝑡𝑎𝑠𝑎𝑛 (𝛿) = 𝑛𝜆 (2.3)

Beda lintasan antara sinar 1 dan sinar 2

𝛿 = 𝐴𝐵 + 𝐵𝐶 (2.4)

𝛿 = 2 𝐵𝐶 (2.5)

𝛿 = 2 𝐵𝐷 sin 𝜃, 𝐵𝐷 = 𝑑 (2.6)

𝛿 = 2 𝑑 sin𝜃 (2.7)

Sehingga beda lintasannya

𝑛𝜆 = 2 𝑑 sin𝜃 (2.8)

A

D

C

B

θ θ

Sinar

datang Sinar

bias


commit to user

15

Persamaan 2.8 disebut persamaan bragg, dengan n = bilangan bulat (1, 2, 3,

…dst), λ adalah panjang gelombang sinar-X, d adalah jarak kisi pada kristal, dan

θ adalah sudut difraksi. Berdasarkan persamaan bragg, jika sinar-X dijatuhkan

pada sampel kristal, maka bidang kristal akan membiaskan sinar-X yang

mempunyai panjang gelombang yang sama dengan jarak antar kisi pada kristal.

sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian akan diterjemahkan

sebagai puncak difraksi.

2.6. Scanning Electron Microscopy (SEM)

Konsep dasar dari SEM ini sebenarnya disampaikan oleh Max Knoll (penemu

TEM) pada tahun 1935. Desain SEM dimodifikasi oleh Zworykinpada tahun 1942

ketika bekerja untuk RCA Laboratories di Amerika Serikat. Desain kembali

direkayasa oleh CW pada tahun 1948 seorang profesor di Universitas

Cambridge.Sejak itu,semakin banyak bermunculan kontribusi signifikan yang

mengoptimalkan perkembangan modern SEM.

SEM bekerja berdasarkan prinsip scan sinar elektron bukan cahaya pada

permukaan sampel, yang selanjutnya informasi yang didapatkan diubah menjadi

gambar. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru (elektron

sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika

permukaan sampel tersebut discan dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau

elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar

amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT

(cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah

diperbesar bisa dilihat.

Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisis

permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan

sampel. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan gambar topografi dengan

segala tonjolan dan lekukan permukaan. Gambar topogorafi diperoleh dari

penangkapan pengolahan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen.

Kata kunci dari prinsip kerja SEM adalah scanning yang berarti bahwa berkas

elektron menyapu permukaan spesimen, titik demi titik dengan sapuan


commit to user

16

membentuk garis demi garis, mirip seperti gerakan mata yang membaca. Sinyal

elektron sekunder yang dihasilkan adalah dari titik pada permukaan, yang

selanjutnya ditangkap oleh detector dan kemudian diolah dan ditampilkan pada

layar CRT (TV). Scanning coil yang mengarahkan berkas elektron bekerja secara

sinkron dengan pengarah berkas elektron pada tabung layar TV, sehingga

didapatkan gambar permukaan spesimen pada layar TV.

Sinyal lain yang penting adalah back scattered electron yang intensitasnya

tergantung pada nomor atom unsur yang ada pada permukaan spesimen. Dengan

cara ini akan diperoleh gambar yang menyatakan perbedaan unsur kimia yaitu :

warna terang menunjukkan adanya unsur kimia yang lebih tinggi nomor atomnya.

SEM mempunyai resolusi tinggi dan familiar untuk mengamati obyek benda

berukuran nano meter. Meskipun demikian, resolusi tinggi tersebut didapatkan

untuk scan dalam arah horizontal, sedangkan scan secara vertikal (tinggi

rendahnya struktur) resolusinya rendah. (Smallman,1991).


commit to user

17

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1.Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini akan dilakukan dilaksanakan pada bulan Juli 2011 sampai

Desember. Penelitian ini dimulai dari persiapan,perhitungan bahan sampai

pembuaan sampel di Laboratorium Material Jurusan Fisika FMIPA UNS. Proses

annealing menggunakan furnace dilakukan di Sub Laboratorium Fisika Pusat

FMIPA UNS. Karakterisasi menggunakan XRD di Laboratoriun MIPA Terpadu

FMIPA UNS, karakterisasi menggunakan SEM di PPPGL Bandung, karakterisasi

menggunakan alat elektrometer Keithley di Laboratorium Material Departemen

Fisika FMIPA UI.

3.2. Alat dan Bahan

3.2.1.Alat yang Digunakan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini meliputi alat pembuatan dan

karakterisasi. Alat-alat yang digunakan untuk pembuatan lapisan tipis diantaranya

adalah kaca, penggaris, dan pemotong substrat untuk menghasilkan ukuran

substrat yang diinginkan serta pinset cawan digunakan untuk mengambil substrat.

Substrat yang telah dipotong dicuci menggunakan Ultrasonic cleaner merk KA

DA CHENG. Kemudian dikeringkan menggunakan Hair dryer. Pipet dan spatula

digunakan untuk mengambil bahan cair dan padatan yang nantinya akan

ditimbang menggunakan Neraca analitik merk Mettler Toledo tipe AL204.

Tabung erlenmenyer 25 mL untuk mencampur bahan cair dan padat dan diaduk

serta dipanaskan menggunakan Hot plate magnetic stirrer merk IKA® C-MAG

tipe HS 7. Alat pendeposisian larutan pada substrat menggunakan Spin coater

merk CHEMAT technology dan untuk proses annealing menggunakan Furnace

merk Neytech Qex, serta untuk proses evaporasi menggunakan alatEvaporator

merk LADD Research. Sedangkan alat-alat yang digunakan untuk karakterisasi

adalah XRD merk Bruker dan SEM merk JEOL seri JSM6360LA, serta Keithley

Electrometer.


commit to user

18

3.2.2.Bahan yang Digunakan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah substrat Pt/Si.

Substrat dicuci menggunakan Metanol (CH3OH). Bahan pelarut yang digunakan

Asam Asetat (CH3COOH) dan Etylen Glikol (HOCH2CH2OH). Bahan terlarut

yang digunakan adalah Bubuk Barium Asetat [Ba(CH3COO)2], Titanium

Isoporoksid [Ti(OC3H7)4], dan Zirkonium Butoxide [Zr(OC2)3 CH3]480%. Untuk

menimbang berupa bahan padat menggunakan kertas timbang.Lapisan tipis BZT

selanjutnya diatas permukaan dipasang kontak logam dengan mengevaporasi

permukaan lapisan tipis BZT menggunakan logam almunium (Al).

3.3. Prosedur Penelitian

Metode yang akan digunakan pada penelitian ini adalah metode ekperimen.

Penelitian ini meliputi pembuatan lapisan tipis menggunakan larutan BaZrTiO3

dan Pt/Si sebagai substrat menggunakan metode spin coating, dan selanjutnya di

karakterisasi. Penelitian ini akan mengikuti diagram alir seperti ditampilkan pada

Gambar 3.1.


commit to user

19

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

3.3.1.Persiapan Substrat

Substrat merupakan media tumbuh pada lapisan tipis BZT dengan metode

sol gel ini. Pada penelitian ini menggunakan substrat Pt/Si dengan bidang

orientasi (111). Sebelum digunakan untuk media deposisi lapisan tipis ,substrat

dipotong dengan ukuran 1 cm x 1cm. Kemudian, substrat dibersihkan dengan

pencucian standar. Kebersihan substrat sebagai tempat penumbuhan lapisan tipis

perlu dijaga agar lapisan dapat tumbuh dengan baik dan merata. Pencucian

substrat direndam dalam metanol dengan tujuan untuk menghilangkan debu dan

lemak lalu digetarkan dengan ultrasonik claeaner selama kira-kira 5 menit

(sampai substrat bersih). Setelah proses pencucian, dilakukan pengeringan

substrat dengan hair dryer hingga tidak terdapat debu maupun noda pada

permukaannya.


commit to user

20

3.2. Subsrat Pt/Si yang digunakan 3.3.Pemotongan substrat

3.4. Pencucian Substrat

3.5. Pengeringan Substrat

3.3.2. Pembuatan Larutan

Pembuatan larutan dimulai dengan perhitungan dari bahan-bahanyang akan

dipakai antara lain Barium Asetat [Ba(CH3COO)2], Titanium Isopropoksid

[Ti(OC3H7)4], Zirkonium Butoxide [Zr(OC2)3 CH3]480%, dilakukan penimbangan


commit to user

21

menggunakan timbangan analitik Mettler Toledo yang telah dikalibrasi terlebih

dahulu pada Gambar 3.6. Bubuk Barium Asetat [Ba(CH3COO)2] ditambah

dengan Asam Asetat [CH3COOH] kemudian ditambah lagi dengan Titanium

Isopropoksid [Ti(OC3H7)4] kemudian ditambah dengan Zirkonium Butoxide

[Zr(OC2)3 CH3]4 80%, dan terakhir ditambah dengan Etilen Glikol dicampur

dalam satu wadah tabung erlemeyer.

Gambar 3.6. Penimbangan Bahan dengan Timbangan Analitik TipeMettler Toledo

Larutan hasil pencampuran diaduk dengan magnet stirer agar mendapatkan

larutan yang homogen. Proses selanjutnya adalah memanaskan larutan yang sudah

diaduk dibawah suhu titik didih. Hal tersebut bertujuan larutan yang dibuat tidak

mendidih selama pemanasan dan H2O yang terkandung dalam larutan tidak

mengalami penguapan dikarenakan bila H2O dalam larutan mengalami penguapan

maka larutan berubah menjadi kristal. Setelah didapatkan larutan yang homogen

maka larutan disimpan dalam wadah yang diberi label keterangan dari larutan

yang telah dibuat.


commit to user

22

Gambar 3.7. Pencampuran bahan Gambar 3.8. Proses pengadukan

Gambar 3.9. Wadah tempat larutan BZT yang telah dibuat

3.3.3.Proses Spin Coating

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode sol gel.

Sedangkan teknik yang digunakan adalah teknik spin coating. Menyeting alat spin

coater dengan laju putaran 4000 rpm. Penetesan larutan diawali dengan

meletakkan substrat Pt/Si yang diberi doubletip diatas spin coater. Sketsa substrat

yang diberi doubletip pada Gambar 3.10. Kemudian larutan diteteskan pada

substrat sehingga terbentuk genangan diatas substrat kemudian diputar dengan

kecepatan 4000 rpm selama 30 sekon tertentu. Akibat putaran dari spin coater

maka tetesan akan menyebar menutupi seluruh substrat Pt/Si.


commit to user

23

Gambar 3.10. Sketsa Substrat Pt/Si dengan double tip

Gambar 3.11.Penetesan larutan pada substrat

3.3.4.Pemanasan atau Hidrolisis

Proses pemanasan atau hidrolisis adalah proses pemanasan untuk

menghilangkan kadar H2O pada larutan BZT dengan menggunakan alat hot

plate. Sampel dipanaskan di atas hot. Kemudian kembali lagi ditetesi dan berulang

ke proses pemanasan atau hidrolisis sampai didapatkan jumlah lapisan yang

diinginkan. Dalam penelitian ini akan dilakukan variasi jumlah lapisan 1lapis, 2

lapis, dan 3 lapis.

Gambar 3.12. Pemanasan sampel

Double tip


commit to user

24

3.3.5.Proses Annealing

Proses Annealing pada lapisan tipis BZT adalah proses pembentukan kristal

dalam suatu materi. Agar dapat terbentuk susunan kristal yang sempurna,

diperlukan pemanasan sampai suatu tingkat tertentu, kemudian dilanjutkan dengan

pendinginan yang perlahan-lahan

Gambar 3.13. Grafik hubungan temperatur dan waktu tahan

Jumlah lapisan yang diinginkan kemudian dilakukan proses annealing

menggunakan furnace merk NEYTECH Qex. Proses furnace menggunakan suhu

800°C, heating rate 3 °C/menit dan dalam penelitian yang akan dilakukan waktu

tahan (holding time) pada proses annealing divariasi dimulai dengan waktu tahan

(holding time) 2 jam, 3 jam dan 4 jam.

Gambar 3.14. Seperangakat Alat Furnace Merk NEYTECH Qex

(jam)

0 C


commit to user

25

3.3.6. Karakterisasi

Lapisan tipis BZT yang telah terbentuk akan dikarakterisasi. Meliputi

karakterisasi struktur kristal menggunakan XRD, ukuran butir dan ketebalan

menggunakan SEM, sedangkan untuk sifat listrik menggunakan Keithley

Electrometer 6517A.

3.3.6.1. X-ray Diffraction (XRD)

Karaktrisasi XRD dilakukan di Laboratoriun Gedung C FMIPA, dengan

menggunakan sistem peralatan XRD merk Bruker. Karakterisasi dilakukan terkait

dengan struktur kristal. Dari data XRD yang dihasilkan,dapt diketahui informasi

tentang struktur kristal lapisan tipis BZT menggunakan International Center for

Diffraction Data (ICDD). Akan lebih membantu dengan menginstal aplikasi

ICDD.

3.3.6.2. Karakterisasi SEM

Karakterisasi SEM dilakukan di PPPGL (Pusat Penelitian Pengembangan

Geologi Kelautan) Bandung menggunakan sistem peralatan SEM tipe JEOL seri

JSM6360LA. Karakterisasi Scanning Electron Microscope (SEM) digunakan

untuk mengetahui ukuran butir dan mengukur ketebalan dari lapisan tipis tersebut.

Pengukuran ukuran butir dan ketebalan dari lapisan tipis ini menggunakan

software Corel Draw X3 yang akan dibandingkan dengan skala yang ada pada

foto SEM sampel. Dari setiap perhitungan diambil sebanyak lima titik sehingga

didapatkan nilai rata-rata dari ukuran butir dan ketebalannya.

3.6.6.3. Uji Ferroelektrik

Pada dasarnya uji ini digunakan untuk menentukan sifat ferroelektrik

lapisan tipis yang didapat. Dari uji ini diperoleh nilai polarisasi spontan (Ps),

polarisasi saturasi (Psat), polarisasi remanen (Pr) dan medan koersif (Ec) dari

lapisan tipis. Dalam uji ini, lapisan tipis dibentuk menjadi struktur seperti pada

Gambar 3.15. Pada penelitian kali ini digunakan alat Keithley Electrometer.


commit to user

26

Sebelum dilakukan pengukuran sifat listrik, terlebih dahulu sampel

dievaporasi dengan almunium menggunakan evaporator di Laboratorium Pusat

FMIPA UNS.

Gambar 3.15. Strukur Pengukuran

(Eko, 2006)

3.6.6.3.1. Metalisasi

Permukaan lapisan tipis BZT dimasker menggunakan almunium (Al) seperti

yang ditunjukan pada Gambar 3.16. Selanjutnya mengevaporasi permukaan

lapisan tipis BZT menggunakan logam almunium (Al).

Pada proses metalisasi, uniformitas lapisan tipis merupakan hal yang sangat

penting. Uniformitas lapisan tipis bergantung pada distribusi arah dari atom-atom

yang dievaporasikan, dimana sangat ditentukan oleh sumber evaporasi yang

digunakan. (Mahmudi, 2000).

Gambar 3.16. Metalisasi

Pada tahap evaporasi sampel disimpan dalam sebuah dudukan dalam mesin

evaporator tipe ladd research yang merupakan salah satu alat metalisasi yang

LAPISAN BZT

Bidang Kontak Lapisan

Almunium

SUBSTRAT

Pt

Bidang Kontak


commit to user

27

bekerja dengan penguapan ruang hampa. Kemudian almunium dipersiapkan

sebagai logam yang akan diuapkan yang disimpan dalam tanksenboat yang

terbuat dari platina.

Ketika diberi power supply pada ruangan evaporator yang divakumkan,

tanksenboat ini akan berpijar merah karena memanas sehingga almunium

meleleh dan siap untuk ditembakkan ke sampel. Tujuan memvakumkan ruangan

supaya almunium menguap ke atas dan menempel pada permukaan sampel.

Gambar 3.17. Evaporator

Penembakkan alumunium dilakukan setelah memvakumkan selama ± 5jam.

Penembakkan almunium ini dengan cara mengatur arus yang diberikan secara

bertahap. Hal ini bertujuan untuk membuang kotoran-kotoran, di samping itu juga

untuk menghindari kontaminasi dengan bahan lain dan berguna untuk

mendapatkan daya rekat yang bagus.

3.4. Analisa

Data yang diperoleh dari penelitian berupa data karakterisasi dari peralatan

XRD, SEM dan Keithley. Data XRD dianalisa mengenai struktur kristal. Data

SEM yang didapatkan dianalisa mengenai morfologi, ketebalan, dan ukuran butir

dari lapisan tipis BZT yang terbentuk di atas substrat Pt/Si.


commit to user

28

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini telah berhasil ditumbuhkan lapisan tipis BZT di atas

substrat Pt dengan metode sol gel. Proses sintesis BZT diawali dengan reaksi

sebagai berikut:

Ba(CH3 COO)2 + 0,2Zr(O(CH2 )3 CH )4 + 0,8Ti(C12 O4 H28 )+ 22O2 →

BaZr0.2TiO3 + 17H2O + 16CO2

Setelah bahan-bahan tercampur, larutan hasil pencampuran diaduk dengan

magnet stirer agar mendapatkan larutan yang homogen. Proses selanjutnya adalah

memanaskan larutan yang sudah diaduk dibawah suhu titik didih. Hal tersebut

bertujuan larutan yang dibuat tidak mendidih selama pemanasan dan H2O yang

terkandung dalam larutan tidak mengalami penguapan dikarenakan bila H2O

dalam larutan mengalami penguapan maka larutan berubah menjadi padatan.

Larutan diteteskan di atas permukaan substrat Pt/Si. Substrat diletakkan pada

reaktor spin coater, kemudian substrat ditetesi larutan BZT sebanyak 1 tetes dan

diputar dengan kecepatan putaran 4000 rpm selama 30 detik. Pada proses spin

coating ada beberapa parameter yang mempengaruhi terbentuknya lapisan tipis

BZT yaitu kecepatan putar, waktu putar, dan jumlah tetesan. Kesemuanya

memepengaruhi dalam kerataan dan ketebalan dari lapisan tipis BZT yang

terbentuk. Sedangkan jumlah tetesan yang divariasi akan mempengaruhi

ketebalan lapisan tipis yang terbentuk.

Bentuk fisik dari sampel lapisan tipis BZT yang terbentuk secara kasat mata

didapatkan perbedaan dari setiap sampelnya. Perbedaaan yang cukup signifikan

terlihat dari perubahan warna yang terjadi, dimana terlihat gradasi yaitu warna

pelangi. Setelah dipanaskan di atas hot plate maka terjadi perubahan warna dari

warna pelangi berubah menjadi warna keemasan. Hal ini dikarenakan kadar air

yang ada pada lapisan pertama menguap. Tahap selanjutnya sampel di-anneling

menggunakan furnace. Annealing dimaksudkan untuk mengkristalkan lapisan

tipis BZT. Sampel kemudian dikarakterisasi menggunakan peralatan XRD (X-ray

Diffraction), SEM (Scannning Electron Microscopy), dan elektrometer Keithley.


commit to user

29

4.1.Karakterisasi Struktur Kristal

4.1.1. Variasi Jumlah Lapis pada Holding Time 3jam

Karakterisasi XRD bertujuan untuk mendapatkan hubungan antara sudut

difraksi (2θ) dengan intensitas. Tiap puncak yang muncul pada pola XRD

mewakili satu bidang tertentu. Puncak yang didapatkan dari data pengukuran ini

kemudian dicocokkan dengan data standar difraksi sinar-X yang disebut

International Center for Diffraction Data (ICDD). Peralatan XRD yang

digunakan untuk uji analisis struktur sampel pada penelitian ini menggunakan

sumber radiasi Cu dengan panjang gelombang 1,5406Å.

Gambar 4.1. Pola Difraksi Lapisan Tipis BZT

Variasi Jumlah Lapis pada Holding Time 3 jam

Hasil karakterisasi menunjukkan grafik hubungan antara sudut dan

intensitas sinar-X yang terdifraksi. Puncak-puncak difraksi menunjukkan bahwa

sampel ini merupakan polikristal. Puncak-puncak yang telah dicocokkan dengan

ICDD data base (PDF#36-0019) ternyata milik BZT yaitu pada 2θ: 22,040; 31,5

0

dan terdapat puncak milik PtSi yaitu pada 2θ : 20,040 serta puncak milik Pt dan

Si. Pola XRD dari lapisan tipis BZT yang ditumbuhkan di atas substrat Pt /Si

diperlihatkan pada Gambar 4.1.

Karakterisasi XRD menunjukkan bahwa pada jumlah lapis yaitu 3 lapis

terlihat puncak pada orientasi bidang tertentu. Hal ini disebabkan makin


commit to user

30

banyaknya unsur-unsur pembentuk BZT yang terdeposit pada substrat Pt/Si

sehingga probabilitas unsur-unsur tersebut berikatan membentuk BZT pada

orientasi bidang-bidang tertentu makin besar. Akan tetapi, pada jumlah lapis 1 dan

2 lapis puncak-puncak tersebut tidak muncul. Hal ini dimungkinkan karena

keterbatasan detektor dalam XRD. Intensitas sinar-X yang terdifraksi lapisan tipis

BZT yang ditumbuhkan di atas substrat Pt/Si diperlihatkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1.

Intensitas Sinar-X Lapisan Tipis BZT

untuk Jumlah 3 Lapis pada Holding Time 3 jam

Intensitas

Bidang

3 lapis

(001) 2676

(011) 3330

4.1.2. Variasi Jumlah Lapis pada Holding Time 4 jam

Hasil karakterisasi menunjukkan grafik hubungan antara sudut dan

intensitas sinar-X yang terdifraksi. Puncak-puncak difraksi menunjukkan bahwa

sampel ini merupakan polikristal. Puncak- puncak yang telah dicocokkan dengan

ICDD data base (PDF#36-0019) ternyata milik BZT yaitu pada 2θ: 220; 31,5

0 dan

terdapat puncak milik PtSi yaitu pada 2θ : 20,040; 34,05

0 serta puncak milik Pt

dan Si. Pola XRD dari lapisan tipis BZT yang ditumbuhkan di atas substrat Pt/Si

diperlihatkan pada Gambar 4.2. Dari hasil karakterisasi XRD dapat dikatakan

bahwa penumbuhan lapisan tipis BZT di atas substrat Pt/Si telah berhasil

dilakukan. Hal ini terlihat dengan munculnya puncak BZT untuk penumbuhan di

atas substrat Pt/Si.


commit to user

31

Gambar 4.2. Pola difraksi Lapisan Tipis BZT


Karakterisasi XRD menunjukkan bahwa semakin banyak jumlah lapisan

semakin banyak puncak yang muncul dan juga makin tinggi intensitas pada

orientasi bidang tertentu, namun masih memiliki nilai hkl dan 2θ yang sama. Hal

ini disebabkan makin banyaknya unsur-unsur pembentuk BZT yang terdeposit

pada substrat Pt/Si sehingga probabilitas unsur-unsur tersebut berikatan

membentuk BZT pada orientasi bidang-bidang tertentu makin besar. Intensitas

sinar-X yang terdifraksi lapisan tipis BZT yang ditumbuhkan di atas substrat Pt/Si

diperlihatkan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2.

Intensitas Sinar-X Lapisan Tipis BZT

untuk Varisi Jumlah lapis pada Holding Time 4 jam

Intensitas

Bidang

1lapis

2lapis

3lapis

(001) 3517 4271 5965

(011) 3847 4857 6954


commit to user

32

4.2. Karakterisasi SEM

Teknik SEM merupakan analisis permukaan. SEM bekerja berdasarkan

prinsip scan sinar elektron pada permukaan sampel. Informasi yang didapatkan

diubah menjadi gambar. Hasil foto SEM dengan perbesaran 20000 kali dan 40000

kali untuk variasi jumlah lapis pada setiap holding time 2 jam,3 jam, dan 4 jam.

4.2.1. Karakterisasi Morfologi

Karakterisasi morfologi digunakan untuk mengetahui bentuk permukaan

yang diperoleh pada sampel yang telah dibuat sehingga dapat disimpulkan sampel

yang telah jadi mengalami crack atau tidak. Pada karakterisasi morfologi juga

dapat diketahui hasil kristal yang terbentuk dilihat dari butiran mempunyai bentuk

yang seragam atau tidak.

4.2.1.1. Variasi Jumlah Lapis pada Holding Time 2 jam

Hasil foto SEM lapisan tipis BZT pada substrat Pt/Si yang menggunakan

metode sol gel pada temperatur 8000C selama 2 jam dengan heating rate

30C/menit untuk variasi jumlah lapis seperti disajikan pada Gambar 4.3. Pada

Gambar 4.3(A), foto SEM lapisan tipis BZT 1 lapis memperlihatkan morfologi

permukaan lapisan tipis BZT dengan perbesaran 20000 kali. Nampak bahwa

lapisan tipis BZT tidak crack dan adanya pembentukan butiran yang kecil dan

terlihat sangat rapat. Butiran-butiran sangat rapat dan belum homogen. Jarak antar

butiran tidak terlalu jelas. Ukuran butir sangat kecil didapatkan ukuran butir 100

nm.

Gambar 4.3(B) adalah foto SEM dengan jumlah lapisan 2 lapis

mengindikasikan bahwa lapisan tipis BZT yang terbentuk tidak crack dan tidak

homogen pada bagian permukaan. Jarak butiran terlihat jelas. Ukuran butir

didapatkan 108 nm.

Gambar 4.3(C) adalah foto SEM dengan jumlah lapisan 3 lapis

mengindikasikan bahwa lapisan tipis BZT bahwa butiran-butiran terlihat rapat,

sebagian berbentuk butiran kecil, sedang dan memanjang (tidak homogen).

Ukuran butir yang terlihat semakin memanjang dan besar menunjukkan bahwa


commit to user

33

butiran-butiran yang kecil kini telah menyatu membentuk membuktikan dengan

adanya penambahan jumlah lapisan dapat memperbaiki kualitas permukaan

lapisan tipis BZT. Ukuran butir didapatkan 135 nm.

(A) (B)

(C)

Gambar 4.3. Hasil Foto SEM Lapisan Tipis BZT


(A) 1 lapis (B) 2 Lapis (C) 3 Lapis

Tabel 4.4. Ukuran Butir Lapisan Tipis BZT


Jumlah Lapis Ukuran Rata Butir (nm)

1 100

2 108

3 135


commit to user

34


Hasil foto SEM lapisan tipis BZT pada substrat Pt/Si yang menggunakan

metode sol gel pada temperatur 8000C selama 3 jam dengan heating rate

30C/menit untuk variasi jumlah lapis seperti disajikan pada Gambar 4.4. Pada

Gambar 4.4(A), foto SEM dengan jumlah lapisan 1 lapis memperlihatkan

morfologi permukaan lapisan tipis BZT dengan perbesaran 40000 kali,

mengindikasikan bahwa lapisan tipis BZT yang terbentuk tidak crack, butiran-

butiran sebagian berbentuk butiran kecil, sedang dan besar. Butiran yang

berbentuk besar terlihat seperti tetragonal. Jarak antar butiran terlihat jelas.

Ukuran butir dari lapisan tipis BZT sebesar 140 nm.

(A) (B)

(C)



(A) 1 Lapis (B) 2 Lapis (C) 3 Lapis


commit to user

35

Gambar 4.4 (B) adalah foto SEM lapisan tipis BZT 2 lapis mengindikasikan

bahwa lapisan tipis BZT bahwa butiran –butiran terlihat rapat. Ukuran butir dari

lapisan tipis BZT sebesar 147 nm.

Gambar 4.4 (C) adalah foto SEM lapisan tipis BZT 3 lapis yang butiranya

tidak terlihat jelas. Ukuran butir dari lapisan tipis BZT sebesar 167 nm.



Jumlah Lapis Ukuran Rata Butir (nm)

1 140

2 147

3 167


Hasil foto SEM lapisan tipis BZT pada substrat Pt/Si yang ditumbuhkan

menggunakan metode sol gel pada temperatur 8000C selama 4 jam dengan

heating rate 30C/menit untuk variasi jumlah lapis seperti disajikan pada Gambar

4.5. Pada Gambar 4.5 (A) adalah foto SEM lapisan tipis BZT 1 lapis

memperlihatkan morfologi permukaan lapisan tipis BZT dengan perbesaran

40000 kali lapisan tipis BZT yang terbentuk tidak crack dan butiran-butiran tidak

homogen.Butiran yang besar terlihat seperti tetragonal. Jarak antar butiran terlihat

jelas. Ukuran butir dari lapisan tipis BZT sebesar 112 nm.

Gambar 4.5 (B) adalah foto SEM lapisan tipis BZT 2 lapis mengindikasikan

bahwa lapisan tipis BZT tidak crack. Butiran-butiran semakin memanjang dan

besar .Ukuran butir yang terlihat semakin memanjangdan besar menunjukkan

bahwa butiran-butiran yang kecil kini telah menyatu (beraglomerasi) membentuk

membuktikan dengan adanya peningkatan jumlah lapisan dapat memperbaiki

kualitas permukaan lapisan tipis BZT. Ukuran butir dari lapisan tipis BZT sebesar

186 nm.


commit to user

36

Gambar 4.5 (C) adalah foto SEM dengan lapisan tipis BZT 3 lapis

mengindikasikan bahwa lapisan tipis BZT lapisan tipis BZT yang terbentuk tidak

crack. Butiran yang telah menyatu kini memperlihatkan keadaan yang seragam

seperti tetragonal. Bentuk morfologi yang semakin teratur untuk perlakuan jumlah

lapisan yang bertambah. Ukuran butir (grain size) dapat diketahui dengan

menggunakan bantuan progaram Corel Draw X3. Ukuran butir dari lapisan tipis

BZT sebesar 228 nm.

(A) (B)

(C)



(A) 1Lapis (B) 2 Lapis (C)3 Lapis


commit to user

37



Jumlah Lapis Ukuran Rata Butir(nm)

1 112

2 186

3 228

4.2.2. Karakterisasi Ketebalan

SEM membentuk suatu gambar dengan menembakkan suatu sinar elektron

berenergi tinggi, biasanya dengan energi dari 1 hingga 20 keV, melewati sampel

dan kemudian mendeteksi secondary electron dan backscattered electron yang

dikeluarkan. Secondary electron berasal pada 5-15 nm dari permukaan sampel

dan memberikan informasi topografi permukaan dan putih, tiga dimensi gambar

hitam dan untuk tingkat yang kurang, pada variasi jumlah lapis dalam sampel.


Pengukuran ketebalan tampang lintang hasil penumbuhan lapisan tipis BZT

pada substrat Pt/Si menggunakan metode sol gel dengan temperatur 8000C selama

2 jam dengan heating rate 30C/menit menggunakan SEM seperti disajikan pada

Gambar 4.6. Gambar 4.6 (A) adalah foto SEM lapisan tipis BZT 1 lapis dengan

perbesaran 20.000 kali memperlihatkan adanya perbedaan warna. Ketebalan

lapisan tipis BZT hasil foto SEM ini dengan program Corel Draw X3. Ketebalan

rata-rata lapisan tipis BZT dapat dihitung sekitar 359 nm.

Gambar 4.6 (B) adalah foto SEM lapisan tipis BZT 2 lapis memperlihatkan

adanya perbedaan warna. Bagian yang berwarna hitam atau gelap merupakan

substrat Pt/Si. Ketebalan rata-rata lapisan tipis BZT dihitung sekitar 396 nm.

Gambar 4.6 (C) adalah foto SEM lapisan tipis BZT 3 lapis dan

memperlihatkan adanya perbedaan warna. Bagian yang berwarna hitam atau gelap

merupakan substrat Pt/Si. Pada lapisan ini terlihat tonjolan besar yang terbentuk.

Hal ini dikarenakan pemotongan yang kurang bagus. Tonjolan ini sebenarnya

tidak diinginkan dalam penumbuhan lapisan tipis BZT, karena untuk penentuan


commit to user

38

ketebalan lebih mudah dilakukan untuk lapisan tipis BZT dengan permukaan rata.

Ketebalan rata-rata lapisan tipis BZT dihitung sekitar 471 nm.

(A) (B)

(C)

Gambar 4.6. Tampang Lintang Lapisan Tipis BZT


(A) 1lapis (B) 2 lapis (C) 3 lapis

4.2.2.3. Variasi Jumlah lapis pada holding time 3 jam

Pengukuran tampang lintang hasil penumbuhan lapisan tipis BZT pada

substrat Pt/Si menggunakan metode sol gel dengan temperatur 8000C selama 3

jam dengan heating rate 30C/menit menggunakan SEM seperti disajikan pada

Gambar 4.7. Hasil karakterisasi tampang linatang lapisan tipis BZT pada substrat

Pt menggunakan SEM dengan perbesaran 40.000 kali. Pada Gambar 4.7 (A)

adalah foto SEM lapisan tipis BZT 1 lapis memperlihatkan adanya perbedaan

warna. Bagian tengah yang berwarna hitam atau gelap merupakan substrat Pt/Si.


commit to user

39

Butiran yang memanjang lurus membentuk permukaan rata. Ketebalan rata-rata

lapisan tipis BZT dihitung sekitar 240 nm.

(A) (B)

(C)


Variasi Jumlah Lapis pada Holding Time 3jam


Gambar 4.7 (B) adalah foto SEM lapisan tipis BZT 2 lapis memperlihatkan

adanya perbedaan warna. Bagian sisi kiri yang berwarna hitam atau gelap

merupakan substrat Pt/Si. Ketebalan rata-rata lapisan tipis BZT dihitung sekitar

290 nm.

Gambar 4.7 (C) adalah foto SEM lapisan tipis BZT 3 lapis memperlihatkan

adanya perbedaan warna. Bagian sisi sebelah kiri yang berwarna hitam atau gelap

merupakan substrat Pt/Si. Ketebalan rata-rata lapisan tipis BZT dihitung sekitar

340 nm.


commit to user

40


Pengukuran tampang lintang hasil penumbuhan lapisan tipis BZT pada

substrat Pt/Si menggunakan metode sol gel dengan temperatur 8000C selama 4

jam dengan heating rate 30C/menit menggunakan SEM seperti disajikan pada

Gambar 4.8. Pada Gambar 4.8 (A) adalah foto SEM lapisan tipis BZT 1 lapis

dengan perbesaran 40.000 kali memperlihatkan adanya perbedaan warna. Bagian

tengah yang berwarna hitam atau gelap merupakan substrat Pt/Si. Butiran yang

memanjang lurus membentuk permukaan rata. Ketebalan rata-rata lapisan tipis

BZT dihitung sekitar 125 nm.

(A) (B)

(C)


Variasi Jumlah Lapis pada Holding Time 4jam



commit to user

41

Gambar 4.8 (B) adalah foto SEM lapisan tipis BZT 2 lapis dengan

perbesaran 40.000 kali memperlihatkan adanya perbedaan warna. Bagian sisi kiri

yang berwarna hitam atau gelap merupakan substrat Pt/Si. Ketebalan rata-rata

lapisan tipis BZT dihitung sekitar 210 nm.

Gambar 4.8 (C) adalah foto SEM dengan jumlah lapisan 3 lapis dengan

perbesaran 20.000 kali, memperlihatkan adanya perbedaan warna. Bagian sisi

sebelah kiri yang berwarna hitam atau gelap merupakan substrat Pt/Si. Ketebalan

rata-rata lapisan tipis BZT dihitung sekitar 235 nm.

Tabel 4.7.

Ketebalan Lapisan Tipis BZT pada Beberapa Variasi Jumlah Lapis

Jumlah Lapis

Ketebalan (nm)

Holding time 2 jam Holding time 3 jam Holding time 4 jam

1 359 250 125

2 396 290 210

3 471 340 235

Hasil karakterisasi foto SEM untuk tampang lintang didapatkan ketebalan

lapisan tipis BZT untuk substrat Pt/Si seperti terlihat pada Tabel 4.7. Hasil

Pengukuran ketebalan menunjukkan bahwa jumlah lapis semakin banyak maka

semakin banyak unsur yang terdeposit di atas substrat dan membentuk lapisan

yang semakin tebal. Pada foto SEM nampak bahwa bertambahnya ketebalan

lapisan tipis berpengaruh pada ukuran butir. Selain itu, penambahan ketebalan

lapisan tipis BZT telah berhasil meningkatkan homogenitas ukuran butir.

Pada jumlah lapis 1, 2 dan 3 lapis pada kondisi holding time 2 jam, terlihat

pada Tabel 4.7 bahwa untuk rata-rata ketebalan yang didapat menunjukkan angka

yang besar dibanding dengan kondisi dengan holding time yang lain. Hal ini

dikarenakan waktu tahan berpengaruh terhadap ketebalan dan hoding time 2 jam

yang paling pendek waktunya.


commit to user

42

4.3. Karakterisasi Ferroelektrik

Uji ferroelektrik dilakukan untuk menentukan sifat ferroelektrik dari suatu

lapisan tipis BZT yang dibuat. Pada pengujian ini akan didapatkan polarisasi

spontan (Ps), polarisasi remanen (Pr), polarisasi saturasi (Psat) dan medan koersif

(Ec).

4.5.1.Variasi Jumlah Lapis pada Holding Time 2 jam

Kurva histerisis variasi sampel dengan jumlah lapisan, diperlihatkan pada

Gambar 4.9. Terlihat bahwa kurva histerisis telah terbentuk secara sempurna

untuk semua lapisan dan terlihat sama.

(A) (B)

Gambar 4.9. Kurva Histerisis Lapisan Tipis BZT Variasi Jumlah Lapis

pada Holding Time 2 jam

(A) 2 Lapis (B) 3 Lapis

Tabel 4.8. Polarisasi Spontan, Polarisasi Remanen, Polarisasi Saturasi,

Medan Koersif Lapisan Tipis BZT Variasi Jumlah Lapis


Sampel

PS(+)

µC/cm2

PS(-)

µC/cm2

Pr(+)

µC/cm2

Pr(-)

µC/cm2

PSat(+)

µC/cm2

PSat(-)

µC/cm2

Ec (+)

Kv/m

Ec (-)

Kv/m

2 lapis 9,627 9,775 8,468 8,390 10,786 11,160 22,481 22,478

3 lapis 9,712 9,752 8,512 8,436 11,600 11,800 25,000 26,000

Pada Tabel 4.8 nampak bahwa makin banyak jumlah lapisan makin besar

polarisasi baik polarisasi spontan, remanen, maupun saturasi dan medan koersif


commit to user

43

(medan listrik yang digunakan untuk mengembalikan polarisasi ke posisi nol).

Hal ini karena pengaruh ketebalan lapisan dan ukuran butir sampel. Ketebalan

lapisan tipis BZT 3 lapis lebih tebal dibandingkan 2 lapis sehingga polarisasi

makin besar. Makin tebal lapisan makin banyak densitas dipole yang akhirnya

berpengaruh terhadap besarnya polarisasi. Medan koersif lapisan tipis BZT 2 lapis

lebih kecil jika dibandingkan dengan 3 lapis karena butiran yang kecil dan

ketebalan yang lebih tipis mempengaruhinya. Butiran kecil atau multi domain

lebih mudah membalik polarisasi.

4.5.1.Variasi Jumlah lapis pada holding time 3 jam




(A) (B)

(C)

Gambar 4.10. Kurva Histerisis Lapisan Tipis BZT untuk Variasi Jumlah Lapis




commit to user

44

Tabel 4.9. Polarisasi Spontan, Polarisasi Remanen, Polarisasi Saturasi,


pada Holding Time 3jam

Dalam penelitian ini, satuan polarisasi adalah µC/cm2

dan medan koersif

adalah kilovolt/meter. Untuk sampel tiga lapis nampak bahwa semakin besar

medan koersif (medan listrik yang digunakan untuk mengembalikan polarisasi ke

posisi nol) lebih kecil daripada yang dua lapis. Akan tetapi, untuk sampel satu

lapis nilai medan koersif jauh lebih kecil dibanding dengan dua lapis maupun tiga

lapis. Makin besar ukuran butir menjadikan single domain tunggal dan proses

perubahan polarisasi akan lebih sulit jika dibandingkan dengan multi domain.

Nilai polarisasi spontan, polarisasi saturasi, polarisasi remanen untuk yang tiga

lapis lebih besar daripada yang satu dan dua lapis. Hal ini disebabkan karena

ketebalan lapisan tipis yang menyebabkan densitas dipole bertambah yang

mempengaruhi besarnya polarisasi.

4.5.1.Variasi Jumlah lapis pada holding time 4 jam




Sampel

PS(+)

µC/cm2

PS(-)

µC/cm2

Pr(+)

µC/cm2

Pr(-)

µC/cm2

PSat(+)

µC/cm2

PSat(-)

µC/cm2

Ec (+)

Kv/m

Ec (-)

Kv/m

1 lapis 9,759 9,767 8,648 8,570 10,870 10,964 19,233 19,193

2 lapis 10,031 10,046 8,820 8,797 11,207 11,294 27,310 27,044

3 lapis 10,117 10,123 8,804 8,704 11,429 11,500 27,000 26,996


commit to user

45

(A) (B)

Gambar 4.11. Kurva Histerisis Lapisan Tipis BZT Variasi Jumlah Lapis


(A)2 Lapis (B) 3 Lapis

Tabel 4.10. Polarisasi Spontan,Polarisasi Remanen, Polarisasi Saturasi,



Sampel

PS(+)

µC/cm2

PS(-)

µC/cm2

Pr(+)

µC/cm2

Pr(-)

µC/cm2

PSat(+)

µC/cm2

PSat(-)

µC/cm2

Ec (+)

Kv/m

Ec (-)

Kv/m

2 lapis 9,614 9,749 8,620 8,565 10,609 10,932 18,715 18,633

3 lapis 9,666 9,772 8,497 8,497 10,783 11,048 20,624 20,482

Pada Tabel 4.9 nampak bahwa makin banyak jumlah lapisan makin besar

polarisasi baik polarisasi spontan, remanen, maupun saturasi dan medan koersif

(medan listrik yang digunakan untuk mengembalikan polarisasi ke posisi nol).

Hal ini karena pengaruh ketebalan lapisan dan ukuran butir sampel. Ketebalan

lapisan tipis BZT 3 lapis lebih tebal dibandingkan 2 lapis sehingga polarisasi

makin besar. Makin tebal lapisan makin banyak densitas dipole yang akhirnya

berpengaruh terhadap besarnya polarisasi. Medan koersif lapisan tipis BZT 2 lapis

lebih kecil jika dibandingkan dengan 3 lapis karena butiran yang kecil dan

ketebalan yang lebih tipis mempengaruhinya. Butiran kecil atau multi domain

lebih mudah membalik polarisasi.


commit to user

46

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, yang mengacu pada tujuan

penelitian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Jumlah lapis pada lapisan tipis BZT mempengaruhi ketebalan dari lapisan tipis

BZT. Semakin banyak jumlah lapis akan berbanding lurus dengan ketebalan

lapisan tipis BZT dengan metode sol gel.

2. Lapisan tipis BZT yang ditumbuhkan di atas substrat Pt/Si dengan kecepatan 4000

rpm selama 30 detik dengan suhu annealing 8000C selama 4 jam dan heating rate

30C/menit pada 3 lapis adalah sampel yang paling baik. Hal ini didasari dari nilai

polarisasi dan medan koersif tinggi (Ps =9,666 µC/cm2

, Pr =8,497 µC/cm2

,

Psat=10,783 µC/cm2

Ec=20,482 kV/m)

5.2. Saran

Dalam penelitian ini masih banyak kekurangan maka untuk penelitian lebih

lanjut, perlu dilakukan :

1. Pembuatan larutan BZT dengan Zirconium berbeda dengan variasi molaritas

untuk melihat pengaruhnya terhadap sifat listrik.

2. Perlu dilakukan uji konduktivitas listrik dari lapisan tipis BZT mengindikasikan

bahwa piranti tersebut dapat menghantarkan arus dan tegangan pada suhu ruang.


commit to user

46


commit to user

47

DAFTAR PUSTAKA

Agung seno hertanto. (2008). Efek fotovoltaik dan piroeletrik Ba0,25Sr0,75TiO3 (BST)

yang didadah Niobium (BNST) menggunakan metode chemical solution

deposition. Skripsi S-1 . Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.

Azizahwati.(2002). Studi Morfologi Permukaan Film Tipis PbZr0.525Ti0.475O3 yang

Ditumbuhkan dengan Metode DC Unbalanced Magnetron Sputtering. Jurnal

Nasional Indonesia. Vol 5(1), page 50-56.

Cullity, B.D. dan Stock, S.R. (2001). Element of X-Ray Diffraction,3nd

edition. Prentice

Hall, Inc. New Jersey.

Chuswatun Chasanah. (2006). Karakterisai BGT dan BTT Hasil Fabrikasi Spin

Coating. Skripsi S-1. Jurusan Fisika FMIPA UNS. Surakarta.

Eko Sulistyo. (2006). Sifat Ferroelektrik Film Tipis BTT. Skripsi S-1. Jurusan Fisika

FMIPA UNS. Bogor.

Gao, C., et al. (2005). Preparation and Dielectric Properties of Ba(ZrxTi1−x)O3 Thin

Films Grown by a Sol-Gel Process. Tongji University. China. Vol 74, page

147–153.

How, S.C. (2007). Theoritical Studies of Dielectric Suspecibility in Ferroelectric

Thin Film. Thesis. Depatermen Sains Universitas Sains Malaysia.

Seo, J.Y. and S. W. Park. (2004). Chemical Mechanical Planarization Characteristic

of Ferroelectric Film for FRAM Applications. Journal of Korean Physical

Society, Vol 45, No.3, Page 769-772.

Jona, F. and Shirane, G. (1993). Ferroelectric Crystals. Dover Publication, Inc.

New York.

Kenji, Uchino. (2000). Ferroelectric Device. Marcell Dekker, Inc. USA.


commit to user

48

Lines, M. E. and Glass, A. M. (1977). Principles and Applications of Ferroelectric and

Related Materials. Clarendon Press. Great Britain.

Luan Daocheng, Ding Shihua, Chen Tao, Song Tianxiu. (2009). Ferroelectric Relaxor

Behavior of Ba(Ti0.91Zr0.09)O3 Ceramics. School of Materials Science &

Engineering, Xihua University, Chengdu 610039, China 385:169–176.

Muhammad Hikam, Edy Sarwono, dan Irzaman.(2004). Perhitungan Polarisasi

Spontan dan Momen Quadrupol Potensial Listrik Bahan PIZT (PbInxZryTi1-x-y

O3-x/2). Makara, Sains, Vol. 8, No. 3, (2004) 108-115.

Mahmudi. (2000). Studi Tentang Uniformitas Lapisan Tipis Alumunium pada

Substrat Kaca Terhadap Jarak Deposit Menggunakan Metode Evaporasi

Termal Tipe Ladd Research. Skripsi S-1. Jurusan Fisika FMIPA UNS.

Surakarta

Pontes, F. M., et al. (2004). Characterization of BaTi1−xZrxO3 thin films obtained by

a soft chemical spin-coating technique. Journal Of Applied Physics, Vol 96,

No8.

Schwartz, Robert W.(1997). Chemical Solution Deposition of Perovskite Thin Film

Chem. Mater, 2325-2340., Vol.9, No.11.

Smallman,R.E. (1991). Metalurgi Fisik Modern. Erlangga. Jakarta.

S. O’Brien, L. Brus, C. B. Murray. (2001). Synthesis of Monodisperse Nanoparticles of

Barium Titanate :Toward a Generalized Strategy of Oxide Nanoparticles

Synthesis. J. Am. Chem. Soc.( 2001), 123,12085-12086.

Suryanarayana, C and M. Grant Norton. (1988). X-Ray Diffraction : A practical

Approach. Plenum Press. New York and London.


commit to user

49

Tan, E. C. (2004). Nanoscale Layered Double Hydroxide Materials with Organic

Anion Intercalation. Thesis. University of Queensland. Brisbane.

Yusnafi. (2001). Pembuatan Keramik Barium Titanat Untuk Peralatan Elektronik.

Jurnal Elektronika dan Telekomunikasi. Vol. II, No.I.

Zhai, Jiwei, Xi Yao, Liangying Zhang, and Bo Shen. (2004). Dielectric Nonlinear

Characteristics of Ba (Zr0.35Ti0.65)O3 Thin Films Grown by a Sol-Gel Process.

Applied physics letters. Vol. 84, No. 16.

ANALISA PENGARUH JUMLAH LAPISAN TIPIS BZT YANG …/Analisa... · ferroelektrik berdasarkan...

Documents

Transcript of ANALISA PENGARUH JUMLAH LAPISAN TIPIS BZT YANG …/Analisa... · ferroelektrik berdasarkan...