Lapak Uv Vis
-
Upload
maria-oktaviani -
Category
Documents
-
view
156 -
download
1
description
Transcript of Lapak Uv Vis
LAPORAN AKHIR
Spektrometer dan Penggunaannya untuk Menentukan band-gap bahan semikonduktor
(Modul 1.1)
Kode Grup : PM-3
Nama : Maria Oktafiani
NPM : 140310110018
Partner : Wendi Paramandhita
NPM : 140310110026
Hari/Tanggal eksperimen : 18 Oktober 2013
Waktu : 13.30
Asisten : Suci W
Hari/Tanggal penyerahan laporan : 1 November 2013
LABORATORIUM FISIKA MATERIAL
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PADJADJARAN2013
Spektrometer dan Penggunaannya untuk Menentukan band-gap bahan semikonduktor
(Modul 1.1)
Kode Grup : PM-3
Nama : Maria Oktafiani
NPM : 140310110018
Partner : Wendi Paramandhita
NPM : 140310110026
Hari/Tanggal eksperimen : 18 Oktober 2013
Waktu : 13.30
Asisten : Suci
Hari/Tanggal penyerahan laporan : 1 November 2013
NILAI
Jatinangor, 1 November 2013
Asisten
Modul 1-1
SPEKTROMETER DAN PENGGUNAANNYA UNTUK MENENTUKAN
BAND-GAP BAHAN SEMIKONDUKTOR
BAB I
TUJUAN
(1) Mempelajari cara pemakaian spektrometer(2) Menggunakan spektrometer untuk menentukan band gap bahan
semikonduktor
BAB II TEORI DASAR
Pengertian dan Prisip Dasar Spektrum Elektromagnetik
Spektroskopi merupakan suatu metode analisa yang menggunakan prinsip
absorpsi, emisi dan hamburan radiasi elektromagnetik oleh atom atau molekul
untuk studi kualitatif atau kuantitatif atom atau molekul, atau untuk mempelajari
proses-proses fisika. Dalam mata kuliah ini tentu saja molekul yang dibahas
adalah biomolekul. Sudahkah Anda punya gambaran tentang apa itu biomolekul?
Kalau belum silahkan cari referensi yang membahas apa itu biomolekul?
Saat ini, dikenal empat teknik spektroskopi yang biasa digunakan untuk
analisa struktural, yaitu spektroskopi ultraviolet, spektroskopi inframerah, dan
spektroskopi resonansi magnetik inti (nuclear magnetic resonance spectroscopy),
yang termasuk spektroskopi absorpsi, serta spektrometri massa. Dengan
menggunakan metode-metode analisa tersebut, suatu molekul, baik molekul
sederhana maupun molekul kompleks, dapat diidentifikasi dengan resolusi tinggi,
tanpa menimbulkan kerusakan pada molekul uji, hanya dengan menggunakan
beberapa nanogram sampai satu miligram sampel.
Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai suatu metoda analisis yang
mempelajari interaksi antara suatu materi dan radiasi gelombang elektromagnetik.
Interaksi ini dapat mengakibatkan terjadinya perubahan arah radiasi dan atau
transisi antar tingkat energi atom atau molekul. Transisi dari tingkat energi yang
lebih rendah menuju tingkat energi yang lebih tinggi dan disertai transfer energi
dari medan radiasi terhadap atom atau molekul disebut sebagai absorpsi.
Sebaliknya, transisi dari tingkat energi yang lebih tinggi menuju tingkat energi
yang lebih rendah disebut sebagai emisi, jika disetai transfer energi menuju medan
radiasi, atau disebut sebagai peluruhan nonradiatif, jika tidak ada radiasi yang
diemisikan. Sedangkan perubahan arah cahaya akibat interaksi radiasi dengan
materi disebut sebagai hamburan, yang dapat terjadi dengan atau tanpa adanya
transfer energi.
Dalam fisika klasik, radiasi elektromagnetik dapat dianggap sebagai sebuah
penjalaran gelombang yang memiliki komponen listrik yang tegak lurus terhadap
komponen magnetiknya dan berosilasi dengan frekuensi yang tepat sama.
Berdasarkan pendekatan ini, radiasi elektromagnetik dapat dinyatakan dalam
frekuensi atau panjang gelombang. Kedua variabel ini berbanding terbalik satu
sama lain dan dihubungkan oleh persamaan :
c = λυ
dengan :
λ = panjang gelombang radiasi
υ = frekuensi radiasi elektromagnetik
c = kecepatan cahaya = 3.0 x 108 m/s
Berbeda dengan pendekatan fisika klasik, dalam fisika kuantum, radiasi
elektromagnetik dianggap sebagai penjalaran paket-paket energi diskrit yang
disebut foton. Foton memiliki energi yang sangat spesifik dan dikatakan
terkuantisasi. Energi masing- masing foton diperoleh berdasakan persamaan :
E = hυ
dengan :
h = konstanta Planck = 6.626 x 10-34 J s
υ = frekuensi foton
Hal ini mempermudah pemahaman tentang fakta bahwa transfer energi
hanya terjadi jika besarnya energi kuantum radiasi elektromagnetik tepat sama
dengan besarnya energi transisi. Energi kuantisasi tersebut ditransfer pada molekul
dan mengakibatkan terjadinya perpindahan menuju tingkat energi yang lebih
tinggi, dengan sifat eksitasi tertentu yang bergantung pada besarnya energi
elektromagnetik yang diabsorpsi. Namun, dalam beberapa kasus, foton hanya akan
diabsorpsi oleh molekul jika memiliki energi yang tepat sama dengan perbedaan
energi antara dua tingkat energi molekul, yang sesuai dengan persamaan :
∆E = hυ
dengan : ∆E = perbedaan energi antara dua tingkat energi molekul
Berdasarkan teori, setiap foton yang mungkin diradiasi akan bergantung pada
transisi yang mungkin terjadi. Pada awalnya, setiap molekul yang diradiasi akan
berada pada tingkat dasar. Adanya proses pengabsorpsian foton akan
mengakibatkan terjadinya perpindahan molekul menuju tingkat energi yang lebih
tinggi, yaitu menuju tingkat eksitasi pertama. Sehingga absorpsi radiasi
elektromagnetik yang paling kuat akan terjadi pada energi yang sesuai dengan
transisi molekul dari tingkat dasar menuju tingkat eksitasi pertama. Dari seluruh
uraian tersebut, terlihat bahwa spektrum absorpsi akan memberikan dua informasi
yang diperlukan untuk melakukan analisa struktural molekul. Yang pertama adalah
panjang gelombang absorpsi atau frekuensi yang dapat dihubungkan dengan gugus
fungsional molekul yang bersangkutan. Sedangkan yang kedua adalah intensitas
absorpsi yang merefleksikan penurunan transisi dan konsentrasi molekul tersebut.
Intensitas Absorpsi
Intensitas absorpsi radiasi elektromagnetik dipengaruhi tiga faktor. Yang pertama
adalah peluang transisi, yaitu pengukuran kemungkinan berlangsungnya beberapa
transisi spesifik, dan biasa disederhanakan menjadi transisi yang diijinkan dan
terlarang. Dua faktor lainnya merefleksikan kuantitas jenis pengabsorpsi. Pada
tingkat submolekul, jika terdapat dua transisi yang mungkin dengan peluang yang
sama, maka jenis dengan populasi terbesar akan memberikan kenaikan pada
absorpsi yang paling kuat. Sedangkan pada level supramolekul, intensitas absorpsi
akan bergantung pada jumlah molekul yang dilewati radiasi. Hal ini berhubungan
dengan konsentrasi dan lebar sampel. Uraian tersebut mengesankan bahwa jika
konsentrasi atau lebar sampel digandakan akan mengakibatkan terjadinya
penggandaan intensitas absorpsi. Namun, yang terjadi tidaklah demikian. Jika
suatu sampel mengabsorpsi 50 % radiasi awal dan lebar sampel digandakan, maka
sampel tambahan akan mengabsorpsi 50 % radiasi sisa yang sampai pada sampel
tersebut, yaitu 25 % dari radiasi awal. Hal serupa juga terjadi pada penggandaan
konsentrasi sampel.
Namun, situasi ini hanya berlaku jika larutan cukup encer dan tidak ada molekul
yang berada dalam bayangan molekul lain. Hubungan antara konsentrasi, lebar
sampel, dan absorpsi diberikan oleh hukum Beer-Lambert :
log Io/I = ε c l
dengan :
I = radiasi transmisi
I0 = radiasi awal
ε = koefisien redaman
c = konsentrasi sampel
l = lebar sampel
Koefisien redaman (ε) merupakan refleksi numerik peluang transisi dan nilainya
selalu konstan untuk setiap transisi yang diberikan. Jika transisi diijinkan,
koefisien redaman absorpsi akan besar dan sebaliknya.
SPEKTROSKOPI UV-ViS
Ultraviolet-visible spectroscopy atau ultraviolet-visible spectrophotometry (UV/
VIS) menggunakan cahaya tampak dalam rentang ultraviolet(UV) dan
infrared(NIR). Akibat pemberian cahaya ini, molekul mengalami transisi
elektronik. Instrument yang digunakan dalam spektroskopi ultraviolet-visible
dinamakan UV/vis spectrophotometer. Ada dua macam UV/vis spectrophotometer,
yaitu single beam dan double beam. Pemanfaatan Uvvis untuk berbagai macam
penelitian umumnya untuk analisis kuanlitatif seperti optimasi, menentukan kadar
kafein dalam campuran parasetamol, penetapan kadar triprolidina hidroklorida
dalam tablet anti influenza, dan lain sebagainya. Dalam sifat optik van UV-Vis
Spect. Digunakan untuk mengetahui tingkat absorbsi bahan dan dengan
memodifikasi sistem menjadi integrating sphere UV-Vis dapat juga digunakan
untuk mengetahui dispersi bahan. Sifat dispersi bahan yaitu sifat bahan yang
mempunyai nilai indeks bias (n) bergantung pada panjang gelombang yang
diberikan.
Konsep Spektroskopi UV-Vis dan Instrunment
U-Vis Spect. mempunyai rentang panjang gelombang 10 – 10 nm dengan peristiwa
absopbsi yang mengakibatkan adanya transisi electron. Terdapat dua jenis UV/vis
spectrophotometer, yaitu single beam dan double beam. Jika kita melewatkan sinar
putih pada media yang berwarna, sebagian warna akan terserap. Larutan yang
mengandung ion tembaga(II) terhidrat, sebagai contoh, kelihatan biru pucat karena
larutan menyerap sinar dari spektrum merah. Panjang gelombang yang tersisa akan
berkombinasi di dalam mata dan otak untuk memunculkan warna sian (biru pucat).
Beberapa media yang takberwarna juga menyerap sinar - tetapi dalam daerah ultra-
ungu (UV). Karena kita tak mampu melihat sinar UV, maka kita tak dapat
mengamati penyerapannya.
Media yang berbeda akan menyerap sinar dengan panjang gelombang yang
berbeda, dan ini dapat dipakai untuk mengidentifikasi suatu materi - keberadaan
ion logam, sebagai contoh, atau gugus fungsi dalam senyawa-senyawa organik.
Besarnya penyerapan juga tergantung pada konsentrasi materi, jika berupa larutan.
Perhitungan banyaknya penyerapan dapat digunakan untuk menentukan
konsentrasi larutan yang sangat encer. Suatu spektrometer serapan menghitung
banyaknya sinar yang diserap oleh berbagai senyawa yang dilewati spektrum UV
dan tampak.
Aplikasi Spektroskopi Absorbsi
Spektroskopi absorbsi Ultraviolet dan Visible (UV-Vis) adalah pengukuran
atenuasi cahaya setelah melalui suatu sampel atau setelah dipantulkan oleh
permukaan sampel tersebut. Spektroskopi UV-Vis ini sangat berguna untuk
mengkarakterisasi sifat absorbsi, transmisi, dan pemantulan dari berbagai
bahan penting yang banyak dipakai dalam aplikasi teknologi seperti
bahan pewarna, bahan pelapis, filter dan sebagainya. Untuk
mengkarakterisasi sifat optik dan elektronik bahan tersebut diperlukan
pengukuran spektrum yang mencakup daerah UV dan Visible. Pengukuran
tersebut dapat dilakukan secara kuantitatif. Hal tersebut dimungkinkan
karena cahaya UV dan Visible cukup besar untuk mengeksitasi elektron-
elektron pada kulit terluar ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Spektroskopi UV-Vis berkaitan dengan absorbsi elektron antar pita energi.
Koefisien absorbsi bisa didapatkan dari spektrum absorbsi atau spectrum
transmisi. Dengan demikian spektroskopi UV-Vis dapat digunakan untuk
melakukan analisa lebar celah energi (band gap).
Dari segi bahan, struktur pita energi bahan semikonduktor terdiri dari pita
valensi penuh dan pita konduksi kosong serta lebar energi gap sekitar 1 eV.
Berdasarkan Teori Pita Energi, elektron yang berada pada pita valensi akan
berpindah ke pita konduksi apabila menyerap foton yang memiliki energi
sama dengan atau lebih besar dari energi gap bahan tersebut. Bahan
semikonduktor dapat memiliki struktur direct energy band atau indirect energy
band. Bahan yang memiliki struktur indirect energy band, transisi elektron
harus memenuhi konservasi energi dan momentum. Di lain pihak, bahan yang
memiliki struktur direct energy band, transisi elektron cukup memenuhi
konservasi energi. Dari hubungan tersebut dapat diturunkan hubungan
antara koefisien absorbsi dengan energi gap. Bahan semikonduktor III-V
memiliki struktur direct band gap.
BAB III
Metodelogi Eksperimen
3.1 Alat-alat dan Bahan
1. Manual spektrometer T 70+ UV/Vis
2. Substrat kaca kosong
3. Kuvet dengan film tipis GaN di atasnya
4. Cairan Teepol dan Aseton
5. Pinset
6. Kain kasa dan tissue
7. Straining Jar
8. Ultrasonic Cleaner
9. Spin Coating
10. Microcal OriginPro 7
3.2 Prosedur Percobaan
3.2.1 Menyiapkan Substrat Baseline
a. Mengambil film tipis dan pinset dari lemari penyimpanan.
b. Menyiapkan cairan Teepol dengan takaran tertentu.
c. Menyiapkan kain kasa dan tissue kering.
d. Menjepit substrat baseline dengan pinset, lalu membasahinya sejenak
dengan air yang mengalir.
e. Mengoleskan Teepol pada kedua permukaan substrat baseline dengan
kain kasa, mengusahakan agar dioleskan searah.
f. Membasahinya dengan air, setelah minyak dan kotoran telah
terangkat di kedua permukaan substrat baseline. Mengusahakan agar
tidak ada cairan Teepol yang tertinggal pada dua permukaan substrat.
g. Mengeringkan substrat baseline dengan meletakkannnya di atas
tissue kering. Menghindari gesekan ulang antar keduanya.
h. Mengamati permukaan substrat dengan bantuan cahaya (lampu).
i. Memasukkan substrat baseline dengan bantuan pinset ke dalam
Straining Jar. Mengusahakan substrat terletak vertikal tepat mengisi
celah-celah Straining Jar.
j. Menambahkan Aseton ke dalam Straining Jar. Mengusahakan tinggi
cairan sama dengan tinggi posisi vertikal substrat baseline.
k. Menutup rapat Straining Jar. Memasukkannya ke dalam Ultrasonic
Cleaner.
l. Mengatur waktu hingga 10 menit dan temperatur hingga 60°C pada
Ultrasonic Cleaner.
3.2.2 Menyiapkan Spektrometer T 70+ UV/Vis
a. Menyalakan APC, Komputer, dan Spektrometer UV/Vis. Menunggu
inisialisasi dari ketiga perangkat keras tersebut.
b. Membuka perangkat lunak UVWin, berupa perangkat bawaan yang
akan disinkronisasikan dengan Spektrometer UV/Vis. Menunggu
sinkronisasi antar keduanya, hingga benar-benar siap untuk
digunakan.
c. Menetralisasi daerah monokromator dengan meletakkan benda hitam
ke dalamnya. Menunggu perangkat lunak memproses penetralisasian
monokromator.
3.2.3 Menyiapkan Substrat GaN
a. Mengambil padatan GaN dan substrat kosong di lemari
penyimpanan.
b. Membuat padatan menjadi substrat tipis dengan bantuan alat Spin
Coating.
c. Mengoleskan GaN pada substrat kosong. Meletakkan substrat pada
kuvet (sample holder). Mengusahakan daerah tembusnya cahaya
tepat simetris dengan substrat GaN. Sehingga tidak ada galat
pengukuran intensitas cahaya yang masuk.
3.2.4 Mengukur Absorbansi dan Transmitansi Substrat
a. Menetralisasi monokromator untuk kedua kalinya dengan meletakkan
substrat baseline ke dalamnya. Menunggu proses inisialisasi
perangkat lunak. Mengangkat kembali substrat pada monokromator.
b. Meletakkan sample holder ke dalam monokromator. Mengusahakan
agar cahaya tembus tepat pada lubang kuvet dan tidak ada substrat
yang tidak terhitung nilai absorbansinya.
c. Menunggu beberapa saat proses absorbansi pada substrat
terjadi ,hingga grafik dan data absorbansi didapatkan.
d. Mengekspor data dan grafik dari perangkat lunak ke folder praktikan
e. Mengulangi prosedur (a) s.d (d) untuk transmitansi substrat GaN.
BAB IV
HASIL DAN PENGOLAHAN DATA
4.1 Hasil Data
Grafik Hasil Pengukuran Spektrum Absorbansi dan Transmitansi pada
Film Tipis GaN
a)Grafik Absorbansi terhadap panjang gelombang interval 1 nm
b) Grafik Absorbansi terhadap panjang gelombang interval 2 nm
c) Grafik
Transmitansi
terhadap
panjang
gelombang
interval 1 nm
d) Grafik Transmitansi terhadap panjang gelombang interval 2 nm
4.2 Pengolahan Data
4.2.1 Spektrum Absorbansi dan Transmitansi Hasil Penghalusan Data
Untuk menghaluskan grafik yang masih terdapat loncatan data yang
diperoleh dari data awal, maka kita harus memasukkan data baru dan kita
menggunakan Software OriginPro 7 untuk memperhalus permukaan grafik.
1) Absorbansi dengan panjang gelombang = 1 nm
Before Smoothing
After smoothing
after smoothing
2)Absorbansi dengan panjang gelombang = 2 nm
Before Smoothing
After smoothing
3)Transmitansi dengan panjang gelombang = 1 nm
Before Smoothing
After smoothing
4)Transmitansi dengan panjang gelombang = 2 nm
Before Smoothig
After smoothing
4.2.2 Menentukan band gap GaN dari grafik basorbansi dan
Transmitansi terhadap foton.
Untuk menentukan energi band gap, menggunakan rumus:
E = hc/λ
Ef = Energi foton bahan semikonduktor (eV)
h = Konstanta Planck (6,62 x 10-34 J.S)
c = Kecepatan cahaya dalam ruang hampa (3
x 108 m.s-2)
λ = Panjang gelombang (nm)
Grafik Absorbansi terhadap Energi Foton
1) Absorbansi dengan λ = 1 nm
Egap
= 2,8 eV
KSR = { | 2.8 eV – 3.4 eV| : |3.4 eV| } x 100 % = 17.64 %
2) Absorbansi dengan λ = 2 nm
Egap = 2,9 eV
KSR = { | 2.9 eV – 3.4 eV| : |3.4 eV| } x 100 % = 14.70 %
Grafik Transmitansi terhadap Energi Foton
1) Transmitansi dengan λ = 1 nm
Egap = 3,8 eV
KSR = { | 3.8 eV – 3.4 eV| : |3.4 eV| } x 100 % = 11.76 %
2) Transmitansi dengan λ = 2 nm
Egap = 3,5 eV
KSR = { | 3.5 eV – 3.4 eV| : |3.4 eV| } x 100 % = 2.96 %
BAB V
ANALISA
Pada praktikum kali ini kita telah melakukan analisa spektroskopi terhadap bahan quartz dengan substrat GaN. Disini kita menggunakan 2 parameter yang akan diukur yakni bagaimana respon absorbansinya dan transmitansinya terhadap dua macam interval panjang gelombang yang berbeda yaitu 1 nm dan 2 nm.
Pada dasarnya, grafik yang dihasilkan baik oleh absorbansi maupun transmitansi tadinya mengalami loncatan data sehingga harus dilakukan smoothing grafik agar terlihat bagaimana penyebaran data yang sesungguhnya atau yang mendekati hasil eksperimen, setelah kami smooothing dengan melakukan pendekatan beberapa nilai data, maka didapatkanlah hasil smoothing untuk setiap parameter seperti yang ditunjukkan di atas.
Kemudian setelah smoothing kita plotkan lagi grafik masing-masing parameter untuk menentukan seberapa energi gap nya jika dihitung dari grafik yang kami buat lalu kami bandingkan dengan nilai energi gap literatur.
Jika dilihat dari hasil grafiknya baik untuk absorbansi dan transmitansi ternyata memiliki energi gap yang sangat berbeda walapun perbedaannya tidak cukup besar, dan terlihat bahwa ternyata yang memiliki energi gap mendekati literatur adalah grafik transmitansi. Hal ini menunjukkan bahwa transmitansi dapat menunjukkan keakuratan nilai energi gap dikarenakan prinsip transmitansi adalah “menembus” cahaya yang dia terima dibanding absorbansi yang hanya
menyerap sehingga tampak bahwa pada grafik absorbansi pun nilai energi gap yang ditunjukkan jauh lebih kecil dibanding nilai energi gap pada literatur.
Hanya saja, nilai energi gap pada absorbansi antara 1 nm dengan 2 nm ternyata tidak persis sama, begitupun dengan grafik transmitansi interval 1 nm dan 2 nm. dikarenakan interval yang digunakan akan mempengaruhi keakuratan dalam menerima informasi dimana semakin kecil rentang panjang gelombangnya maka seharusnya informasi yang diperoleh akan lebih banyak dan lebih akurat
BAB VI
KESIMPULAN
1. Telah dipelajari bagaimana cara menggunakan spektrometer dimana cara
pemakaiannya seperti yang tercantumkan dalam prosedur percobaan. Prinsip dari
alat spektrometer ini adalah memperlihatkan respon suatu material terhadap
cahaya yang diberikan dengan panjang gelombang tertentu, dalam hal ini cahaya
yang digunakan adalah sinar dengan rentang panjang gelombang UV-Visible
2. Band gap semikonduktor dapat diperoleh dengan spektrometer ini yaitu dengan
menplotkan dahulu grafik absorbansi atau transmisi terhadap energi foton dan
diberi garislinier yang menyinggung kurva tersebut lalu diproyeksikan terhadap
sumbu x dan di titik hasil proyeksi itulah besar nilai energi gap nya.
DAFTAR PUSTAKA
Beiser, Arthur. 1987. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.
Joni, I Made. 2010. Diktat Kuliah BioSpektromolekul. Fisika Universitas
Padjadjaran
http://wanibesak.wordpress.com/2011/07/04/pengertian-dasar-spektrofotometer-
vis-uv-uv-vis/