ketidaksimetrisan struktur kristal pada suatu material
ferroelektrik [1],
selain itu
ferroelektrik merupakan
material yang
memiliki polarisasi listrik dengan adanya medan listrik eksternal, polarisasi ini dapat
dihilangkan dengan memberikan medan listrik eksternal yang arahnya berlawanan. Sifat
listrik yang ditunjukkan material ini berkaitan dengan sifat listrik mikroskopiknya. Jika
jumlah muatan dikali jarak semua elemen dari sel satuan tidak nol maka sel akan memiliki
momen dipol listrik. Kurva hubungan antara polarisasi listrik P dan kuat medan listrik E
ditunjukkan pada Gambar 1. Ketika kuat medan listrik ditingkatkan maka polarisasi
meningkat cepat OA hingga material akan mengalami kondisi saturasi AB, jika nilai
kuat medan listrik mengalami penurunan, polarisasinya tidak kembali lagi ke titik O,
melainkan mengikuti garis BC, ketika medan listrik tereduksi menjadi nol, maka material
memiliki polarisasi remanan Pr OC, untuk menghapus nilai polarisasi dapat dilakukan
dengan menggunakan sejumlah medan listrik pada arah yang berlawanan negatif. Harga
medan listrik untuk mereduksi nilai polarisasi menjadi nol disebut medan koersif Ec,jika
medan listrik kemudian dinaikkan kembali, maka material akan kembali mengalami
saturasi, yang bernilai negatif EF. Putaran kurva menjadi lengkap jika medan listrik
dinaikkan lagi yang akhirnya didapatkan suatu kurva hubungan polarisasi P
Gambar 1. Kurva histerisis sifat BST dengan medan koersif Ec yang ditunjukan
loop histerisis [3]. Luasan dalam kurva histerisis ini berbanding lurus dengan energi
yang didisipasikan dalam proses irreversible pemagnetan dan penghilangan sifat magnet [4].
2.2 Domain
Dalam kristal ferroelektrik, terdapat suatu daerah yang memiliki orientasi dipol yang
seragam, yang disebut domain. Struktur dan sifat domain memegang peranan penting dalam
penentuan sifat bahan ferroelektrik [5].
2.3 Polarisasi Saturasi Ps
Polarisasi saturasi tercapai pada saat seluruh arah orientasi domain searah dengan
medan listrik eksternal. Pada keadaan ini nilai polarisasinya tetap walaupun medan listrik
eksternal bertambah besar.
2.4 Polarisasi Remanen Pr
Polarisasi remanen adalah nilai polarisasi Ύ pada bahan ferroelektrik walaupun sudah
tidak lagi dipengaruhi medan listrik.
2.5 Medan Koersif EC
Medan koersif pada bahan ferroelektrik adalah medan yang diperlukan untuk merubah
polarisasinya dari nilai polarisasi remanen menjadi nol P=0. Nilai medan koersif suatu
bahan bergantung dari banyak parameter antara lain perlakuan suhu dan perlakuan listrik
suatu bahan.
2.6 Barium Stronsium Titanat Ba
x
Sr
1- x
TiO
3
Material yang
digunakan dalam
pembuatan lapisan BST murni ini adalah Ba
x
Sr
1-x
TiO
3
BST. BST merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi,
serta kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi. Pembuatan BST dapat menggunakan
peralatan yang cukup sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam waktu yang relatif
singkat.
BST memiliki
potensi untuk
menggantikan film BST murni SiO
2
pada rangkaian metal oxide semikonduktor MOS
namun konstanta dielektrik yang dimiliki oleh BST tersebut masih rendah dibandingkan
dengan bentuk bulknya. Hal ini berkaitan dengan ukuran mikro, tingkat tekanan yang
baik, kekosongan oksigen, formasi lapisan interfacial
dan oksidasi
pada silikon
[6].Struktur BST sendiri berbentuk kubus seperti pada Gambar 2. Ion barium Ba
2+
terletak di ujung rusuk kubus, ion titanium Ti
4+
terletak pada diagonal ruang sedangkan ion oksigen terletak pada diagonal bidang unit
sel yang berbentuk kubus. Barium stronsium titanat juga banyak
digunakan sebagai FRAM karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi dan kapasitas
penyimpanan muatan yang tinggi. BST dapat diaplikasikan dalam berbagai macam piranti
seperti konstanta dielektrik yang tinggi sehingga BST dapat digunakan sebagai
DRAMs dynamic access random memories dan juga dapat diaplikasikan dalam pembuatan
multi-layer capasitor MLC, selain itu BST juga memiliki kapasitas penyimpanan muatan
yang tinggi high charge storage capacity, kebocoran arus yang rendah low leakage
current dan memiliki kekuatan breakdown yang tinggi pada suhu curie yang dapat
diaplikasikan sebagai NVRAM non volatile random
access memories
dan FRAM
ferroelectric random access memories. Suhu Curie material barium titanat murni
sebesar 130°C.
Dengan penambahan
stronsium, suhu barium titanat menurun menjadi suhu kamar [7]. Film BST murni
dapat dibuat dengan berbagai teknik antara lain chemical solution deposition sputtering, laser
ablasi, MOCVD dan proses sol gel [8]. Persamaan reaksi BST ialah :
0,25BaCH
3
COO
2
+0,75SrCH
3
COO
2
+TiC
12
H
28
O
4
+22O
2
→Ba
0,25
Sr
0,75
TiO
3
+H
2
O + 16CO
2
Gambar 2. Struktur Ba
0,25
Sr
0,75
TiO
3
a Polarisasi ke atas b Polarisasi kebawah
2.7 Substrat-Si Silikon
