Penumbuhan Film PbNbZrTiO Dengan Metode Chemical Solution Deposition dan Uji Sifat Optiknya

ABSTRAK
YERRI LARONA. Penumbuhan Film PbNbZrTiO dengan Metode Chemical
Solution
Deposition
dan
Uji
Sifat
Optiknya
Dibimbing
oleh
MUHAMMAD NUR INDRO dan IRZAMAN
Telah dilakukan penumbuhan film PbNbZrTiO di atas permukaan substrat
Corning (TCO) dan Pt(200)/Si(100) dengan metode chemical solution deposision
pada kecepatan putaran 3000 rpm selama 30 detik dan diannealing selama 26 jam
pada suhu 800 0C.
Penumbuhan PNZT dilakukan secara bertahap yaitu melalui penumbuhan
PbZrTiO (PZT) kemudian melakukan pendadahan Nb pada PZT
Hasil dari karakterisasi sampel PZT dan PNZT menunjukkan bahwa stuktur
kristal Pil dan film PNZT adalah tetragonal dengan nilai parameter kisi a
maksimal sebesar 1,156 Å dan nilai parameter kisi c maksimal adalah sebesar
4,212 Å .

Karakterisasi menggunakan UV-VIS pada film PNZT di atas substrat
corning memperlihatkan terjadinya kenaikan nilai transmitansi dan penurunan
nilai absorbansi setiap penambahan persentase pendadah niobium (2%, 8%). Pada
panjang gelombang 340 nm terjadi kenaikan persentase transmitansi sebesar 3,7%
pada pendadahan niobium 2%, kenaikan transmitansi sebesar 5,9% pada
pendadahan niobium 8%, penurunan absorbansi sebesar 11,3% dan penurunan
absorbansi sebesar 16,2%.

PENUMBUHAN FILM PbNbZrTiO DENGAN METODE
CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION
DAN UJI SIFAT OPTIKNYA

YERRI LARONA

Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007

Judul : Penumbuhan Film PbNbZrTiO dengan Metode Chemical Solution
Deposition dan Uji Sifat Optiknya
Nama : Yerri Larona
NRP

: G74101039

Menyetujui:

Pembimbing I

Pembimbing II

Drs. Muhammad Nur Indro, M.Sc
NIP: 131663022

Dr. Ir. Irzaman, M.Si
NIP: 132133395

Mengetahui,

Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Prof.Dr.Ir. Yonny Koesmaryono, M.S
NIP: 131473999

Tanggal Lulus:

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjungpandan pada tanggal 9 Juni 1982 sebagai anak
kedua dari lima bersaudara pasangan Eri Muchlis dan Sisca Ersilia.Penulis lulus
dari SMU Negeri 2 Tanjungpandan pada tahun 2000 dan pada tahun 2001
melanjutkan pendidikan di Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor melalui
jalur Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN).
Selama perkuliahan penulis aktif diberbagai organisasi seperti Badan
Eksekutif Mahasiswa

(BEM FMIPA) pada departemen Sosial dan Advokasi,
Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) dan Himpunan Mahasiswa Islam (HMI)
komisariat FMIPA. Selain itu penulis juga pernah menjadi asisten Fisika Dasar I
dan Fisika Dasar II pada kurun waktu 2002-2005, Assisten Fisika Umum pada
tahun 2005 dan Assisten Eksperimen Fisika II. Penulis juga pernah menjadi
pengajar privat dan pengajar di SLTP Negeri 16 Bogor.

KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan kepada Allah
SWT, karena hanya dengan izin dan kehendak-Nyalah
penulis dapat
menyelesaikan penelitian dan karya tulis ilmiah dengan judul Penumbuhan Film
PbNbZrTiO dengan Metode Chemical Solution Deposition. Alasan penulis
membuat tulisan ini adalah untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh
gelar sarjana sains di Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.
Penulis memilih tema dan judul seperti yang tertera di atas adalah karena
ketertarikan penulis di bidang fisika material dan belum terlalu banyak peneliti
yang meneliti efek pendadahan niobium pada PZT, padahal bisa jadi bahan ini
memiliki prospek yang bagus sebagai alat sensor infra, dan perangkat elektronik
lainnya.

Penulis menyadari bahwa selesainya penulisan karya ilmiah ini tidak terlepas
dari pihak-pihak yang telah banyak membantu. Oleh karena itu penulis ingin
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Drs. M. Nur Indro, M.Sc. selaku dosen Pembimbing yang telah
memberikan saran, bimbingan, koreksi dan motivasi selama pengerjaan tugas
akhir ini.
2. Bapak Dr. Ir. Irzaman, M.Si, Bapak Dr. Muhammad Hikam, yang pada
kenyataannya telah menjadi pembimbing penulis.
3. Ibunda Sisca Ersilia dan Ayahanda Eri Muchlis. Terima kasih atas curahan
doa, kasih sayang, keringat dan air matanya.
4. Bapak Ir. Irmansyah, M.Si dan Bapak Akhiruddin Maddu, M.Si sebagai
penguji skripsi dan seluruh staf pengajar Departemen Fisika IPB.
5. Bang Yudhi Ricardo, Adik Yefri Sagita, Melva Gisella dan Yudha Rinaldi.
6. Richie, Hasan, gerET, ain, pam2, dan coe, Restu n gofo. Thanx 2 every thing!
7. Seluruh personel MAFIA 38 terimakasih atas persahabatan yang selama ini
diberikan.
8. Mc.Gunns, Qdr, ipul, fuady, ichwan, mantje,cepot, kin, engz n ndang.
9. Suryandi, Usman Gumanti, Zulfikar, Edu, Mi-, Isra dan teman-teman
seperjuangan lain di Belitung.
10. Bang Rully, Mas Akas, Zaenal, Budi, Edo, Pak Mardjohan dan Ibu Riri.

11. ..... Dan semua orang yang memberikan arti bahwa hidup ini indah...............
Penulis menyadari masih banya kekurangan pada tulisan ini, oleh karenanya
penulis sangat berharap penelitian di bidang ini dilanjutkan. Akhirnya penulis
berharap semoga tulisan ini dapat menjadi sumbangsih dalam pengembangan ilmu
fisika material.
Bogor, Oktober 2006

YERRI L.

DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN .........................................................................

i

PRAKATA...................................................................................................

ii

DAFTAR ISI................................................................................................

iii

PENDAHULUAN
Latar Belakang.................................................................................

1

Tujuan Penelitian........ .....................................................................

1

TINJAUAN PUSTAKA
Bahan PZT............ ...........................................................................

1

Bahan PZT Didadah Niobium (PNZT) ............................................

2

Metode Chemical Solution Deposition (CSD).................................

2

Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD)...........................................

2

Sifat Optik .................................................. .....................................

3

BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu Penelitian...........................................................

3

Alat dan Bahan.................................................................................

3

Pembuatan Film
1. Pembuatan Pil (Bulk) PZT ....................................................

3

2. Pembuatan Pil PNZT.............................................................

3

3. Karakterisasi Pil PZT dan PNZT....................................... ..

4

4. Persiapan Substrat............................................................. ....

4

5. Pembuatan Larutan................................................................

4

6. Proses Penumbuhan Film ......................................................

4

7. Proses Re-annealing..............................................................

4

8. Karakterisasi XRD dari Film PNZT.....................................

4

9. Penentuan Nilai Parameter Kisi ............................................

4

10. Karakterisasi UV-VIS ..........................................................

5

HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil Pembuatan Pil (Bulk) PZT .............................................. 5
2. Hasil Pembuatan Pil PNZT...........................................................5
3. Hasil Karakterisasi Pil PZT dan PNZT..................................

5

4. Hasil Persiapan Substrat.........................................................

5

5. Larutan PNZT ........................................................................

6

6. Hasil Penumbuhan Film.........................................................

6

7. Hasil Re-annealing.................................................................

6

8. Karakterisasi XRD dari Film PNZT ......................................

6

9. Hasil Penentuan Nilai Parameter Kisi....................................

6

10. Hasil Karakterisasi UV-VIS.................................................

7

KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan ................................................................................

9

Saran...........................................................................................

9

DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................

9

LAMPIRAN..............................................................................................

10

DAFTAR GAMBAR
1. Struktur Perovskite PZT............................................................

1

2. Kurva Proses annealing.............................................................

3

3. Pola XRD Pil PbZr0,52 TiO0,48 O3 ..............................................

5

4. Pola XRD film PNZT di atas substrat Corning.........................

6

5. Pola XRD film PNZT di atas substrat Pt(200)/Si(100).............

6

6. Kurva transmitansi PNZT di atas substrat Corning.....................

8

7. Kurva absorbansi PNZT di atas substrat Corning .......................

8

DAFTAR TABEL
Tabel 1. Perbandingan massa zat penyusun PNZT .........................

5

Tabel 2. Nilai parameter kisi pil PZT, pil dan film PNZT ..............

6

Tabel 3. Nilai transmitansi untuk sampel PNZT pada daerah
λ = 340 nm .......................................................................................

8

Tabel 4. Nilai absorbansi untuk sampel PNZT pada daerah
λ = 340 nm .......................................................................................

8

DAFTAR LAMPIRAN
1. Diagram Tahap Penelitian ..........................................................

10

2. Data ICDD (International Centre for Diffraction Data)............

11

3. Perhitungan parameter kisi Pil PZT murni .................................

12

4. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 1% .........

13

5. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 2% .........

14

6. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 8% .........

15

7. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 1% di atas substrat Corning ....................................................................

17

8. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 2% di atas substrat Corning ....................................................................

17

9. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di atas substrat Corning ....................................................................

18

10. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di atas substrat Pt(200)/Si(100) ........................................................

18

11. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di atas substrat Pt(200)/Si(100) ........................................................

19

12. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 1% di atas substrat Corning ...............................................................................

21

13. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 2% di atas substrat Corning ...............................................................................

22

14. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 8% di atas substrat Corning ...............................................................................

23

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perubahan selalu terjadi dalam sejarah
perkembangan dan kemajuan peradaban
manusia. Salah satu faktor yang dominan
dalam setiap perubahan yang terjadi adalah
ilmu pengetahuan dan teknologi. Sebagai
salah satu cabang ilmu yang menjadi ilmu
dasar, Fisika tentu saja memegang peranan
penting dalam pekembangan teknologi. Saat
ini para fisikawan di bidang Fisika material
sedang menggalakkan penelitian tentang
kemungkinan penggunaan lebih luas dari
bahan ferroelektrik untuk pembuatan sensor
infra merah, sel surya dan transformator.
Sensor infra merah menurut fenomena yang
mendasarinya dibagi menjadi dua kelompok
besar, yaitu sensor foton dan sensor termal.
Bahan ferroelektrik (termasuk pyroelektrik)
merupakan contoh dari sensor termal.
Contoh dari bahan ferroelektrik yang
sedang diteliti saat ini adalah Lead Zirconium
Titanate PbZr1-x TixO3 (PZT). Material PZT
memiliki prospek yang cerah apabila
digunakan sebagai sensor infra merah. Alasan
yang mendasarinya adalah bahan tersebut
memiliki mutu kristal yang tinggi (berbentuk
kristal tunggal), memiliki tetapan dielektrik
yang tinggi (sebesar
4,2x10-4 C/m2K) dan
memiliki daerah operasi di sekitar suhu kamar
(300 K). Material PZT yang didadah dengan
oksida juga dianggap potensial karena
memiliki sifat yang sama dengan PZT. [1,2]
Film tipis PZT yang didadah niobium
dapat dibuat dengan metode Chemical
Solution Deposition (CSD) dan Spin Coating.
CSD adalah metode penumbuhan film pada
suhu kamar dimana target berupa larutan
diteteskan pada substrat. Keunggulan dari
teknik ini adalah
tidak rumit dan relatif
membutuhkan biaya yang murah. Spin
Coating yang digunakan memakai kecepatan
putar 3000 rpm dan waktu putar selama
30 detik.[3,1]
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Melakukan
penumbuhan
film
PbNbZrTiO (PNZT) di atas substrat
Corning dan Pt(200)/Si(100) dengan
metode spin coating dan CSD.
2

Karakterisasi bubuk PZT dan PNZT
dengan difraksi sinar X (XRD).

3.

Mengamati sifat optik dari film PNZT di
atas substrat Corning meliputi nilai
transmitansi dan absorbansi.

TINJAUAN PUSTAKA
Bahan PZT
PZT merupakan salah satu bahan
ferroelektrik yang memiliki polarisasi spontan
yang berlawanan (anti pararel) satu dengan
yang
lainnya
yang
dibuat
dengan
mencampurkan PbZrO3 (timbal zirkonat)
dengan PbTiO3 (timbal titanat). Persamaan
reaksinya mengikuti persamaan (1).
xPbTiO3+(1-x) PbZrO3→ PbZr1-xTixO3
PbTiO3

(1)

ferroelektrik adalah suatu bahan yang
memiliki suhu Curie sebesar 490 0C dan
PbZrO3 adalah suatu bahan antiferroelektrik
yang memiliki suhu Curie sebesar 230 0C.
Struktur
material ferroelektrik/pyroelektrk
(PZT) umumnya dapat diklasifikasikan dalam
bentuk perovskite. [1,4,5]
Bentuk perovskite secara sederhana dapat
diartikan sebagai formula ABO3. Unsur A
dapat berupa logam monovalen, divalen, atau
trivalen dan unsur B dapat berupa unsur
pentavalen, tetravalen, atau trivalen serta
unsur O adalah oksigen. Struktur perovskite
ideal berbentuk kubus sederhana dengan
kation A mewakili ion 4+ mengambil posisi di
diagonal ruang kubik, sedangkan kation B
mewakili ion 2+ berada di pojok dan atomatom oksigen dengan ion 2- berada di
diagonal ruang. Gambar 1 memperlihatkan
bentuk perovskite dari PZT.

Pb
Zr/Ti
O
Gambar 1 Struktur Perovskite PZT
Menurut penelitian yang telah dilakukan
material PbTiO3 membentuk tetragonal dari
kisi perovskite. Karena bahan pyroelektrik
PbZr1-xTixO3 memiliki nilai dielektrik yang
cukup besar, bahan ini memiliki kepekaan dan
responsivitas tinggi terhadap panas dibanding
dengan bahan pyroelektrik yang lain seperti

ABSTRAK
YERRI LARONA. Penumbuhan Film PbNbZrTiO dengan Metode Chemical
Solution
Deposition
dan
Uji
Sifat
Optiknya
Dibimbing
oleh
MUHAMMAD NUR INDRO dan IRZAMAN
Telah dilakukan penumbuhan film PbNbZrTiO di atas permukaan substrat
Corning (TCO) dan Pt(200)/Si(100) dengan metode chemical solution deposision
pada kecepatan putaran 3000 rpm selama 30 detik dan diannealing selama 26 jam
pada suhu 800 0C.
Penumbuhan PNZT dilakukan secara bertahap yaitu melalui penumbuhan
PbZrTiO (PZT) kemudian melakukan pendadahan Nb pada PZT
Hasil dari karakterisasi sampel PZT dan PNZT menunjukkan bahwa stuktur
kristal Pil dan film PNZT adalah tetragonal dengan nilai parameter kisi a
maksimal sebesar 1,156 Å dan nilai parameter kisi c maksimal adalah sebesar
4,212 Å .
Karakterisasi menggunakan UV-VIS pada film PNZT di atas substrat
corning memperlihatkan terjadinya kenaikan nilai transmitansi dan penurunan
nilai absorbansi setiap penambahan persentase pendadah niobium (2%, 8%). Pada
panjang gelombang 340 nm terjadi kenaikan persentase transmitansi sebesar 3,7%
pada pendadahan niobium 2%, kenaikan transmitansi sebesar 5,9% pada
pendadahan niobium 8%, penurunan absorbansi sebesar 11,3% dan penurunan
absorbansi sebesar 16,2%.

PENUMBUHAN FILM PbNbZrTiO DENGAN METODE
CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION
DAN UJI SIFAT OPTIKNYA

YERRI LARONA

Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007

Judul : Penumbuhan Film PbNbZrTiO dengan Metode Chemical Solution
Deposition dan Uji Sifat Optiknya
Nama : Yerri Larona
NRP

: G74101039

Menyetujui:

Pembimbing I

Pembimbing II

Drs. Muhammad Nur Indro, M.Sc
NIP: 131663022

Dr. Ir. Irzaman, M.Si
NIP: 132133395

Mengetahui,

Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Prof.Dr.Ir. Yonny Koesmaryono, M.S
NIP: 131473999

Tanggal Lulus:

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjungpandan pada tanggal 9 Juni 1982 sebagai anak
kedua dari lima bersaudara pasangan Eri Muchlis dan Sisca Ersilia.Penulis lulus
dari SMU Negeri 2 Tanjungpandan pada tahun 2000 dan pada tahun 2001
melanjutkan pendidikan di Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor melalui
jalur Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN).
Selama perkuliahan penulis aktif diberbagai organisasi seperti Badan
Eksekutif Mahasiswa
(BEM FMIPA) pada departemen Sosial dan Advokasi,
Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) dan Himpunan Mahasiswa Islam (HMI)
komisariat FMIPA. Selain itu penulis juga pernah menjadi asisten Fisika Dasar I
dan Fisika Dasar II pada kurun waktu 2002-2005, Assisten Fisika Umum pada
tahun 2005 dan Assisten Eksperimen Fisika II. Penulis juga pernah menjadi
pengajar privat dan pengajar di SLTP Negeri 16 Bogor.

KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan kepada Allah
SWT, karena hanya dengan izin dan kehendak-Nyalah
penulis dapat
menyelesaikan penelitian dan karya tulis ilmiah dengan judul Penumbuhan Film
PbNbZrTiO dengan Metode Chemical Solution Deposition. Alasan penulis
membuat tulisan ini adalah untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh
gelar sarjana sains di Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.
Penulis memilih tema dan judul seperti yang tertera di atas adalah karena
ketertarikan penulis di bidang fisika material dan belum terlalu banyak peneliti
yang meneliti efek pendadahan niobium pada PZT, padahal bisa jadi bahan ini
memiliki prospek yang bagus sebagai alat sensor infra, dan perangkat elektronik
lainnya.
Penulis menyadari bahwa selesainya penulisan karya ilmiah ini tidak terlepas
dari pihak-pihak yang telah banyak membantu. Oleh karena itu penulis ingin
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Drs. M. Nur Indro, M.Sc. selaku dosen Pembimbing yang telah
memberikan saran, bimbingan, koreksi dan motivasi selama pengerjaan tugas
akhir ini.
2. Bapak Dr. Ir. Irzaman, M.Si, Bapak Dr. Muhammad Hikam, yang pada
kenyataannya telah menjadi pembimbing penulis.
3. Ibunda Sisca Ersilia dan Ayahanda Eri Muchlis. Terima kasih atas curahan
doa, kasih sayang, keringat dan air matanya.
4. Bapak Ir. Irmansyah, M.Si dan Bapak Akhiruddin Maddu, M.Si sebagai
penguji skripsi dan seluruh staf pengajar Departemen Fisika IPB.
5. Bang Yudhi Ricardo, Adik Yefri Sagita, Melva Gisella dan Yudha Rinaldi.
6. Richie, Hasan, gerET, ain, pam2, dan coe, Restu n gofo. Thanx 2 every thing!
7. Seluruh personel MAFIA 38 terimakasih atas persahabatan yang selama ini
diberikan.
8. Mc.Gunns, Qdr, ipul, fuady, ichwan, mantje,cepot, kin, engz n ndang.
9. Suryandi, Usman Gumanti, Zulfikar, Edu, Mi-, Isra dan teman-teman
seperjuangan lain di Belitung.
10. Bang Rully, Mas Akas, Zaenal, Budi, Edo, Pak Mardjohan dan Ibu Riri.
11. ..... Dan semua orang yang memberikan arti bahwa hidup ini indah...............
Penulis menyadari masih banya kekurangan pada tulisan ini, oleh karenanya
penulis sangat berharap penelitian di bidang ini dilanjutkan. Akhirnya penulis
berharap semoga tulisan ini dapat menjadi sumbangsih dalam pengembangan ilmu
fisika material.
Bogor, Oktober 2006

YERRI L.

DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN .........................................................................

i

PRAKATA...................................................................................................

ii

DAFTAR ISI................................................................................................

iii

PENDAHULUAN
Latar Belakang.................................................................................

1

Tujuan Penelitian........ .....................................................................

1

TINJAUAN PUSTAKA
Bahan PZT............ ...........................................................................

1

Bahan PZT Didadah Niobium (PNZT) ............................................

2

Metode Chemical Solution Deposition (CSD).................................

2

Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD)...........................................

2

Sifat Optik .................................................. .....................................

3

BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu Penelitian...........................................................

3

Alat dan Bahan.................................................................................

3

Pembuatan Film
1. Pembuatan Pil (Bulk) PZT ....................................................

3

2. Pembuatan Pil PNZT.............................................................

3

3. Karakterisasi Pil PZT dan PNZT....................................... ..

4

4. Persiapan Substrat............................................................. ....

4

5. Pembuatan Larutan................................................................

4

6. Proses Penumbuhan Film ......................................................

4

7. Proses Re-annealing..............................................................

4

8. Karakterisasi XRD dari Film PNZT.....................................

4

9. Penentuan Nilai Parameter Kisi ............................................

4

10. Karakterisasi UV-VIS ..........................................................

5

HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil Pembuatan Pil (Bulk) PZT .............................................. 5
2. Hasil Pembuatan Pil PNZT...........................................................5
3. Hasil Karakterisasi Pil PZT dan PNZT..................................

5

4. Hasil Persiapan Substrat.........................................................

5

5. Larutan PNZT ........................................................................

6

6. Hasil Penumbuhan Film.........................................................

6

7. Hasil Re-annealing.................................................................

6

8. Karakterisasi XRD dari Film PNZT ......................................

6

9. Hasil Penentuan Nilai Parameter Kisi....................................

6

10. Hasil Karakterisasi UV-VIS.................................................

7

KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan ................................................................................

9

Saran...........................................................................................

9

DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................

9

LAMPIRAN..............................................................................................

10

DAFTAR GAMBAR
1. Struktur Perovskite PZT............................................................

1

2. Kurva Proses annealing.............................................................

3

3. Pola XRD Pil PbZr0,52 TiO0,48 O3 ..............................................

5

4. Pola XRD film PNZT di atas substrat Corning.........................

6

5. Pola XRD film PNZT di atas substrat Pt(200)/Si(100).............

6

6. Kurva transmitansi PNZT di atas substrat Corning.....................

8

7. Kurva absorbansi PNZT di atas substrat Corning .......................

8

DAFTAR TABEL
Tabel 1. Perbandingan massa zat penyusun PNZT .........................

5

Tabel 2. Nilai parameter kisi pil PZT, pil dan film PNZT ..............

6

Tabel 3. Nilai transmitansi untuk sampel PNZT pada daerah
λ = 340 nm .......................................................................................

8

Tabel 4. Nilai absorbansi untuk sampel PNZT pada daerah
λ = 340 nm .......................................................................................

8

DAFTAR LAMPIRAN
1. Diagram Tahap Penelitian ..........................................................

10

2. Data ICDD (International Centre for Diffraction Data)............

11

3. Perhitungan parameter kisi Pil PZT murni .................................

12

4. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 1% .........

13

5. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 2% .........

14

6. Perhitungan parameter kisi Pil PZT didadah niobium 8% .........

15

7. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 1% di atas substrat Corning ....................................................................

17

8. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 2% di atas substrat Corning ....................................................................

17

9. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di atas substrat Corning ....................................................................

18

10. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di atas substrat Pt(200)/Si(100) ........................................................

18

11. Perhitungan parameter kisi film PZT didadah niobium 8% di atas substrat Pt(200)/Si(100) ........................................................

19

12. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 1% di atas substrat Corning ...............................................................................

21

13. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 2% di atas substrat Corning ...............................................................................

22

14. Hasil Spektroskopi UV-VIS pada sample PNZT 8% di atas substrat Corning ...............................................................................

23

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perubahan selalu terjadi dalam sejarah
perkembangan dan kemajuan peradaban
manusia. Salah satu faktor yang dominan
dalam setiap perubahan yang terjadi adalah
ilmu pengetahuan dan teknologi. Sebagai
salah satu cabang ilmu yang menjadi ilmu
dasar, Fisika tentu saja memegang peranan
penting dalam pekembangan teknologi. Saat
ini para fisikawan di bidang Fisika material
sedang menggalakkan penelitian tentang
kemungkinan penggunaan lebih luas dari
bahan ferroelektrik untuk pembuatan sensor
infra merah, sel surya dan transformator.
Sensor infra merah menurut fenomena yang
mendasarinya dibagi menjadi dua kelompok
besar, yaitu sensor foton dan sensor termal.
Bahan ferroelektrik (termasuk pyroelektrik)
merupakan contoh dari sensor termal.
Contoh dari bahan ferroelektrik yang
sedang diteliti saat ini adalah Lead Zirconium
Titanate PbZr1-x TixO3 (PZT). Material PZT
memiliki prospek yang cerah apabila
digunakan sebagai sensor infra merah. Alasan
yang mendasarinya adalah bahan tersebut
memiliki mutu kristal yang tinggi (berbentuk
kristal tunggal), memiliki tetapan dielektrik
yang tinggi (sebesar
4,2x10-4 C/m2K) dan
memiliki daerah operasi di sekitar suhu kamar
(300 K). Material PZT yang didadah dengan
oksida juga dianggap potensial karena
memiliki sifat yang sama dengan PZT. [1,2]
Film tipis PZT yang didadah niobium
dapat dibuat dengan metode Chemical
Solution Deposition (CSD) dan Spin Coating.
CSD adalah metode penumbuhan film pada
suhu kamar dimana target berupa larutan
diteteskan pada substrat. Keunggulan dari
teknik ini adalah
tidak rumit dan relatif
membutuhkan biaya yang murah. Spin
Coating yang digunakan memakai kecepatan
putar 3000 rpm dan waktu putar selama
30 detik.[3,1]
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Melakukan
penumbuhan
film
PbNbZrTiO (PNZT) di atas substrat
Corning dan Pt(200)/Si(100) dengan
metode spin coating dan CSD.
2

Karakterisasi bubuk PZT dan PNZT
dengan difraksi sinar X (XRD).

3.

Mengamati sifat optik dari film PNZT di
atas substrat Corning meliputi nilai
transmitansi dan absorbansi.

TINJAUAN PUSTAKA
Bahan PZT
PZT merupakan salah satu bahan
ferroelektrik yang memiliki polarisasi spontan
yang berlawanan (anti pararel) satu dengan
yang
lainnya
yang
dibuat
dengan
mencampurkan PbZrO3 (timbal zirkonat)
dengan PbTiO3 (timbal titanat). Persamaan
reaksinya mengikuti persamaan (1).
xPbTiO3+(1-x) PbZrO3→ PbZr1-xTixO3
PbTiO3

(1)

ferroelektrik adalah suatu bahan yang
memiliki suhu Curie sebesar 490 0C dan
PbZrO3 adalah suatu bahan antiferroelektrik
yang memiliki suhu Curie sebesar 230 0C.
Struktur
material ferroelektrik/pyroelektrk
(PZT) umumnya dapat diklasifikasikan dalam
bentuk perovskite. [1,4,5]
Bentuk perovskite secara sederhana dapat
diartikan sebagai formula ABO3. Unsur A
dapat berupa logam monovalen, divalen, atau
trivalen dan unsur B dapat berupa unsur
pentavalen, tetravalen, atau trivalen serta
unsur O adalah oksigen. Struktur perovskite
ideal berbentuk kubus sederhana dengan
kation A mewakili ion 4+ mengambil posisi di
diagonal ruang kubik, sedangkan kation B
mewakili ion 2+ berada di pojok dan atomatom oksigen dengan ion 2- berada di
diagonal ruang. Gambar 1 memperlihatkan
bentuk perovskite dari PZT.

Pb
Zr/Ti
O
Gambar 1 Struktur Perovskite PZT
Menurut penelitian yang telah dilakukan
material PbTiO3 membentuk tetragonal dari
kisi perovskite. Karena bahan pyroelektrik
PbZr1-xTixO3 memiliki nilai dielektrik yang
cukup besar, bahan ini memiliki kepekaan dan
responsivitas tinggi terhadap panas dibanding
dengan bahan pyroelektrik yang lain seperti

2

LiTaO3, BaSr1-xTixO3 yang memiliki nilai
dielektrikum yang lebih kecil. Nilai koefisien
arus pyroelektrik LiTaO3, PT masing-masing
2,0 x 10-4C/m2K dan 2,3 x 10-4C/m2K,
sedangkan
PZT
lebih
tinggi
yakni
4,2 x 10-4 C/m2K, dan 12,3 x 10-4 C/m2K. [1,6]
Bahan PNZT
Reaksi PZT didadah niobium sesuai
dengan persamaan (2)
PbZrxTi1-xO3+NbÆPb1-y/2 (ZrxTi1-x-y Nby)O3
(2)
Nb5+ merupakan bahan ferroelektik dengan
jenis soft doping, efek dari soft doping ini
adalah menghasilkan bahan PNZT yang lebih
soften (menyebabkan sifat medan koersif yang
lebih rendah, bulk resistivity dan coefficient
elasticity yang lebih tinggi). Penambahan
niobium yang didadahkan akan menggantikan
posisi dari unsur Zr4+ atau unsur Ti4+ secara
acak. Hal ini terjadi karena ion Nb5+
termasuk dalam ion doping yang memiliki
jari-jari kecil. Adanya perbedaan muatan
antara unsur
Zr4+/Ti4+ yang memiliki
elektron valensi empat dan unsur Nb5+ yang
bervalensi lima mengakibatkan kelebihan satu
muatan positif pada struktur perovskite.
Kelebihan muatan ini dinetralisir dengan
terbentuknya ruang kosong pada posisi A (Avacancies). Soft doping disebut juga dengan
istilah donor doping karena menyumbang
valensi yang berlebihan di dalam struktur
kristal. Pendadahan niobium sangat tidak
efektif untuk menghasilkan dipol-dipol listrik
yang bergerak. [1, 2, 7]
Metode Chemical SolutionDeposition (CSD)
Film tipis dari bahan PZT dapat dibuat
dengan berbagai metode seperti sputtering [8],
pulsed laser deposition [9], chemical vapor
deposition dan chemical solution deposition.
Metode Chemical Solution Deposition (CSD)
merupakan cara pembuatan film tipis dengan
pendeposisian larutan bahan kimia di atas
substrat, kemudian dipreparasi dengan spin
coating pada kecepatan tertentu. Parameter
yang perlu diperhatikan pada penelitian ini
adalah kecepatan putar dan konsentrasi
pelarut. [10, 11]
Substrat yang digunakan pada pembuatan
film ini adalah bahan
Corning.
Sebelumnya, para peneliti telah menyelidiki
efek substrat dengan film yang dihasilkan.
film penyangga yang telah digunakan
diantaranya adalah CeO2(111) di atas substrat
Si (100), Pt, MgO, LaAlO3(100) dan Ytrium
Stabilized Zirkonia (YSZ). [12, 13, 14]
Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD)

Fungsi XRD adalah untuk menentukan
sistem kristal (kubus, tetragonal, ortorombik,
rombohedral, heksagonal, monoklin, triklin),
menentukan kualitas kristal (single crystal,
polysrystal, amorphous), menentukan simetri
kristal, menentukan cacat kristal, mencari
parameter kristal (parameter kisi, jarak antar
atom, jumlah atom per unit sel), identifikasi
campuran (misal pada alloy) dan analisis
kimia.
Sinar-X merupakan sinar elektromagetik
yang dapat didifraksikan oleh kisi kristal.
Tetapi sinar-X memiliki panjang gelombang
yang pendek sehingga untuk dapat
mendifraksikan, sinar-X harus menggunakan
jalur yang letaknya sangat berdekatan dan
memiliki keteraturan yang tinggi, kondisi ini
akan dipengaruhi oleh atom-atom pada kristal.
Atom-atom di dalam kristal bertindak sebagai
jalur pendifraksi. Mengingat jarak antar atom
dalam kristal yang sangat pendek, maka sinarX dapat digunakan untuk mengkarakterisasi
material kristalin. Secara umum untuk kisi
kristal berlaku persamaan (3), sedangkan
untuk kristal tetragonal berlaku persamaan (4)

λ = 2d sin θ

(3)

1 h2 + k 2 l 2
=
+ 2
d2
a2
c

(4)

Pola difraksi dari dari sistem kubik memenuhi
persamaan (5)

(h

sin 2 θ
2

+ k2 + l2

)

=

sin 2 θ
λ2
= 2
s
4a

(5)

Untuk menganalisis konstanta kisi struktur
tetragonal menggunakan metode Cohen
memenuhi persamaan (6)

1 h2 + k 2 l 2
=
+ 2
d2
a2
c

(6)

dan persamaan (7)

∑ α sin
∑ γ sin
∑ δ sin

2
2
2

∑ α + B∑ αγ + A∑ αδ
θ = C ∑ γα + B∑ γ + A∑ γδ
θ = C ∑ αδ + B∑ γδ + A∑ δ
θ =C

2

2

2

(7)

3

Keterangan: d = jarak antar bidang; a, c =
konstanta kisi; h, k, l = indeks Miller; λ =
panjang gelombang (untuk elemen Cu =
1,54056 Å); θ = sudut difraksi; α =
h 2 + k 2 ; γ = l2; δ = 10 sin 2 2θ ; A = D/10;

( )

B = λ 2 / 4a 2 ; A, B, C = bilangan numerik.
Untuk memperoleh bilangan numerik A, B, C
persamaan (7) diselesaikan dengan metode
Cramer. [15]
Sifat Optik
Absorbansi (A)

Didefinisikan sebagai :
I
A = log 0
I
Karena untuk lapisan tipis berlaku :
I0
= eα .d
I
maka : (6)
α = 2,303 A/d
dengan : α = koefisien absorbsi
d = ketebalan film.

(8)

(9)
(10)

Transmitansi (T)
Didefinisikan sebagai rasio antara
intensitas cahaya yang ditransmisikan dengan
intensitas cahaya yang menuju sampel.
I
(11)
T=
I0

Dengan melakukan substitusi persamaan
(8) dan (11), didapatkan hubungan antara
absorbansi dan transmitansi sebagai berikut :
A = – log T
(12)
Reflektansi (R)

Didefinisikan sebagai rasio antara
intensitas cahaya yang dipantulkan, IR, dengan
intensitas cahaya awal, I0.(5),(13)
R=

IR
I0

dengan :

(13)
IR = intensitas cahaya yang
dipantulkan.

Reflektansi
berhubungan
dengan
transmitansi dan koefisien absorpsi dengan
hubungan sebagai berikut :
(1 − R )2
1
(14)
α = . ln
T
d
atau bisa dituliskan kembali sebagai berikut. :
R = T . exp[12 α .d ]
(15)

BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboraturium
Fisika Material Institut Pertanian Bogor,
Laboraturium Fisika Material Universitas
Indonesia Depok dan Laboraturium Pasca
Sarjana Universitas Indonesia Salemba mulai
Maret sampai dengan September tahun 2005.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada percobaan ini
adalah timbangan Sartonius Model BL 6100,
Alat pengepres merk Shimizu, pemanas
Furnace Nabertherm Model S27, seperangkat
alat reaktor
spin coating, tabung gelas
oksigen, mortal, pipet, gelas ukur, pyrek
25 ml, pyrek 10 ml, tabung reaksi, setrika,
pinset, gunting,
stop watch, sarung tangan
karet, cawan, beker gelas, tissue, isolasi,
seperangkat alat difraksi sinar-X merk Philips
Analitical
PW 3710 based dan alat SEM
merk Jeoul seri JSM-5310LV (yang terdapat
di UI, Salemba). Bahan yang digunakan
dalam penelitian ini adalah bubuk lead titanat
(PbTiO3, 99%), bubuk
lead zirkonat
(PbZrO3, 99%), pelarut 2-metoksietanol
[H3COCH2CH2OH, 99%], substrat Corning,
substrat Pt(200)/Si(100), niobium oksida,
pembersih substrat, plumbumasetat trihidrat,
zirconium
n-propoksida,
titanium
isopropoksida, gas N2 dan O2, pasta perak dan
alumunim foil.
Pembuatan Sampel PZT dan PNZT
1. Pembuatan Pil PZT
Pil PZT dibuat dari campuran PbZrO3
dengan PbTiO3 dengan berat 3 gram dan
digerus selama tujuh jam dalam mortar
sehingga tercipta tepung PZT. PZT tersebut
diletakkan pada cetakan yang dilapisi
alumunium foil lalu ditekan pada tekanan
10 MPa sehingga bubuk menjadi pil. Pil yang
sudah jadi diannealing di furnace selama
kurang lebih 26 jam untuk mencapai suhu 800
sampai 900 0C dengan ketentuan delapan jam
pertama suhu dinaikkan secara bertahap dari
suhu ruang hingga mencapai suhu 850 0C,
setelah itu selama 14 jam suhu dibuat konstan
antara 800 sampai 900 0C dan pada sepuluh
jam terakhir suhu diturunkan secara bertahap
sehingga mencapai suhu kamar. Kurva proses
annealing dapat dilihat dari Gambar 2.

4

Suhu (0C)

Tann

To

8
14
10 Waktu (jam)
Gambar 2 Kurva proses annealing

2. Pembuatan Pil PNZT
Pil
PNZT
dibuat
dengan
cara
menambahkan Nb2O3 pada campuran PbZrO3
dan PbTiO3
dengan variasi pendadahan
sebanyak 1%, 2% dan 8%, lalu digerus
selama tujuh jam di dalam mortar sehingga
tercipta bubuk PNZT. Bubuk PNZT yang
telah jadi dipres menjadi pil dengan jari-jari 1
cm, selanjutnya pil tersebut diannealing
dengan perlakuan yang sama dengan PZT
seperti pada tahap 1.
3. Karakterisasi Pil PZT dan PNZT
Analisis struktur kristal yang sudah
berbentuk pil dari bahan PZT dan PNZT
diamati dengan alat XRD model Philips
Analitical PW3710. Semua pengamatan
dilakukan dari sudut( 2θ ) 200 sampai 800
dengan kenaikan sudut 0,020 setiap setengah
detik. Hal ini dilakukan untuk memastikan
bahwa telah tumbuh fase kristal PZT dan
PNZT pada sampel.
4. Persiapan Substrat
Substrat yang digunakan adalah Corning
dan substrat Pt(200)/Si(100). Substrat tersebut
dipotong membentuk segi empat dengan
ukuran yang sesuai, yaitu
1 cm x 1 cm.
Lalu substrat-substrat tersebut dicuci.
Langkah pembersihan substrat Corning
adalah: substrat dilap dengan kertas tissue lalu
dimasukkan ke larutan etanol selama 1 menit,
kemudian substrat dikeringkan dengan
menggunakan mesin kompresi, setelah itu
masukkan substrat ke dalam dye water selama
1 menit dan kembali substrat dikeringkan.
Langkah ini diulangi sebanyak 3 kali dan jika
substrat masih belum bersih, lap kembali
substrat dengan tissue dan ulangi kembali
proses pencuciannya. Apabila etanol tidak
tersedia maka dapat digunakan metanol 99%,
sedangkan dye water dapat diganti dengan
aquades.

Substrat Pt(100)/Si(200) dicuci dengan
cara dibersihkan dengan metanol selama
5 menit, proses ini diulang sebanyak tiga kali
ulangan, kemudian substrat dikeringkan di
atas setrika selama 30 menit.
5. Pembuatan Larutan
Untuk mendapatkan larutan, 0,42 gram
bubuk PNZT yang dihasilkan diambil dan
dihaluskan dengan cara digerus selama satu
jam. Dalam proses ini bubuk diberikan pelarut
berupa 2-metoksietanol agar didapat larutan
0,5 M. Setelah itu larutan dikocok selama
kurang lebih satu jam yang bertujuan agar
larutan merata dan akhirnya larutan tersebut
disaring dengan menggunakan kertas saring
sehingga didapat larutan yang baik.
6. Proses Penumbuhan Film
Substrat diletakkan di atas reaktor spin
coating yang telah ditempel dengan isolasi
pada posisi di tengah-tengah, lalu dilakukan
penetesan larutan sebanyak tiga tetes ke atas
substrat (sekitar 2 ml) kemudian dilakukan
pemutaran reaktor
spin coating yang diset
3000 rpm selama 30 detik agar semua laruatan
yang diteteskan dapat menyebar ke seluruh
permukaan dengan rata. Setelah itu sampel
diambil dengan menggunakan pinset dan
diletakkan di atas setrika lalu dipanaskan
selama 1 jam pada suhu sekitar 1300C.
Pemanasan ini bertujuan untuk menguapkan
bahan pengotor.
7. Proses Re-annealing
Proses
re-annealing
untuk
substrat
Pt(200)/Si(100) dilakukan selama sepuluh
jam. Pada tiga jam pertama temperatur
dinaikkan secara bertahap dari suhu kamar
hingga mencapai suhu 750 0C. Selama empat
jam berikutnya temperatur distabilkan pada
suhu 750 0C dan pada satu jam terakhir
temperaur diturunkan secara bertahap hingga
mencapai suhu ruang kembali. Untuk substrat
corning temperatur maksimal dari perlakuan
re-annealing adalah 450 0C selama sepuluh
jam.
Re-annealing
dilakukan
untuk
menyatukan larutan pada substratnya.
8. Penentuan Nilai Parameter Kisi
Nilai Parameter kisi yang diduga akan
muncul pada karakterisasi adalah berupa
parameter a dan c. Nilai a dan c yang didapat
akan dibandingkan (c/a) untuk mengetahui
struktur kristal dari sampel. Pencarian nilai
parameter kisi ini menggunakan Metode
Cohen dan Metode Creamer.

5

2. Hasil Pembuatan Pil PNZT
Didapatkan pil PNZT dengan variasi
pendadahan niobium yang berbeda masingmasing satu pil. Spesifikasi massa zat
penyusun dari pil-pil ini diperlihatkan oleh
tabel 1.

Tabel 1 Perbandingan massa zat penyusun
PNZT (%Nb)
Pil
PbZrO3 PbTiO3 Nb2O3
PNZT 1%
PNZT 2%
PNZT 8%

3,35 g
3,35 g
3,35 g

2,65 g
2,65 g
2,65 g

0,06 g
0,12 g
0,48 g

Pil yang didapat memiliki massa yang
sama dengan pil PZT yaitu sekitar 4,5 gram.
Hal ini disebabkan adanya bubuk yang
menempel di mortar dan terbuang ketika
dilakukan pengepresan.
3. Karakterisasi Pil PZT dan PNZT
Karakterisasi XRD menggunakan alat
difraktometer dengan target sinar X berupa
tembaga dengan generator voltage 40 kV dan
tube current 30 mili Ampere. Hasil dari
karakterisasi XRD dari sampel PZT dan
PNZT untuk semua variasi pendadahan
niobium menunjukkan telah terbentuknya fase
kristalin pada sampel, hal ini dapat dilihat
pada Gambar 3.
Apabila dibandingkan antara sampel PZT
yang
didapatkan
dengan
literaturnya
(lampiran 1), maka terlihat bahwa tidak semua
puncak pada literatur muncul dan ada puncak
puncak baru yang muncul yang diidentifikasi
sebagai puncak dari PbZr dan Pb TiO3. Hal

(123)

(220)

(103)
(113)

40

(003)

(110)

20

d

1000

(210)
(211)

I n te n s i ta s

1200

(111)
PNZT (002)

1400

HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil Pembuatan Pil PZT
Setelah dilakukan didapatkan kompresi
dan annealing didapatkan sebuah pil PZT. Pil
ini dibuat dari campuran PbZrO3 sebanyak
3,35 gram dan PbTiO3 sebanyak 2,65 gram.
Sampel yang terbentuk memiliki massa sekitar
4,5 gram. Hal ini dikarenakan adanya sampel
yang menempel di mortar dan terbuang ketika
dilakukan pengepresan.

(001)

1600

PNZT (101)

1800

(100)

9. Karakterisasi UV-VIS
Karakterisassi UV-VIS digunakan untuk
mencari nilai dari transmitansi sampel. Nilai
absorbansi didapat melalui hubungan antara
transmitansi dengan absorbansi seperti yang
tertera pada persamaan (12).

ini menunjukkan bahwa sampel yang dibuat
belum sempurna dan menunjukkan bahwa
penggerusan dan annealing yang dilakukan
belum menyebabkan campuran menjadi
homogen. [2]

c

800
600

b
a

400
200
0
0

60

80

100

2 Theta

Gambar 3 Pola XRD Pil PbZr 0,52 TiO0,48O3
a. PbZr 0,52 TiO0,48O3 (PZT murni)
b. PbNbZr 0,52 TiO0,48O3 (niobium 1%)
c. PbNbZr 0,52 TiO0,48O3 (niobium 2%)
d. PbNbZr 0,52 TiO0,48O3 (niobium 8%)
Dengan melihat gambar 3 (a, b, c dan d)
terlihat kemiripan hasil pola difraksi antara
ketiga sampel dengan intensitas yang paling
tinggi pada bidang (101) yang merupakan
prefered orientation dari PNZT. Jika ketiga
sampel bubuk PNZT dibandingkan dengan
PZT maka terlihat pergeseran sudut difraksi
PNZT pada pola XRD. Karakterisasi ini juga
menunjukkan bahwa telah terbentuk fase
kristal PNZT pada semua pil yang dibuat.
4. Hasil Persiapan Substrat
Substrat yang digunakan pada penelitian
ini adalah Corning dan Pt(200)/Si(100).
Setelah melakukan persiapan substrat
didapatkan
masing masing lima keping
substrat Corning dan Pt(200)/Si(100) dengan
luas permukaan 1x1 cm2 dengan ketebalan
sekitar 2 mm.
5. Larutan PNZT
Setiap 0,42 gram
bubuk PNZT
dihaluskan kembali dengan cara digerus
selama satu jam sambil diberikan pelarut
berupa 2-metoksietanol didapatkan larutan
sekitar 5ml untuk tiap variasi pendadahan
niobium.
6. Hasil Penumbuhan Film PNZT
Proses
penumbuhan
film
PNZT
menghasilkan lima buah film yaitu film PNZT
1%, 2% dan 8% di atas substrat Corning dan

6

PNZT 2% dan
Pt(200)/Si(100).

8%

di

atas

substrat

7. Hasil Re-annealing
Lima buah Film yang telah di reannealing secara fisik terlihat lebih menempel
pada substratnya, oleh karena itu dapat
dikatakan bahwa film telah menyatu pada
substratnya.

c

Intensitas

600
500

(N b)

700

(210)

(001)

800

(substrat)
(substrat)

8. Hasil XRD dari Film PNZT
Pola XRD dari film PNZT diatas substrat
Corning ditunjukkan oleh Gambar 4 dan
untuk pola film PNZT di atas substrat
Pt(200)/Si(100) ditunjukkan oleh Gambar 5.

b

400
300

a

200
100
0
0

20

40

60

80

100

2 Theta

(Substrat)

(PbTi)
(302)

b
a

0

20

9. Penentuan Nilai Parameter Kisi
Dari pola difraksi didapatkan hubungan
antara sudut difraksi dengan intensitas yang
akan diperlukan untuk mendapatkan nilai
parameter kisi kristal PNZT, yaitu dengan
cara dimasukkan nilai hkl yang didapat ke
dalam Persamaan Cohen dan Persamaan
Creamer. Dari hasil perhitungan didapatkan
nilai parameter kisi a dan c seperti yang
terlihat pada tabel 2.

Tabel 2 Nilai Parameter kisi Pil PZT, Pil dan
Film PNZT
Dopan
a (Å)
c (Å)
c/a
(Nb)
Literatur
PZT

40

60

80

100

2 Theta

Gambar 5. Pola XRD film PNZT di atas
Substrat Pt(200)/ Si(100)
a. Film PZT didadah niobium 2%
b. Film PZT didadah niobium 8%
Dengan membandingkan pola XRD pada
bubuk PNZT dengan film PNZT ada beberapa
orientasi bidang yang muncul pada bubuk
ternyata tidak muncul pada film, hal ini
disebabkan karena dilakukannya proses reannealing pada pembuatan lapisan tersebut
yang menyebabkan batas butir pada sampel
bubuk semakin besar, hal ini sesuai dengan
penelitian
yang
telah
dilakukan
sebelumnya.[15, 16]

4,036

4,146

1,027

1%
2%
8%
1%
2%
8%
2%

3,971
4,097
3,973
4,013
4,148
4,073
4,049
4,110

4,088
4,212
4,089
4,135
4,074
4,032
4,172
3,995

1,030
1,028
1,029
1,030
1,028
1,029
1,030
1,029

8%

4,156

3,988

1,030

Pil
PZT
Pil
PNZT

(112)

2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0

(PbTi)

Intensitas

Gambar 4 Pola XRD film PNZT di atas
substrat Corning
a. Film PZT didadah niobium 1%
b. Film PZT didadah niobium 2%
c. Film PZT didadah niobium 8%

Apabila pola XRD film PNZT di atas
substrat Corning dibandingkan dengan pola
XRD dari film PNZT di atas substrat
Pt(200)/Si(100) maka terlihat bahwa puncak
yang muncul pada film di atas substrat
Corning relatif lebih tinggi intensitasnya dari
pada film di atas substrat Pt(200)/Si(100). Hal
ini mungkin berkaitan dengan perbedaan suhu
pada proses re-annealing dan faktor substrat
itu sendiri. Film tipis di atas substrat Corning
dan Pt(200)/Si(100) juga memperlihatkan
adanya puncak dari substrat. Hal ini berarti
bawa substrat ikut tertembak oleh sinar X.

Film
PNZT/
Corning
Film
PNZT/
Pt

Dari tabel di atas terlihat bahwa nilai
parameter kisi a dan c yang didapatkan pada
percobaan lebih kecil dibandingkan nilai
parameter kisi literatur PZT.
Pendadahan niobium pada PZT akan
mengakibatkan kenaikan nilai parameter kisi
a, hal ini berlaku pada semua sampel bubuk
dan film. Nilai a terbesar adalah 4,156 Å yang
merupakan nilai a pada film PNZT 8% di atas
substrat Pt(200)/Si(100), sedang nilai a
terkecil adalah 3,971 Å yang merupakan nilai
a dari pil PNZT.
Tabel 2 juga menunjukkan bahwa
pendadahan niobium pada PZT menyebabkan
kenaikan nilai c pada bubuk PNZT, film

7

PNZT di atas substrat Pt(200)/Si(100) dan
film PNZT 8% di atas substrat Corning,
sedangkan untuk persentase pendadah 1% dan
2% di atas substrat Corning nilai c lebih kecil
ketimbang nilai c pada PZT .
Pendadahan niobium pada PZT ternyata
memberikan pengaruh berupa penurunan
rasio c/a dari sampel, kecuali pada
pendadahan niobium 8%. Hal ini mirip
dengan percobaan yang telah dilakukan
dengan menggunakan pendadah tantalum.
Penurunan rasio c/a mungkin berkaitan erat
dengan cacat yang ditimbulkan oleh
penambahan pendadah.[16,17]
Dari analisis diperoleh nilai rasio c/a
untuk sampel PZT dan PNZT dalam bentuk
bubuk dan film lebih besar dari 1. Hal ini
menunjukkan PZT yang dianalisis memiliki
struktur tetragonal, dan pendadahan nionium
sampai dengan 8% tidak mengubah struktur
dari PZT. Struktur tetragonal sendiri adalah
struktur PZT yang posisi pusat diagonalnya
lebih dominan ditempati oleh ion Ti4+. Nilainilai parameter kisi yang didapat dari
penelitian ini dapat digunakan untuk studi
awal tentang sifat ferroelektrik PNZT.
Membandingkan bubuk PZT yang
didapat dari percobaan ini dengan literaturnya
ternyata tidak memiliki perbedaan yang
signifikan (