BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini penelitian dalam berbagai disiplin bidang ilmu dan teknologi banyak
dilakukan dalam usaha pengembangan disiplin bidang ilmu dan teknlogi tersebut.
Salah satu bidang ilmu pengetahuan dan teknologi yang sangat membantu dalam
kemajuan di berbagai sektor pembangunan yaitu bidang fisika khususnya elektronika.
Teknologi film yang diarahkan pada pengembangan divais generasi baru sangat
penting
dilakukan sebagai
usaha pengembangan ilmu bahan pada masa
mendatang. Ferroelektrik merupakan kelompok
material elektronik yang muatannya dapat terpolarisasi spontan serta mempunyai
kemampuan merubah polarisasi internalnya dengan menggunakan medan listrik yang
sesuai. Antara tahun 60-an sampai 70-an bahan ferroelektrik lebih banyak dibuat
dalam bentuk kristal tunggal maupun bulk. Sepuluh tahun terakhir terjadi paradigma baru
dalam fabrikasi, yaitu dalam bentuk lapisan tipis thin film. Penggunaan untuk fabrikasi
dalam bentuk film tipis sangat luas, karena sifat-sifat
bahan ferroelektrik
dapat dimodifikasi sesuai kebutuhan serta mudah
diintegrasikan dalam bentuk device [1]. Beberapa aplikasi film tipis ferroelektrik
antara lain sebagai lapisan penyangga buffer layer
, transducer, saklar, sensor, kapasitor dan sebagai memori. Penggunaan film
ferroelektrik sebagai
memori banyak
keuntungannya bila dibandingkan sistem magnetik. Sistem magnetik hanya mampu
menyimpan 10
5
bitcm
2
, sedangkan memori yang dibuat dari ferroelektrik mampu
menyimpan hingga 10
8
bitcm
2
. Keuntungan lain adalah sebagai memori permanen yang
mampu menekan kehilangan informasi selama proses yang berulang [2].
Bahan ferroelektik
terdiri dari
senyawa kimia yang kompleks, sampai saat ini sudah hampir 100 senyawa inorganik
ferroelektrik, senyawa yang sederhana misalnya NH
4
HSO
4
monoklinik, KH
2
PO
4
orthorombik dan BaTiO
3
tetragonal [3]. Dalam penelitian ini bahan ferroelektrik yang
dibuat yaitu Ba
0,5
Sr
0,5
TiO
3
BST dengan metode sintesis film menggunakan metode
sol gel .
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan umum penelitian ini adalah membuat dan mengkaji film dari bahan
ferroelektrik Ba
0,5
Sr
0,5
TiO
3
BST. Tujuan khusus dari penelitian ini adalah:
1. Melakukan
penumbuhan film
Ba
0,5
Sr
0,5
TiO
3
di permukaan substrat Si 100 tipe-p dengan metode sol gel.
2. Karakterisasi
I-V, konduktivitas
listrik, konstanta dielektrik, absorbansi dan reflektansi dari film BST.
3. Karakterisasi XRD.
1.3 Perumusan Masalah
Bagaimanakah sifat listrik dan sifat struktur film Ba
0,5
Sr
0,5
TiO
3
yang dibuat dengan perbedaan waktu annealing 8 jam,
15 jam, 22 jam, dan 29 jam dalam suhu tetap 850
o
C?
1.4 Hipotesis
Pada suhu tetap 850
o
C dengan menggunakan waktu annealing 8 jam,
15 jam, 22 jam, dan 29 jam, maka waktu yang makin lama menghasilkan struktur dan
sifat listrik yang lebih baik.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Material Ferroelektrik
Ferroelektrik adalah gejala terjadinya perubahan polarisasi listrik secara spontan
pada material tanpa gangguan medan listrik dari luar. Ferroelektrivitas merupakan
fenomena yang ditunjukkan oleh kristal dengan suatu polarisasi spontan dan efek
histerisis yang berkaitan dengan perubahan dielektrik ketika diberikan medan listrik.
Sifat histeresis dan konstanta dielektrik yang tinggi dapat diterapkan pada sel memori
dynamic random acsess memory
DRAM dengan kapasitas penyimpanan melampaui
1 Gbit [4], sifat piezoelektrik dapat digunakan sebagai mikroaktuator dan sensor,
sifat piroelektrik dapat diterapkan pada switch
termal infra merah, sifat polaryzability dapat diterapkan sebagai non volatile
ferroelectric random
acsess memory
NVFRAM [5], dan sifat optik dapat diterapkan sebagai pemandu gelombang pada
perangkat optik seperti saklar atau modulator [6].
Material ferroelektrik
merupakan kelompok material yang dapat terpolarisasi
listrik secara internal pada rentang suhu tertentu. Polarisasi terjadi sebagai akibat
adanya medan listrik dari luar dan simetri pada struktur kristalografi di dalam sel
satuan. Jika pada material ferroelektrik dikenakan medan listrik, maka atom-atom
tertentu
mengalami pergeseran
dan
2
menimbulkan momen dipol listrik. Momen dipol ini yang mengakibatkan terjadi
polarisasi. Momen dipol per-satuan volume disebut sebagai polarisasi dielektrik [7].
2.2 Barium Stronsium Titanat BST
Material yang digunakan dalam pembuatan film ini adalah BST. BST
telah dikembangkan secara luas sebagai bahan
feroelektrik yang dapat digunakan dalam perangkat microwave tunable, seperti pada
phase shifter , tunable filter, resonator,
antenna, dan delay line [8,9].
Suhu Curie pada barium titanat adalah 130
o
C dan dengan adanya doping stronsium suhu curie menurun menjadi suhu kamar dan
dapat digunakan
pada piranti
yang memerlukan suhu kamar [10]. Kenaikan suhu
annealing akan menaikkan ukuran grain
dalam kristal film BST. Pada suhu annealing 700
o
C struktur BST yang teramati adalah struktur kubik dengan konstanta kisi a =
3,97 Å untuk 30 mol stronsium [11]. Film BST telah difabrikasi dengan beberapa teknik
seperti sputtering, laser ablation, metal oxide vapour chemical depodition
MOVCD, chemical solution deposition
CSD, chemial vapour deposition
CVD [12]. Barium Stronsium Titanat juga banyak
digunakan sebagai FRAM karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi dan kapasitas
penyimpanan muatan
yang tinggi.
Karakteristik BST dapat diaplikasikan dalam berbagai macam piranti seperti konstanta
dielektrik yang tinggi membuat 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 temperatur curie yang dapat diaplikasikan sebagai NVRAM Non-Volatile
Random Access Memories dan FRAM
Ferroelectric Random Access Memories [13].
2.3
Substrat Silikon Si
Silikon banyak terdapat dibumi seperti halnya oksigen. Sebagian besar unsur bebas
silikon tidak ditemukan di alam. Oleh karena itu, silikon dihasilkan dengan mereduksi
kuarsa dan pasir dengan karbon yang berkualitas tinggi. Silikon untuk pengunaan
semikonduktor dimurnikan lebih lanjut dengan metode pelelehan berzona kristal
czochralski . Kristal silikon ini memiliki kilap
logam dan mengkristal dengan struktur intan [14]. Silikon oksida SiO
2
digunakan sebagai gate
dielektrik karena bentuk non kristal amorphous yang sesuai dengan insulator,
dengan daya tahan terhadap medan listrik yang tinggi sekitar 10 MVcm, kestabilan
terhadap panas, dan lebih lagi karena kualitas interlayer
SiSiO
2
yang tinggi jumlah muatan yang terjebak dalam interlayer kurang
dari 10
11
cm. Kualitas interlayer SiSiO
2
ini penting karena merupakan bagian utama
channel yang dilintasi carrier baik hole atau
elektron. Sampai saat ini belum ada yang bisa menandingi SiO
2
sebagai gate dielektrik [15]. Struktur atom kristal silikon, satu inti
atom nucleus masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang
stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal
tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang
sangat rendah 0
K, struktur atom silikon berikatan
kovalen. Ikatan
kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah
dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor
bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan
listrik [16].
2.4 Semikonduktor
Kategori