Sintesis, Energi Gap Dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik Litao3 Diatas Substrat Silikon.
SINTESIS, ENERGI GAP DAN ANALISIS STRUKTUR
KRISTAL FILM FERROELEKTRIK LiTaO3
DIATAS SUBSTRAT SILIKON
LA ISA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Sintesis, Energi Gap, dan
Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik LiTaO3 diatas Substrat Silikon adalah
benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam
bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal
atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2015
La Isa
NIM G751130111
RINGKASAN
LA ISA. Sintesis, Energi Gap dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik
LiTaO3 diatas Substrat Silikon. Dibimbing oleh IRZAMAN dan IRMANSYAH.
Film tipis merupakan material yang memberikan harapan baru dalam
pengembangan devais sel surya agar memenuhi persyaratan, diantaranya biaya
rendah dan stabilitas material yang baik. Pembuatan lapisan tipis sudah banyak
dikembangkan dengan menggunakan metode tertentu. Litium Tantalat merupakan
bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, serta kapasitas penyimpanan
muatan yang tinggi (high charge storage capacity).
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat film tipis LiTaO3 pada substrat
Si tipe-p (100) dan tipe-n (111), menentukan ketebalan lapisan tipis serta
melakukan uji sifat optik, dan struktur kristal dari film tipis LiTaO3 yang dibuat
pada suhu annealing 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750°C, dan 800 °C selama 8 jam
dengan karakterisasi XRD (X-ray diffraction) dan spektroskopi UV-Vis.
Pada penelitian ini ketebalan film tipis litium tantalat (LiTaO3) dihitung
dengan metode volumetrik pada substrat silikon (100) tipe-p adalah 2.37526 µm
dan substrat silikon tipe-n adalah 1.952 µm pada suhu 700 oC. Berdasarkan analisis
UV-Vis film tipis litium tantalat (LiTaO3) yang ditumbuhkan pada substrat silikon
(100) tipe-p diketahui bahwa LiTaO3 dapat diaplikasikan pada sensor infra red (IR)
karena selain memiliki serapan pada cahaya tampak, juga terjadi serapan pada
panjang gelombang infra red (IR). Energy bandgap film tipis litium tantalat silikat
(LiTaO3) pada substrat silikon (100) tipe-p 2.94 eV pada suhu 650 oC dan energi
bandgap pada substrat silikon (111) tipe-n 3.06 eV. Analisis struktur kristal pada
film tipis litium tantalat (LiTaO3) diperoleh struktur kristal heksagonal dan film
tipis litium tantatalat silikat (LiTaSiO5) pada diperoleh struktur kristal monoklinik.
Kata kunci: Energi bandgap, film tipis litium tantalat, sifat optik, struktur kristal
SUMMARY
LA ISA. Synthesis, Energy Gap and Analysis of Film Ferroelectric LiTaO3 Crystal
Structure on Silicon Substrates. Supervised by IRZAMAN and IRMANSYAH .
Thin film is a material that gives new hope devais in the development of
solar cells in order fulfil the requirements, including low cost and good material
stability. Making the thin layer has been developed using a particular method.
Tantalat lithium is a material that has a high dielectric constant and high charge
storage capacity.
The purpose of this research is to synthesis a thin film LiTaO3 Si substrate
p-type (100) and n-type (111), to determined the film thickness as well as to test the
optical properties and crystal structure of the thin film LiTaO3 made at the annealing
temperature of 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C and 800 oC for 8 hours with the
characterization of XRD (X-ray diffraction) and UV - Vis spectroscopy.
In this study, the thickness of the thin film lithium tantalat (LiTaO3)
calculated by the volumetric method on a silicon substrate (100) p-type is 2.37526
μm and n-type silicon substrate is 1,952 μm at a temperature of 700 oC. Based on
the analysis of UV-Vis thin film lithium tantalat (LiTaO3) grown on a silicon
substrate (100) p-type note that LiTaO3 can be applied to the sensor infra red (IR)
because in addition to having absorption in visible light, also occurs absorption at
a wavelength infra red (IR). Energy bandgap thin-film lithium silicate tantalat
(LiTaO3) on a silicon substrate (100) p-type is 2.94 eV at a temperature of 650 oC
and energy bandgap on a silicon substrate (111) n-type 3.06 eV. Analysis of the
crystal structure of the thin film lithium tantalat (LiTaO3) is obtained and the
hexagonal crystal structure of thin film lithium silicate tantatalat (LiTaSiO5) in
monoclinic crystal structure is obtained .
Key words: energy bandgap, crystal structure, optical properties, thin film
lithium tantalat
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan, suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
SINTESIS, ENERGI GAP DAN ANALISIS STRUKTUR
KRISTAL FILM FERROELEKTRIK LiTaO3
DIATAS SUBSTRAT SILIKON
LA ISA
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Biofisika
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Mersi Kurniati, SSi, MSi
Judul Tesis
Nama
NIM
: Sintesis, Energi Gap dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik
LiTaO3 diatas Substrat Silikon
: La Isa
: G751130111
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Irzaman, MSi
Ketua
Dr Ir Irmansyah, MSi
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Biofisika
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Mersi Kurniati, SSi, MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 31 Agustus 2015
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Alhamdulillahirabbi’alamin. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT
atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga karya ilmiah dengan judul Sintesis, Energi
Gap, dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik LiTaO3 diatas Substrat Silikon
telah selesai dilakukan.
Penulis sangat berterima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan
mendukung dalam penyelesaian karya ilmiah ini terutama kepada Bapak Irzaman dan
Irmansyah selaku pembimbing atas semua saran, ide, nasihat, serta motivasi kepada
penulis. Tidak lupa terimakasih kepada BPPDN Dikti yang telah memberikan
dukungan materi kepada penulis selama dua tahun masa studi.
Ungkapan terima kasih yang tiada tara disampaikan kepada Ayah, Ibu, keluarga
dan calon istriku tercinta Sukmawati atas segala dukungan, motivasi, perhatian, cinta
dan kasih sayang serta doa yang tentunya takkan bisa penulis balas dengan sesuatu
apapun sehingga penulis mampu menyelesaikan studi dengan tepat waktu. Ucapan
terima kasih juga kepada teman-teman biofisika angkatan 50 dan pak Jun yang telah
banyak membantu secara teknis maupun non teknis.
Akhir kata, semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan tentunya penulis sangat
mengharapkan segala macam masukan, kritik, dan saran yang membangun.
Bogor, September 2015
La Isa
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
xi
xi
xii
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Peneltian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
1
1
2
2
2
2
TELAAH PUSTAKA
Substrat Silikon (Si)
Litium Tantalat (LiTaO3)
Proses Annealing
X-ray Difraction (XRD)
Spektrofotometer UV-Vis
3
3
4
4
5
6
3
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Alat dan Bahan
Prosedur Penelitian
Pembuatan Film
Karakterisasi Film Tipis
7
7
7
7
7
9
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sintesa dan Perhitungan Ketebalan Film Tipis LiTaO3
Analisis Sifat Optik Film Tipis LiTaO3
Penentuan Energi Band Gap dengan Metode Tauc plot
Analisis Struktur Kristal
11
11
12
14
17
5
KESIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
22
22
22
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
23
25
54
DAFTAR TABEL
1
2
Perhitungan ketebalan film tipis LiTaO3 diatas substrat silikon
Parameter kisi film tipis LiTaO3 berstruktur heksagonal pada
substrat silikon (100) tipe-p
11
20
3
Parameter kisi film tipis LiTaO3 berstruktur heksagonal pada
substrat silikon (111) tipe-n
20
4
Parameter kisi film tipis LiTaSiO5 berstruktur monoklinik
pada substrat silikon (100) tipe-p
20
5
Parameter kisi film tipis LiTaSiO5 berstruktur monoklinik
pada silikon (111) tipe-n
20
DAFTAR GAMBAR
2.1 Susunan atom pada kristal semikonduktor silikon intrinsic
2.2 Diagram X-Ray Difraktometer (Callister dan Rethwisch, 2009)
3
5
2.3 Difraksi bidang sinar-X (Callister dan Rethwisch, 2009)
6
3.1 Grafik suhu vs waktu pada proses annealing
8
3.2 Diagram Penelitian
10
4.1 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3
pada substrat silikon (100) tipe-p
12
4.2 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3 pada substrat
silikon (111) tipe-n
4.3 Energi band gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon (100)
tipe-p
4.4 Energi band gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon (111)
tipe-n
4.5 Pola XRD pada dua film tipis LiTaO3 yang ditumbuhkan
pada silikon (100) dengan suhu annealing 600 oC selama 3 jam
4.6 Pola XRD film LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing pada
suhu 650 oC dan 750 oC selama 8 jam
annealing
4.7 Pola XRD film LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses
pada suhu 750 oC dan 800 oC selama 8 jam
13
15
16
18
18
19
DAFTAR LAMPIRAN
1 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-p
setelah proses annealing 650 oC, 8 jam dengan struktur heksagonal
2 Perhitungan parameter kisi LiTaO3pada silikon tipe-p
setelah prosesannealing 750 oC, 8 jam dengan struktur heksagonal
3 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-n
setelah proses annealing 750 oC, 8 jam dengan struktur heksagonal
4 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-n
setelah proses annealing 800oC, 8 jam dengan struktur heksagonal
5 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-p
setelah proses annealing 650 oC, 8 jam dengan struktur monoklinik
6 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-p
setelah proses annealing 750 oC, 8 jam dengan struktur monokllinik
7 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-n
setelah proses annealing 750 oC, 8 jam dengan struktur monoklinik
8 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-n
setelah proses annealing 800 oC, 8 jam dengan struktur monoklinik
25
29
32
35
38
42
46
50
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan zaman, ilmu pengetahuan dan teknologi
semakin berkembang. Salah satu ilmu untuk mengembangkan dunia teknologi
adalah ilmu fisika diantaranya fisika material. Fisika material mengkaji sifat-sifat
dan struktur material. Sifat suatu material ferroelectric dimanfaatkan untuk
kebutuhan perangkat elektronika. Peranan bahan ferroelectric LiTaO3 sangat
menarik untuk diteliti karena dalam penerapannya dapat digunakan sebagai sel
surya. LiTaO3 merupakan objek yang diteliti secara intensif selama beberapa
tahun terakhir karena memiliki sifat yang unik. LiTaO3 bersifat ferroelectric pada
suhu kamar. Dari beberapa hasil kajian, LiTaO3 merupakan material optik,
optoelectric serta piezoelectric yang penting karena bahan LiTaO3 memiliki
kemampuan untuk merubah fase dari ferroelectric menjadi paraelectric. LiTaO3
memiliki konstanta dielektrik yang tinggi serta kapasitas penyimpan muatan yang
tinggi juga.Selain itu LiTaO3 merupakan kristal non-hygroskopis yang tidak
mudah rusak sifat optiknya, sifat ini yang menjadikan bahan LiTaO3 unggul dari
bahan lainnya.
Film tipis merupakan material yang memberikan harapan baru dalam
pengembangan devais sel surya agar memenuhi persyaratan, diantaranya biaya
rendah dan stabilitas material yang baik. Pembuatan lapisan tipis sudah banyak
dikembangkan dengan menggunakan metode tertentu (Irzaman, 2010).
Pembuatan film tipis LiTaO3 diharapkan bisa menjadi devais sel surya.
Sifat yang diuji dari film tipis tersebut adalah sifat listrik dan optik. Pengujian
sifat listrik dilihat dari kurva hubungan tegangan arus dan konduktivitas listrik.
Sedangkan untuk sifat optic dapat dilihat dari sifat absorpsi.Material yang
digunakan dalam pembuatan lapisan tipis ini adalah LiTaO3. Litium Tantalat
merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, serta kapasitas
penyimpanan muatan yang tinggi (high charge storage capacity). Pembuatan
LiTaO3 menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah, dan
dilakukan dalam waktu yang relatif singkat. Penelitian lapisan tipis LiTaO3 yang
dilakukan adalah untuk melihat sifatnya melalui kurva hubungan tegangan dan
arus atau I-V, sifat konduktivitas listriknya (Amiruddin, 2005). Berikut ini
merupakan persamaan reaksi untuk LiTaO3
2LiO2CH3 + Ta2O5 + 2O2
2LiTaO3 + 3H2O + 2CO2
Litium Tantalat (LiTaO3) dapat dibuat menjadi sebuah semikonduktor dengan
menambahkan bahan pendadah tertentu. Pendadahan ion-ion trivalen pada bahan
ferroelektrik bersifat menyerupai semikonduktor tipe-n. Substitusi ion trivalen
menghasilkan level donor yang dangkal dan menyebabkan elektron dapat
tereksitasi menuju pita konduksi (Indro, 2010).
2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat film tipis LiTaO3 pada substrat
Si tipe-p (100) dan tipe-n (111), mengetahui ketebalan lapisan tipis serta
melakukan uji sifat optik, dan struktur kristal dari film tipis LiTaO3 yang dibuat
pada suhu annealing 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750°C, dan 800 °C selama 8 jam
dengan karakterisasi XRD (X-ray diffraction) dan spektroskopi UV-Vis.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberi informasi pada masyarakat dan
para peneliti tentang struktur kristal, sifat optik, dan adsorbansi film tipis LiTaO3
untuk aplikasi sensor Infra Red yang berbasis Litium Tantalat.
Ruang Lingkup Penelitian
Dalam penelitian yang dilakukan, film tipis LiTaO3 dibuat dengan metode
chemical solution deposition (CSD) dengan variasi suhu annealing (600°C,
650 °C, 700 °C, 750 °C, dan 800 °C) selama 8 jam. Film tipis LiTaO3 yang telah
dibuat kemudian dikarakterisasi sifat optiknya dan struktur kristalnya.
2 TELAAH PUSTAKA
Substrat Silikon (Si)
Silikon adalah suatu unsur kimia yang memiliki lambang Si dan nomor
atom 14. Si merupakan unsur terbanyak kedua di bumi dan unsur dari golongan
IV A dalam sistem periodik unsur-unsur. Sebagian besar unsur bebas Si tidak
ditemukan di alam. Oleh karena itu Si dihasilkan dengan mereduksi kuarsa dan
pasir dengan karbon yang berkualitas tinggi. Silikon untuk penggunaan
semikonduktor dimurnikan lebih lanjut dengan metode pelelehan berzona kristal
czochralski. Kristal Si ini memiliki kilap logam dan mengkristal dengan struktur
intan.
Atom Silikon memiliki 10 elektron yang terikat kuat kepada inti atom, dan
4 elektron valensi, maka ia dikenal dengan istilah atom tetravalen. Dimana
ikatannya kepada inti atom tidak kuat dan mudah lepas dengan sedikit energi
tertentu. Untuk menjadi stabil secara kimiawi, sebuah atom Silikon membutuhkan
delapan elektron di lintasan valensinya. Maka, setiap atom Silikon akan
bergabung dengan atom Silikon lainnya, sedemikian rupa sehingga menghasilkan
delapan elektron di dalam lintasan valensinya. Ketika ini terjadi, maka Silikon
akan membentuk benda padat, yang disebut kristal.
Kristal semikonduktor intrinsic terdiri atas atom silikon seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.1. Tiap atom silikon mempunyai 4 buah elektron
valensi. Atom silikon menempati kisi-kisi dalam kristal. Tiap atom Si terikat
dengan 4 buah atom Si lain membentuk ikatan kovalen. Kristal silikon merupakan
semikonduktor intrinsic, yaitu semikonduktor murni yang belum dicampur atau
dikotori oleh atom lain. Pada suhu 0 oK, kristal silikon bersifat sebagai isolator
karena memiliki pita konduksi yang kosong. Namun, ketika dipanaskan, elektron
mendapat energi. Hal ini mengakibatkan perpindahan elektron dari pita valensi ke
pita konduksi sehingga dapat bersifat sebagai konduktor (Sutrisno, 1986).
Gambar 2.1 Susunan atom pada kristal semikonduktor silikon intrinsic
4
Litium Tantalat (LiTaO3)
Lithium Tantalat atau yang biasa disebut dengan LiTaO3 dapat digunakan
sebagai FRAM karena memiliki kostanta dielektrik yang tinggi dan kapasitas
penyimpanan muatan yang tinggi. Karakterisasi LiTaO3 dapat diaplikasikan
dalam berbagai macam piranti seperti dalam pembuatan multi-layer capasitor
(MLC), selain itu LiTaO3 dipilih karena pembuatannya dapat dilakukan di
laboratorium dengan peralatan sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam
waktu yang relative singkat..
LiTaO3 merupakan campuran hasil reaksi antara Litium asetat
[(LiO2C2H3), 99.9%] dan Tantalum oksida [(Ta2O5), 99.9%]. Berikut ini
persamaan reaksi menghasilkan LiTaO3 :
2 LiO2C2H3 + Ta2O5 + 4O2
2 LiTaO3 + 3 H2O + 4 CO2
LiTaO3 merupakan kristal ferroelectric yang mengalami proses suhu currie tinggi
sebesar (601±5.5) oC. Massa jenis LiTaO3 sebesar 7.45 g/cm3 yang digunakan
untuk menghitung ketebalan film. (Irzaman, 2003)
Litium tantalat (LiTaO3) merupakan suatu bahan yang memiliki keunikan
dari segi sifat pyroelectric dan piezoelectric yang terpadu dengan stabilitas
mekanik dan kimia yang baik. Oleh karena itu LiTaO3 sering digunakan untuk
beberapa aplikasi misalnya modulator electro-optical dan detektor pyroelectric.
LiTaO3 merupakankristal non-hygroskopis, tidak berwarna, larut dalam air,
memiliki tingkat transmisi yang tinggi dan tidak mudah rusak sifat optiknya.
LiTaO3 merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi serta
kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi (Seo, 2004). Pembuatan LiTaO3
menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam
waktu relatif singkat. LiTaO3 merupakan objek yang diteliti secara intensif selama
beberapa tahun terakhir karena memiliki sifat yang unik. Berdasarkan penelitian,
bahan LiTaO3 merupakan semikonduktor tipe-n karena konsentrasi elektron yang
dimiliki oleh material LiTaO3 tersebut lebih banyak dibandingkan dengan
konsentrasi hole-nya.
Proses Annealing
Proses annealing merupakan suatu proses pemanasan yang diberikan
kepada material dengan menaikkan suhunya dalam rentang waktu yang panjang
sehingga mencapai suhu rekristalisasi kemudian menurunkannya secara perlahan
hingga suhu pada tungku annealing mencapai suhu ruang. Biasanya proses
annealing digunakan untuk mengurangi tekanan, meningkatkan kehalusan butir,
meningkatkan kehomogenan butir, meningkatkan kekerasan dan menciptakan
suatu struktur mikro yang spesifik (Setiawan, 2008). Tahapan dari proses
annealing ini dimulai dengan memanaskan material sampai suhu yang
diinginkan, menahan pada suhu tersebut selama beberapa waktu tertentu agar
5
tercapai perubahan yang diinginkan kemudian mendinginkan material tadi dengan
laju pendinginan yang cukup lambat hingga suhu kamar (Nurul, 2013).
X-ray Diffraction (XRD)
Spektroskopi difraksi sinar-X (X-ray difraction/XRD) merupakan salah
satu metoda karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan
hingga sekarang. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin
dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk
mendapatkan ukuran partikel. Diagram skematik XRD ditunjukkan pada Gambar
2.2
Gambar 2.2 Diagram X-Ray Difraktometer (Callister dan Rethwisch, 2009)
Orde panjang gelombang sinar-X hampir sama dengan jarak antar atom
pada kristal, maka sinar-X dapat didifraksi oleh kristal. Pola difraksi sinar-X
muncul akibat hamburan atom-atom yang terletak pada bidang hkl dalam kristal
dan pola intensitas difraksi mengandung informasi penting mengenai struktur
kristalografi suatu bahan.Metode karakterisasi dengan XRD didasari sifat difraksi
sinar-X yang dijelaskan dalam hukum Bragg. Cahaya pada panjang gelombang
( ) (Cu = 1,50546 Å) dihamburkan saat melewati kisi kristal dengan sudut
datang (θ) dan jarak antar bidang (d). Metode difraksi sinar-X adalah salah satu
cara untuk mempelajari keteraturan atom atau molekul dalam suatu struktur
tertentu. Jika struktur atom atau molekul tertata secara teratur membentuk kisi,
maka radiasi elektromagnetik pada kondisi eksperimen tertentu akan mengalami
penguatan. Pengetahuan tentang kondisi eksperimen itu dapat memberikan
informasi yang sangat penting tentang penataan atom atau molekul dalam suatu
struktur. Sinar-X dapat terbentuk bilamana suatu logam sasaran ditembaki dengan
berkas elektron berenergi tinggi.
6
Gambar 2.3 Difraksi bidang sinar-X (Callister dan Rethwisch, 2009)
Spektrofotometer UV-Vis
Spektrofotometer ultraviolet merupakan alat untuk mengukur transmitansi dan
absorbansi suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Spektrofotometer
terdiri dari spektrometer dan fotometer. Spektrometer berfungsi untuk
menghasilkan sinar dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer berfungsi
sebagai alat pengukur intensitas cahaya yang diabsorbsi. Instrumen UV-Vis terdiri
dari beberapa komponen utama, seperti detektor cahaya, fotodioda, tabung
fotomultiplier, analog-digital konverter, sumber cahaya, dan perangkat
Interface (Zhang, 2009).
Spektrofotometri ultraviolet adalah pengukuran panjang gelombang dan
intensitas sinar ultraviolet yang diabsorbsi oleh sampel. Sinar ultraviolet memiliki
energi yang cukup untuk mempromosikan elektron pada kulit terluar ke tingkat
energi yang lebih tinggi. Spektrum ultraviolet mempunyai pita yang lebar dan
hanya sedikit informasi tentang struktur yang biasa didapatkan dari spektrum ini.
Konsentrasi dari analit di dalam larutan bisa ditentukan dengan mengukur serapan
pada panjang gelombang tertentu dengan menggunakan hukum Lambert-Beer.
Jika konsentrasi bertambah, jumlah molekul yang dilalui berkas sinar akan
bertambah, sehingga serapan juga bertambah. Hukum Lambert-Beer, maka
diperoleh bahwa serapan berbanding lurus dengan konsentrasi dan ketebalan
bahan. A= k . c. B. Nilai tetapan (k) dalam hukum Lambert-Beer tergantung pada
sistem konsentrasi yang digunakan. Bila c dalam gram perliter, tetapan tersebut
disebut dengan absorptivitas (a) dan bila dalam mol perliter tetapan tersebut
adalah absorbtivitas molar.
3 METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Material Elektronik
Biofisika Material Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dan Laboratorium Fisika Material
UGM. Penelitian dilaksanakan dari bulan September 2014 sampai dengan bulan
Maret 2015.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah pisau mata intan,
penggaris, pinset, gelas ukur, beaker glass, Bransonic 2510, pipet volumetrik, hot
plate, neraca analitik, reaktor spin coater, gunting, spatula, stop watch, tabung
reaksi, pipet, selotip, doubletip, tissue, sarung tangan karet, masker serta kawat
atau kabel. Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah bubuk Litium asetat
[LiO2C2H3], bubuk Tantalum oksida [Ta2O5], pelarut 2-metoksietanol [C3H8O2],
substrat Si (100) tipe-p, deionized water, aseton PA [CH3COCH3, 58.06 g/mol],
metanol PA [CH3OH, 32.04 g/mol], asam florida (HF), kaca preparat, pasta perak,
kawat tembaga halus, dan alumunium foil.
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian ini terdiri dari pembuatan film LiTaO3 dengan metode
chemical solution deposition (CSD). Secara singkat langkah-langkah penelitian
dapat ditampilkan pada diagram alir pada Gambar 3.2
Pembuatan Film
Persiapan substrat
Substrat yang digunakan adalah Si tipe-p (100) dan tipe-n (111) . Substrat
dipotong dengan ukuran 1 cm x 1 cm berbentuk persegi menggunakan pisau mata
intan. Substrat dibersihkan dengan proses pencucian yaitu substrat yang telah
dipotong, direndam dalam larutan aseton PA selama 10 menit sambil digetarkan
dengan ultrasonik, kemudian substrat direndam dalam deionized water selama 10
menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, selanjutnya substrat direndam dalam
metanol PA selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, substrat
diangkat kemudian rendam dalam deionized water, tahap terakhir substrat
direndam dalam deionized water selama 10 menit sambil digetarkan dengan
ultrasonik. Setelah selesai semua tahap pencucian, substrat dikeringkan di
permukaan hot plate pada suhu 100 oC selama 1 jam.
Pembuatan Larutan
Film tipis LiTaO3 yang ditumbuhi diatas substrat silikopn tipe-p dengan
metode CSD dibuat dengan menggunakan Litium asetat [(LiO2C2H3) 99.9%] +
8
bubuk Tantalum oksida [(Ta2O5) 99.9%] setelah bahan-bahan dicapur lalu
dikocok beberapa menit kemudian dilakukan penyaringan agar diperoleh larutan
yang bersifat homogen sebagai pelarut. Seluruh bahan tersebut dicampur
dengan pengaduk ultrasonik dengan model Branson 2210 selama 90 menit.
Penumbuhan film
Penumbuhan film menggunakan metode CSD di permukaan reaktor spin
coater. Metode CSD merupakan pembuatan film dengan cara pendeposisian
larutan bahan kimia di permukaan substrat, kemudian dipreparasi dengan spin
coater pada kecepatan 3000 rpm. Langkah penumbuhan film sebagai berikut :
substrat yang telah dibersihkan, diletakkan di permukaan piringan reaktor spin
coater kemudian 1/3 bagiannya ditutup menggunakan selotip. Bagian 2/3 substrat
ditetesi larutan LiTaO3 sebanyak satu tetes, 3 kali ulangan. Reaktor spin coater
diatur pada kecepatan 3000 rpm selama 30 detik setiap penetesan larutan LiTaO3.
Gambar 3.1 Grafik suhu vs waktu pada proses annealing
Perhitungan ketebalan film LiTaO3
Setelah proses annealing film LiTaO3 dihitung ketebalannya dengan
metode volumetrik. Substrat Si yang telah dicuci kemudian ditimbang sebagai
massa awal (m1). Substrat Si yang telah ditumbuhkan film LiTaO3 di
permukaannya setelah proses annealing kemudian ditimbang sebagai massa akhir
(m2). Luas film LiTaO3 di permukaan silikon diukur menggunakan penggaris besi
30 cm.
Perhitungan ketebalan film dari metode ini menggunakan rumus :
d=
Keterangan : d adalah ketebalan film (cm), m1 adalah massa substrat sebelum
ditumbuhkan film (g), m2 adalah massa substrat setelah annealing dan terdapat
film dipermukaannya (g), A adalah luas permukaan film yang terdeposisi pada
permukaan substrat (cm2) dan
adalah massa jenis film yang terdeposisi pada
permukaan substrat (g/cm3) (Setiawan, 2008).
9
Karakterisasi Film Tipis
Karakterisasi UV-Vis
Metode spektrofotometri UV-Vis ini digunakan untuk memberikan
informasi adanya sistem (gugus atom) dari senyawa organik yang menyebabkan
terjadinya serapan radiasi dalam daerah UV-Vis dan mengukur jumlah ikatan
rangkap atau konjugasi aromatik dalam suatu molekul
Karakterisasi XRD
Karakterisasi XRD merupakan metode untuk mengidentifikasi struktur
kristal film LiTaSiO5. Karakterisasi XRD menggunakan shimadzu XRD-7000
Cu (1.5406 Å). Data hasil karakterisasi XRD digunakan untuk mengidentifikasi
struktur kristal yang terbentuk dan menghitung parameter kisi. Puncak-puncak
yang diperoleh dari data pengukuran kemudian dicocokkan dengan standar
difraksi sinar-X untuk semua jenis material. Sifat-sifat material film LiTaSiO5
dapat ditentukan jika telah diketahui struktur kristalnya.
10
Gambar 3.2 Diagram penelitian
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Sintesa dan Perhitungan Ketebalan Film LiTaO3
Pembuatan film LiTaO3 diawali dengan persiapan substrat Si (100) tipe-p
dan Si (111) tipe-n yang dipotong-potong berbentuk persegi dengan dimensi
1 cm x 1 cm. Kemudian substrat Si dicuci dengan aquabides. Bahan
pembuatan film LiTaO3 adalah litium asetat (LiO2C2H3) ditambah tantalum
oksida (Ta2O5). Komposisi massa masing-masing bahan ditentukan berdasarkan
perhitungan
stoikiometri masing-masing bahan. Bahan-bahan
tersebut
direaksikan
dalam tabung
reaksi
dengan
menambahkan
pelarut
2-metoksietanol sebanyak 2,5 ml. Film LiTaO3 ditumbuhkan pada 2/3
permukaan substrat Si (100) tipe-p dan Si (111) menggunakan metode CSD
dengan teknik spin coating. Reaktor spin coater diatur pada kecepatan 3000
rpm selama 30 detik setiap penetesan larutan LiTaO3.
Film LiTaO3 ditumbuhkan di atas permukaan substrat Silikon tipe-p dan
tipe-n, kemudian dilakukan proses annealing dengan variasi suhu yang digunakan
adalah 600 oC, 650 oC, 700 oC, 750 oC dan 800 oC. Film LiTaO3 setelah proses
annealing dihitung ketebalannya dengan metode volumetrik. Hasil perhitungan
ketebalan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Perhitumgam ketebalan film LiTaO3 diatas substrat silikon
Silikon
Suhu (oC)
m1 (gr)
m2 (gr)
Ketebalan ( m)
600
0.1291
0.1299
1.78971
650
0.1265
0.1271
1.34228
Tipe-n
700
0.1301
0.1304
1.95287
750
0.1251
0.1255
0.76711
800
0.1432
0.1439
1.87919
600
0.1394
0.1401
1.56612
650
0.1296
0.1301
1.11857
Tipe-p
700
0.1253
0.1256
2.37526
750
0.1587
0.1593
1.61074
800
0.1196
0.1204
2.14765
Dari hasil pengukuran ketebalan pada Tabel 1 diperoleh ketebalan yang bervariasi
baik pada silikon tipe-p maupun tipe-n. Hal ini disebabkan oleh beberapa
faktor. Pertama faktor suhu substrat. Proses terjadinya film disebabkan atom
berdifusi di sekitar substrat yang dipengaruhi suhu substrat. Ketika suhu
substrat mencapai suhu optimum, atom yang terbentuk menyebar secara
merata di permukaan substrat sehingga meningkatkan laju penumbuhan film.
Sedangkan ketika suhu substrat melewati suhu optimum, atom yang terbentuk
dapat terlepas dari permukaan substrat (evaporasi) yang mengakibatkan laju
penumbuhan film menurun. Kedua, metode CSD bergantung pada
keterampilan penetesan larutan di permukaan spin coater. Ketebalan film pun
12
akan berbeda. Ketiga, dari hasil penelitian yang dilakukan, ada beberapa
bagian film yang menjadi kering dan lepas dari substrat sehingga mengurangi
ketebalan film. Keempat, pengendapan larutan LiTaO3 karena proses penumbuhan
yang cukup lama sehingga mengakibatkan tingkat kehomogenan pada larutan
LiTaO3 berkurang (Ismangil, 2015).
Analisis Sifat Optik Film Tipis LiTaO3
Absorbansi merupakan sifat optik dari suatu material yang ada kaitannya
dengan interaksi antara material dengan gelombang elektromagnetik seperti
cahaya khususnya cahaya tampak. Spekrum transmisi menunjukkan fungsi
transmisi terhadap panjang gelombang. Spektrum absorbsi menunjukkan fungsi
koefisien absorbsi terhadap energi foton cahaya. Pengukuran sifat optik
menggunakan gelombang elektromagnetik dari ultraviolet (cahaya tampak)
sampai inframerah (Mitayani, 2013).
0,8
0,6
Absorbansi
600o C
650o C
700o C
0,4
750oC
800oC
0,2
0,0
500
600
700
800
900
Panjang gelombang (nm)
Gambar 4.1 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3 pada
substrat silikon (100) tipe-p
Karakterisasi sifat optik dilakukan untuk mempelajari tingkat absorbansi
film LiTaO3 terhadap panjang gelombang cahaya dari 420-980 nm. Gambar 4.1
menunjukkan hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3
setelah proses annealing. Dari Gambar 4.1 tersebut dapat dilihat bahwa pada
panjang gelombang 420 nm nilai absorbansi Film LiTaO3 setelah proses
annealing dengan terjadi serapan tertinggi pada suhu 700 oC sedangkan pada
panjang gelombang 960 nm serapan paling tinggi terjadi pada suhu 800 oC.
13
Secara umum nilai absorbansi untuk semua sampel menurun untuk
panjang gelombang yang lebih besar. Nilai absorbansi (untuk penyerapan
pada panjang gelombang yang sama) akan lebih besar pada sampel yang
lebih tebal. Semakin tebal sampel, terjadi kenaikan nilai absorbansi pada
semua panjang gelombang (Maddu, 2010). Hal ini dikarenakan semakin tebal
sampel berarti semakin banyak lapisan yang terbentuk, sehingga semakin banyak
molekul LiTaO3 yang terlibat dalam proses penyerapan cahaya. Nilai absorbansi
yang tinggi menunjukkan bahwa film LiTaO3 banyak menyerap energi foton dari
cahaya yang mengenainya. Besar dan kecilnya energi foton yang diserap sangat
dipengaruhi oleh laju difusi dari setiap film yang dihasilkan. Adapun yang
mempengaruhi laju dari difusi adalah ukuran dari atom penyusun lapisan tipis dan
adanya cacat kristal pada substrat silikon.
2,0
600o C
650o C
700o C
750o C
800o C
Absorbansi
1,5
1,0
0,5
0,0
500
600
700
800
900
Panjang gelombang (nm)
Gambar 4.2 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3 pada
substrat silikon (111) tipe-n
Grafik absorbansi pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa pada rentang
panjang gelombang cahaya tampak yakni 420 nm terjadi penyerapan energi foton,
serapan yang tertinggi terjadi pada film dengan suhu 700 oC, sedangkang pada
rentang panjang gelombang infra red (IR) yaitu 700 nm -1200 nm (Endro, 2008)
tidak terjadi penyerapan energi foton seperti pada substrat silikon tipe-p.
Dari hasil analisis sifat optik pada Gambar 4.1 terlihat bahwa grafik
hubungan absorbansi dengan panjang gelombang diketahui bahwa substrat silikon
tipe-p dapat diaplikasikan pada sensor infra red (IR) karena selain memiliki
serapan pada panjang gelombang cahaya tampak juga terjadi serapan pada
panjang gelombang 900 nm–980 nm yang merupakan rentang panjang gelombang
infra red (IR).
14
Penentuan Nilai Energi Band Gap Dengan Metode Taouc Plot
Energi gap adalah energi yang diperlukan oleh elektron untuk
memecahkan ikatan kovalen sehingga dapat berpindah dari pita valensi ke pita
konduksi. Pada material semikonduktor, karena celah energinya sempit maka
jika suhu naik, sebagian elektron di pita valensi naik ke pita konduksi dengan
meninggalkan tempat kosong (hole) di pita valensi. Elektron yang telah berada di
pita konduksi maupun hole di pita valensi akan bertindak sebagai pembawa
muatan untuk terjadinya arus listrik. Konduktivitas listrik akan naik jika suhu
dinaikkan.
Interaksi anatar atom pada kristal hanya terjadi pada elektron bagian luar
sehingga tingkat enrgi elektron pada orbit bagian dalam tidak berubah. Pada orbit
bagian luar terdapat elektron yang sangat banyak dengan tingkat- tingkat energi
yang berimpit satu sama lain. Berdasarkan asas Pauli, dalam suatu tingkat energi
tidak boleh terdapat lebih dari satu elektron pada keadaan yang sama, maka
apabila ada elektron yang berada pada keadaan yang sama akan terjadi pergeseran
tingkat energi. Struktur pita energi pada semikonduktur hampir sama dengan
struktur pita energi pada isolator. Akan tetapi celah energi antara pita valensi dan
pita konduksi pada isolator relatif kecil, yaitu sekitar 1.1 eV. Pada suhu rendah,
semikonduktur akan berperilaku seperti isolator, sedangkan pada suhu tinggi
elektron yang berada pada pita valensi akan memperoleh energi kinetik yang
mampu untuk memindahkan elektron ke pita konduksi sehingga pada pita
konduksi terdapat elektron yang dapat bergerak bebas.
Grafik band gap merupakan grafik hubungan antara energi foton dengan
kuadrat koefisien absorbsi. Besarnya band gap film tipis LiTaO3 dapat ditentukan
dengan menarik garis ekstrapolasi linier dari ujung kurva koefisien absrobsi
berpotongan dengan sumbu x. Titik perpotongan tersebut menyatakan lebar band
gap dari film tipis LiTaO3.
Metode Tauc plot yaitu metode penentuan celah optik dengan melihat
grafik linear hubungan E (eV) pada sumbu- x dan (α h υ )2 pada sumbu- y.
Dengan
.
Energi band gap dapat ditunjukan pada Gambar 4.3 pada substrat silikon (100)
tipe- p dan Gambar 4.4 pada substrat silikon (111) tipe-n berturut-turut sebagai
berikut.
15
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 4.3 Energi bandgap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon (100) tipe-p
pada suhu (a) 600 oC (b) 650 oC (c) 700 oC (d) 750 oC (e) 800 oC
16
(a)
(b)
(d)
(c)
(e)
Gambar 4.4 Energi bandgap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon (111) tipe-n
pada suhu (a) 600 oC (b) 650 oC (c) 700 oC (d) 750 oC (e) 800 oC
17
Pada Gambar 4.3 energi gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon
(100) tipe-p diperoleh pada suhu 600 oC, 650 oC, 700 oC, 750 oC, dan 800 oC,
Masing-masing sebesar 2.69 eV, 2.94 eV, 2.93 eV, 2.92 eV dan 2.89 eV. Energi
band gap tertinggi adalah pada suhu 650 oC sebesar 2.94 eV, sedangkan pada
Gambar 4.4 energi band gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon
(111) tipe-n diperoleh masing-masing sebesar 2.73 eV, 2.90 eV, 2.93 eV, 3.02 eV
dan 3.06 eV dan energi band gap tertinggi diperoleh pada suhu 800 oC yaitu
3.06 eV.
Band gap atau pita terlarang adalah daerah energi yang memisahkan level
energi konduksi dan valensi dari suatu material semikonduktor. Jika suatu
material semikonduktor intrinsik diberi energi yang lebih besar daripada nilai
band gap ini maka elektron yang terdapat pada level valensi akan mampu
melewati pita terlarang untuk menuju pita konduksi. Pengetahuan tentang nilai
band gap ini sangat perlu didapatkan untuk mengetahui seberapa besar energi
yang diperlukan untuk mengeksitasi elektron dari pita valensi menuju pita
konduksi (Wolfbauer dalam Maddu, 2010).
Analisis Struktur Kristal
Analisis XRD bertujuan menentukan sistem kristal. Metode difraksi sinarX dapat menerangkan parameter kisi, jenis struktur, susunan atom yang berbeda
pada kristal, adanya ketidak sempurnaan pada kristal, orientasi, butir-butir dan
ukuran butir (Smallman, 1991). Namun dalam penelitian ini analisis XRD
digunakan hanya untuk menentukan parameter kisi dan struktur kristal. Jika 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 karena fasenya
berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasenya yang sama. Berkas
sinar-X yang saling menguatkan ini yang akan terbaca pada detektor sebagai
puncak difraksi. Semakin banyak fase yang saling menguatkan maka intensitasnya
akan semakin tinggi.
Pada penelitian ini sampel yang dianalisis XRD yaitu film tipis dengan
variasi suhu yang melebihi dari suhu curie silikon (610 oC) yakni pada variasi
suhu 650 oC dan 750 oC pada silikon (100) tipe-p dan suhu 750 oC dan 800 oC
pada silikon (111) tipe-n. Hal ini bertujuan mengidentifikasi munculnya puncak
LiTaSiO5 akibat film tipis LiTaO3 telah bersenyawa dengan substrat silikon.
Berdasarkan hasil identifikasi XRD LiTaO3 yang dilakukan oleh Gonzalez et al,
2003 yang ditumbuhkan pada silikon (100) dengan suhu 600 oC menunjukan
bahwa belum terjadi difusi dari lapisan tipis LiTaO3 dengan substrat silikon. Hal
ini dapat dilihat pada (Gambar 4.5) puncak yang terbentuk adalah puncak LiTaO3.
18
Gambar 4.5 Pola XRD pada dua film tipis LiTaO3 yang ditumbuhkan pada silikon
(100) dengan suhu annealing 600 oC selama 3 jam (a) preannealing
lambat (b) preannealing cepat
1000
LiTaSiO5(020)
LiTaSiO 5 (0 4 0)
(0 4 0)
Si (1 0 0)
5
LiTaSiO 5 (2 1 2)
LiTaSiO 5 (2 0 2)
LiTaO 3 (1 1 6)
LiTaO 3 (1 2 2)
(0 3 2)
5
LiT aSiO
LiT aSiO
LiTaO 3 (2 0 2)
400
650o C
LiTaO 3 (1 0 4)
LiTaO 3 (1 1 0)
LiTaSiO 5 (1 3 0)
SiO2(421)
600
LiTaO 3(012)
800
Intensitas (a.u)
750o C
200
0
0
20
40
60
80
100
Gambar 4.6 Pola XRD film LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing
pada suhu 650 oC dan 750 oC selama 8 jam
19
Si (100)
400
LiTaSiO5 (300)
Intensitas (a.u)
500
750 oC
800 oC
LiTaSiO5 (040)
LiTaSiO5 (202)
600
LiTaO3 (104)
LiTaSiO5 (130)
SiO2 (421)
LiTaSiO5 (020)
LiTaSiO5 (121)
LiTaSiO5 (212)
700
300
200
100
0
0
20
40
60
80
100
2
Gambar 4.7 Pola XRD film LiTaO3 pada silikon tipe-n setelah proses
annealing pada suhu 750 oC dan 800 oC selama 8 jam
Dari hasil identifikasi struktur kristal yang terbentuk dan menghitung
parameter kisi (dapat dilihat pada Tabel 2, 3, 4, dan 5). Puncak-puncak yang
diperoleh dari data pengukuran kemudian disesuaikan dengan standar JCPDS
LiTaO3 (Astuti, 2012). Puncak yang terbentuk dari struktur kristal berupa puncak
tajam karena memiliki derajat keteraturan yang tinggi, sedangkan pada amorf
puncak-puncak yang dihasilkan sangat landai karena memiliki derajat keteraturan
yang sangat rendah.
Hasil XRD pada silikon tipe-p dengan suhu 750 oC terbentuk 13 puncak
yaitu SiO2 (421), LiTaO3 (012) (104) (110) (202) (116) (122) dan puncak
LiTaSiO5 (020) (212) (130) (032) (040) (202) sedangkan pada tipe-n dengan suhu
800 oC terbentuk 10 puncak yaitu SiO2 (421), LiTaO3 (104) dan puncak LiTaSiO5
(020) (121) (212) (130) (040) (202) (300) dan Si (100). Puncak LiTaSiO5
merupakan puncak dengan intensitas tertinggi hal ini disebabkan karena kualitas
dari kristal itu sendiri sedangkan bentuk tajam pada puncak XRD menunjukan
bahwa struktur kristal dari LiTaSiO5 memiliki derajat keteraturan yang tinggi.
Kristal LiTaO3 telah ditumbuhkan dengan teknik Czochralski (proses
pengkristalan dalam silider yang divakumkan) oleh Tao Yan et al, 2011
diperoleh 12 puncak LiTaO3 dengan struktur rhombohedral dalam space
group R3c (JCPDS file 71-950) (a = 5,15428 Å, c = 13,78350 Å) . Begitu
pun dengan film LiTaO3 setelah proses annealing pada suhu 650 oC dan 750 oC
pada silikon tipe-p dan suhu 750 oC dan 800 oC pada silikon tipe-n selama 8 jam.
20
Pada penelitian ini memiliki struktur kristal heksagonal dalam space group R3c
(161) (JCPDS file 29-0836) (a = 5,1530 Å, c = 13,7550 Å) (Natl, 1977).
Parameter kisi film LiTaO3 dapat dilihat pada Tabel 2 dan 3.
Dari hasil XRD menunjukan bahwa semakin tinggi suhu annealing
semakin banyak terbentuk puncak litium tantalat silikat (LiTaSiO5), hal ini
disebabkan karena adanya proses difusi pada silikon dan atom LiTaO3. Proses
difusi sangat dipengaruhi oleh agitasi termal dan adanya cacat kristal pada silikon.
Puncak LiTaSiO5 memiliki struktur kristal monoclinic dalam space group P21/c
(14) (JCPDS file 45-0644) (a = 7,514 Å, b = 7,929 Å, c = 7,445 Å).
Parameter kisi film LiTaSiO5 dapat dilihat pada Tabel 4 dan 5.
Tabel 2 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur heksagonal pada substrat silikon
(100) tipe-p
Parameter
Suhu annealing
Data
Kisi (Å)
650 (oC)
750 (oC)
JCPDS
a=b
5, 23618
5,05079
5,153
c
14,05111
13,47786
13,755
Tabel 3 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur heksagonal pada substrat silikon
(111) tipe-n
Parameter
Suhu annealing
o
Data
o
Kisi (Å)
750 ( C)
800 ( C)
JCPDS
a=b
5, 118165
5,134494
5,153
c
14,03049
13,73437
13,755
Tabel 4 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur monoklinik pada substrat silikon
(100) tipe-p
Parameter
Suhu annealing
Data
kisi
650 (oC)
750 (oC)
JCPDS
a (Å)
10,2967
8,109265709
7,514
b (Å)
9,42034
8,653728571
7,929
c (Å)
8,18721
8,43875228
7,445
21
Tabel 5 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur monoklinik pada substrat silikon
(111) tipe-n
Parameter
Suhu annealing
Data
kisi
750 (oC)
800 (oC)
JCPDS
a (Å)
7,94032
7,444764
7,514
b (Å)
8,39742
7,713753
7,929
c (Å)
8,17434
7,458241
7,445
5 KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan yang telah dilakukan dapat diambil
kesimpulan bahwa:
1. Ketebalan film tipis litium tantalat (LiTaO3) dihitung dengan metode
volumetrik pada substrat silikon (100) tipe-p adalah 2.37526 µm dan substrat
silikon tipe-n adalah 1.952 µm pada suhu 700 oC.
2. Berdasarkan analisis UV-Vis film tipis litium tantalat (LiTaO3) yang
ditumbuhkan pada substrat silikon (100) tipe-p diketahui bahwa LiTaO3 dapat
diaplikasikan pada sensor infra red (IR) karena selain memiliki serapan pada
cahaya tampak, juga terjadi serapan pada panjang gelombang infra red (IR).
3. Energy bandgap film tipis litium tantalat silikat (LiTaO3) pada substrat
silikon (100) tipe-p 2.94 eV pada suhu 650 oC dan energi bandgap pada
substrat silikon (111) tipe-n 3.06 eV
4. Analisis struktur kristal pada film tipis litium tantalat (LiTaO3) diperoleh
struktur kristal heksagonal dan film tipis litium tantatalat silikat (LiTaSiO5)
pada diperoleh struktur kristal monoklinik.
Saran
Perlu dilakukan pembuatan film tipis LiTaO3 yang dideposisikan pada
substrat silikon (111) tipe-p dan silikon (100) tipe-n
DAFTAR PUSTAKA
Amiruddin S, Usman,Mursal, T.Winata, dan Sukirno 2005. Optimasi
Parameter Tekanan Deposisi pada Penumbuhan Lapisan Tipis Polykristal
Silikon dengan Metode Hot Wire Cell PECVD.Jurnal Matematika dan
Sains 10(1):27-30.
Astuti, Y. 2012. Pembuatan dan Karakterisasi Film Lithium Tantalat (LiTaO3)
Terhadap Variasi Suhu dan Waktu Annealing. IPB. Bogor.
Callister, Rethwisch. 2009. Introduction X-Ray Diffraction. University of Texas.
Gonzalez A H M, Simoes A Z, Zaghete M A dan Varela J A. 2003. Effect of
preannealing on the morphology of LiTaO3 thin films prepared from the
polymeric precursor method. Materials Characterization 50: 233-238.
Endro JS, Sofjan KF. 2008. Rancang Bangun Spektroskopi FTIR (Fourier
Transform Infrared) untuk Penentuan Kualitas Susu Sapi. Jurnal Berkala
Fisika Vol. 11. No.1. UNDIP. Semarang.
Indro M.N., Sastri B, Nady L, Ridwan E, Irzaman, H Syafutra, Siswadi. 2010.
Uji Sifat Litrik Film Tipis LiTaO3 dan LiTaFe2O3. Jurnal Berkala Fisika Vol.
13. No. 2. IPB. Bogor
Irzaman, Maddu A, Syafutra H dan Ismangil A. 2010. Uji konduktivitas listrik
dan dielektrik film tipis lithium tantalate (LiTaO3) yang didadah niobium
pentaoksida (Nb2O5) menggunakan metode chemical solution deposition. Di
dalam : prosiding seminar nasional fisika. hlm 175-183.
Irzaman, Darvina Y, Fuad A, Arifin P, Budiman M dan Barmawi M. 2003.
Physical and pyroelectric properties of tantalum oxide doped lead zirconium
titanate [Pb0.9950(Zr0.525 Ti0.465 Ta0.010)O3] thin films and its applications for IR
sensor. Physica Status Solidi (a) Germany 199 (3): 416-424.
Irzaman, Herianto Syafutra, Endang Rancasa, Abdul Wahidin Nuayi, Tb Gamma
Nur Rahman, Nur Aisyah Nuzulia, Idawati Supu, Sugianto, Farly
Tummimomor, Surianty, Otto Muzikarno, Masrur. 2013. The Effect of Ba/Sr
ratio on Electrical and Optical Properties of Bax Sr(1-x) TiO3(x = 0,25; 0,35;
0,45; 0,55)Thin Film Semiconductor. Ferroelectrics,445 (1),4-17.
Ismangil A. 2015. Penetuan Koefisien Difusi Bahan Semikonduktor Lithium
Tantalat (LiTaO3) diatas Substrat Silikon (100) Tipe-p pada Variasi Suhu.
IPB. Bogor
Ismangil A, Prastaka Jenie R, Irmansyah, Irzaman. 2015. Development of lithium
tantalite (LiTaO3) for automatic switch on LAPAN-IPB satelite infra-red
sensor. Procedia enviromental sciences 24: 329-334.
Maddu A. 2010. Pengaruh Ketebalan terhadap Sifat Optik Lapisan
Semikonduktor Cu2O yang Dideposisikan dengan Metode Chemical Bath
Deposition (CBD). Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi. LIPI Tangerang
Mitayani M. 2013. Struktur dan Sifat Optik Film Tipis csd Doping Zn Yang
Ditumbuhkan dengan DC Magnetron Sputtering. Universitas Negri
Semarang. Semarang.
Natl. Bur. Stand. 1977. (U. S.) Monogr. 25, 14, 20 (JCPDS file 29-0836) 32.
Ivanov S, Zhurov V, Karpov Inst. 1994. Of Physical Chemistry,
Moscow, Russia, ICDD Grant-in-Aid (JCPDS file 45-0644
24
Nurul, Y.H. 2013. Sifat Kristal dan Sifat Listrik Film Litium Tantalat Silikat
(LiTaSiO5) terhadap Variasi Suhu serta Waktu Annealing. IPB. Bogor
Seo, J.Y, Park S.W. 2004. Chemical Mechanical Planarization Characteristic
of Ferroelectric Film for FRAM Applications. International Journal of
Korean Physics society 45: 769-772.
Setiawan A. 2008. Uji sifat listrik dan optik BST yang didadah niobium
(BSNT) ditumbuhkan di atas substrat Si (100) tipe-p dan gelas corning
dengan penerapannya sebagai fotodiode [skripsi]. Bogor: FMIPA, IPB.
Smallman, R., & Bishop, R. (1999). Modern Physics Metallurgy and Materials
Engineering. Oxford: Butterworth-Heinemann.
Sutrisno. 1986. Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung. Institut Teknologi
Bandung.
Tao Yan, Feifei Zheng, Yonggui Yu, Shubin Qin, Hong Liu, Jiyang Wang dan
Dehong Yu. 2011. Formation mechanism of black LiTaO3 single crystal
through chemical reduction. J. Appl. Cryst 44: 158-162.
Zhang, J.Z., 2009, Optical Properties and Spectroscopy of Nanomaterials,
Singapore: World Scientific Publishing Co. Ltd.
LAMPIRAN
Lampiran 1 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing 650 oC , 8 jam dengan
struktur heksagonal
25
26
Mencari parameter kisi heksagonal untuk puncak banyak
Jarak antar bidang, d
ℎ +ℎ +
=
Menurut bragg:
� =
�
�
�=
+
�
sin �
�
�=
Penggabungan persamaan (1) dan (2) menghasilkan
ℎ +ℎ +
=
atau
�
�=
+
� �
�
=
� ℎ +ℎ +
+
�
Untuk memperoleh nilai parameter kisi menggunakan hubungan,
�
�
�=
�−
�
�
ℎ +ℎ +
Sehingga akan diperoleh bentuk
Keterangan:
=
�
,
�=
+
= ℎ +ℎ +
=
,
�
−
ℎ +ℎ +
�
+
=
�
,
=
�
�
,
=
+
,
�
=
�
�
,
27
Perhitungan parameter kisi LiTaO3
Nilai C, B, dan A dapat diperoleh dari 3 persamaan :
Ʃα sin2θ = C Ʃα2 + B Ʃαγ + A Ʃαδ
Ʃγ sin2θ = C Ʃαγ + B Ʃγ2 + A Ʃγδ
Ʃδ sin2θ = C Ʃαδ + B Ʃγδ + A Ʃδ2
Berdasarkan table 1. nilai parameter kisi LiTaO3 pada substrat silikon tipe-p
setelah proses annealing 650oC, 8 jam, diperoleh bentuk berikut:
5,4259
44,0819
8,9404
=
=
=
+
+
+
134
C
464
C
164,2105 C
+
+
+
464
B
9776
B
1307,9389 B
164,2105 A
1307,9389 A
270,2563 A
Menjadi bentuk matriks A x = B
134
464
164,2105
464
9776
1307,9389
164,2105 1307,939 270,2563
X
A
B
C
=
5,4259
44,0819
8,9404
Mencari determinan matriks A
A
=
134
464
164,2105
464
9776
1307,9389
164,2105 1307,939 270,2563
=
2314602,037
=
66788,73908
Mencari determinan matriks A1
A1
=
5,4259
464
164,2105
44,0819
9776
1307,9389
8,9404 1307,939 270,2563
Mencari determinan matriks A2
A2
=
134
464
164,2105
5,4259 164,2105
44,0819 1307,9389
8,9404 270,2563
Nilai C diperoleh dari:
=
| |
= ,
| |
=
6956
28
Nilai B diperoleh dari:
=
Nilai parameter kisi a
Nilai parameter kisi c
=
=
| |
= ,
| |
�
√ .√
�
√ . √
= ,
=
Å
,
Å
Lampiran 2 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing 750 oC , 8 jam dengan
strukrur heksagonal
29
30
Mencari parameter kisi heksagonal untuk puncak banyak
Jarak antar bidang, d
ℎ +ℎ +
=
Menurut bragg:
� =
�
�
�=
+
�
sin �
�
�=
Penggabungan persamaan (1) dan (2) menghasilkan
ℎ +ℎ +
=
atau
�
�=
+
� �
�
=
� ℎ +ℎ +
+
�
Untuk memperoleh nilai parameter kisi menggunakan hubungan,
�
�
�=
�−
�
�
ℎ +ℎ +
Sehingga akan diperoleh bentuk
Keterangan:
=
�
,
�=
+
= ℎ +ℎ +
=
,
�
−
ℎ +ℎ +
�
+
=
�
,
=
�
�
,
=
+
,
�
Perhitungan parameter kisi LiTaO3
Nilai C, B, dan A dapat diperoleh dari 3 persa
KRISTAL FILM FERROELEKTRIK LiTaO3
DIATAS SUBSTRAT SILIKON
LA ISA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Sintesis, Energi Gap, dan
Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik LiTaO3 diatas Substrat Silikon adalah
benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam
bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal
atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2015
La Isa
NIM G751130111
RINGKASAN
LA ISA. Sintesis, Energi Gap dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik
LiTaO3 diatas Substrat Silikon. Dibimbing oleh IRZAMAN dan IRMANSYAH.
Film tipis merupakan material yang memberikan harapan baru dalam
pengembangan devais sel surya agar memenuhi persyaratan, diantaranya biaya
rendah dan stabilitas material yang baik. Pembuatan lapisan tipis sudah banyak
dikembangkan dengan menggunakan metode tertentu. Litium Tantalat merupakan
bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, serta kapasitas penyimpanan
muatan yang tinggi (high charge storage capacity).
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat film tipis LiTaO3 pada substrat
Si tipe-p (100) dan tipe-n (111), menentukan ketebalan lapisan tipis serta
melakukan uji sifat optik, dan struktur kristal dari film tipis LiTaO3 yang dibuat
pada suhu annealing 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750°C, dan 800 °C selama 8 jam
dengan karakterisasi XRD (X-ray diffraction) dan spektroskopi UV-Vis.
Pada penelitian ini ketebalan film tipis litium tantalat (LiTaO3) dihitung
dengan metode volumetrik pada substrat silikon (100) tipe-p adalah 2.37526 µm
dan substrat silikon tipe-n adalah 1.952 µm pada suhu 700 oC. Berdasarkan analisis
UV-Vis film tipis litium tantalat (LiTaO3) yang ditumbuhkan pada substrat silikon
(100) tipe-p diketahui bahwa LiTaO3 dapat diaplikasikan pada sensor infra red (IR)
karena selain memiliki serapan pada cahaya tampak, juga terjadi serapan pada
panjang gelombang infra red (IR). Energy bandgap film tipis litium tantalat silikat
(LiTaO3) pada substrat silikon (100) tipe-p 2.94 eV pada suhu 650 oC dan energi
bandgap pada substrat silikon (111) tipe-n 3.06 eV. Analisis struktur kristal pada
film tipis litium tantalat (LiTaO3) diperoleh struktur kristal heksagonal dan film
tipis litium tantatalat silikat (LiTaSiO5) pada diperoleh struktur kristal monoklinik.
Kata kunci: Energi bandgap, film tipis litium tantalat, sifat optik, struktur kristal
SUMMARY
LA ISA. Synthesis, Energy Gap and Analysis of Film Ferroelectric LiTaO3 Crystal
Structure on Silicon Substrates. Supervised by IRZAMAN and IRMANSYAH .
Thin film is a material that gives new hope devais in the development of
solar cells in order fulfil the requirements, including low cost and good material
stability. Making the thin layer has been developed using a particular method.
Tantalat lithium is a material that has a high dielectric constant and high charge
storage capacity.
The purpose of this research is to synthesis a thin film LiTaO3 Si substrate
p-type (100) and n-type (111), to determined the film thickness as well as to test the
optical properties and crystal structure of the thin film LiTaO3 made at the annealing
temperature of 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C and 800 oC for 8 hours with the
characterization of XRD (X-ray diffraction) and UV - Vis spectroscopy.
In this study, the thickness of the thin film lithium tantalat (LiTaO3)
calculated by the volumetric method on a silicon substrate (100) p-type is 2.37526
μm and n-type silicon substrate is 1,952 μm at a temperature of 700 oC. Based on
the analysis of UV-Vis thin film lithium tantalat (LiTaO3) grown on a silicon
substrate (100) p-type note that LiTaO3 can be applied to the sensor infra red (IR)
because in addition to having absorption in visible light, also occurs absorption at
a wavelength infra red (IR). Energy bandgap thin-film lithium silicate tantalat
(LiTaO3) on a silicon substrate (100) p-type is 2.94 eV at a temperature of 650 oC
and energy bandgap on a silicon substrate (111) n-type 3.06 eV. Analysis of the
crystal structure of the thin film lithium tantalat (LiTaO3) is obtained and the
hexagonal crystal structure of thin film lithium silicate tantatalat (LiTaSiO5) in
monoclinic crystal structure is obtained .
Key words: energy bandgap, crystal structure, optical properties, thin film
lithium tantalat
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan, suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
SINTESIS, ENERGI GAP DAN ANALISIS STRUKTUR
KRISTAL FILM FERROELEKTRIK LiTaO3
DIATAS SUBSTRAT SILIKON
LA ISA
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Biofisika
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Mersi Kurniati, SSi, MSi
Judul Tesis
Nama
NIM
: Sintesis, Energi Gap dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik
LiTaO3 diatas Substrat Silikon
: La Isa
: G751130111
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Irzaman, MSi
Ketua
Dr Ir Irmansyah, MSi
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Biofisika
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Mersi Kurniati, SSi, MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 31 Agustus 2015
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Alhamdulillahirabbi’alamin. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT
atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga karya ilmiah dengan judul Sintesis, Energi
Gap, dan Analisis Struktur Kristal Film Ferroelektrik LiTaO3 diatas Substrat Silikon
telah selesai dilakukan.
Penulis sangat berterima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan
mendukung dalam penyelesaian karya ilmiah ini terutama kepada Bapak Irzaman dan
Irmansyah selaku pembimbing atas semua saran, ide, nasihat, serta motivasi kepada
penulis. Tidak lupa terimakasih kepada BPPDN Dikti yang telah memberikan
dukungan materi kepada penulis selama dua tahun masa studi.
Ungkapan terima kasih yang tiada tara disampaikan kepada Ayah, Ibu, keluarga
dan calon istriku tercinta Sukmawati atas segala dukungan, motivasi, perhatian, cinta
dan kasih sayang serta doa yang tentunya takkan bisa penulis balas dengan sesuatu
apapun sehingga penulis mampu menyelesaikan studi dengan tepat waktu. Ucapan
terima kasih juga kepada teman-teman biofisika angkatan 50 dan pak Jun yang telah
banyak membantu secara teknis maupun non teknis.
Akhir kata, semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan tentunya penulis sangat
mengharapkan segala macam masukan, kritik, dan saran yang membangun.
Bogor, September 2015
La Isa
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
xi
xi
xii
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Peneltian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
1
1
2
2
2
2
TELAAH PUSTAKA
Substrat Silikon (Si)
Litium Tantalat (LiTaO3)
Proses Annealing
X-ray Difraction (XRD)
Spektrofotometer UV-Vis
3
3
4
4
5
6
3
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Alat dan Bahan
Prosedur Penelitian
Pembuatan Film
Karakterisasi Film Tipis
7
7
7
7
7
9
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sintesa dan Perhitungan Ketebalan Film Tipis LiTaO3
Analisis Sifat Optik Film Tipis LiTaO3
Penentuan Energi Band Gap dengan Metode Tauc plot
Analisis Struktur Kristal
11
11
12
14
17
5
KESIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
22
22
22
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
23
25
54
DAFTAR TABEL
1
2
Perhitungan ketebalan film tipis LiTaO3 diatas substrat silikon
Parameter kisi film tipis LiTaO3 berstruktur heksagonal pada
substrat silikon (100) tipe-p
11
20
3
Parameter kisi film tipis LiTaO3 berstruktur heksagonal pada
substrat silikon (111) tipe-n
20
4
Parameter kisi film tipis LiTaSiO5 berstruktur monoklinik
pada substrat silikon (100) tipe-p
20
5
Parameter kisi film tipis LiTaSiO5 berstruktur monoklinik
pada silikon (111) tipe-n
20
DAFTAR GAMBAR
2.1 Susunan atom pada kristal semikonduktor silikon intrinsic
2.2 Diagram X-Ray Difraktometer (Callister dan Rethwisch, 2009)
3
5
2.3 Difraksi bidang sinar-X (Callister dan Rethwisch, 2009)
6
3.1 Grafik suhu vs waktu pada proses annealing
8
3.2 Diagram Penelitian
10
4.1 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3
pada substrat silikon (100) tipe-p
12
4.2 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3 pada substrat
silikon (111) tipe-n
4.3 Energi band gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon (100)
tipe-p
4.4 Energi band gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon (111)
tipe-n
4.5 Pola XRD pada dua film tipis LiTaO3 yang ditumbuhkan
pada silikon (100) dengan suhu annealing 600 oC selama 3 jam
4.6 Pola XRD film LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing pada
suhu 650 oC dan 750 oC selama 8 jam
annealing
4.7 Pola XRD film LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses
pada suhu 750 oC dan 800 oC selama 8 jam
13
15
16
18
18
19
DAFTAR LAMPIRAN
1 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-p
setelah proses annealing 650 oC, 8 jam dengan struktur heksagonal
2 Perhitungan parameter kisi LiTaO3pada silikon tipe-p
setelah prosesannealing 750 oC, 8 jam dengan struktur heksagonal
3 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-n
setelah proses annealing 750 oC, 8 jam dengan struktur heksagonal
4 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-n
setelah proses annealing 800oC, 8 jam dengan struktur heksagonal
5 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-p
setelah proses annealing 650 oC, 8 jam dengan struktur monoklinik
6 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-p
setelah proses annealing 750 oC, 8 jam dengan struktur monokllinik
7 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-n
setelah proses annealing 750 oC, 8 jam dengan struktur monoklinik
8 Perhitungan parameter kisi LiTaSiO5 pada silikon tipe-n
setelah proses annealing 800 oC, 8 jam dengan struktur monoklinik
25
29
32
35
38
42
46
50
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan zaman, ilmu pengetahuan dan teknologi
semakin berkembang. Salah satu ilmu untuk mengembangkan dunia teknologi
adalah ilmu fisika diantaranya fisika material. Fisika material mengkaji sifat-sifat
dan struktur material. Sifat suatu material ferroelectric dimanfaatkan untuk
kebutuhan perangkat elektronika. Peranan bahan ferroelectric LiTaO3 sangat
menarik untuk diteliti karena dalam penerapannya dapat digunakan sebagai sel
surya. LiTaO3 merupakan objek yang diteliti secara intensif selama beberapa
tahun terakhir karena memiliki sifat yang unik. LiTaO3 bersifat ferroelectric pada
suhu kamar. Dari beberapa hasil kajian, LiTaO3 merupakan material optik,
optoelectric serta piezoelectric yang penting karena bahan LiTaO3 memiliki
kemampuan untuk merubah fase dari ferroelectric menjadi paraelectric. LiTaO3
memiliki konstanta dielektrik yang tinggi serta kapasitas penyimpan muatan yang
tinggi juga.Selain itu LiTaO3 merupakan kristal non-hygroskopis yang tidak
mudah rusak sifat optiknya, sifat ini yang menjadikan bahan LiTaO3 unggul dari
bahan lainnya.
Film tipis merupakan material yang memberikan harapan baru dalam
pengembangan devais sel surya agar memenuhi persyaratan, diantaranya biaya
rendah dan stabilitas material yang baik. Pembuatan lapisan tipis sudah banyak
dikembangkan dengan menggunakan metode tertentu (Irzaman, 2010).
Pembuatan film tipis LiTaO3 diharapkan bisa menjadi devais sel surya.
Sifat yang diuji dari film tipis tersebut adalah sifat listrik dan optik. Pengujian
sifat listrik dilihat dari kurva hubungan tegangan arus dan konduktivitas listrik.
Sedangkan untuk sifat optic dapat dilihat dari sifat absorpsi.Material yang
digunakan dalam pembuatan lapisan tipis ini adalah LiTaO3. Litium Tantalat
merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, serta kapasitas
penyimpanan muatan yang tinggi (high charge storage capacity). Pembuatan
LiTaO3 menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah, dan
dilakukan dalam waktu yang relatif singkat. Penelitian lapisan tipis LiTaO3 yang
dilakukan adalah untuk melihat sifatnya melalui kurva hubungan tegangan dan
arus atau I-V, sifat konduktivitas listriknya (Amiruddin, 2005). Berikut ini
merupakan persamaan reaksi untuk LiTaO3
2LiO2CH3 + Ta2O5 + 2O2
2LiTaO3 + 3H2O + 2CO2
Litium Tantalat (LiTaO3) dapat dibuat menjadi sebuah semikonduktor dengan
menambahkan bahan pendadah tertentu. Pendadahan ion-ion trivalen pada bahan
ferroelektrik bersifat menyerupai semikonduktor tipe-n. Substitusi ion trivalen
menghasilkan level donor yang dangkal dan menyebabkan elektron dapat
tereksitasi menuju pita konduksi (Indro, 2010).
2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat film tipis LiTaO3 pada substrat
Si tipe-p (100) dan tipe-n (111), mengetahui ketebalan lapisan tipis serta
melakukan uji sifat optik, dan struktur kristal dari film tipis LiTaO3 yang dibuat
pada suhu annealing 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750°C, dan 800 °C selama 8 jam
dengan karakterisasi XRD (X-ray diffraction) dan spektroskopi UV-Vis.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberi informasi pada masyarakat dan
para peneliti tentang struktur kristal, sifat optik, dan adsorbansi film tipis LiTaO3
untuk aplikasi sensor Infra Red yang berbasis Litium Tantalat.
Ruang Lingkup Penelitian
Dalam penelitian yang dilakukan, film tipis LiTaO3 dibuat dengan metode
chemical solution deposition (CSD) dengan variasi suhu annealing (600°C,
650 °C, 700 °C, 750 °C, dan 800 °C) selama 8 jam. Film tipis LiTaO3 yang telah
dibuat kemudian dikarakterisasi sifat optiknya dan struktur kristalnya.
2 TELAAH PUSTAKA
Substrat Silikon (Si)
Silikon adalah suatu unsur kimia yang memiliki lambang Si dan nomor
atom 14. Si merupakan unsur terbanyak kedua di bumi dan unsur dari golongan
IV A dalam sistem periodik unsur-unsur. Sebagian besar unsur bebas Si tidak
ditemukan di alam. Oleh karena itu Si dihasilkan dengan mereduksi kuarsa dan
pasir dengan karbon yang berkualitas tinggi. Silikon untuk penggunaan
semikonduktor dimurnikan lebih lanjut dengan metode pelelehan berzona kristal
czochralski. Kristal Si ini memiliki kilap logam dan mengkristal dengan struktur
intan.
Atom Silikon memiliki 10 elektron yang terikat kuat kepada inti atom, dan
4 elektron valensi, maka ia dikenal dengan istilah atom tetravalen. Dimana
ikatannya kepada inti atom tidak kuat dan mudah lepas dengan sedikit energi
tertentu. Untuk menjadi stabil secara kimiawi, sebuah atom Silikon membutuhkan
delapan elektron di lintasan valensinya. Maka, setiap atom Silikon akan
bergabung dengan atom Silikon lainnya, sedemikian rupa sehingga menghasilkan
delapan elektron di dalam lintasan valensinya. Ketika ini terjadi, maka Silikon
akan membentuk benda padat, yang disebut kristal.
Kristal semikonduktor intrinsic terdiri atas atom silikon seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.1. Tiap atom silikon mempunyai 4 buah elektron
valensi. Atom silikon menempati kisi-kisi dalam kristal. Tiap atom Si terikat
dengan 4 buah atom Si lain membentuk ikatan kovalen. Kristal silikon merupakan
semikonduktor intrinsic, yaitu semikonduktor murni yang belum dicampur atau
dikotori oleh atom lain. Pada suhu 0 oK, kristal silikon bersifat sebagai isolator
karena memiliki pita konduksi yang kosong. Namun, ketika dipanaskan, elektron
mendapat energi. Hal ini mengakibatkan perpindahan elektron dari pita valensi ke
pita konduksi sehingga dapat bersifat sebagai konduktor (Sutrisno, 1986).
Gambar 2.1 Susunan atom pada kristal semikonduktor silikon intrinsic
4
Litium Tantalat (LiTaO3)
Lithium Tantalat atau yang biasa disebut dengan LiTaO3 dapat digunakan
sebagai FRAM karena memiliki kostanta dielektrik yang tinggi dan kapasitas
penyimpanan muatan yang tinggi. Karakterisasi LiTaO3 dapat diaplikasikan
dalam berbagai macam piranti seperti dalam pembuatan multi-layer capasitor
(MLC), selain itu LiTaO3 dipilih karena pembuatannya dapat dilakukan di
laboratorium dengan peralatan sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam
waktu yang relative singkat..
LiTaO3 merupakan campuran hasil reaksi antara Litium asetat
[(LiO2C2H3), 99.9%] dan Tantalum oksida [(Ta2O5), 99.9%]. Berikut ini
persamaan reaksi menghasilkan LiTaO3 :
2 LiO2C2H3 + Ta2O5 + 4O2
2 LiTaO3 + 3 H2O + 4 CO2
LiTaO3 merupakan kristal ferroelectric yang mengalami proses suhu currie tinggi
sebesar (601±5.5) oC. Massa jenis LiTaO3 sebesar 7.45 g/cm3 yang digunakan
untuk menghitung ketebalan film. (Irzaman, 2003)
Litium tantalat (LiTaO3) merupakan suatu bahan yang memiliki keunikan
dari segi sifat pyroelectric dan piezoelectric yang terpadu dengan stabilitas
mekanik dan kimia yang baik. Oleh karena itu LiTaO3 sering digunakan untuk
beberapa aplikasi misalnya modulator electro-optical dan detektor pyroelectric.
LiTaO3 merupakankristal non-hygroskopis, tidak berwarna, larut dalam air,
memiliki tingkat transmisi yang tinggi dan tidak mudah rusak sifat optiknya.
LiTaO3 merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi serta
kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi (Seo, 2004). Pembuatan LiTaO3
menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah dan dilakukan dalam
waktu relatif singkat. LiTaO3 merupakan objek yang diteliti secara intensif selama
beberapa tahun terakhir karena memiliki sifat yang unik. Berdasarkan penelitian,
bahan LiTaO3 merupakan semikonduktor tipe-n karena konsentrasi elektron yang
dimiliki oleh material LiTaO3 tersebut lebih banyak dibandingkan dengan
konsentrasi hole-nya.
Proses Annealing
Proses annealing merupakan suatu proses pemanasan yang diberikan
kepada material dengan menaikkan suhunya dalam rentang waktu yang panjang
sehingga mencapai suhu rekristalisasi kemudian menurunkannya secara perlahan
hingga suhu pada tungku annealing mencapai suhu ruang. Biasanya proses
annealing digunakan untuk mengurangi tekanan, meningkatkan kehalusan butir,
meningkatkan kehomogenan butir, meningkatkan kekerasan dan menciptakan
suatu struktur mikro yang spesifik (Setiawan, 2008). Tahapan dari proses
annealing ini dimulai dengan memanaskan material sampai suhu yang
diinginkan, menahan pada suhu tersebut selama beberapa waktu tertentu agar
5
tercapai perubahan yang diinginkan kemudian mendinginkan material tadi dengan
laju pendinginan yang cukup lambat hingga suhu kamar (Nurul, 2013).
X-ray Diffraction (XRD)
Spektroskopi difraksi sinar-X (X-ray difraction/XRD) merupakan salah
satu metoda karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan
hingga sekarang. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin
dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk
mendapatkan ukuran partikel. Diagram skematik XRD ditunjukkan pada Gambar
2.2
Gambar 2.2 Diagram X-Ray Difraktometer (Callister dan Rethwisch, 2009)
Orde panjang gelombang sinar-X hampir sama dengan jarak antar atom
pada kristal, maka sinar-X dapat didifraksi oleh kristal. Pola difraksi sinar-X
muncul akibat hamburan atom-atom yang terletak pada bidang hkl dalam kristal
dan pola intensitas difraksi mengandung informasi penting mengenai struktur
kristalografi suatu bahan.Metode karakterisasi dengan XRD didasari sifat difraksi
sinar-X yang dijelaskan dalam hukum Bragg. Cahaya pada panjang gelombang
( ) (Cu = 1,50546 Å) dihamburkan saat melewati kisi kristal dengan sudut
datang (θ) dan jarak antar bidang (d). Metode difraksi sinar-X adalah salah satu
cara untuk mempelajari keteraturan atom atau molekul dalam suatu struktur
tertentu. Jika struktur atom atau molekul tertata secara teratur membentuk kisi,
maka radiasi elektromagnetik pada kondisi eksperimen tertentu akan mengalami
penguatan. Pengetahuan tentang kondisi eksperimen itu dapat memberikan
informasi yang sangat penting tentang penataan atom atau molekul dalam suatu
struktur. Sinar-X dapat terbentuk bilamana suatu logam sasaran ditembaki dengan
berkas elektron berenergi tinggi.
6
Gambar 2.3 Difraksi bidang sinar-X (Callister dan Rethwisch, 2009)
Spektrofotometer UV-Vis
Spektrofotometer ultraviolet merupakan alat untuk mengukur transmitansi dan
absorbansi suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Spektrofotometer
terdiri dari spektrometer dan fotometer. Spektrometer berfungsi untuk
menghasilkan sinar dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer berfungsi
sebagai alat pengukur intensitas cahaya yang diabsorbsi. Instrumen UV-Vis terdiri
dari beberapa komponen utama, seperti detektor cahaya, fotodioda, tabung
fotomultiplier, analog-digital konverter, sumber cahaya, dan perangkat
Interface (Zhang, 2009).
Spektrofotometri ultraviolet adalah pengukuran panjang gelombang dan
intensitas sinar ultraviolet yang diabsorbsi oleh sampel. Sinar ultraviolet memiliki
energi yang cukup untuk mempromosikan elektron pada kulit terluar ke tingkat
energi yang lebih tinggi. Spektrum ultraviolet mempunyai pita yang lebar dan
hanya sedikit informasi tentang struktur yang biasa didapatkan dari spektrum ini.
Konsentrasi dari analit di dalam larutan bisa ditentukan dengan mengukur serapan
pada panjang gelombang tertentu dengan menggunakan hukum Lambert-Beer.
Jika konsentrasi bertambah, jumlah molekul yang dilalui berkas sinar akan
bertambah, sehingga serapan juga bertambah. Hukum Lambert-Beer, maka
diperoleh bahwa serapan berbanding lurus dengan konsentrasi dan ketebalan
bahan. A= k . c. B. Nilai tetapan (k) dalam hukum Lambert-Beer tergantung pada
sistem konsentrasi yang digunakan. Bila c dalam gram perliter, tetapan tersebut
disebut dengan absorptivitas (a) dan bila dalam mol perliter tetapan tersebut
adalah absorbtivitas molar.
3 METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Material Elektronik
Biofisika Material Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dan Laboratorium Fisika Material
UGM. Penelitian dilaksanakan dari bulan September 2014 sampai dengan bulan
Maret 2015.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah pisau mata intan,
penggaris, pinset, gelas ukur, beaker glass, Bransonic 2510, pipet volumetrik, hot
plate, neraca analitik, reaktor spin coater, gunting, spatula, stop watch, tabung
reaksi, pipet, selotip, doubletip, tissue, sarung tangan karet, masker serta kawat
atau kabel. Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah bubuk Litium asetat
[LiO2C2H3], bubuk Tantalum oksida [Ta2O5], pelarut 2-metoksietanol [C3H8O2],
substrat Si (100) tipe-p, deionized water, aseton PA [CH3COCH3, 58.06 g/mol],
metanol PA [CH3OH, 32.04 g/mol], asam florida (HF), kaca preparat, pasta perak,
kawat tembaga halus, dan alumunium foil.
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian ini terdiri dari pembuatan film LiTaO3 dengan metode
chemical solution deposition (CSD). Secara singkat langkah-langkah penelitian
dapat ditampilkan pada diagram alir pada Gambar 3.2
Pembuatan Film
Persiapan substrat
Substrat yang digunakan adalah Si tipe-p (100) dan tipe-n (111) . Substrat
dipotong dengan ukuran 1 cm x 1 cm berbentuk persegi menggunakan pisau mata
intan. Substrat dibersihkan dengan proses pencucian yaitu substrat yang telah
dipotong, direndam dalam larutan aseton PA selama 10 menit sambil digetarkan
dengan ultrasonik, kemudian substrat direndam dalam deionized water selama 10
menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, selanjutnya substrat direndam dalam
metanol PA selama 10 menit sambil digetarkan dengan ultrasonik, substrat
diangkat kemudian rendam dalam deionized water, tahap terakhir substrat
direndam dalam deionized water selama 10 menit sambil digetarkan dengan
ultrasonik. Setelah selesai semua tahap pencucian, substrat dikeringkan di
permukaan hot plate pada suhu 100 oC selama 1 jam.
Pembuatan Larutan
Film tipis LiTaO3 yang ditumbuhi diatas substrat silikopn tipe-p dengan
metode CSD dibuat dengan menggunakan Litium asetat [(LiO2C2H3) 99.9%] +
8
bubuk Tantalum oksida [(Ta2O5) 99.9%] setelah bahan-bahan dicapur lalu
dikocok beberapa menit kemudian dilakukan penyaringan agar diperoleh larutan
yang bersifat homogen sebagai pelarut. Seluruh bahan tersebut dicampur
dengan pengaduk ultrasonik dengan model Branson 2210 selama 90 menit.
Penumbuhan film
Penumbuhan film menggunakan metode CSD di permukaan reaktor spin
coater. Metode CSD merupakan pembuatan film dengan cara pendeposisian
larutan bahan kimia di permukaan substrat, kemudian dipreparasi dengan spin
coater pada kecepatan 3000 rpm. Langkah penumbuhan film sebagai berikut :
substrat yang telah dibersihkan, diletakkan di permukaan piringan reaktor spin
coater kemudian 1/3 bagiannya ditutup menggunakan selotip. Bagian 2/3 substrat
ditetesi larutan LiTaO3 sebanyak satu tetes, 3 kali ulangan. Reaktor spin coater
diatur pada kecepatan 3000 rpm selama 30 detik setiap penetesan larutan LiTaO3.
Gambar 3.1 Grafik suhu vs waktu pada proses annealing
Perhitungan ketebalan film LiTaO3
Setelah proses annealing film LiTaO3 dihitung ketebalannya dengan
metode volumetrik. Substrat Si yang telah dicuci kemudian ditimbang sebagai
massa awal (m1). Substrat Si yang telah ditumbuhkan film LiTaO3 di
permukaannya setelah proses annealing kemudian ditimbang sebagai massa akhir
(m2). Luas film LiTaO3 di permukaan silikon diukur menggunakan penggaris besi
30 cm.
Perhitungan ketebalan film dari metode ini menggunakan rumus :
d=
Keterangan : d adalah ketebalan film (cm), m1 adalah massa substrat sebelum
ditumbuhkan film (g), m2 adalah massa substrat setelah annealing dan terdapat
film dipermukaannya (g), A adalah luas permukaan film yang terdeposisi pada
permukaan substrat (cm2) dan
adalah massa jenis film yang terdeposisi pada
permukaan substrat (g/cm3) (Setiawan, 2008).
9
Karakterisasi Film Tipis
Karakterisasi UV-Vis
Metode spektrofotometri UV-Vis ini digunakan untuk memberikan
informasi adanya sistem (gugus atom) dari senyawa organik yang menyebabkan
terjadinya serapan radiasi dalam daerah UV-Vis dan mengukur jumlah ikatan
rangkap atau konjugasi aromatik dalam suatu molekul
Karakterisasi XRD
Karakterisasi XRD merupakan metode untuk mengidentifikasi struktur
kristal film LiTaSiO5. Karakterisasi XRD menggunakan shimadzu XRD-7000
Cu (1.5406 Å). Data hasil karakterisasi XRD digunakan untuk mengidentifikasi
struktur kristal yang terbentuk dan menghitung parameter kisi. Puncak-puncak
yang diperoleh dari data pengukuran kemudian dicocokkan dengan standar
difraksi sinar-X untuk semua jenis material. Sifat-sifat material film LiTaSiO5
dapat ditentukan jika telah diketahui struktur kristalnya.
10
Gambar 3.2 Diagram penelitian
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Sintesa dan Perhitungan Ketebalan Film LiTaO3
Pembuatan film LiTaO3 diawali dengan persiapan substrat Si (100) tipe-p
dan Si (111) tipe-n yang dipotong-potong berbentuk persegi dengan dimensi
1 cm x 1 cm. Kemudian substrat Si dicuci dengan aquabides. Bahan
pembuatan film LiTaO3 adalah litium asetat (LiO2C2H3) ditambah tantalum
oksida (Ta2O5). Komposisi massa masing-masing bahan ditentukan berdasarkan
perhitungan
stoikiometri masing-masing bahan. Bahan-bahan
tersebut
direaksikan
dalam tabung
reaksi
dengan
menambahkan
pelarut
2-metoksietanol sebanyak 2,5 ml. Film LiTaO3 ditumbuhkan pada 2/3
permukaan substrat Si (100) tipe-p dan Si (111) menggunakan metode CSD
dengan teknik spin coating. Reaktor spin coater diatur pada kecepatan 3000
rpm selama 30 detik setiap penetesan larutan LiTaO3.
Film LiTaO3 ditumbuhkan di atas permukaan substrat Silikon tipe-p dan
tipe-n, kemudian dilakukan proses annealing dengan variasi suhu yang digunakan
adalah 600 oC, 650 oC, 700 oC, 750 oC dan 800 oC. Film LiTaO3 setelah proses
annealing dihitung ketebalannya dengan metode volumetrik. Hasil perhitungan
ketebalan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Perhitumgam ketebalan film LiTaO3 diatas substrat silikon
Silikon
Suhu (oC)
m1 (gr)
m2 (gr)
Ketebalan ( m)
600
0.1291
0.1299
1.78971
650
0.1265
0.1271
1.34228
Tipe-n
700
0.1301
0.1304
1.95287
750
0.1251
0.1255
0.76711
800
0.1432
0.1439
1.87919
600
0.1394
0.1401
1.56612
650
0.1296
0.1301
1.11857
Tipe-p
700
0.1253
0.1256
2.37526
750
0.1587
0.1593
1.61074
800
0.1196
0.1204
2.14765
Dari hasil pengukuran ketebalan pada Tabel 1 diperoleh ketebalan yang bervariasi
baik pada silikon tipe-p maupun tipe-n. Hal ini disebabkan oleh beberapa
faktor. Pertama faktor suhu substrat. Proses terjadinya film disebabkan atom
berdifusi di sekitar substrat yang dipengaruhi suhu substrat. Ketika suhu
substrat mencapai suhu optimum, atom yang terbentuk menyebar secara
merata di permukaan substrat sehingga meningkatkan laju penumbuhan film.
Sedangkan ketika suhu substrat melewati suhu optimum, atom yang terbentuk
dapat terlepas dari permukaan substrat (evaporasi) yang mengakibatkan laju
penumbuhan film menurun. Kedua, metode CSD bergantung pada
keterampilan penetesan larutan di permukaan spin coater. Ketebalan film pun
12
akan berbeda. Ketiga, dari hasil penelitian yang dilakukan, ada beberapa
bagian film yang menjadi kering dan lepas dari substrat sehingga mengurangi
ketebalan film. Keempat, pengendapan larutan LiTaO3 karena proses penumbuhan
yang cukup lama sehingga mengakibatkan tingkat kehomogenan pada larutan
LiTaO3 berkurang (Ismangil, 2015).
Analisis Sifat Optik Film Tipis LiTaO3
Absorbansi merupakan sifat optik dari suatu material yang ada kaitannya
dengan interaksi antara material dengan gelombang elektromagnetik seperti
cahaya khususnya cahaya tampak. Spekrum transmisi menunjukkan fungsi
transmisi terhadap panjang gelombang. Spektrum absorbsi menunjukkan fungsi
koefisien absorbsi terhadap energi foton cahaya. Pengukuran sifat optik
menggunakan gelombang elektromagnetik dari ultraviolet (cahaya tampak)
sampai inframerah (Mitayani, 2013).
0,8
0,6
Absorbansi
600o C
650o C
700o C
0,4
750oC
800oC
0,2
0,0
500
600
700
800
900
Panjang gelombang (nm)
Gambar 4.1 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3 pada
substrat silikon (100) tipe-p
Karakterisasi sifat optik dilakukan untuk mempelajari tingkat absorbansi
film LiTaO3 terhadap panjang gelombang cahaya dari 420-980 nm. Gambar 4.1
menunjukkan hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3
setelah proses annealing. Dari Gambar 4.1 tersebut dapat dilihat bahwa pada
panjang gelombang 420 nm nilai absorbansi Film LiTaO3 setelah proses
annealing dengan terjadi serapan tertinggi pada suhu 700 oC sedangkan pada
panjang gelombang 960 nm serapan paling tinggi terjadi pada suhu 800 oC.
13
Secara umum nilai absorbansi untuk semua sampel menurun untuk
panjang gelombang yang lebih besar. Nilai absorbansi (untuk penyerapan
pada panjang gelombang yang sama) akan lebih besar pada sampel yang
lebih tebal. Semakin tebal sampel, terjadi kenaikan nilai absorbansi pada
semua panjang gelombang (Maddu, 2010). Hal ini dikarenakan semakin tebal
sampel berarti semakin banyak lapisan yang terbentuk, sehingga semakin banyak
molekul LiTaO3 yang terlibat dalam proses penyerapan cahaya. Nilai absorbansi
yang tinggi menunjukkan bahwa film LiTaO3 banyak menyerap energi foton dari
cahaya yang mengenainya. Besar dan kecilnya energi foton yang diserap sangat
dipengaruhi oleh laju difusi dari setiap film yang dihasilkan. Adapun yang
mempengaruhi laju dari difusi adalah ukuran dari atom penyusun lapisan tipis dan
adanya cacat kristal pada substrat silikon.
2,0
600o C
650o C
700o C
750o C
800o C
Absorbansi
1,5
1,0
0,5
0,0
500
600
700
800
900
Panjang gelombang (nm)
Gambar 4.2 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang film LiTaO3 pada
substrat silikon (111) tipe-n
Grafik absorbansi pada Gambar 4.2 menunjukan bahwa pada rentang
panjang gelombang cahaya tampak yakni 420 nm terjadi penyerapan energi foton,
serapan yang tertinggi terjadi pada film dengan suhu 700 oC, sedangkang pada
rentang panjang gelombang infra red (IR) yaitu 700 nm -1200 nm (Endro, 2008)
tidak terjadi penyerapan energi foton seperti pada substrat silikon tipe-p.
Dari hasil analisis sifat optik pada Gambar 4.1 terlihat bahwa grafik
hubungan absorbansi dengan panjang gelombang diketahui bahwa substrat silikon
tipe-p dapat diaplikasikan pada sensor infra red (IR) karena selain memiliki
serapan pada panjang gelombang cahaya tampak juga terjadi serapan pada
panjang gelombang 900 nm–980 nm yang merupakan rentang panjang gelombang
infra red (IR).
14
Penentuan Nilai Energi Band Gap Dengan Metode Taouc Plot
Energi gap adalah energi yang diperlukan oleh elektron untuk
memecahkan ikatan kovalen sehingga dapat berpindah dari pita valensi ke pita
konduksi. Pada material semikonduktor, karena celah energinya sempit maka
jika suhu naik, sebagian elektron di pita valensi naik ke pita konduksi dengan
meninggalkan tempat kosong (hole) di pita valensi. Elektron yang telah berada di
pita konduksi maupun hole di pita valensi akan bertindak sebagai pembawa
muatan untuk terjadinya arus listrik. Konduktivitas listrik akan naik jika suhu
dinaikkan.
Interaksi anatar atom pada kristal hanya terjadi pada elektron bagian luar
sehingga tingkat enrgi elektron pada orbit bagian dalam tidak berubah. Pada orbit
bagian luar terdapat elektron yang sangat banyak dengan tingkat- tingkat energi
yang berimpit satu sama lain. Berdasarkan asas Pauli, dalam suatu tingkat energi
tidak boleh terdapat lebih dari satu elektron pada keadaan yang sama, maka
apabila ada elektron yang berada pada keadaan yang sama akan terjadi pergeseran
tingkat energi. Struktur pita energi pada semikonduktur hampir sama dengan
struktur pita energi pada isolator. Akan tetapi celah energi antara pita valensi dan
pita konduksi pada isolator relatif kecil, yaitu sekitar 1.1 eV. Pada suhu rendah,
semikonduktur akan berperilaku seperti isolator, sedangkan pada suhu tinggi
elektron yang berada pada pita valensi akan memperoleh energi kinetik yang
mampu untuk memindahkan elektron ke pita konduksi sehingga pada pita
konduksi terdapat elektron yang dapat bergerak bebas.
Grafik band gap merupakan grafik hubungan antara energi foton dengan
kuadrat koefisien absorbsi. Besarnya band gap film tipis LiTaO3 dapat ditentukan
dengan menarik garis ekstrapolasi linier dari ujung kurva koefisien absrobsi
berpotongan dengan sumbu x. Titik perpotongan tersebut menyatakan lebar band
gap dari film tipis LiTaO3.
Metode Tauc plot yaitu metode penentuan celah optik dengan melihat
grafik linear hubungan E (eV) pada sumbu- x dan (α h υ )2 pada sumbu- y.
Dengan
.
Energi band gap dapat ditunjukan pada Gambar 4.3 pada substrat silikon (100)
tipe- p dan Gambar 4.4 pada substrat silikon (111) tipe-n berturut-turut sebagai
berikut.
15
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 4.3 Energi bandgap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon (100) tipe-p
pada suhu (a) 600 oC (b) 650 oC (c) 700 oC (d) 750 oC (e) 800 oC
16
(a)
(b)
(d)
(c)
(e)
Gambar 4.4 Energi bandgap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon (111) tipe-n
pada suhu (a) 600 oC (b) 650 oC (c) 700 oC (d) 750 oC (e) 800 oC
17
Pada Gambar 4.3 energi gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon
(100) tipe-p diperoleh pada suhu 600 oC, 650 oC, 700 oC, 750 oC, dan 800 oC,
Masing-masing sebesar 2.69 eV, 2.94 eV, 2.93 eV, 2.92 eV dan 2.89 eV. Energi
band gap tertinggi adalah pada suhu 650 oC sebesar 2.94 eV, sedangkan pada
Gambar 4.4 energi band gap film LiTaO3 dan LiTaSiO5 pada substrat silikon
(111) tipe-n diperoleh masing-masing sebesar 2.73 eV, 2.90 eV, 2.93 eV, 3.02 eV
dan 3.06 eV dan energi band gap tertinggi diperoleh pada suhu 800 oC yaitu
3.06 eV.
Band gap atau pita terlarang adalah daerah energi yang memisahkan level
energi konduksi dan valensi dari suatu material semikonduktor. Jika suatu
material semikonduktor intrinsik diberi energi yang lebih besar daripada nilai
band gap ini maka elektron yang terdapat pada level valensi akan mampu
melewati pita terlarang untuk menuju pita konduksi. Pengetahuan tentang nilai
band gap ini sangat perlu didapatkan untuk mengetahui seberapa besar energi
yang diperlukan untuk mengeksitasi elektron dari pita valensi menuju pita
konduksi (Wolfbauer dalam Maddu, 2010).
Analisis Struktur Kristal
Analisis XRD bertujuan menentukan sistem kristal. Metode difraksi sinarX dapat menerangkan parameter kisi, jenis struktur, susunan atom yang berbeda
pada kristal, adanya ketidak sempurnaan pada kristal, orientasi, butir-butir dan
ukuran butir (Smallman, 1991). Namun dalam penelitian ini analisis XRD
digunakan hanya untuk menentukan parameter kisi dan struktur kristal. Jika 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 karena fasenya
berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasenya yang sama. Berkas
sinar-X yang saling menguatkan ini yang akan terbaca pada detektor sebagai
puncak difraksi. Semakin banyak fase yang saling menguatkan maka intensitasnya
akan semakin tinggi.
Pada penelitian ini sampel yang dianalisis XRD yaitu film tipis dengan
variasi suhu yang melebihi dari suhu curie silikon (610 oC) yakni pada variasi
suhu 650 oC dan 750 oC pada silikon (100) tipe-p dan suhu 750 oC dan 800 oC
pada silikon (111) tipe-n. Hal ini bertujuan mengidentifikasi munculnya puncak
LiTaSiO5 akibat film tipis LiTaO3 telah bersenyawa dengan substrat silikon.
Berdasarkan hasil identifikasi XRD LiTaO3 yang dilakukan oleh Gonzalez et al,
2003 yang ditumbuhkan pada silikon (100) dengan suhu 600 oC menunjukan
bahwa belum terjadi difusi dari lapisan tipis LiTaO3 dengan substrat silikon. Hal
ini dapat dilihat pada (Gambar 4.5) puncak yang terbentuk adalah puncak LiTaO3.
18
Gambar 4.5 Pola XRD pada dua film tipis LiTaO3 yang ditumbuhkan pada silikon
(100) dengan suhu annealing 600 oC selama 3 jam (a) preannealing
lambat (b) preannealing cepat
1000
LiTaSiO5(020)
LiTaSiO 5 (0 4 0)
(0 4 0)
Si (1 0 0)
5
LiTaSiO 5 (2 1 2)
LiTaSiO 5 (2 0 2)
LiTaO 3 (1 1 6)
LiTaO 3 (1 2 2)
(0 3 2)
5
LiT aSiO
LiT aSiO
LiTaO 3 (2 0 2)
400
650o C
LiTaO 3 (1 0 4)
LiTaO 3 (1 1 0)
LiTaSiO 5 (1 3 0)
SiO2(421)
600
LiTaO 3(012)
800
Intensitas (a.u)
750o C
200
0
0
20
40
60
80
100
Gambar 4.6 Pola XRD film LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing
pada suhu 650 oC dan 750 oC selama 8 jam
19
Si (100)
400
LiTaSiO5 (300)
Intensitas (a.u)
500
750 oC
800 oC
LiTaSiO5 (040)
LiTaSiO5 (202)
600
LiTaO3 (104)
LiTaSiO5 (130)
SiO2 (421)
LiTaSiO5 (020)
LiTaSiO5 (121)
LiTaSiO5 (212)
700
300
200
100
0
0
20
40
60
80
100
2
Gambar 4.7 Pola XRD film LiTaO3 pada silikon tipe-n setelah proses
annealing pada suhu 750 oC dan 800 oC selama 8 jam
Dari hasil identifikasi struktur kristal yang terbentuk dan menghitung
parameter kisi (dapat dilihat pada Tabel 2, 3, 4, dan 5). Puncak-puncak yang
diperoleh dari data pengukuran kemudian disesuaikan dengan standar JCPDS
LiTaO3 (Astuti, 2012). Puncak yang terbentuk dari struktur kristal berupa puncak
tajam karena memiliki derajat keteraturan yang tinggi, sedangkan pada amorf
puncak-puncak yang dihasilkan sangat landai karena memiliki derajat keteraturan
yang sangat rendah.
Hasil XRD pada silikon tipe-p dengan suhu 750 oC terbentuk 13 puncak
yaitu SiO2 (421), LiTaO3 (012) (104) (110) (202) (116) (122) dan puncak
LiTaSiO5 (020) (212) (130) (032) (040) (202) sedangkan pada tipe-n dengan suhu
800 oC terbentuk 10 puncak yaitu SiO2 (421), LiTaO3 (104) dan puncak LiTaSiO5
(020) (121) (212) (130) (040) (202) (300) dan Si (100). Puncak LiTaSiO5
merupakan puncak dengan intensitas tertinggi hal ini disebabkan karena kualitas
dari kristal itu sendiri sedangkan bentuk tajam pada puncak XRD menunjukan
bahwa struktur kristal dari LiTaSiO5 memiliki derajat keteraturan yang tinggi.
Kristal LiTaO3 telah ditumbuhkan dengan teknik Czochralski (proses
pengkristalan dalam silider yang divakumkan) oleh Tao Yan et al, 2011
diperoleh 12 puncak LiTaO3 dengan struktur rhombohedral dalam space
group R3c (JCPDS file 71-950) (a = 5,15428 Å, c = 13,78350 Å) . Begitu
pun dengan film LiTaO3 setelah proses annealing pada suhu 650 oC dan 750 oC
pada silikon tipe-p dan suhu 750 oC dan 800 oC pada silikon tipe-n selama 8 jam.
20
Pada penelitian ini memiliki struktur kristal heksagonal dalam space group R3c
(161) (JCPDS file 29-0836) (a = 5,1530 Å, c = 13,7550 Å) (Natl, 1977).
Parameter kisi film LiTaO3 dapat dilihat pada Tabel 2 dan 3.
Dari hasil XRD menunjukan bahwa semakin tinggi suhu annealing
semakin banyak terbentuk puncak litium tantalat silikat (LiTaSiO5), hal ini
disebabkan karena adanya proses difusi pada silikon dan atom LiTaO3. Proses
difusi sangat dipengaruhi oleh agitasi termal dan adanya cacat kristal pada silikon.
Puncak LiTaSiO5 memiliki struktur kristal monoclinic dalam space group P21/c
(14) (JCPDS file 45-0644) (a = 7,514 Å, b = 7,929 Å, c = 7,445 Å).
Parameter kisi film LiTaSiO5 dapat dilihat pada Tabel 4 dan 5.
Tabel 2 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur heksagonal pada substrat silikon
(100) tipe-p
Parameter
Suhu annealing
Data
Kisi (Å)
650 (oC)
750 (oC)
JCPDS
a=b
5, 23618
5,05079
5,153
c
14,05111
13,47786
13,755
Tabel 3 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur heksagonal pada substrat silikon
(111) tipe-n
Parameter
Suhu annealing
o
Data
o
Kisi (Å)
750 ( C)
800 ( C)
JCPDS
a=b
5, 118165
5,134494
5,153
c
14,03049
13,73437
13,755
Tabel 4 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur monoklinik pada substrat silikon
(100) tipe-p
Parameter
Suhu annealing
Data
kisi
650 (oC)
750 (oC)
JCPDS
a (Å)
10,2967
8,109265709
7,514
b (Å)
9,42034
8,653728571
7,929
c (Å)
8,18721
8,43875228
7,445
21
Tabel 5 Parameter kisi film LiTaO3 berstruktur monoklinik pada substrat silikon
(111) tipe-n
Parameter
Suhu annealing
Data
kisi
750 (oC)
800 (oC)
JCPDS
a (Å)
7,94032
7,444764
7,514
b (Å)
8,39742
7,713753
7,929
c (Å)
8,17434
7,458241
7,445
5 KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan yang telah dilakukan dapat diambil
kesimpulan bahwa:
1. Ketebalan film tipis litium tantalat (LiTaO3) dihitung dengan metode
volumetrik pada substrat silikon (100) tipe-p adalah 2.37526 µm dan substrat
silikon tipe-n adalah 1.952 µm pada suhu 700 oC.
2. Berdasarkan analisis UV-Vis film tipis litium tantalat (LiTaO3) yang
ditumbuhkan pada substrat silikon (100) tipe-p diketahui bahwa LiTaO3 dapat
diaplikasikan pada sensor infra red (IR) karena selain memiliki serapan pada
cahaya tampak, juga terjadi serapan pada panjang gelombang infra red (IR).
3. Energy bandgap film tipis litium tantalat silikat (LiTaO3) pada substrat
silikon (100) tipe-p 2.94 eV pada suhu 650 oC dan energi bandgap pada
substrat silikon (111) tipe-n 3.06 eV
4. Analisis struktur kristal pada film tipis litium tantalat (LiTaO3) diperoleh
struktur kristal heksagonal dan film tipis litium tantatalat silikat (LiTaSiO5)
pada diperoleh struktur kristal monoklinik.
Saran
Perlu dilakukan pembuatan film tipis LiTaO3 yang dideposisikan pada
substrat silikon (111) tipe-p dan silikon (100) tipe-n
DAFTAR PUSTAKA
Amiruddin S, Usman,Mursal, T.Winata, dan Sukirno 2005. Optimasi
Parameter Tekanan Deposisi pada Penumbuhan Lapisan Tipis Polykristal
Silikon dengan Metode Hot Wire Cell PECVD.Jurnal Matematika dan
Sains 10(1):27-30.
Astuti, Y. 2012. Pembuatan dan Karakterisasi Film Lithium Tantalat (LiTaO3)
Terhadap Variasi Suhu dan Waktu Annealing. IPB. Bogor.
Callister, Rethwisch. 2009. Introduction X-Ray Diffraction. University of Texas.
Gonzalez A H M, Simoes A Z, Zaghete M A dan Varela J A. 2003. Effect of
preannealing on the morphology of LiTaO3 thin films prepared from the
polymeric precursor method. Materials Characterization 50: 233-238.
Endro JS, Sofjan KF. 2008. Rancang Bangun Spektroskopi FTIR (Fourier
Transform Infrared) untuk Penentuan Kualitas Susu Sapi. Jurnal Berkala
Fisika Vol. 11. No.1. UNDIP. Semarang.
Indro M.N., Sastri B, Nady L, Ridwan E, Irzaman, H Syafutra, Siswadi. 2010.
Uji Sifat Litrik Film Tipis LiTaO3 dan LiTaFe2O3. Jurnal Berkala Fisika Vol.
13. No. 2. IPB. Bogor
Irzaman, Maddu A, Syafutra H dan Ismangil A. 2010. Uji konduktivitas listrik
dan dielektrik film tipis lithium tantalate (LiTaO3) yang didadah niobium
pentaoksida (Nb2O5) menggunakan metode chemical solution deposition. Di
dalam : prosiding seminar nasional fisika. hlm 175-183.
Irzaman, Darvina Y, Fuad A, Arifin P, Budiman M dan Barmawi M. 2003.
Physical and pyroelectric properties of tantalum oxide doped lead zirconium
titanate [Pb0.9950(Zr0.525 Ti0.465 Ta0.010)O3] thin films and its applications for IR
sensor. Physica Status Solidi (a) Germany 199 (3): 416-424.
Irzaman, Herianto Syafutra, Endang Rancasa, Abdul Wahidin Nuayi, Tb Gamma
Nur Rahman, Nur Aisyah Nuzulia, Idawati Supu, Sugianto, Farly
Tummimomor, Surianty, Otto Muzikarno, Masrur. 2013. The Effect of Ba/Sr
ratio on Electrical and Optical Properties of Bax Sr(1-x) TiO3(x = 0,25; 0,35;
0,45; 0,55)Thin Film Semiconductor. Ferroelectrics,445 (1),4-17.
Ismangil A. 2015. Penetuan Koefisien Difusi Bahan Semikonduktor Lithium
Tantalat (LiTaO3) diatas Substrat Silikon (100) Tipe-p pada Variasi Suhu.
IPB. Bogor
Ismangil A, Prastaka Jenie R, Irmansyah, Irzaman. 2015. Development of lithium
tantalite (LiTaO3) for automatic switch on LAPAN-IPB satelite infra-red
sensor. Procedia enviromental sciences 24: 329-334.
Maddu A. 2010. Pengaruh Ketebalan terhadap Sifat Optik Lapisan
Semikonduktor Cu2O yang Dideposisikan dengan Metode Chemical Bath
Deposition (CBD). Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi. LIPI Tangerang
Mitayani M. 2013. Struktur dan Sifat Optik Film Tipis csd Doping Zn Yang
Ditumbuhkan dengan DC Magnetron Sputtering. Universitas Negri
Semarang. Semarang.
Natl. Bur. Stand. 1977. (U. S.) Monogr. 25, 14, 20 (JCPDS file 29-0836) 32.
Ivanov S, Zhurov V, Karpov Inst. 1994. Of Physical Chemistry,
Moscow, Russia, ICDD Grant-in-Aid (JCPDS file 45-0644
24
Nurul, Y.H. 2013. Sifat Kristal dan Sifat Listrik Film Litium Tantalat Silikat
(LiTaSiO5) terhadap Variasi Suhu serta Waktu Annealing. IPB. Bogor
Seo, J.Y, Park S.W. 2004. Chemical Mechanical Planarization Characteristic
of Ferroelectric Film for FRAM Applications. International Journal of
Korean Physics society 45: 769-772.
Setiawan A. 2008. Uji sifat listrik dan optik BST yang didadah niobium
(BSNT) ditumbuhkan di atas substrat Si (100) tipe-p dan gelas corning
dengan penerapannya sebagai fotodiode [skripsi]. Bogor: FMIPA, IPB.
Smallman, R., & Bishop, R. (1999). Modern Physics Metallurgy and Materials
Engineering. Oxford: Butterworth-Heinemann.
Sutrisno. 1986. Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung. Institut Teknologi
Bandung.
Tao Yan, Feifei Zheng, Yonggui Yu, Shubin Qin, Hong Liu, Jiyang Wang dan
Dehong Yu. 2011. Formation mechanism of black LiTaO3 single crystal
through chemical reduction. J. Appl. Cryst 44: 158-162.
Zhang, J.Z., 2009, Optical Properties and Spectroscopy of Nanomaterials,
Singapore: World Scientific Publishing Co. Ltd.
LAMPIRAN
Lampiran 1 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing 650 oC , 8 jam dengan
struktur heksagonal
25
26
Mencari parameter kisi heksagonal untuk puncak banyak
Jarak antar bidang, d
ℎ +ℎ +
=
Menurut bragg:
� =
�
�
�=
+
�
sin �
�
�=
Penggabungan persamaan (1) dan (2) menghasilkan
ℎ +ℎ +
=
atau
�
�=
+
� �
�
=
� ℎ +ℎ +
+
�
Untuk memperoleh nilai parameter kisi menggunakan hubungan,
�
�
�=
�−
�
�
ℎ +ℎ +
Sehingga akan diperoleh bentuk
Keterangan:
=
�
,
�=
+
= ℎ +ℎ +
=
,
�
−
ℎ +ℎ +
�
+
=
�
,
=
�
�
,
=
+
,
�
=
�
�
,
27
Perhitungan parameter kisi LiTaO3
Nilai C, B, dan A dapat diperoleh dari 3 persamaan :
Ʃα sin2θ = C Ʃα2 + B Ʃαγ + A Ʃαδ
Ʃγ sin2θ = C Ʃαγ + B Ʃγ2 + A Ʃγδ
Ʃδ sin2θ = C Ʃαδ + B Ʃγδ + A Ʃδ2
Berdasarkan table 1. nilai parameter kisi LiTaO3 pada substrat silikon tipe-p
setelah proses annealing 650oC, 8 jam, diperoleh bentuk berikut:
5,4259
44,0819
8,9404
=
=
=
+
+
+
134
C
464
C
164,2105 C
+
+
+
464
B
9776
B
1307,9389 B
164,2105 A
1307,9389 A
270,2563 A
Menjadi bentuk matriks A x = B
134
464
164,2105
464
9776
1307,9389
164,2105 1307,939 270,2563
X
A
B
C
=
5,4259
44,0819
8,9404
Mencari determinan matriks A
A
=
134
464
164,2105
464
9776
1307,9389
164,2105 1307,939 270,2563
=
2314602,037
=
66788,73908
Mencari determinan matriks A1
A1
=
5,4259
464
164,2105
44,0819
9776
1307,9389
8,9404 1307,939 270,2563
Mencari determinan matriks A2
A2
=
134
464
164,2105
5,4259 164,2105
44,0819 1307,9389
8,9404 270,2563
Nilai C diperoleh dari:
=
| |
= ,
| |
=
6956
28
Nilai B diperoleh dari:
=
Nilai parameter kisi a
Nilai parameter kisi c
=
=
| |
= ,
| |
�
√ .√
�
√ . √
= ,
=
Å
,
Å
Lampiran 2 Perhitungan parameter kisi LiTaO3 pada silikon tipe-p setelah proses annealing 750 oC , 8 jam dengan
strukrur heksagonal
29
30
Mencari parameter kisi heksagonal untuk puncak banyak
Jarak antar bidang, d
ℎ +ℎ +
=
Menurut bragg:
� =
�
�
�=
+
�
sin �
�
�=
Penggabungan persamaan (1) dan (2) menghasilkan
ℎ +ℎ +
=
atau
�
�=
+
� �
�
=
� ℎ +ℎ +
+
�
Untuk memperoleh nilai parameter kisi menggunakan hubungan,
�
�
�=
�−
�
�
ℎ +ℎ +
Sehingga akan diperoleh bentuk
Keterangan:
=
�
,
�=
+
= ℎ +ℎ +
=
,
�
−
ℎ +ℎ +
�
+
=
�
,
=
�
�
,
=
+
,
�
Perhitungan parameter kisi LiTaO3
Nilai C, B, dan A dapat diperoleh dari 3 persa