Bahan Ferroelektrik Lithium Niobate LiNbO

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Film merupakan material yang memberikan harapan baru dalam pengembangan device sel surya agar memenuhi persyaratan, antara lain biaya rendah dan stabilitas material yang baik. Perangkat dan bahan film juga dapat meminimalkan bahan beracun karena kuantitas penggunaannya pada permukaan dan lapisan film terbatas [1]. Bahan ferroelektrik yang digunakan pada pembuatan film adalah LiNbO 3 . lithium niobate LiNbO 3 merupakan bahan ferroelektrik penting karena sifat sifat piezoelektrik, electrooptical, pyroelectrical dan photorefractive yang sangat baik [2]. Pembuatan film LiNbO 3 menggunakan peralatan yang cukup sederhana, biaya murah, dan dilakukan dalam waktu yang relatif singkat. Terdapat berbagai macam metode yang digunakan dalam pembuatan film tipis, antara lain berupa teknik deposisi film seperti sputtering, pulsed laser deposition PLD, chemical solution deposition CSD dan chemical vapor deposition CVD [3]. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode CSD chemical solution deposition, karena metode CSD memiliki kontrol stoikiometri yang baik, mudah dibuat, dan sintesisnya dapat terjadi pada suhu rendah. Penelitian film LiNbO 3 yang dilakukan adalah untuk melihat sifatnya melalui kurva hubungan tegangan dan arus I V dan sifat konduktivitas listriknya. Substrat yang digunakan untuk melihat hubungan I V dan konduktivitas listriknya adalah silikon tipe p pada suhu annealing 900 C dan lama waktu annealing 1 jam, 8 jam, 15 jam dan 22 jam.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan umum penelitian ini adalah menumbuhkan film LiNbO 3 pada substrat silikon tipe p dan menguji sifat listrik, sifat optik dan karakterisasi struktur film LiNbO 3 . Tujuan khusus penelitian adalah: 1 Melakukan pembuatan film LiNbO 3 murni 2 Melakukan karakterisasi arus tegangan I V pada setiap film. 3 Menguji sifat ferroelektrik film. 4 Menentukan konstanta dielektrik film dan waktu responnya. 5 Menentukan karakterisasi konduktivitas film. 6 Menentukan karakterisasi reflektansi dan absorbansi film. 7 Menentukan karakterisasi XRD pada film. 8 Mempelajari pengaruh molaritas pada proses karakterisasi film LiNbO 3 . Tujuan akhir penelitian ini adalah mengetahui dan mempelajari karakterisasi film LiNbO 3 dengan menguji sifat listrik, sifat optik dan struktur film LiNbO 3 .

1.3 Perumusan Masalah

1. Bagaimana hasil perbedaan karakterisasi sifat listrik, sifat optik dan sifat struktur film lithium niobate LiNbO 3 yang dibuat dengan perbedaan waktu annealing 1 jam, 8 jam, 15 jam dan 22 jam serta perbedaan molaritas 0,5 M, 1 M, dan 2 M pada suhu tetap 900 o C?. 2. Apa ketebalan film mempengaruhi konstanta dielektrik film dan konduktivitas film?.

1.4 Hipotesis

Perbedaan waktu annealing film LiNbO 3 dan perbedaan molaritas mengakibatkan sifat struktur kristalnya berubah. Semakin lama film LiNbO 3 dilakukan annealing pada suhu 900 o C maka film LiNbO 3 akan mempunyai sifat listrik, sifat optik dan sifat struktur yang lebih baik dari film LiNbO 3 yang lebih singkat waktu annealingnya. Molaritas film LiNbO 3 sebesar 2 M akan mempunyai sifat listrik, sifat optik dan sifat struktur yang lebih baik dari film LiNbO 3 yang lebih kecil molaritasnya. Konstanta dielektik dan konduktivitas listrik film LiNbO 3 meningkat jika waktu annealing lebih lama dan molaritas yang semakin besar. Konstanta dielektrik dan konduktivitas listrik film LiNbO 3 yang paling baik pada waktu annealing 22 jam dan molaritas yang paling baik pada molaritas 1 M.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bahan Ferroelektrik

Ferroelektrik, terutama pada oksida kompleks dengan struktur perovskit, adalah bahan yang multifungsional. Sensitivitas 2 dari sifat fisik permitivitas, indeks bias, permeabilitas magnetik dari bahan bahan terhadap suhu, medan listrik, medan magnet dan tekanan, khususnya yang mendekati pada suhu fase transisi, membuatnya menarik untuk diaplikasikan pada perangkat elektronik dan optik contohnya telepon mobile dan modulator optik [4]. Bahan ferroelektrik pada fase polar memiliki polarisasi spontan yang stabil yang dapat diaktifkan oleh medan listrik [5]. Polarisasi yang terjadi merupakan hasil dari penerapan medan yang mengakibatkan adanya ketidaksimetrisan struktur kristal pada suatu material ferroelektrik. Polarisasi ini dapat dihilangkan dengan memberikan medan eksternal yang arahnya berlawanan. Sifat listrik yang ditunjukkan berupa sifat mikroskopiknya. Muatan positif dan negatif pada material ini tidak selalu terdistribusi secara simetris. Momen dipol per satuan volume disebut sebagai polarisasi dielektrik.

2.2 Lithium Niobate LiNbO

3 Film LiNbO 3 telah banyak menarik perhatian karena dapat dimanfaatkan untuk potensi listrik, aplikasi optik dan akustik. LiNbO 3 merupakan bahan ferroelektrik penting karena mempunyai sifat sifat piezoelektrik, electrooptical, pyroelectrical dan photorefractive [2]. LiNbO 3 dibuat berdasarkan reaksi antara lithium asetat dan niobium oksida. Berikut ini merupakan persamaan reaksi LiNbO 3 . 2LiC 2 H 3 O 2 + Nb 2 O 5 + 4O 2 2LiNbO 3 + 3H 2 O + 4CO 2 Struktur LiNbO 3 pada suhu kamar berbentuk mendekati rhombohedral trigonal dengan group ruang R3c dengan group point 3m. Di permukaan suhu fase transisi, kristal berubah bentuk menjadi centrosymetric dengan group ruang R3m. Lithium niobate LiNbO 3 adalah senyawa niobium, lithium dan oksigen. Lithium niobate adalah material yang tidak larut dalam air yang berbentuk padatan. Lithium niobate memiliki sistem kristal trigonal, yang tidak memiliki simetri inversi dan ferroelectricity menampilkan, efek Pockels efek yang merupakan dasar dari operasi sel Pockels, sel Pockels mungkin digunakan untuk memutar polarisasi dari sinar yang lewat, efek piezoelektrik, fotoelastisitas dan polarisabilitas optik nonlinier. Hal ini transparan untuk panjang gelombang antara 350 dan 520 nanometer. Lithium niobate LiNbO 3 dapat diolah oleh magnesium oksida, yang meningkatkan ketahanan terhadap kerusakan optik juga dikenal sebagai kerusakan photorefractive ketika diolah di atas ambang rusak optik. Dopan tersedia lainnya adalah Fe, Zn, Hf, Cu, Gd, Er, Y, Mn dan B. Lithium niobate digunakan secara luas di pasar telekomunikasi, misalnya dalam telepon mobile dan modulator optik. Ini adalah bahan pilihan untuk pembuatan perangkat akustik gelombang permukaan.

2.3 Sifat Listrik Dielektrik