11
2 Theta
20 40
60 80
100 Sampel A
Sampel B Sampel C
Sampel D
Gambar 4.1 Pola difraksi sinar-X film Ba
0,5
Sr
0,5
TiO
3
Tabel 4.1 Taksiran sudut difraksi dan indeks miller film Ba
0,5
Sr
0,5
TiO
3
Sudut difraksi 2 θ
Indeks miller h k l
Film A Film B
Film C Film D
33,74 31,61
30,90 -
1 1 0 38,12
38,33 37,98
37,97 1 1 1
44,30 44,55
44,15 44,13
2 0 0 64,33
64,97 64,50
64,52 2 2 0
77,80 78,15
77,74 77,65
3 1 1 Tabel 4.2 Parameter kisi film Ba
0,5
Sr
0,5
TiO
3
berstruktur tetragonal
Waktu annealing jam Parameter kisi Å
a=b c
8 4,214
4,203 15
4,052 4,065
22 4,017
4,008 29
4,018 4,027
Tabel 4.2 memperlihatkan parameter kisi a, b, dan c film yang nilainya cenderung
menurun seiring lamanya waktu annealing. Semakain lama proses annealing akan
mengakibatkan ukuran butir kristal film membesar seperti yang pernah dilakukan oleh
peneliti lain [23]. Membesarnya ukuran butir mempengaruhi jarak atom-atom dalam kristal
yang semakin berdekatan sehingga akan mengakibatkan parameter kisi menurun.
4.2 Sifat Optik Film
Alat yang
digunakan dalam
karakterisasi ini yaitu spektrofotometer. Dalam spektrofotometer fenomena yang
terjadi merupakan interaksi sampel dengan panjang gelombang yang dibangkitkan dari
sumber. Panjang gelombang yang digunakan yaitu panjang gelombang cahaya tampak.
Karakterisasi ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar tingkat absorbansi dan
reflektansi dari film yang dibuat pada panjang gelombang cahaya tampak.
Setelah dilakukan
karakterisasi diperoleh kurva hubungan absorbansi dengan
panjang gelombang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Dari kurva tersebut terlihat
sampel C menyerap cahaya tampak paling banyak daripada sampel A, B, dan D.
[111]
[110] [110]
[110] [200]
Si 100
[200] [311]
1
1
2 3
4
3 4
2
12
Sampel A menyerap cahaya paling banyak dari panjang gelombang 570-600 nm
yaitu warna kuning dan paling rendah pada panjang gelombang 450-500 nm yaitu warna
biru. Sampel B menyerap cahaya paling banyak pada panjang gelombang 450-500 nm
dan 570-600 nm sedangkan paling rendah pada panjang gelombang 500-550 nm yaitu
warna hijau dan 620-750 nm yaitu warna merah. Sampel C paling banyak menyerap
panjang gelombang warna biru dan merah sedangkan paling rendah pada panjang
gelombang warna hijau. Sedangkan sampel D, kurva absorbansi yang diperoleh hampir
membentuk garis lurus horizontal, artinya tingkat absorbansinya hampir sama untuk
setiap panjang gelombang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.
Selain pengukuran absorbansi juga dilakukan
pengukuran terhadap
besar reflektansi film. Kurva reflektansi yang
dihasilkan merupakan
kebalikan dari
absorbansi. Dari kurva tersebut dapat dilihat bahwa sampel A paling banyak mereflektansi
cahaya daripada sampel B, sampel C, dan sampel D karena tingkat absoransinya paling
rendah. Perbedaan absorbansi ini mungkin disebabkan oleh posisi atom pada kristal film
dari setiap sampel berbeda-beda.
Nilai serapan film ini jika dikaitkan dengan pengukuran I-V diperoleh hubungan
semakin tinggi nilai absorbansi dari film akan dihasilkan arus yang semakin besar. Dari
kurva I-V sampel A, sumber cahaya warna kuning menghasilkan arus lebih besar
daripada sumber cahaya warna hijau dan merah karena warna kuning paling banyak
diserap. Sedangkan absorbansi sampel B, sampel C, dan sampel D yang hampir merata
untuk
setiap panjang
gelombang menyebabkan kurva I-V yang dihasilkan
hampir sama. Tabel 4.4 menunjukkan nilai indeks
bias dan energy gap film. Indeks bias dapat dicari dengan menggunakan persamaan 2.2,
sedangkan energy gap diperoleh dengan memplotkan kurva
αhν
2
dan Energi, dengan E =
, keterangan:
α adalah koefisien absorbansi, h adalah konstanta planck 4,136 x
10
-15
eV.s, ν adalah frekuensi, c adalah
kecepatan cahaya 2,998 x 10
8
ms, dan λ
adalah panjang gelombang dalam satuan meter. Pada Gambar 4.6 dapat dilihat
pengaruh lama annealing film terhadap sifat optiknya. Film dengan waktu annealing
8 jam memiliki persen reflektansi dan indeks bias paling besar, sedangkan film dengan
waktu annealing 22 jam memiliki persen reflektansi dan indeks bias paling kecil,
artinya semakin lama proses annealing dilakukan cenderung memiliki indeks bias
yang semakin kecil dan energy gap film cenderung meningkat.
Panjang gelombang cahaya tampak ditabelkan dalam Tabel 4.3 [30].
Tabel 4.3 Spektrum panjang gelombang cahaya tampak
Spektrum Panjang gelombang
nm
Ungu 380 - 450
Biru 450 - 495
Hijau 495 - 570
Kuning 570 - 590
Jingga 590 - 620
Merah 620 - 750
Panjang gelombang nm
400 500
600 700
800 900
A bso
rb an
si a
.u
1 2
3 4
5
Gambar 4.2 Hubungan absorbansi dan panjang gelombang
Panjang gelombang nm 400
500 600
700 800
900
R ef
le kt
an si
2 4
6 8
10 12
Sampel A Sampel B
Sampel C Sampel D
Gambar 4.3 Hubungan reflektansi dan panjang gelombang
1 3
2 4
1 2
3 4
1 1
2 2
3 4
3 4
13
Tabel 4.4 Indeks bias dan energy gap film Ba
0,5
Sr
0,5
TiO
3
Sampel film Indeks bias
Band gap Eg eV
A 1,93
2,54 B
1,64 3,12
C 1,31
2,97 D
1,60 3,19
Energi eV
1,6 1,8
2,0 2,2
2,4 2,6
2,8 3,0
5e+11 1e+12
1e+12 2e+12
3e+12 3e+12
Gambar 4.4 Cara menentukan energy gap
sampel A
Energi eV
1,6 1,8
2,0 2,2
2,4 2,6
2,8 3,0
3,2 3,4
0,0 5,0e+12
1,0e+13 1,5e+13
2,0e+13 2,5e+13
3,0e+13 3,5e+13
Gambar 4.5 Cara menentukan energy gap
sampel B
Energi eV
1,6 1,8
2,0 2,2
2,4 2,6
2,8 3,0
3,2 1e+12
2e+12 3e+12
4e+12 5e+12
6e+12
Gambar 4.6 Cara menentukan energy gap
sampel C
Energi eV
1,6 1,8
2,0 2,2
2,4 2,6
2,8 3,0
3,2 3,4
5e+11 1e+12
1e+12 2e+12
3e+12 3e+12
Gambar 4.7 Cara menentukan energy gap
sampel D
4.3 Konstanta Dielektrik