Doping, Characterizations, and Aplication Thin Film Ba0,5Sr0,5TiO3 As Sugar Concentration Measurement.

PENDADAHAN, KARAKTERISASI, DAN APLIKASI FILM
TIPIS Ba0,5Sr0,5TiO3 SEBAGAI PENGUKUR KONSENTRASI
GULA

M DAHRUL

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

PENDADAHAN, KARAKTERISASI, DAN APLIKASI FILM
TIPIS Ba0,5Sr0,5TiO3 SEBAGAI PENGUKUR KONSENTRASI
GULA

M DAHRUL

Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada

Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011

ABSTRACT
M DAHRUL. Doping, Characterizations, and Aplication Thin Film Ba0,5Sr0,5TiO3 As Sugar
Concentration Measurement. Under Direction of IRZAMAN, and ARDIAN ARIF SETIAWAN
Pure Ba0,5Sr0,5TiO3 (BST) thin film, BST doped by niobium (BNST) and BST doped by
iron (BFST) have been synthesized on p-type Si (100) substrates using Chemical Solution
Deposition (CSD) methods followed by spin coating and annealing techniques. Current-voltage
characterizations on these sample result in agreement that all of the BST, BNST, and BFST thin
films have photodiode properties. Electrical conductivity values of BST, BNST, and BFST are in
the range of conductivity values of semiconductor materials. Niobium or iron doping on the BST
samples increase their conductivity value their dielectric constant. This conductivity values may
change when a light is exposed on the film surface. Absorbance and reflectance characterizations
show that the BST, BNST, and BFST thin films absorb certain range of visible and infrared light.

It is convincing that the BST, BNST, and BFST thin films might be used as photodiode light
sensor.
Key Words: thin film, spin coating, electrical conductivity, sugar concentration

Judul Skripisi : Pendadahan, Karakterisasi, dan Aplikasi Film Tipis Ba0,5Sr0,5TiO3
sebagai Pengukur Konsentrasi Gula
Nama
: M Dahrul
NIM
: G74051187

Menyetujui:

Pembimbing I

Pembimbing II

(Dr. Ir. Irzaman, M.Si)
NIP: 19630708 199512 1001

(Ardian Arif Setiawan, M.Si)
NIP: 19720311 200604 1011

Mengetahui:
Ketua Departemen

(Dr. Ir. Irzaman, M.Si)
NIP: 19630708 199512 1001

Tanggal Lulus :.........................

PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT karena atas segala rahmat dan
karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian ini
ialah pengembangan sensor Film Tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 dengan menitikberatkan pada aspek pendadahan
serta karakterisasi sensor. Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan September 2009 sampai bulan
September 2010 di Laboratorium Fisika Material, Departemen Fisika, Fakultas MIPA, Institut
Pertanian Bogor serta Laboratorium MOVCD, Departemen Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi
Bandung. Penelitian ini didanai oleh Program Penelitian Ilmu Pengetahuan Terapan/Penelitian
Strategis

Nasional

2010,

DIPA

IPB,

Republik

Indonesia

dengan

nomor

kontrak

2/I3.24.4/SPK/PSN/2010.

Penulis ucapkan terima kasih kepada kedua orang tua, saudara-saudara penulis yang selalu
memberikan doa dan semangat kepada penulis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak
Dr. Ir. Irzaman, M.Si dan Bapak Ardian Arif Setiawan, M.Si sebagai pembimbing skripsi. Rasa terima
kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak Heriyanto Syafutra, M.Si serta Saudara Lima Nady, S.Si
yang telah membantu teknis penelitian ini. Rasa terima kasih tak lupa kepada teman-teman Chapter
IPB dan rekan-rekan fisika yang telah banyak banyak membantu penulis selama ini.
Semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat untuk umat. Kritik dan saran yang
membangun sangat diharapkan untuk kemajuan penelitian sensor film tipis.

Bogor, September 2010

Penulis

i

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Watampone, Sulawesi Selatan pada tanggal 6 Januari 1987 dari
pasangan

Abd. Azis Ibrahim dan Ira Saturi. Penulis merupakan anak kedua dari empat

bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studi di SDN 199 Arasoe selama enam tahun kemudian
melanjutkan ke SLTPN 1 Cina selama tiga tahun dan melanjutkan studi selama tiga tahun di
SMAN 2 Watampone. Penulis kemudian melanjutkan jenjang pendidikan tinggi di Departemen
Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor melalui jalur
Undangan Seleksi Masuk IPB.
Selama pendidikan tinggi penulis pernah menjadi Asisten Praktikum Fisika Dasar tahun
2008/2009, pemakalah dalam Seminar dan Workshop Nasional Fisika oleh Himpunan Fisiska
Indonesia (HFI) tahun 2010, pemakalah dalam Seminar Asian Physics Symposium hasil kerjasama
ITB dan American Institute of Physics (AIP) tahun 2010. Penulis juga pernah menjadi pemenang
kedua Lomba Karya Ilmiah Bidang Lingkungan yang diadakan oleh IPB 2005/2006, mewakili
Indonesia (utusan IPB) dalam Leadership International Training of Belia MABIMS yang diadakan
oleh Asosiasi Departemen Agama ASEAN 2008, utusan IPB dalam Musyawarah Nasional
BKLDK 2009. Penulis pernah menjabat sebagai Ketua Rohis Kelas TPB 2005/2006, Kepala
Humas BKIM IPB 2007/2008, Ketua Harian Wilayah Dramaga BKIM IPB 2008/2009, Tim BPPS
BKIM IPB 2009/2010. Di luar kampus penulis pernah menjadi Ketua Tim Pembina Rohis SMK
Adi Sanggoro 2007/2008, Pembina Rohis SMPN 1 Dramaga 2006-2009, dan Pembina Rohis SMP
Sejahtera 2007. Saat ini penulis bekerja sebagai pengajar di Bimbingan Belajar Bintang Pelajar
(BP) dan penulis tetap di media www.dakwahkampus.com.

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL.................................................................................................. iv
DAFTAR GAMBAR.............................................................................................

v

DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................................... vi
PENDAHULUAN.................................................................................................
Latar Belakang..................................................................................................
Tujuan Penelitian .............................................................................................

1
1
1

TINJAUAN PUSTKA...........................................................................................
Material Ferroelektrik ......................................................................................
Barium Strontium Titanat.................................................................................
Bahan Pendadah................................................................................................
Niobium Penta Oksida......................................................................................

Besi Oksida ......................................................................................................
Fotodioda..........................................................................................................
Fotokonduktivitas..............................................................................................
Kapasitansi dan Dielektrik Bahan....................................................................
Sifat Optik.........................................................................................................
Metode Chemical Solution Deposition (CSD)..................................................
Microcontroller ATMega8535.........................................................................
Penguat Operasional (Operational Amplifier)..................................................
Penguat Pembalik (Inverting Amplifier).......................................................
Penguat Tak Membalik (Non-inverting Amplifier).......................................
Penguat Differensial (Differential Amplifier)...............................................
Penguat Penjumlahan....................................................................................
Integrator......................................................................................................
Diferensiator.................................................................................................
Analog to Digital Converter (ADC)..................................................................

1
1
2
3

3
3
4
5
6
6
7
7
8
8
9
9
9
9
9
10

METODOLOGI PENELITIAN.............................................................................
Tempat dan Waktu Penelitian............................................................................
Bahan dan Alat...................................................................................................

Prosedur Penelitian............................................................................................
Pembuatan Film Tipis...................................................................................
Pencucian Substrat Si Tipe-p....................................................................
Pembuatan Larutan BST, BNST, dan BFST............................................
Proses Penumbuhan Film Tipis.................................................................
Proses annealing.......................................................................................
Pembuatan Kontak Pada Film Tipis..........................................................
Karakterisasi Film Tipis.................................................................................
Karakterisasi Kurva Arus Tegangan (I-V) Film Tipis..............................

10
10
10
10
10
10
10
11
11
11

11
12

Karakterisasi Sifat Optik Film Tipis.........................................................
Karakterisasi Fotokonduktivitas Film Tipis..............................................
Karakterisasi Konstanta Dielektrik Film Tipis.........................................
Perakitan Pengukur Konsentrasi Gula...........................................................
Pemilihan Sensor........................................................................................
Karakterisasi Spektrum Serapan Larutan Gula..........................................
Pengkondisian Sinyal.................................................................................
Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal..................................................
Pengintegrasian Sensor BST ke Microcontroller ATMega8535...............
Pengujian Alat................................................................................................

12
12
12
12
13
13
13
13
13
13

HASIL DAN PEMBAHASAN..............................................................................
Karakterisasi Film Tipis.................................................................................
Karakterisasi Arus-Tegangan Film Tipis...................................................
Karakterisasi Sifat Optik Film Tipis..........................................................
Karakterisasi Fotokonduktivitas Film Tipis...............................................
Karakterisasi Konstanta Dielektrik Film Tipis..........................................
Perakitan Pengukur Konsentrasi Gula...........................................................
Pemilihan Sensor........................................................................................
Karakterisasi Spektrum Serapan Larutan Gula..........................................
Pengkondisian Sinyal.................................................................................
Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal..................................................
Pengintegrasian Sensor BST dengan Microcontroller ATMega8535.......
Pengujian Alat................................................................................................

14
14
14
15
16
17
17
17
17
18
18
19

KESIMPULAN...................................................................................................... 20
SARAN..................................................................................................................

20

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

21

LAMPIRAN........................................................................................................... 23

DAFTAR TABEL
2.1 Jari-jari Ion Pendadah Soft Dopant.................................................

3

2.2 Jari-jari Ion Pendadah Hard Dopant...............................................

3

4.1 Kapasitansi dan Konstanta Dielektrik Film Tipis...........................

17

4.2 Nilai Faktor Penguat Pengkondisi Sinyal.......................................

18

4.3 Ketepatan Nilai Sebenarnya dan Nilai Alat Ukur.........................

20

DAFTAR GAMBAR
2.1

Kurva Histeresis.............................................................................. 2

2.2

Struktur BaxSr1-xTiO3...................................................................... 2

2.3

Penampang Melintang Fotodioda...................................................

4

2.4

Fotodioda Persambungan p-n.........................................................

4

2.5

Pembagian Material Berdasarkan Konduktivitas Listrik................

5

2.6

Kapasitor Keping Sejajar................................................................

7

2.7

Konfigurasi Pin ATMega8535........................................................ 8

2.8

Penguat Pembalik............................................................................ 9

2.9

Penguat Tak Membalik...................................................................

9

2.10

Penguat Differential Amplifier........................................................

9

2.11

Rangkaian Penjumlahan.................................................................. 9

2.12

Rangkaian Integrator......................................................................

9

2.13

Rangkaian Diferensiator.................................................................

10

3.1

Proses Penumbuhan Film Tipis......................................................

11

3.2

Proses Annealing............................................................................. 11

3.3

Film Tipis pada Substrat Silikon dengan Tambahan Kontak.........

11

3.4

Rangkaian Penentu Konstanta Dielektrik Film Tipis....................

12

4.1

Hubungan Arus (I) dan Tegangan (V) Film Tipis BST..................

14

4.2

Hubungan Arus (I) dan Tegangan (V) Film Tipis BNST...............

14

4.3

Hubungan Arus (I) dan Tegangan (V) Film Tipis BFST................ 14

4.4

Hubungan Absorbansi dan Panjang Gelombang Film Tipis........... 15

4.5

Hubungan Reflektansi dan Panjang Gelombang Film Tipis........... 15

4.6

Hubungan Konduktivitas Listrik dan Intensitas Cahaya BST........

16

4.7

Hubungan Konduktivitas Listrik dan Intensitas Cahaya BNST.....

16

4.8

Hubungan Konduktivitas Listrik dan Intensitas Cahaya BFST......

16

4.9

Perbandingan Nilai Konduktivitas..................................................

16

4.10

Sinyal BST Pada Osiloskop ...........................................................

17

4.11

Sinyal BNST Pada Osiloskop.........................................................

17

4.12

Sinyal BFST Pada Osiloskop.......................................................... 17

4.13

Hubungan Konsentrasi Gula terhadap Tegangan Keluaran.......... 18

4.14

Hubungan Perubahan Konsentrasi dengan Persamaan Hasil
Fitting.............................................................................................. 18

4.15

Hubungan Absorbansi Gula dan Panjang Gelombang.................... 19

4.16

Rangkaian Pengkondisi Sinyal.......................................................

4.17

Hubungan Nilai Alat Ukur dan Nilai Real Konsentrasi Gula
Sebenarnya.............................................................................

19
20

DAFTAR LAMPIRAN

1

Blok Diagram ATMega8535........................................................................

24

2

Bahan dan Alat Pembuatan Film Tipis.........................................................

25

3

Alat Karakterisasi Film Tipis........................................................................ 25

4

Diagram Alir Penumbuhan Film Tipis.........................................................

26

5

Diagram Alir Perakitan Pengukur Konsentrasi Gula..................................

27

6

Data Pengukuran Arus-Tegangan BST......................................................... 28

7

Data Pengukuran Arus-Tegangan BNST...................................................... 29

8

Data Pengukuran Arus-Tegangan BFST......................................................

30

9

Data Konduktivitas Listrik BST...................................................................

31

10

Data Konduktivitas Listrik BNST................................................................

32

11

Data Konduktivitas Listrik BFST.................................................................

32

12

Contoh Perhitungan Konduktivitas Listrik...................................................

32

13

Data Konstanta Dielektrik Film Tipis .......................................................... 32

14

Tabel Massa Film Tipis................................................................................

33

15

Contoh Perhitungan Konstanta Dielektrik Film Tipis..................................

33

16

Tabel Perubahan Konsentrasi Gula Terhadap Perubahan Tegangan............ 34

17

Source Code Kalibrasi Alat..........................................................................

18

Sistem Alat Keseluruhan............................................................................... 36

34

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kajian material ferroelektrik merupakan
studi yang banyak dilakukan oleh para ahli
material lapisan tipis. Hal ini berkaitan dengan
berbagai sifat khas yang dimiliki material
ferroelektrik sehingga dapat dikembangkan
sebagai alat generasi baru khususnya piranti
mikro-elektronik. Sifat histeresis dan konstanta
dielektrik yang tinggi dapat diterapkan pada
sel memori dynamic random access memory
(DRAM) dengan kapasitas penyimpanan
melampaui 1 Gbit. Selain itu, sifat
piezoelektrik
dapat
digunakan
sebagai
microactuator dan sensor, sifat piroelektrik
dapat diterapkan pada infrared sensor, sifat
polaryzability dapat diterapkan sebagai non
volatile ferroelektrik random access memory
(NVRAM), serta sifat electro-optic dapat
digunakan dalam switch thermal infrared [1].
Salah satu material ferroelektrik yang
banyak
dikembangkan
adalah
barium
stronsium titanat (BST). BST merupakan
material turunan dari barium titanat. BST
banyak diteliti untuk kapasitor penyimpan
DRAM, microwave and millimeter wave
frequency devices, penggeser fasa yang dapat
diatur (tunable phase shifters). Pada masalah
lingkungan BST juga diteliti untuk digunakan
sebagai sensor gas [2].
Dalam penelitian ini film tipis dibuat
dengan metode chemical solution deposition
(CSD) dan spin coating di permukaan substrat
Silikon (Si) tipe-p. Film tipis yang telah
dihasilkan kemudian dikarakterisasi sifat listrik
(arus tegangan
(I-V), konstanta dielektrik,
fotokonduktivitas) serta sifat optik (absorbansi
dan reflektansi). Selanjutnya dari film tipis
yang terbaik (sensitivitasnya tinggi terhadap
sumber cahaya) diaplikasikan sebagai alat
pengukur konsentrasi gula. Perancangan sistem
pengukur konsentrasi gula menggunakan
komponen-komponen utama berupa sensor
cahaya film tipis, pengkondisi sinyal, dan
microcontroller.
Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah:
1)

Melakukan penumbuhan film tipis BST
disertai pendadahan yaitu:
a) BST tanpa pendadah di permukaan
substrat Si (100) tipe-p pada suhu
annealing 8500C.
b) BST didadah Besi (Fe) 5% di
permukaan substrat Si (100) tipe-p

2)

3)

pada suhu annealing 8500C disingkat
menjadi BFST.
c) BST didadah niobium (Nb) 5% di
permukaan substrat Si (100) tipe-p
pada suhu annealing 8500C disingkat
menjadi BNST.
Melakukan karakterisasi sifat listrik dan
optik pada semua sampel yaitu:
a) Karakterisasi arus tegangan (I-V)
b) Karakterisasi
absorbansi
dan
reflektansi
c) Karakterisasi fotokonduktivitas
d) Karakterisasi
kapasitansi
dan
perhitungan konstanta dielektrik
Perancangan alat ukur konsentrasi gula
dengan komponen yaitu:
a) Sensor Film Tipis
b) Microcontroller ATMega8535 dengan
software BASCOM-AVR
c) Rangkaian diferential amplifier dan
jembatan wheatstone

TINJAUAN PUSTAKA
Material Ferroelektrik
Ferroelektrik
merupakan
material
elektronik
khususnya
dielektrik
yang
terpolarisasi spontan dan memiliki kemampuan
untuk mengubah arah listrik di dalamnya.
Polarisasi yang terjadi merupakan hasil dari
penerapan medan listrik yang mengakibatkan
adanya ketidaksimetrisan struktur kristal pada
suatu material ferroelektrik [3].
Saat ini penelitian terhadap material
ferroelektrik banyak menarik perhatian para
ahli fisika karena material ferroelektrik ini
sangat menjanjikan terhadap perkembangan
alat generasi baru sehubungan dengan sifatsifat unik yang dimilikinya. Penggunaan untuk
fabrikasi dalam bentuk film tipis sangat luas,
karena sifat-sifat bahan ferroelektrik dapat
difabrikasi sesuai kebutuhan serta mudah
diintegrasikan dalam bentuk devices [4].
Penerapan material ferroelektrik berdasarkan
sifat-sifatnya meliputi sifat histeresis dan
tetapan dielektrik yang tinggi dapat diterapkan
pada sel memori DRAM, sifat piezoelektrik
dapat digunakan sebagai mikroaktuator dan
sensor, sifat polaryzability dapat diterapkan
sebagai Non Volatile Ferroelectric Random
Acsess Memory (NVFRAM), sifat pyroelectric
dapat diterapkan pada sensor infra merah dan
sifat elektro-optik dapat diterapkan pada switch
thermal infrared [5]. Penggunaan film tipis
ferrolektrik sebagai memori keuntungannya
bila dibandingkan dengan sistem magnetik.
Sistem magnetik hanya mampu menyimpan

2

105 bit/cm2, sedangkan memori yang terbuat
dari ferroelektrik mampu menyimpan hingga
108 bit/cm2. Keuntungan lain adalah dapat
digunakan sebagai memori permanen yang
mampu menekan kehilangan informasi selama
proses berulang [6].
Ferroelektrik
menunjukkan
bahwa
kelompok material dielektrik yang dapat
terpolarisasi listrik secara internal pada rentang
temperatur tertentu. Polarisasi terjadi di dalam
dielektrik sebagai akibat adanya medan listrik
dari luar dan simetri pada struktur kristalografi
di dalam sel satuan. Jika pada material
ferroelektrik dikenakan medan listrik, maka
atom-atom tertentu mengalami pergeseran dan
menimbulkan momen dipole listrik. Momen
dipole ini yang mengakibatkan polarisasi.
Momen dipole per-satuan volum disebut
sebagai polarisasi dielektrik.
Salah satu bentuk kurva histeresis dapat
dilihat pada Gambar 2.1. Kurva tersebut
menggambarkan hubungan antara polarisasi
listrik (P) dan kuat medan listrik (E). Ketika
kuat medan listrik ditingkatkan maka polarisasi
meningkat OA sehingga mengalami kondisi
saturasi AB. Jika kuat medan diturunkan,
polarisasi mengikuti garis BC. Ketika medan
listrik tereduksi
nol memiliki polarisasi
remanan (Pr) OC. Nilai polarisasi
dapat
dihapus dengan cara menggunakan sejumlah
medan listrik pada arah yang berlawanan
(negatif). Nilai dari medan listrik untuk
mereduksi nilai polarisasi menjadi nol disebut
medan koersif (Ec). Ketika medan listrik
kemudian dinaikkan kembali, maka kembali
mengalami saturasi dan bernilai negatif EF [7].
Barium Stronsium Titanat (BST)
BST merupakan semikonduktor film tipis
yang memiliki konstanta dielektrik tinggi,
kebocoran arus rendah, dan tahan terhadap
tegangan breakdown yang tinggi pada
temperatur Curie. Temperatur Curie pada
barium titanat adalah 130oC di mana dengan
adanya penyulih stronsium, temperatur Curie
menurun menjadi suhu kamar (27°C) dan dapat
digunakan pada alat yang memerlukan
temperatur kamar. Film tipis BST telah
difabrikasi dengan beberapa teknik seperti
sputtering, laser ablation, metal oxide vapour
chemical depodition (MOVCD), chemical
solution deposition (CSD), chemial vapour
deposition (CVD) [6,7].
Gambar 2.2 menunjukkan struktur kristal
ferovskite BST fase kubik. Struktur BST dapat
mengalami polarisasi spontan ketika fase BST
menjadi fase tetragonal.

Gambar 2.1 Kurva Histeresis

Gambar 2.2 Struktur BaxSr1-xTiO3
BST merupakan material ferroelektrik
yang banyak digunakan sebagai FRAM karena
memiliki konstanta dielektrik yang jauh lebih
tinggi daripada silikon oksida (SiO2)
(εr >> ε SiO2 ) dan kapasitas penyimpanan
muatan yang tinggi (high charge storage
capacity) yang dapat diaplikasikan sebagai
kapasitor [2]. Beberapa peneliti juga
berpendapat kalau BST memiliki potensi untuk
mengganti lapisan tipis SiO2 pada sirkuit metal
oxide semiconductor (MOS). Hasil penelitian
yang telah dilakukan sampai saat ini, lapisan
tipis BST biasanya memiliki konstanta
dielektrik yang jauh lebih rendah dibandingkan
dengan bentuk bulk-nya. Struktur mikro butir
yang baik, tingkat tekanan yang tinggi,
kekosongan
oksigen,
formasi
lapisan
interfasial, dan oksidasi pada bottom electrode
atau Si dipercaya menjadi faktor yang
mengakibatkan penurunan sifat listriknya [8].
Berikut Persamaan reaksi BST :
Ba(CH3COO)2 +Sr(CH3COO)2 + Ti(C12H28O4)
+ 22O2 → BaSrTiO3 + 17H2O + 16CO2
Kenaikan suhu annealing menaikkan
ukuran grain dalam kristal film tipis BST. Pada
suhu annealing 7000C struktur BST yang
teramati adalah struktur kubik dengan
konstanta kisi a = 3,97 Å untuk 30% mol
stronsium. Konstanta dielektrik diukur melalui
kurva C-V kira-kira 120 dengan faktor disipasi
0,0236. Kebocoran rapat arus dari film adalah
4 x 10-8 A/cm dari perhitungan I-V
menggunakan device peralatan fabrikasi [9].

3

Bahan Pendadah
Pendadah adalah bahan yang digunakan
untuk menambah jumlah elektron atau hole
pada semikonduktor. Penambahan bahan
pendadah dapat menjadikan perubahan
parameter kisi, konstanta dielektrik, sifat
elektrokimia, sifat elektro-optik, dan sifat
piroelektrik dari keramik film tipis [2].
Semikonduktor tipe-n dibuat dengan cara
mendadahi material semikonduktor dengan
atom-atom golongan V. Atom-atom pendadah
tersebut menyumbangkan (mendonorkan)
elektron-elektron valensi kepada material
semikonduktor. Elektron donor ini kemudian
menempati tingkat energi donor yang berada
dalam pita terlarang sedikit di bawah pita
konduksi [5].
Semikonduktor tipe-p dibuat dengan cara
mendadahi material semikonduktor dengan
atom-atom golongan III. Atom-atom pendadah
tersebut menerima
elektron valensi dari
material semikonduktor untuk melengkapi
ikatan kovalennya. Penarikan elektron dari
atom semikonduktor untuk melengkapi ikatan
kovalen atom pendadah memerlukan sedikit
energi (0,05 eV) karena tingkat energi berada
sedikit di atas pita valensi [5].
Bahan pendadah material ferroelektrik
dibedakan menjadi dua jenis, yaitu soft dopant
dan hard dopant. Ion soft dopant dapat
menghasilkan material ferroelektrik menjadi
soften, seperti koefisien elastis menjadi lebih
tinggi, sifat medan koersif yang lebih rendah,
faktor kualitas mekanik yang lebih rendah, dan
kualitas listrik yang lebih rendah. Soft dopant
disebut juga dengan istilah donor dopan karena
penyumbang valensi yang berlebih pada
struktur kristal [2,5].
Ion hard dopant dapat menghasilkan
material ferroelektrik menjadi lebih hardness,
loss dielectric yang rendah, bulk resistance
yang rendah, sifat medan koersif yang lebih
tinggi, faktor kualitas mekanik lebih tinggi, dan
faktor kualitas listrik lebih tinggi. Hard dopant
sering juga disebut dengan istilah acceptor
dopant karena menerima valensi yang berlebih
di dalam struktur kristal BST [4]. Jenis-jenis
dari soft dopant dan hard dopant dapat dilihat
pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2 [2].
Niobium Penta Oksida (Nb2O5)
Niobium penta oksida banyak diproduksi
untuk keperluan kapasitor, lithium niobate, dan
gelas optik. Niobium penta oksida mempunyai
berbagai bentuk polymorphic berdasarkan
koordinat octahedral atom niobium.

Tabel 2.1 Jari-Jari Ion Pendadah Soft Dopant
Ion kecil
Ti4+
Zr4+
Nb5+
Ta5+
Sb5+
W6+

Soft Dopant
r (Å)
Ion besar
0,68
Ba2+
0,79
Sr2+
0,69
Nd3+
0,68
Sb3+
0,63
Bi3+
0,65
Th4+

r (Å)
1,35
1,02
1,15
0,90
1,14
1,10

Tabel 2.2 Jari-Jari Ion Pendadah Hard Dopant
Ion kecil
Ti4+
Zr4+
Fe3+
Al3+
Ga3+
In3+
Cr3+

Hard Dopant
r (Å)
Ion besar
0,68
Ba2+
0,79
Sr2+
0,67
Na+
0,57
K+
0,62
0,85
0,64
O2-

r (Å)
1,35
1,02
0,94
1,33
1,39

Berbagai bentuk tersebut diidentifikasi dengan
melakukan variasi ikatan. Paling banyak
dijumpai dalam bentuk monoklinik H-Nb2O5
dengan struktur kompleks yang terdiri atas
sebuah unit sel terdiri dari 28 atom niobium
(27 atomnya berbentuk octahedral dan satu
atom berbentuk tetrahedral) dan 70 atom
oksigen. Niobium penta oksida dapat
dihasilkan dari hidrat padat (Nb2O5.nH2O) atau
disebut juga asam niobik dengan menggunakan
hidrolisis berdasarkan pengenceran niobium
penta klorida. Pada kapasitor elektrolit padat
film tipis Nb2O5 berbentuk lapisan dielektrik
dan lapisan ini dapat ditumbuhkan melalui
electrolytically di permukaan lelehan niobium
monoksida [6].
Penambahan
ion
dopant
Nb5+
membentuk ruang kosong di posisi ion Ba2+.
Ion dopant Nb5+ memiliki valensi lebih besar
dari 4+ sehingga terdapat kelebihan muatan
positif pada struktur perovskite dan terbentuk
ruang kosong di posisi ion Ba2+ sebagai
kompensasi untuk menjaga kenetralan muatan
(electroneutraly balance). Semakin banyak
penambahan ion Nb5+, maka mengakibatkan
semakin banyak ion barium yang terlepas [7].
Besi Oksida (Fe2O3)
Material besi oksida merupakan material
pendadah ion akseptor (acceptor dopant) Fe3+.
Fe2O3 memiliki struktur kristal rombohedral
yang mempunyai nilai konstanta kisi
a = 5,0392 ± 0,001 Å dan konstanta kisi

4

Å Massa jenis Fe2O3
b = 13,7492 ± 0,001 Å.
adalah 5,24 g/ml dan ttitik lelehnya adalah
1,565 ºC. Fe2O3 tidak dapat
d
larut dalam air,
namun dapat larut di dalam
lam asam.
Penambahan ion dopant
dop
Fe3+ membentuk
2ruang kosong di posisi io
ion O . Ion dopan Fe3+
memiliki valensi lebihh kecil dari 4+, maka
kekurangan muatan po
positif pada struktur
perovskite dan terbentukk ruang
r
kosong di posisi
ion oksigen sebagai komp
mpensasi untuk menjaga
kenetralan muatan (elec
lectroneutraly balance).
Semakin banyak pena
enambahan ion Fe3+
mengakibatkan semakin
in banyak ion oksigen
yang terlepas [7].
Fotodioda
sambungan p-n yang
Dioda adalah sam
berfungsi terutama sebag
agai penyearah. Bahan
tipe-p menjadi sisi anod
noda sedangkan bahan
tipe-n menjadi katoda.
da. Bergantung pada
polaritas tegangan yangg diberikan kepadanya,
dioda bisa berlaku seb
sebagai sebuah saklar
tertutup (apabila bagian
an anoda mendapatkan
tegangan positif,
se
sedangkan katodanya
mendapatkan tegangan negatif)
n
dan berlaku
sebagai saklar terbuka (a
(apabila bagian anoda
mendapatkan tegangann negatif sedangkan
katoda mendapatkan tegan
gangan positif). Kondisi
tersebut terjadi hanya pa
pada dioda ideal. Pada
dioda faktual (riil), perlu
rlu tegangan lebih besar
dari 0,7 V (untuk dioda yang
ya terbuat dari bahan
silikon). Tegangan sebes
esar 0,7 V ini disebut
sebagai tegangan halan
ang (barrier voltage).
Dioda yang terbuat dar
ari bahan Germanium
memiliki tegangan halang
ng kira-kira 0,3 V [5].
Fotodioda adalah semikonduktor
s
sensor
cahaya yang menghasi
asilkan arus
ketika
sambungan semikondukto
ktor p-n dikenai cahaya.
Fotodioda dapat dianggap
ap sebagai baterai solar
cell, tetapi biasanya m
mengacu pada sensor
untuk mendeteksi intens
nsitas cahaya. Cahaya
yang dapat dideteksi oleh
leh fotodioda ini mulai
dari cahaya infra merah,, cahaya tampak, ultra
ungu sampai dengan sinar
ar-X.
Pada Gambar 22.3 memperlihatkan
penampang bagian dari
ri fotodioda. Fotodioda
memiliki daerah perm
mukaan aktif yang
ditumbuhkan di atas perm
ermukaan substrat, yang
pada akhirnya menghasilk
silkan persambungan pn. Ketebalan lapisann yang ditumbuhkan
biasanya memiliki keteba
balan 1 µm atau lebih

kecil lagi dan pada daer
aerah persambungan
lapisan-p dan lapisan-n terd
rdapat daerah deplesi.
Daerah spectral dan frekuensi
fre
aktif dari
fotodioda bergantung pada
da ketebalan lapisan
atau bahan pendadah [8].
Jika cahaya mengenai
ai fotodioda, elektron
dalam struktur kristal tersti
stimulus. Jika energi
cahaya lebih besar dari pad
ada energi band gap
Eg, elektron akan pindah ke pita konduksi, dan
meninggalkan hole pada pita
ita valensi.
Pada Gambar 2.4 terlihat pasangan
elektron-hole terjadi pad
ada lapisan-p dan
lapisan-n. Pada lapisan dep
eplesi medan listrik
mempercepat
elektron-eelektron
menuju
lapisan-n dan hole menujuu lapisan-p.
l
Pasangan
elektron-hole dihasilkan di dalam lapisan-n,
bersamaan dengan elektron
on yang datang dari
lapisan-p sama-sama menuj
nuju pita konduksi di
sebelah kiri (pita konduksi).
si). Pada saat itu juga
hole didifusikan melewati
ti llapisan deplesi dan
dipercepat, kemudian hole
ole ini dikumpulkan
pada pita valensi lapisan-p.. Pasangan elektronhole yang dihasilkan seband
nding dengan cahaya
yang diterima oleh lapisan
san-p dan lapisan-n.
Muatan positif dihasilkann ppada lapisan-p dan
muatan negatip pada lapisan
an-n [9].

Gambar 2.3 Penampang Melintang
Me
Fotodioda

Gambar 2.4 Fotodioda Persambungan
P
p-n

5

Gambar 2.5 Pembagian Material Berdasarkan Konduktivitas Listrik
Li

Fotokonduktivitas
Material berdasarka
kan nilai konduktivitas
listrik dapat diklasifisika
kan menjadi tiga yaitu
konduktor, isolator dan
d
semikonduktor.
Perbedaan nilai dari kondu
nduktivitas listrik ketiga
material tersebut sepertii pada
p
Gambar 2.5 yang
menunjukkan spektrum konduktivitas listrik
dan resistivitas listrik. Ma
Material semikonduktor
mempunyai nilai kondu
duktivitas pada selang
antara (10-8 – 103) S/cm [10].
[1
Nilai konduktivita
vitas suatu material
bergantung dari sifat
at material tersebut.
Konduktivitas listrik adal
dalah kemampuan suatu
bahan untuk menghan
antarkan arus listrik.
Persamaan (2.1) berikutt m
merupakan hubungan
konduktivitas listrik dann re
resistansi :
L
σ=
( 2.1)
RA
Fotokonduktivitas adalah
a
konduktivitas
listrik yang dihasilkan dari
da
eksitasi elektron
dari pita valensi menuju
ju pita konduksi ketika
menyerap energi foton yyang lebih besar dari
energi pita terlarang. Elek
lektron yang tereksitasi
ke pita konduksi ini meeningkatkan pembawa
muatan yang pada akh
akhirnya meningkatkan
konduktivitas listrik [11].
].
Perangkat fotokondu
duktivitas dibuat untuk
menghasilkan perubaha
han resistansi atau
tegangan ketika disina
inari cahaya. Dengan
demikian perangkat banya
nyak digunakan sebagai
ON-OFF devices (saklar)
ar), measuring devices,
atau limited power sources. Fenomena
fotokonduktivitas terjadi
di ketika sinar cahaya
jatuh pada sebuah semikonduktor dan
mengakibatkan meningk
gkatnya konduktivitas
listrik.
Fenomena fotokon
konduktivitas dimulai
dengan eksitasi elektr
ktron melalui energi
bandgap, yang mengak
akibatkan peningkatan
pasangan elektron-hole dan meningkatkan
konduktivitas listrik. Eksitasi
Ek
hanya dapat

terjadi jika foton lebih besar dari energi
bandgap. Fenomena fotok
okonduktivitas dapat
dijelaskan seperti pada persa
rsamaan (2.2):

σ o = e(no µe + po µh )

( 2.2)

di mana no dan po adalah
lah konsentrasi pada
kesetimbangan, dan σ o adal
dalah konduktivitas di
ruang gelap. Ketika cahay
aya jatuh pada film
ada peningkatan
tipis semikondutor
konsentrasi pembawa bebas
as sebesar ∆n dan ∆p
dan arus meningkat deng
ngan tiba-tiba. Jika
elektron dan hole selalu
lalu tercipta secara
berpasangan maka didapa
apatkan ∆n = ∆p.
Konduktivitas sekarang men
enjadi
σ t = σ o + e∆ n (µ e + µ h )
( 2.3)
(
2 .4 )
σ = σ + e∆ nµ (1 + b )
t

o

h

di mana b = µ o µ h , adalah
ada
perbandingan
mobilitas. Peningkatan relatif
rel
konduktivitas
adalah:
e ∆ n µ h (1 + b )
∆σ
( 2.5)
=
σo
σo
Faktor yang mempengaruhi
hi variasi n terhadap
waktu yaitu; carrier (pemb
mbawa) bebas yang
terus tercipta secara kon
ontinu saat disinari
cahaya dan hilangnya carr
arrier secara kontinu
juga akibat rekomendasi. Adanya
Ad
rekomendasi
mengakibatkan terjadinya
ya kondisi tidak
seimbang. Variasi konsentra
ntrasi terhadap waktu
diberikan oleh persamaan di bawah ini:
dn
n − no
( 2.6)
= g−
dt
τ'
di mana g adalah laju gen
enerasi elektron persatuan volum terhadap pen
enyerapan cahaya. τ
disebut waktu rekomendasi [2,4]. Pada keadaan
steady state dn/dt = 0, pertambahan
konsentrasi muatan pemba
bawa adalah sama
dengan laju generasi elektro
tron per-satuan volum
terhadap penyerapan cahaya
aya dikalikan dengan
waktu rekomendasi elektron
ron hole, seperti pada
persamaan (2.7).

6

∆n = gτ

( 2.7 )
Jika laju generasi ini dihubungkan dengan
koefisien serapan dan intensitas cahaya yang
menyinari, maka didapatkan persamaan laju
generasi persatuan volum sesuai persamaan
(2.8):
g =

α dN (υ )
V

( 2.8)

di mana d, α, N(v), dan V adalah berturut-turut
ketebalan lapisan semikonduktor, koefisien
absorbansi, jumlah foton yang jatuh pada
medium per-satuan waktu dan volum
semikonduktor. Jumlah foton yang datang N(v)
pada permukaan semikonduktor merupakan
fungsi dari intensitas I (v) sesuai dengan
persamaan (2.9);
N (υ ) =

I (υ ) A

( 2.9)
υ
di mana A adalah luas lapisan semikonduktor.
I(v)A adalah daya penyinaran dan hv adalah
energi foton. Dengan demikian didapatkan
hubungan antara besarnya pertambahan
konsentrasi muatan pembawa yang merupakan
fungsi dari koefisien absorbansi, besarnya
intensitas penyinaran, luas penampang
semikonduktor, waktu rekomendasi dan
besarnya frekuensi foton yang datang, seperti
pada persamaan (2.10):

∆n =

α I (υ ) A
τ
υ

( 2.10)

Jika persamaan (2.10) disubstitusikan ke
persamaan (2.5) didapatkan persamaan
peningkatan relatif konduktivitas listrik akibat
penyinaran sesuai dengan persamaan (2.11)
[12].

σ = σ0 +

α I (υ )A
τ e µ h (1 + b ) ( 2.11)
υ

Kapasitansi dan Dielektrik Bahan
Kapasitansi
adalah
kemampuan
penyimpanan muatan pada beda potensial
tertentu. Satuan dari kapasitansi adalah farad
(F) [12]. Besarnya kapasitansi dari suatu
kapasitor tidak tergantung pada beda potensial
(V) dan muatannya (Q). Kapasitansi kapasitor
bergantung pada bentuk geometri dan
dielektrik bahan kapasitor. Bentuk sederhana
kapasitor keping sejajar dapat dilihat pada
gambar 2.6. Rumusan nilai kapasitansi
kapasitor adalah dinyatakan pada persamaan
2.12 [13]:

C = εr ε0

A
d

( 2.12)

Dimana C adalah kapasitansi kapasitor,
ε r konstanta bahan dielektrik, ε 0 adalah
konstanta permitivitas ruang hampa udara,
(8,85 x 10-12 C2m-2N-1), d adalah jarak antar
keping (m), A adalah luas penampang plat
(m2). Nilai konstanta dielektrik merupakan
gambaran material dapat menyimpan muatan
listrik [14].
Material yang bersifat sebagai isolator,
seperti kaca, kertas, atau kayu, dapat disebut
dielektrik. Ketika suatu dielektrik disisipkan
diantara keping kapasitor, medan listrik
kapasitor mempolarisasikan molekul-molekul
dari bahan dielektrik. Pada bahan dielektrik
tersebut, muncul muatan terikat yang
menghasilkan medan listrik serta berlawanan
arah dengan medan listrik kapasitor. Oleh
karena itu, medan listrik antar keping kapasitor
melemah.
Pelemahan medan listrik membuat beda
potensial antar keping semakin kecil pula
sehingga nisbah muatan per beda potensial
(Q/V) atau kapasitansi semakin besar [14].
Time constant atau konstanta waktu
merupakan waktu yang dibutuhkan muatan
untuk
berkurang menjadi 1/e dari nilai
awalnya dan disimbolkan dengan τ serta
dirumuskan sebagai τ = RC [13]. Muatan pada
kapasitor disimpan dalam material dielektrik
yang mudah terpolarisasi dan mempunyai
hambatan listrik yang tinggi sekitar 1011 ohm
untuk mencegah aliran muatan di antara pelat
kapasitor [15]. Rangkaian RC pada pengisian
muatan dimana tegangan pada kapasitor
didapatkan:
−t
Q (t )
= V (t ) = ε  1 − e RC 


C

( 2.13)

Sifat Optik
Pengukuran sifat optik bertujuan untuk
menentukan energi bandgap suatu material
semikonduktor. Transisi elektronik yang terjadi
akibat foton bergantung pada energi bandgap
[15]. Besarnya energi bandgap ini berpengaruh
pada proses absorbsi dan transmisi foton.
Absorbansi merupakan kebalikan dari
transmitansi, yaitu fraksi radiasi datang yang
diserap oleh medium, dinyatakan pada
persamaan (2.14):
A = log

I
1
= log
= − ln T
T
I0

( 2.14)

Koefisien absorbsi α adalah fraksi radiasi
yang diserap dalam satuan jarak yang dilalui
dan merupakan karakteristik medium tertentu
dan panjang gelombang tertentu.

7

Gambar 2.6 Kapasitor Keping Sejajar
Absorbsi foton bergantung pada sifat
bahan semikonduktor dan panjang gelombang
cahaya yang datang. Arus dihasilkan oleh
sebuah sel surya bergantung pada panjang
gelombang cahaya datang dan merupakan
karakteristik dari bahan semikonduktor [16].
Absorbsi dinyatakan pada persamaan (2.15):

Aλ = α λ t

( 2.15)
Absorbansi A merupakan karakteristik
bahan. Berdasarkan persamaan (2.14) dan
persamaan (2.15), hubungan transmitansi dan
koefisien absorpsi sebagai panjang gelombang
dapat dinyatakan pada persamaan (2.16):
Absorpsi
mateial
semikonduktor
mengakibatkan terjadinya eksitasi elektron dari
pita valensi ke pita konduksi [17].

αλ =

1  Tλ (% ) 
ln 

d  100 

( 2.16)

Proses transisi elektron dapat melalui
transisi langsung (direct transition) maupun
transisi tidak langsung (indirect transition)
[18]. Transisi pada material semikonduktor
dapat dituliskan dengan persamaan (2.17) [25]:
α (h υ ) = C (h υ − E g

)

n

genangan cairan diatas substrat yang berputar.
Konsep spin coating dapat dijelaskan dengan
sebagai perilaku aliran larutan pada piringan
substrat yang berputar. Aliran volumetrik
cairan dengan arah radial pada substrat yang
diasumsikan bervariasi terhadap waktu.
Beberapa parameter dalam spin coating
adalah: viskositas larutan, kandungan padatan,
kecepatan angular, dan waktu putar.
Proses pembentukan film yang dihasilkan
dipengaruhi oleh dua parameter bebas yaitu,
kecepatan putar dan viskositas. Rentang
ketebalan yang dihasilkan alat spin coating
adalah berkisar 1 µm - 200 µm. Pada film yang
lebih tebal dibutuhkan material berviskositas
tinggi, kecepatan putar rendah, dan waktu putar
yang lebih cepat. Pada prakteknya, alat spin
coating memiliki beberapa kelebihan yaitu:
tebal lapisan dapat diatur, biaya relatif murah,
mudah dalam pembuatan, menggunakan
material dan peralatan yang sederhana.
Ketebalan film tipis dapat dihitung melalui
persamaan (2.18):
m − m1
( 2.18)
d = 2
ρF A
Keterangan :
d
= tebal film tipis (cm)
m1 = massa substrat sebelum ditumbuhkan
film tipis (g)
m2 = massa substrat setelah annealing dan
terdapat film tipis diatasnya (g)
A
= luas permukaan film tipis yang
terdeposisi pada permukaan substrat
(cm2)
3
ρ F = massa jenis film tipis (g/cm )

( 2.17)

dimana α adalah koefisien absorbsi, hυ adalah
energi foton, C adalah konstanta, Eg adalah
energi gap, dan n adalah nilai transisi.
Metode Chemical Solution Deposition (CSD)
Metode CSD merupakan cara pembuatan
film dengan pendeposisian larutan bahan kimia
di permukaan substrat dan dipreparasi dengan
spin coater pada kecepatan 3000 rpm. Metode
CSD memiliki kontrol stokiometri yang baik,
mudah dalam pembuatan serta sintesisnya
terjadi pada suhu ruangan (27°C) [15].
Spin coating adalah suatu pelapisan film
tipis di permukaan substrat datar. Spin coating
merupakan teknik pelapisan bahan dengan cara
menyebarkan larutan ke permukaan substrat
kemudian diputar pada kecepatan konstan
untuk memperoleh lapisan baru yang homogen.
Spin Coating melibatkan akselerasi dari

Microcontroller ATMega8535
Microcontroller adalah sebuah sistem
komputer fungsional pada sebuah chip.
Microcontroller terdiri dari sebuah inti
processor, memori (sejumlah kecil RAM,
memori program, atau keduanya), dan
perlengkapan masukan-keluaran. Oleh karena
itu, microcontroller adalah suatu alat
elektronika digital yang mempunyai masukan
dan keluaran serta kendali dengan program
yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara
khusus atau cara kerja microcontroller
sebenarnya membaca dan menulis data [19].
Microcontroller
ATMega8535
merupakan salah satu microcontroller 8 bit
buatan Atmel untuk keluarga AVR yang
diproduksi secara masal pada tahun 2006.
Microcontroller ATMega8535 menggunakan
arsitektur reduced instruction set computing
(RISC) 8 bit. Berbeda dengan microcontroller
keluarga 8051 yang mempunyai arsitektur

8

complex instruction set computing (CISC),
AVR menjalankan sebuah instruksi tunggal
dalam satu siklus dan memiliki struktur I/O
cukup
lengkap
sehingga
penggunaan
komponen eksternal dapat dikurangi [20].
Microcontroller AVR menggunakan arsitektur
Harvard, di mana ruang dan jalur bus bagi
memori program dipisahkan dengan memori
data. Memori program diakses dengan singlelevel pipelining sehingga ketika sebuah
instruksi dijalankan, instruksi lain berikutnya
prefetch dari memori program. Blok diagram
Microcontroller ATMega8535 dapat dilihat
pada lampiran 1. Secara singkat, ATMega8535
memiliki beberapa kelebihan kemampuan dari
microcontroller AVR buatan Atmel lainnya
[21]:
a) sistem microcontroller 8 bit berbasis
sistem RISC dengan kecepatan maksimal
16 MHz.
b) memiliki memori flash 8 KB, SRAM
sebesar 512 byte dan electrically erasable
programmable read only memory
(EEPROM) sebesar 512 byte.
c) memiliki ADC (Analog to Digital
Converter) internal dengan ketelitian
mencapai 10 bit sebanyak 8 saluran.
d) memiliki PWM (Pulse Wide Modulation)
internal sebanyak 4 saluran.
e) portal komunikasi serial (USART) dengan
kecepatan maksimal 2,5 Mbps.
f) enam pilihan mode sleep, untuk
menghemat penggunaan daya listrik.
Microcontroller
ATMega8535
juga
memiliki 40 pin untuk model PDIP. Namanama pin pada microcontroller dapat dilihat
pada Gambar 2.7 [21].

Setiap
pin
model
PDIP
pada
microcontroller memiliki fungsi masingmasing yaitu:
a) VCC untuk tegangan pencatu daya positif.
b) GND untuk tegangan pencatu daya negatif.
c) Port A (PA0 - PA7) sebagai port
masukan/keluaran
dan
memiliki
kemampuan lain yaitu sebagai masukan
untuk ADC
d) Port B (PB0 – PB7) sebagai port
masukan/keluaran dan juga memiliki
kemampuan yang lain.
e) Port C (PC0 – PC7) sebagai port
masukan/keluaran untuk ATMega8535.
f) Port D (PD0 – PD7) sebagai port
masukan/keluaran dan juga memiliki
kemampuan yang lain.
g) RESET untuk melakukan reset program
dalam microcontroller.
h) XTAL1 dan XTAL2 untuk masukan
pembangkit sinyal clock.
i) AVCC untuk pin masukan tegangan
pencatu daya untuk ADC.
j) AREF untuk pin tegangan referensi ADC.
Penguat Operasional (Operational Amplifier)
Penguat operasional adalah rangkaian
terpadu (IC) yang mempunyai 5 buah terminal
dasar. Dua terminal untuk catu daya, dua yang
lain digunakan untuk isyarat masukan yang
berupa masukan membalik (-) dan masukan tak
membalik (+) serta satu terminal untuk
keluaran [22]. Penguat operasional ideal
memiliki
karakteristik faktor penguatan
tegangan tidak terbatas, impedansi masukan
tidak terbatas, impedansi keluaran nol, lebar
pita tidak terbatas, tegangan offset nol
(keluaran nol jika masukan nol). Penguat
operasional dalam bentuk rangkaian terpadu
memiliki karakteristik yang mendekati
karakteristik penguat operasional ideal [23].
Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)
Penguat pembalik merupakan suatu
penguat yang tegangan keluaran (Vout)
mempunyai polaritas yang tidak sama dengan
tegangan masukan (Vin). Rangkaian penguat
pembalik dapat ditunjukkan pada Gambar 2.8
[22]. Persamaan umum untuk penguat
pembalik adalah:

V out = −
Gambar 2.7 Konfigurasi Pin ATMega 8535

Rf
R in

V in

( 2.19)

9

Penguat Tak
Amplifier)

Memba
balik

(Non-inverting

Penguat tak memba
balik merupakan suatu
penguat yang teganga
gan keluaran (Vout)
mempunyai polaritas yyang sama dengan
tegangan masukan (Vin). Rangkaian penguat
tak membalik ditunjukka
kkan pada gambar 2.9
[22]. Persamaan umum
m untuk penguat tak
membalik adalah:

R 
V out = V in  1 + 2 
( 2.20)
R1 


kapasitor dengan indukto
ktor, namun tidak
dilakukan karena harga induktor
ind
yang mahal
dan bentuknya yang besar [23]. Diferensiator
dapat juga dilihat sebagai filter
fil pelewat-rendah
dan dapat digunakan sebag
agai filter aktif [22].
Rangkaian penguat diferens
ensiator dapat dilihat
pada Gambar 2.13 Fungsi diferensiator
d
adalah
mendiferensiasikan sinyal
al hasil pembalikan
terhadap waktu dengan persa
rsamaan:
d
dV
(2.25)
Vout = − RC in
dt

ifferential Amplifier)
Penguat Diferensial (Diff
Differential Amplifi
lifier merupakan suatu
penguat dimana tegang
angan keluaran (Vo)
merupakan hasil selisih
ih antara kedua buah
tegangan masukan padaa te
terminal inverting dan
non-inverting [24]. Ra
Rangkaian differential
amplifier ditunjukkan ppada Gambar 2.10.
Rumus umum yang berlaku
ber
untuk penguat
differensial adalah sebaga
gai berikut [2,14].
Vout =

(R
(R

f

+ R1 ) R g

g

+ R2

)R

1

V2 −

Rf
R1

V1

( 2.21)

Jika R1 = R2 dan Rf = Rg maka tegangan
keluaran differential ampl
plifier adalah:

Vout =

Rf
R1

(V2 − V1 )

Gambar 2.8 Pengua
uat Pembalik

Gambar 2.9 Penguatt Tak
T Membalik

( 2.22)

Penguat Penjumlahan
at penjumlahan dibuat
Rangkaian penguat
dengan menghubungkan
kan lebih dari satu
masukan ke Op-Amp pembalik
p
seperti pada
gambar 2.11. Persamaa
aan umum rangkaian
penguat penjumlahan adal
dalah :
Vout

V V
V
= − R f  1 + 2 + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + n
R
R
Rn
2
 1





Gambar 2.10 Penguat Differ
fferential Amplifier

( 2.23)

Integrator
Penguat integrator
tor mengintegrasikan
tegangan masukan terha
rhadap waktu. Sebuah
integrator dapat juga dip
ipandang sebagai filter
pelewat-tinggi dan dapa
apat digunakan untuk
rangkaian filter aktif [24]
4]. Rangkaian penguat
integrator dapat dilihat
at pada Gambar 2.12.
Persamaan umum untuk integrator
in
adalah:

Gambar 2.11 Rangkaian
ian Penjumlahan

t

Vout = −

1
Vin dt + V0
RC ∫0

( 2.24)

di mana t adalah waktu dan
da V0 adalah tegangan
keluaran pada t = 0.
Diferensiator
Pada dasarnya diferensiator
dife
dapat juga
dibentuk dari integrator dengan
d
cara mengganti

Gambar 2.12 Rangkaia
aian Integrator

10

Gambar 2.13 Rangka
kaian Diferensiator
Analog to Digital Conver
verter (ADC)
ADC adalah sebuah
seb
piranti yang
dirancang untuk mengu
ngubah bentuk sinyal
analog menjadi bentuk sinyal
sin
digital. Hal yang
perlu diperhatikan dalam
lam penggunaan ADC
adalah tegangan maks
ksimum yang dapat
dikonversikan oleh AD
ADC dari rangkaian
pengkondisi sinyal, resolu
olusi, pewaktu eksternal
ADC, tipe keluaran, ke
ketepatan, dan waktu
konversinya.
ATMega8535 meru