PEMBUATAN LAPISAN TIPIS CdS DENGAN METODE CBD SEBAGAI FUNGSI TEMPERATUR

i ABSTRAK

PEMBUATAN LAPISAN TIPIS CdS

DENGAN METODE CBD SEBAGAI FUNGSI TEMPERATUR

Oleh

MELVI ZERIANDA

Telah dilakukan pembuatan lapisan tipis kadmium sulfida (CdS) dengan metode pelapisan kimia basah (CBD) dari campuran bahan kadnium asetat 0,2 M, amonium asetat 0,1 M dan tioasetamid 0,1 M. Pembuatan lapisan tipis CdS dilakukan dengan variasi temperatur 30, 40, 50, 60, 70 dan 80°C yang dideposisikan di atas substrat kaca. Dari hasil analisis sifat optis menggunakan spektrofotometerUV-VIS diketahui bahwa variasi temperatur mempengaruhi nilai absorbansi lapisan tipis CdS. Absorbansi yang terendah didapat pada sampel A dan absorbansi tertinggi pada sampel E. Hasil analisis difraksi sinar-X pada lapisan tipis CdS untuk sampel D dan sampel E masih didominasi oleh fasa amorf, walaupun sudah ada puncak difraksi pada nilai = 26,52°. Berdasarkan hasil analisis struktur mikro menggunakan SEM didapatkan butir-butir yang sudah relatif homogen untuk sampel C dan sampel E, tetapi pada sampel D didapatkan butiran yang tidak homogen, hal ini dikarenakan masih terdapat butiran-butiran yang tidak seragam, masih banyak butiran-butiran kecil yang terbentuk. Besar butiran yang dihasilkan sekitar dan ketebalan lapisan tipisnya diperoleh sekitar m.

i ABSTRAK

PREPARATION OF CdS THIN FILM BY CBD METHOD AS FUNCTION OF TEMPERATURE

by

MELVI ZERIANDA

This study was carried out to investigate the fabrication of cadmium sulfide (CdS) thin layer using the technique of wet chemical plating method (CBD), deposited on the surface of preparative glass substrate. The CdS was prepared from a mixture of acetic kadnium 0.2 M, ammonium acetate 0.1 M and 0.1 M. thioasetamide. Preparation of CdS thin films was performed at different temperatures of 30, 40, 50, 60, 70 and 80°C. From the analysis of optical properties using UV-VIS spectrophotometer it was found that temperature affected the value of absorbance of CdS thin films. The lowest absorbance was obtained for the sample A and the highest absorbance for the sample E. Results of X-ray diffraction analysis of two samples, namely sample D and sample E, indicated that the samples are still dominated by the amorphous phase, although there has been the diffraction peak at value = 26.52°. The results of microstructural analysis using SEM demonstrated that the layer is relatively homogeneous for sample C and sample E, while sample D was characterized by the existence of granules and grains with the size of 1 and thickness of thin layers obtained about 3.4 .

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.

1. Karakterisasi sampel dengan spektrofotometer UV-VIS mengindikasikan bahwa semakin tingi temperatur, semakin homogen lapisan tipis yang terbentuk. Hasil juga menunjukkan bahwa panjang gelombang maksimum berkisar antara 400 417 nm.

2. Hasil analisis difraksi sinar-X menunjukkan lapisan tipis CdS yang disintering dengan temperatur 400°C masih didominasi dengan fasa amorf. Fasa kristalin terjadi pada puncak difraksi

3. Analisis struktur mikro lapisan tipis CdS dengan menggunakan SEM didapat butiran kristal yang semakin homogen seiring kenaikkan temperatur pembenaman saat preparasi dan diperoleh ketebalan lapisan tipis CdS berkisar

4. Temperatur pembenaman mempengaruhi lapisan tipis CdS yang terbentuk. Berdasarkan semua hasil analisis yaitu UV-VIS, XRD dan SEM menunjukkan pendeposisian yang optimal diperoleh pada temperatur 70°C.

49

Hasil karakterisasi dengan XRD menunjukkan bahwa lapisan tipis masih dalam fasa amorf, oleh karena itu disarankan untuk meningkatkan suhu kalsinasi agar lapisan tipis berubah menjadi fasa kristal.

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Lapisan tipis adalah suatu lapisan yang sangat tipis terbuat dari bahan organik, inorganik, logam maupun campuran metal organik dan memiliki sifat-sifat konduktor, semikonduktor maupun isolator. Untuk membuat lapisan tipis suatu reagen direaksikan dengan cara dideposisikan di atas suatu bahan yang disebut substrat yang pada umumnya berbentuk keping, sehingga sifat bahan awalnya akan berbeda dengan hasil pengendapan yang diperoleh atau terbentuknya unsur baru (Ezema and Okeke, 2003). Lapisan tipis pada umumnya mempunyai ketebalan yang berkisar antara 10-6 _{- 10}-9_{meter (Ezema, 2004).}

Lapisan tipis merupakan salah satu aspek yang mendapat perhatian sangat besar, terutama dalam bidang material karena lapisan tipis merupakan material yang menarik yang memiliki sifat optik yang sangat tergantung pada konstanta dielektrik, indeks bias, dan energi gap. Lapisan tipis juga sangat tergantung pada sifat-sifat bahan lapisan tipis yang akan diendapkan (Ugwu, 2006). Dengan teknologi lapisan tipis diharapkan dapat diperoleh suatu bahan yang berkualitas baik, sehingga dapat diaplikasikan kedalam suatu bahan. Dewasa ini perkembangan penelitian tentang penumbuhan lapisan tipis semakin maju yang dapat diaplikasikan untuk bidang komunikasi, ilmu teknik dan teknologi lainnya

2

termasuk aplikasi dalam fisika, yang digunakan dalam industri elektronika, mikroelektronika untuk perangkat bahan semikonduktor (Yahaya, 2007).

Bahan semikonduktor adalah suatu bahan yang mempunyai nilai resistivitas di antara konduktor dan isolator. Contoh bahan semikonduktor adalah silikon, germanium, dan kadmium sulfida (CdS). Teknologi semikonduktor telah mengalami kemajuan besar baik dalam hal penemuan bahan baru maupun teknik pembuatannya. Hal tersebut mendorong untuk melakukan penelitian lebih lanjut mengenai bahan-bahan semikonduktor. Dari berbagai contoh bahan semikonduktor, CdS mendapat perhatian karena bahan ini mempunyai energi gap sebesar 2,42 eV, sehingga telah diaplikasikan dalam berbagai bidang, terutama dalam pembuatan sel surya (Sanap dan Pawar, 2009).

Aspek lain yang sangat penting dalam teknologi pembuatan lapisan tipis adalah metode preparasinya. Hingga dewasa ini telah dikenal berbagai metode dan sudah diaplikasikan secara luas. Beberapa metode yang dipakai dalam penumbuhan lapisan tipis antara lain: physical vapor deposition (PVD) seperti penguapan, dan pengembunan, chemical vapor deposition (CVD), dan chemical bath deposition (CBD) (Purnomo, 2000). Pemakaian metode-metode tersebut mempunyai tujuan yang sama yaitu untuk menghasilkan lapisan tipis yang mempunyai kualitas yang baik dengan biaya produksi rendah (Syamsu dkk, 2005).

Dalam penelitian ini, metode yang dipilih adalahchemical bath deposition(CBD). CBD adalah teknik pembuatan lapisan tipis dengan metode pencelupan kimia (Jean et al, 2000). Pemilihan metode ini didasarkan pada sejumlah alasan, yaitu hanya membutuhkan alat yang sederhana berupa wadah atau bath untuk reaksi dan

3

substrat, selain itu dapat digunakan pada temperatur tertentu terbentuk lapisan yang kompleks atau lebih tebal serta homogen (Smith, 1990).

Pengendapan lapisan tipis dengan metode CBD diketahui dipengaruhi oleh beberapa parameter, antara lain adalah variasi waktu pembenaman, banyaknya pembenaman, pH larutan, preparasi larutan dan temperatur pembenaman serta temperatur kalsinasi atau pemanasan (Timmings, 1991). Dalam penelitian ini, variabel yang akan dipelajari adalah pengaruh temperatur pembenaman, digunakannya pengaruh temperatur pembenaman dalam penelitian ini karena semakin tinggi temperatur pembenaman diharapkan lapisan tipis yang terbentuk semakin homogen. Selain itu dengan naiknya temperatur pembenaman maka laju reaksi pembentukan lapisan tipis CdS lebih cepat dengan melibatkan reaksi kimia (Anonim A, 2008).

Pembuatan lapisan tipis CdS yang sudah umum dilakukan adalah menggunakan bahan baku cadmium klorida (CdCl2), amonia (NH3), dan tiourea (CSNH2).

Sebagai contoh telah dilakukan penelitian sebelumnya (Ugwu and Onah, 2007) yang menggunakan ketiga jenis larutan tersebut dan didapatkan hasil karakteristik sifat optik yang timbul pada lapisan tipis CdS adalah akibat dari interaksi antara energi foton dan struktur film tipis yang terbentuk. Selain ketiga jenis bahan tersebut lapisan tipis CdS dapat dideposisikan menggunakan larutan cadmium asetat sebagai Cd, sedangkan S berasal dari thioasetamid yang diendapkan pada substrat kaca (Milton, 1988).

Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dalam penelitian kali ini akan dibuat lapisan tipis CdS dengan metode CBD sebagai fungsi temperatur. Penggunaan temperatur yang sesuai akan menghasilkan ketebalan yang homogen, terbentuk

4

lapisan yang kompleks dan didapatkan karakteristik bahan CdS yang sesuai (Teguh, 2007). Temperatur yang digunakan adalah 30 - 80°C yang dilakukan dengan cara mengendapkan cadnium asetat 0,2 M, amonium asetat 0,1 M yang dilarutkan dengan aquades 100 ml ke dalam labu ukur. Kemudian diteteskan larutan thioasetamide 0,1 M, dengan menggunakan substrat preparat kaca yang menghasilkan lapisan tipis semikonduktor yaitu cadnium sulfida (CdS).

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan di atas, maka masalah yang akan diteliti dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh temperatur pembenaman terhadap karakteristik lapisan tipis CdS yang dihasilkan. Meliputi sifat optis, struktur kristal dan sturktur mikro yang terbentuk pada lapisan tipis CdS.

C. Batasan Masalah

Pada penelitian ini mempunyai batasan masalah sebagai berikut: 1. Bahan dasar substrat yang digunakan adalah kaca preparat. 2. Rentang suhu yang digunakan adalah 30 - 80°C.

D. Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah mendapatkan karakteristik lapisan tipis CdS seperti sifat optik, struktur kristal dan struktur mikro yang terbentuk pada lapisan tipis CdS yang dibuat pada suhu yang berbeda.

5

Hasil penelitian ini diharapkan akan bermanfaat sebagai landasan ilmiah untuk pengembangan pembuatan lapisan tipis CdS dengan metode CBD yang lebih efektif dan efisien sehingga didapatkan lapisan tipis CdS yang berkualitas baik.

49

Hasil karakterisasi dengan XRD menunjukkan bahwa lapisan tipis masih dalam fasa amorf, oleh karena itu disarankan untuk meningkatkan suhu kalsinasi agar lapisan tipis berubah menjadi fasa kristal.

A. Latar Belakang

Lapisan tipis adalah suatu lapisan yang sangat tipis terbuat dari bahan organik, inorganik, logam maupun campuran metal organik dan memiliki sifat-sifat konduktor, semikonduktor maupun isolator. Untuk membuat lapisan tipis suatu reagen direaksikan dengan cara dideposisikan di atas suatu bahan yang disebut substrat yang pada umumnya berbentuk keping, sehingga sifat bahan awalnya akan berbeda dengan hasil pengendapan yang diperoleh atau terbentuknya unsur baru (Ezema and Okeke, 2003). Lapisan tipis pada umumnya mempunyai ketebalan yang berkisar antara 10-6 _{- 10}-9_{meter (Ezema, 2004).}

Lapisan tipis merupakan salah satu aspek yang mendapat perhatian sangat besar, terutama dalam bidang material karena lapisan tipis merupakan material yang menarik yang memiliki sifat optik yang sangat tergantung pada konstanta dielektrik, indeks bias, dan energi gap. Lapisan tipis juga sangat tergantung pada sifat-sifat bahan lapisan tipis yang akan diendapkan (Ugwu, 2006). Dengan teknologi lapisan tipis diharapkan dapat diperoleh suatu bahan yang berkualitas baik, sehingga dapat diaplikasikan kedalam suatu bahan. Dewasa ini perkembangan penelitian tentang penumbuhan lapisan tipis semakin maju yang dapat diaplikasikan untuk bidang komunikasi, ilmu teknik dan teknologi lainnya

2

termasuk aplikasi dalam fisika, yang digunakan dalam industri elektronika, mikroelektronika untuk perangkat bahan semikonduktor (Yahaya, 2007).

Bahan semikonduktor adalah suatu bahan yang mempunyai nilai resistivitas di antara konduktor dan isolator. Contoh bahan semikonduktor adalah silikon, germanium, dan kadmium sulfida (CdS). Teknologi semikonduktor telah mengalami kemajuan besar baik dalam hal penemuan bahan baru maupun teknik pembuatannya. Hal tersebut mendorong untuk melakukan penelitian lebih lanjut mengenai bahan-bahan semikonduktor. Dari berbagai contoh bahan semikonduktor, CdS mendapat perhatian karena bahan ini mempunyai energi gap sebesar 2,42 eV, sehingga telah diaplikasikan dalam berbagai bidang, terutama dalam pembuatan sel surya (Sanap dan Pawar, 2009).

Aspek lain yang sangat penting dalam teknologi pembuatan lapisan tipis adalah metode preparasinya. Hingga dewasa ini telah dikenal berbagai metode dan sudah diaplikasikan secara luas. Beberapa metode yang dipakai dalam penumbuhan lapisan tipis antara lain: physical vapor deposition (PVD) seperti penguapan, dan pengembunan, chemical vapor deposition (CVD), dan chemical bath deposition (CBD) (Purnomo, 2000). Pemakaian metode-metode tersebut mempunyai tujuan yang sama yaitu untuk menghasilkan lapisan tipis yang mempunyai kualitas yang baik dengan biaya produksi rendah (Syamsu dkk, 2005).

Dalam penelitian ini, metode yang dipilih adalahchemical bath deposition(CBD). CBD adalah teknik pembuatan lapisan tipis dengan metode pencelupan kimia (Jean et al, 2000). Pemilihan metode ini didasarkan pada sejumlah alasan, yaitu hanya membutuhkan alat yang sederhana berupa wadah atau bath untuk reaksi dan

substrat, selain itu dapat digunakan pada temperatur tertentu terbentuk lapisan yang kompleks atau lebih tebal serta homogen (Smith, 1990).

Pengendapan lapisan tipis dengan metode CBD diketahui dipengaruhi oleh beberapa parameter, antara lain adalah variasi waktu pembenaman, banyaknya pembenaman, pH larutan, preparasi larutan dan temperatur pembenaman serta temperatur kalsinasi atau pemanasan (Timmings, 1991). Dalam penelitian ini, variabel yang akan dipelajari adalah pengaruh temperatur pembenaman, digunakannya pengaruh temperatur pembenaman dalam penelitian ini karena semakin tinggi temperatur pembenaman diharapkan lapisan tipis yang terbentuk semakin homogen. Selain itu dengan naiknya temperatur pembenaman maka laju reaksi pembentukan lapisan tipis CdS lebih cepat dengan melibatkan reaksi kimia (Anonim A, 2008).

Pembuatan lapisan tipis CdS yang sudah umum dilakukan adalah menggunakan bahan baku cadmium klorida (CdCl2), amonia (NH3), dan tiourea (CSNH2).

Sebagai contoh telah dilakukan penelitian sebelumnya (Ugwu and Onah, 2007) yang menggunakan ketiga jenis larutan tersebut dan didapatkan hasil karakteristik sifat optik yang timbul pada lapisan tipis CdS adalah akibat dari interaksi antara energi foton dan struktur film tipis yang terbentuk. Selain ketiga jenis bahan tersebut lapisan tipis CdS dapat dideposisikan menggunakan larutan cadmium asetat sebagai Cd, sedangkan S berasal dari thioasetamid yang diendapkan pada substrat kaca (Milton, 1988).

Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dalam penelitian kali ini akan dibuat lapisan tipis CdS dengan metode CBD sebagai fungsi temperatur. Penggunaan temperatur yang sesuai akan menghasilkan ketebalan yang homogen, terbentuk

4

lapisan yang kompleks dan didapatkan karakteristik bahan CdS yang sesuai (Teguh, 2007). Temperatur yang digunakan adalah 30 - 80°C yang dilakukan dengan cara mengendapkan cadnium asetat 0,2 M, amonium asetat 0,1 M yang dilarutkan dengan aquades 100 ml ke dalam labu ukur. Kemudian diteteskan larutan thioasetamide 0,1 M, dengan menggunakan substrat preparat kaca yang menghasilkan lapisan tipis semikonduktor yaitu cadnium sulfida (CdS).

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan di atas, maka masalah yang akan diteliti dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh temperatur pembenaman terhadap karakteristik lapisan tipis CdS yang dihasilkan. Meliputi sifat optis, struktur kristal dan sturktur mikro yang terbentuk pada lapisan tipis CdS.

C. Batasan Masalah

Pada penelitian ini mempunyai batasan masalah sebagai berikut: 1. Bahan dasar substrat yang digunakan adalah kaca preparat. 2. Rentang suhu yang digunakan adalah 30 - 80°C.

D. Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah mendapatkan karakteristik lapisan tipis CdS seperti sifat optik, struktur kristal dan struktur mikro yang terbentuk pada lapisan tipis CdS yang dibuat pada suhu yang berbeda.

Hasil penelitian ini diharapkan akan bermanfaat sebagai landasan ilmiah untuk pengembangan pembuatan lapisan tipis CdS dengan metode CBD yang lebih efektif dan efisien sehingga didapatkan lapisan tipis CdS yang berkualitas baik.