KAJIAN VARIASI SUHU ANNEALING TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT OPTIK PADA LAPISAN Ba 0,95 Sr 0,05 TiO3

  

KAJIAN VARIASI SUHU ANNEALING TERHADAP

STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT OPTIK PADA LAPISAN

Ba 0,95 Sr 0,05 TiO

  3 Disusun oleh:

RATNA MAYASARI

M0213074

SKRIPSI

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

  

Mei 2018

  

KAJIAN VARIASI SUHU ANNEALING TERHADAP

STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT OPTIK PADA LAPISAN

Ba 0,95 Sr 0,05 TiO

  3 Disusun oleh:

RATNA MAYASARI

M0213074

SKRIPSI

  

Diajukan untuk memenuhi sebagian

Persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

  

Mei 2018

  

PERNYATAAN

  Dengan ini, saya menyatakan bahwa isi intelektual dari skripsi saya dengan judul “KAJIAN VARIASI SUHU ANNEALING TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT OPTIK PADA LAPISAN Ba 0,95 Sr 0,05 TiO

  3

  ” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya sampai saat ini, skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya, kecuali yang telah saya tuliskan didaftar pustakan. Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis dibagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

  Surakarta, 02 Mei 2018 Ratna Mayasari

  

MOTTO

  Sebuah tembok yang indah tidak semua tercipta dari batu bata bagus, pastinya ada dua atau lebih batu bata jelek, seperti halnya perjalanan kehidupan (Ajahn Brahm).

  Hidup itu seperti naik sepeda. Agar tetap seimbang, kau harus terus bergerak (Albert Einstein).

  Bermimpilah seakan kau akan hidup selamanya, Hiduplah seakan kau akan mati hari ini (James Dean).

  Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan (Q.S Al-Insyirah:5-6) Dan bersabarlah kamu, sesungguhnya janji Allah adalah benar (Q.S Ar-Rum:60)

  “Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagimu, dan boleh jadi kamu menyukai sesuatu, padahal ia amat buruk bagimu” (Q.S. Al-Baqarah: 216)

  

PERSEMBAHAN

Dengan menyebut nama Allah yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang

  Karya ini saya persembahkan kepada: 1. Bapak dan Ibuk tercinta 2. Adik-adik kesayangan dan semua keluarga besar 3. Semua sahabat-sahabat saya.

  4. Keluarga besar Entitas Mahasiswa Fisika (EMF) 2013.

  5. Para pembaca sekalian.

  

Kajian Variasi Suhu Annealing Terhadap Struktur Mikro dan Sifat Optik

pada Lapisan Ba 0,95 Sr 0,05 TiO

  3 RATNA MAYASARI

  Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret

  

ABSTRAK

  Lapisan Ba 0,95 Sr 0,05 TiO

  3 dideposisi menggunakan metode Chemical Solution

Deposition (CSD). Pendeposisian lapisan menggunakan teknik spin coating pada

  substrat Pt/Si dan Quartz (SiO ). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui

  2

  pengaruh suhu annealing terhadap struktur mikro dan sifat optik lapisan

  o o

  Ba 0,95 Sr 0,05 TiO

  3 . Proses annealing dilakukan pada suhu 800

  C, 900

  C, dan

  o

  1000

  C. Struktur mikro meliputi tingkat kekristalan, ukuran kristal, dan parameter kisi. Suhu annealing semakin tinggi menyebabkan struktur mikro semakin besar. Sifat optik yang diuji meliputi absorbansi dan energi gap. Suhu annealing semakin tinggi ketebalan lapisan semakin kecil. Ketebalan pada suhu annealing

  o o o

  800

  C, 900

  C, dan 1000 C secara berturut - turut yaitu 555,72 nm, 423,69 nm, dan 235,79 nm. Hal tersebut, menyebabkan absorbansinya menurun. Absorbansi

  o

  tertinggi terdapat pada suhu annealing 800

  C. Energi gap paling kecil terdapat

  o pada suhu annealing 1000 C sebesar 3,20 ± 0,09 eV.

  Kata Kunci : Ferroelektrik, lapisan, Ba 0,95 Sr 0,05 TiO 3 , annealing.

  

Study of Annealing Variations on Microstructure and Optical Properties of

Ba

  0.95 Sr

  

0.05 TiO

  3 Films

  RATNA MAYASARI Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University.

  

ABSTRACT

  Barium Strontium Titanate (Ba Sr TiO ) films were deposited by Chemical

  0.95

  0.05

  3 Solution Deposition (CSD) method. The films were deposited on Pt/Si and Quartz

  (SiO

  2 ) substrates by spin coating technique. This study aimed to determine effect

  of annealing on microstructure and optical properties of Ba

  0.95 Sr

  0.05 TiO 3 films.

  The films were annealed at 800°C, 900°C, and 1000°C. Microstructure was include the crystallinity degree, crystalline size, and lattice parameters. The annealing was higher causes larger microstructure. Optical properties were tested include absorbance and energy gap. The annealing was higher then the thickness of the films were gotten smaller. The thickness of films were annealed at 800°C, 900°C, and 1000°C i.e. 555,72 nm, 423,69 nm, and 235,79 nm. However, the absorbance was decreases. The best of films absorbance was an annealing at

  o

  800 C. The best films gap energy an annealing at 1000°C was 3.20 ± 0.09 eV. Keywords : Ferroelectric, films, Ba 0,95 Sr 0,05 TiO 3 , annealing.

  Puji syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan segala nikmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Semua rintangan, teguran, hidayah, dan anugerah mewarnai langkah penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

  Skripsi ini disusun penulis sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains yang berjudul “KAJIAN VARIASI SUHU ANNEALING TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT OPTIK PADA LAPISAN Ba 0,95 Sr 0,05 TiO

  3

  ”. Dalam proses skripsi ini melibatkan beberapa pihak yang turut menyumbang keringat, buah fikir dan kesabaran. Oleh karena itu, penulis dengan sangat tulus mengucapkan banyak terimakasih kepada : 1.

  Bapak dan Ibuk tercinta yang dengan tulus memberi semangat dan dukungan sejak penulis menjadi mahasiswa sehingga bisa menyelsaikan skripsi ini.

  2. Adik-adik kesayangan yang selalu memberi semangat saat penyusunan skripsi dan selalu menghibur ketika penulis down.

  3. Dr. Yofentina Iriani. S.Si.,M.Si selaku pembimbing 1 yang baik hati, terimakasih telah membimbing penulis dengan sabar dan senantiasa memberikan saran dan motivasi sehingga bisa menyelesaikan skripsi ini.

  4. Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si selaku pembimbing 2 yang baik hati, terimakasih telah membimbing penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.

  5. Dr. Nuryani. S.Si., M.Si., Ph.D selaku Dosen Pembimbing Akademik, terimakasih telah membimbing penulis mulai menjadi mahasiswa baru sampai akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini.

  6. Dr. Eng. Risa Suryana yang telah memberi bantuan dan petunjuk dari setiap pertanyaan penulis.

  7. Mbak Win, Mas David, Mas Ari, Pak Hari, Mbak Ning, Mbak Watik dan Mbak Imah atas kemudahan akses laboratorium, sehingga penulis dapat setiap saat mengerjakan penelitian untuk skripsi ini.

  8. Saudara dan sahabat-sahabat saya, Teman Surga (Mbak Erin, Jijah, Shinta, Nilam, Shopi, Anggit, Reza, Nanda), Nandani, Rizki Ari, Ardi, Wisnu, dan Fajrin yang setia menemani dan memberiksn Do’a, motivasi, dan saran.

  9. Teman – teman grup Ferroelektrik (Yasin, Mbak Ayu, Mawar, Mei-mei, Novinda) yang telah berjuang bersama.

  10. Semua teman – teman Entitas Mahasiswa Fisika (EMF) 13’ Semoga Allah SWT membalas semua jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Penulis menyadari akan banyaknya kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Namun, penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat, setidaknya bagi penulis sendiri.

  Surakarta, 02 Mei 2018 Ratna Mayasari Sebagian dari skripsi saya yang berjudul “Kajian Variasi Suhu Annealing Terhadap Struktur Mikro dan Sifat Optik pada Lapisan Ba 0,95 Sr 0,05 TiO

  3

  ” dipublikasikan dalam Indonesian Journal of Applied Physics (IJAP) 2018.

  

DAFTAR ISI

  Halaman

  

HALAMAN JUDUL .......................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN .......................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iv

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................ v HALAMAN MOTTO ...................................................................................... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................ vii

HALAMAN ABSTRAK .................................................................................... viii

HALAMAN ABSTRACT .................................................................................. ix

KATA PENGANTAR ........................................................................................ x

HALAMAN PUBLIKASI .................................................................................. xii

DAFTAR ISI ....................................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xv

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xvi

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................ xvii

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1

  1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1

  1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 3

  1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 4

  1.4 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 4

  1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................... 4

  BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................ 5

  2.1 Ferroelektrik ............................................................................................. 5

  2.2 Struktur Perovskit .................................................................................... 6

  2.3 Barium Titanat dan Barium Strontium Titanant ...................................... 7

  2.4 Doping ...................................................................................................... 8

  2.5 Metode Chemical Solution Deposition (CSD) ....................................... 10

  2.6 Sel Surya Perovskit ................................................................................ 11

  2.7 X-Ray Diffraction (XRD) ....................................................................... 12

  2.8 Spektrofotometer Ultra Violet- Visible (UV-Vis) ................................... 14

  3.3.7 Karakterisasi ............................................................................... 23

  

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 38

  5.2 Saran ....................................................................................................... 37

  5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 37

  

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 37

  1.4 Karakterisasi Morfologi ......................................................................... 34

  1.3 Karakterisasi Sifat Optik ........................................................................ 32

  1.2 Karakterisasi Cross Section..................................................................... 31

  0,95 Sr 0,05 TiO3 ......................... 27

  1.1 Karakterisasi Struktur Mikro Lapisan Ba

  

BAB IV PEMBAHASAN ................................................................................. 26

  3.3.8 Analisis Data .............................................................................. 23

  3.3.6 Proses Annealing Sampel ........................................................... 22

  2.9 Scanning Electron Microscopy (SEM) .................................................. 15

  3.3.5 Pendeposisian Lapisan BST ....................................................... 21

  3.3.4 Pembuatan Larutan ..................................................................... 21

  3.3.3 Penimbangan Bahan ................................................................... 21

  3.3.2 Preparasi Substrat ....................................................................... 20

  3.3.1 Preparasi Alat dan Bahan ........................................................... 20

  3.3 Prosedur Penelitian.................................................................................. 18

  3.2.2 Bahan yang Digunakan dalam Penelitian .................................. 18

  3.2.1 Alat yang Digunakan dalam Penelitian ...................................... 17

  3.2 Alat dan Bahan ...................................................................................... 17

  3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................ 17

  

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................. 17

  2.10 General Structur Analysis System (GSAS) ............................................ 15

  Lampiran ............................................................................................................ 42

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 2.1. Soft Doping ....................................................................................... 9Tabel 2.2. Hard Doping ..................................................................................... 9Tabel 4.1. Tingkat Kekristalan Variasi Suhu Annealing .................................... 29Tabel 4.2. Ukuran Kristal ................................................................................... 29Tabel 4.3. Parameter Kisi ................................................................................... 30Tabel 4.4. Parameter Kisi hasil refinement ........................................................ 30Tabel 4.5. Ketebalan Lapisan Variasi Suhu Annealing ...................................... 32Tabel 4.6. Energi Gap Variasi Suhu Annealing .................................................. 33Tabel 4.7. Ukuran Butir Variasi Suhu Annealing ............................................... 36Tabel 4.8 Tingkat Kekasaran Variasi Suhu Annealing ...................................... 36

  DAFTAR GAMBAR Halaman

Gambar 2.1. Kurva Histerisis P-E ............................................................................. 5Gambar 2.2. Struktur Perovskit ABO

  3 ...................................................................... 6

Gambar 2.3. Struktur BaTiO

  3 ................................................................................... 7

Gambar 2.4. Skema Spin Coater .............................................................................. 10Gambar 2.5. Skema Terbentuknya Lapisan ............................................................. 10Gambar 2.6. Skema Perpindahan Elektron Sel Surya Perovskit .............................. 11Gambar 2.7. Skema Difraksi Sinar-X ...................................................................... 12Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 19Gambar 3.2. Bahan Penelitian .................................................................................. 20Gambar 3.3. Alat Penelitian ..................................................................................... 20Gambar 3.4. Memotong Substrat ............................................................................. 20Gambar 3.5. Penimbangan Bahan BST .................................................................... 21Gambar 3.6. Deposisi Lapisan BST ......................................................................... 22Gambar 3.7. Proses Drying ...................................................................................... 22Gambar 3.8 Skema Proses Annealing ...................................................................... 22Gambar 3.9. Proses Annealing ................................................................................. 23Gambar 4.1. Kondisi Fisik Setelah Proses Drying .................................................... 26

  o o

Gambar 4.2. Kondisi Fisik Setelah Proses Annealing (a) 800

  C, (b) 900

  C, dan

  o

  (c) 1000 C ............................................................................................ 27

Gambar 4.3. Hasil Karakterisasi XRD pada Variasi suhu Annealing ..................... 28

  o o

Gambar 4.4. Cross Section pada Suhu Annealing (a) 800

  C, (b) 900

  C, dan (c)

  o

  1000 C .................................................................................................. 31

Gambar 4.5. Absorbansi Variasi Suhu Annealing ..................................................... 33Gambar 4.6. Energi Gap Variasi Suhu Annealing .................................................... 34

  o o o

Gambar 4.7. Morfologi Suhu Annealing (a) 800

  C, (b) 900

  C, dan (c) 1000 C ...... 35

  DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan θ

  Sudut Difraksi Bragg Derajat (º)

  d Jarak antar kisi - [h k l] Indeks Miller - B FWHM Radian (rad)

D Ukuran Kristal Nanometer (nm)

  λ Panjang Gelombang Angstrom (Å) dan

Nanometer (nm)

  Jari-jari Angstrom (Å) Parameter Kisi - Absorstivitas Nanometer (nm) Transmitansi % Absorbansi - Frekuensi Gelombang Hertz (Hz) Cepat Rambat Cahaya m/s Koefisien Absorbansi m

• 1

  

d Ketebalan Nanometer (nm)

  Energi Gap eV Konstanta Planck Js

  17