Uji sifat listrik dan struktur kristal fotodioda ba0,5sr0

BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Karakteriasi Sifat Optik Film Tipis BST
Film Tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 yang diannealing dengan temperatur 850oC dapat
terbentuk oleh serapan maksimum yakni: serapan terjadi pada panjang gelombang
cahaya tampak warna hijau 500 nm pada silikon tanpa pendadah seperti
sedangkan silikon dengan pendadah ferium 2,5% terabsorbansi pada panjang
gelombang 600 nm sampai 800 nm. Kemudian menurun pada suhu yang tinggi,
untuk BST dengan pendadah ferium 5% ternyata mengalami penyerapan pada
panjang gelombang 410 nm lalu menurun pada suhu tinggi. Si film tipis dengan
pendadah Fe 7,5% dan 10% hampir mengalami penyerapan yang sama, walaupun
film tipis dengan pendadah 7,5% mengalami dua kali puncak pada panjang
gelombang 410 nm dan 430 nm seperti pada gambar 4.1.(a). Hasil spektrum
reflektansi mempengaruhi bentuk spektrum serapan film tipis BST (Chaidir
2008).
Dapat pula diketahui daerah serapan efektif dari spektrum reflektansi yang
ditunjukkan pada gambar 4.1. (b), yang mana nilai reflektansi ini merupakan
kebalikan dari absorbansi. Nilai absorbansi maksimum terjadi pada saat
reflektansi minimum. Artinya pada saat terjadi sedikit pemantulan, terjadi
penyerapan yang optimal pada rentang panjang gelombang tertentu.
Gambar 4.1. (a).
22
Gambar 4.1. (b).
Gambar 4.1.
Spektrum; (a) absorbansi, dan (b) reflektansi; film tipis Ba0,5Sr0,5TiO3
yang didadah Fe2O3 terhadap panjang gelombang (nm).
4.2. Sifat Listrik Film Tipis BST
4.2.1 Karakteristik arus-tegangan film tipis BST
Pengukuran kurva arus-tegangan menggunakan alat I-V meter. Pengukuran
tersebut dilakukan dengan dua perlakuan yaitu pada kondisi gelap dan kondisi
terang yang disinari dengan lampu neon 100 watt. Tegangan pada sumbu
horizontal merupakan variable bebas. Dari hasil pengukuran arus tegangan, film
tipis menunjukkan kurva dioda baik pada kondisi gelap maupun kondisi terang
seperti pada gambar 4.2.(a), 4.2.(b), 4.2.(c), 4.2.(d), 4.2.(e). terbentuknya kurva
diode ini menunjukkan telah terbentuknya persambungan semikonduktor tipe-p
dari substrat dengan semikonduktor tipe-n pada film tipis. Persambungan
semikonduktor tipe-p dan tipe-n dikenal dengan nama p-n junction, maka
karakteristik film tipis yang dibuat sama dengan karakteristik dari dioda yang
merupakan gabungan antara dua elektroda yaitu anoda dan katoda. Hasil
pengukuran ini menunjukkan film tipis bersifat fotodioda, dengan menunjukkan
adanya pergeseran karakteristik kurva dioda ketika diberi cahaya dengan
intensitas 580 lux. Bergesernya kurva dioda saat kondisi terang karena adanya
tambahan arus pada pita konduksi dari pita valensi.
23
Tambahan arus pada pita konduksi ini disebabkan oleh tereksitasinya
elektron pada pita valensi ke pita konduksi karena energi foton yang datang lebih
besar dari pita terlarangnya. Dari kelima sampel di bawah ini, walaupun
perlakuannya berbeda yaitu BST murni maupun didadah menunjukkan sifat yang
homogen yakni hampir menunjukkan kurva linier ketika diberi cahaya lampu.
Pada kurva yang diperoleh dapat dilihat adanya pergeseran antara kurva yang
diperoleh pada kondisi disinari dan pada kondisi gelap. Hal ini menunjukkan
seberapa besar sensivitas atau kepekaan film tipis terhadap cahaya yang datang
pada permukaan film tipis.
Gambar 4.2. (a)
24
Gambar 4.2. (b)
Gambar 4.2. (c)
25
Gambar 4.2. (d)
Gambar 4.2. (e)
Gambar 4.2.
Kurva karakterisasi I-V film tipis BST, doping Fe2O3:
(a) 0 %, (b) 2,5 %, (c) 5%, (d) 7,5 %, (e) 10 %.
Pada film tipis murni maupun yang didadah Fe2O3 dengan temperatur
850oC, kenaikan arus foton cukup besar pada cahaya dengan intensitas kurang
dari 3000 lux, maka dari keseluruhan kurva di atas menunjukkan bahwa film tipis
BST bersifat fotodioda.
26
4.2.2. Pengukuran Konduktivitas Listrik
Pada perhitungan nilai konduktivitas listrik yang didapat dari pengukuran
konduktansi, dapat dilihat bahwa yang paling tinggi adalah film tipis BST yang
didadah ferium 7,5%, dengan kisaran nilai kondukivitas listrik 429x10-6 S/cm.
Tertinggi kedua adalah film tipis BST dengan didadah Fe2O3 10% pada rentang
372x10-6 S/cm. konduktivitas tertinggi ketiga adalah film tipis BST dengan
didadah ferium 5%, yaitu pada rentang 339x10-6 S/cm. Selanjutnya BST yang
didadah Fe2O3 2,5% pada rentang nilai konduktivitas listrik 150x10-6 S/cm dan
urutan terakhir adalah pada rentang 92x10-6 S/cm pada film tipis BST murni tanpa
pendadah.
Dari nilai konduktivitas listrik hasil perhitungan dari konduktansi,
diperoleh selang nilai konduktivitas pada orde 10-6 S/cm. hal ini menunjukkan
bahwa film tipis BST dan film tipis BST yang didadah Fe2O3 (BSFT) termasuk
golongan semikonduktor dengan orde konduktivitas pada rentang semikonduktor.
Gambar 4.3.
Hubungan antara konduktivitas listrik film tipis BST
terhadap variasi konsentrasi pendadah Fe2O3
27
4.2.3. Pengukuran ketebalan film dan konstanta dielektrik
Gambar ketebalan film tipis di bawah ini menunjukkan semakin besar
doping yang diberi makan akan meningkatkan ketebalan, sedangkan untuk
gambar kurva dielektrik adalah untuk menunjukkan perbedaan antara doping pada
lempengan tipis. Disini dapat di lihat bahwa pemberian doping Fe2O3 5% dapat
memberikan pengaruh ketebaan pada film tipis. Gambar 4.4 (a) menunjukkan
hubungan ketebalan terhadap variasi doping ferium. Dapat terlihat bahwa
ketebalan pada rentang 10-6 m (𝞵m) yang berati film BST ini termasuk kedalam
golongan film tipis.
Gambar 4.4. (a).
Gambar 4.4.(b).
Gambar 4.4. Hubungan (a) ketebalan, dan (b) konstanta dielektrik,
pada film tipis BST terhadap variasi konsentrasi pendadah Fe2O3.
28
Konstanta dielektrik (ε) yang diperoleh ketika diberi tegangan berbeda
menghasilkan nilai ε yang berbeda pula. Analisis data dielektrik dalam gambar
4.4.(b) terlampir dalam lampiran 2. Pada gambar 4.4.(a) dan 4.4.(b) dapat terlihat
bahwa ketebalan film tipis BST berbanding lurus terhadap nilai konstanta
dielektrik. Nilai konstanta dielektrik merupakan gambaran material karena dapat
menyimpan muatan listrik seiring dengan salah satu fungsi kapasitor sebagai
penyimpan muatan. Sifat kapasitor pada film tipis muncul akibat persambungan
p-n antara silikon dan film tipis. Film tipis yang bertipe–n memiliki muatan
negatif bebas yaitu elektron dan substrat silikon memiliki muatan positif bebas
yaitu hole. Tepat pada daerah sambungan dan sekitarnya terjadi difusi yang
mengakibatkan adanya rekombinasi, yaitu penggabungan elektron dan hole lalu
hilang. Dengan rekombinasi ini, di sekitar daerah sambungan tidak ada lagi
muatan-muatan bebas dan yang tertinggal hanyalah ion-ion statik; yaitu ion-ion
dari atom donor dan akseptor. Daerah sambungan seperti ini disebut dengan
lapisan deplesi. Karena daerah deplesi mengandung muatan positif statik pada
salah satu sisi dan muatan negatif pada sisi lain, maka timbul medan listrik pada
daerah deplesi.
4.3. Analisis Sifat Struktur
4.3.1. Hasil X-Ray diffraction ( XRD )
Pengukuran XRD dilakukan di ruang vakum dengan tujuan untuk
mengurangi tumbukan antar partikel. Puncak-puncak difraksi yang teramati
mengidentifikasikan partikel film tipis BST memiliki distribusi orientasi kristal.
Gambar di bawah ini menunjukkan bahwa pengukuran XRD dalam penelitian ini
terdapat lima puncak yaitu pada 31,610, 38,330, 44,550, 64,970 dan yang terakhir
pada 78,150
29
Gambar 4.5. Kurva XRD film tipis BST
Tabel 4.1.Analisis data XRD film tipis BST
No
Puncak
2Ɵ
Ɵ
Sin22Ɵ
Sin2Ɵ
Sin2Ɵ
Sin2Ɵ/3
Sin2Ɵ/4
Sin2Ɵ/5
Sin2Ɵ/A
s
hkl
/2
1
31.61
15.81
0.27472
0.07418
0.03709
0.02473
0.01855
0.01484
2.06521
2
110
2
38.33
19.17
0.38464
0.10777
0.05389
0.03592
0.02694
0.02155
3.00039
3
111
3
44.55
22.28
0.49215
0.14368
0.07184
0.04789
0.03592
0.02874
4.00002
4
200
4
64.97
32.49
0.82099
0.28845
0.14423
0.09615
0.07211
0.05769
8.03045
8
220
5
78.15
39.08
0.95783
0.39732
0.19866
0.13244
0.09933
0.07946
11.06138
11
311
Σ
Dari tabel diatas maka diperoleh nilai konstanta kisi dengan persamaan sebagai
berikut :
√
√
Maka hasil XRD menunjukkan bahwa BST yang didadah ferium oksida memiliki
struktur kristal berbentuk kubus dengan parameter kisi sekitar 4,0648 Å.
30
4.3.2. Hasil Pencitraan SEM dan EDAX
Pada hasil pencitraan SEM, dapat diketahui morfologi film tipis seperti yang
dapat dilihat pada gambar 4.6.(a), 4.6.(b), 4.6.(c), 4.6.(d), 4.6.(e) di bawah ini
menunjukkan susunan bahan yang muncul seperti Ba, Sr, TiO3 dan Fe.
Gambar 4.6. (a) BST murni
31
Gambar 4.6. (b) BST didadah 2,5% Fe2O3
32
Gambar 4.6. (c) BST didadah 5% Fe2O3
33
Gambar 4.6. (d) BST didadah 7,5% Fe2O3
Hasil SEM menunjukkan permukaan yang retak-retak tidak merata, hanya
pada gambar 4.5.(d) dengan pemberian pendadahan ferium oksida 7,5%
permukaan terlihat menggumpal. Sedangkan EDAX menunjukkan susunan bahan
dari film tipis, dari hasil pada gambar ternyata dari doping Fe2O3,5% sampai
doping 10% terdapat susunan bahan yang selalu muncul, kecuali pada BST murni.
34
Gambar 4.6. (e) BST didadah 10% Fe2O3
Gambar 4.6.
Hasil SEM dan EDAX untuk BST dengan pendadah Fe2O3
(a) 0 % (murni); (b) 2,5%; (c) 5%; (d) 7,5%; (e) 10%.
Hasil SEM pada BST yang didadah ferium oksida dilakukan untuk
mengetahui secara kuantitatif bagaimana jumlah dan struktur kristal sesuai dengan
penambahan doping Fe2O3. Dapat diketahui bahwa penambahan pendadah ferium
oksida dapat mempengaruhi susunan kristal film tipis.