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.