Templat tesis dan disertasi
advertisement
10 3 STUDI KARAKTERISASI BAHAN FERROELEKTRIK FILM Ba0,55Sr0,45TiO3 (BST) SEBAGAI SENSOR CAHAYA Pendahuluan Sensor adalah alat yang dapat digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor biasanya dikatagorikan melalui pengukuran dan memegang peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi modern (Carr, 1993). Fotodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Fotodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik (Iskandar, 2011). Irzaman (2008) menjelaskan bahan ferroelektrik film BST dapat digunakan untuk aplikasi sensor cahaya yang kemudian dapat dikembangkan menjadi sel surya. Nilai konduktivitas listrik suatu bahan material menunjukkan material tersebut bersifat isolator, semikonduktor, atau konduktor. Iskandar (2011) memaparkan nilai konduktivitas listrik film BST semakin meningkat berdasarkan lama waktu annealing. Meningkatnya nilai konduktivitas listrik disebabkan oleh ketebalan film yang semakin besar seiring lamanya waktu annealing (Iskandar, 2011). Bahan dan Metode Karakterisasi meliputi pengujian film BST sebagai sensor cahaya (sensitivitas) dengan rangkaian bias maju dan bias mundur yang ditunjukkan pada Gambar 6. Si tipe-p (anoda) BST (katoda) (a) Si tipe-p (anoda) BST (katoda) (b) Gambar 6. Skema pengujian sensitivitas film BST: (a) bias maju, (b) bias mundur. Pengujian dilakukan dengan bantuan jembatan wheatstone, dengan tujuan dapat menambah sensitivitas sensor. Rangkaian jembatan wheatstone ditunjukkan pada Gambar 7. 11 1M 4,7 K Jembatan Wheatstone V 100 Ω Film Ba0.55Sr0.45TiO3 Gambar 7. Rangkaian jembatan wheatstone Film BST memiliki hambatan berkisar ±10 6 Ω [40]. Dengan menentukan nilai R1 dan R3, maka besarnya nilai R 2 bisa diperoleh dengan menggunakan persamaan R1.R3=R2.R4. Langkah mendapatkan nilai R2 pada penelitian ini adalah, pertama menentukan nilai R1 dan R3 sebesar 1 M dan 100 Ω. Kedua, pada rangkaian jembatan wheatstone awalnya R2 menggunakan potensiometer 100 K, tujuannya menjadikan V di potensiometer menjadi bernilai 0 volt. Kemudian potensiometer dicabut, ukur hambatan pada potensiometer dengan multimeter. Nilai yang terbaca pada multimeter adalah nilai hambatan yang digunakan sebagai R 2. Nilai hambatan yang terbaca adalah 4, 68 K, sehingga digunakan R2 = 4,7 K. Pengukuran dilakukan pada kaki 1 dan 3 potensiometer. Mulai Karakterisasi sebagai sensor cahaya Sensitivitas Bias maju Bias mundur Selesai Gambar 8. Diagram alur karakterisasi film BST sebagai sensor cahaya 12 Hasil dan Pembahasan Pengukuran sensitivitas sensor cahaya BST, dilakukan dengan cara sensor diberikan rangsangan berupa cahaya. Dengan adanya rangsangan, sensor akan merespon dan mengeluarkan output berupa tegangan tertentu. Untuk menambah sensitivitas, saat pengukuran film dirangkai dengan rangkaian jembatan wheatstone. Pengukuran dilakukan pada dua kondisi, yaitu gelap (±2 lux) dan terang (±452 lux). Hasil pengukuran ditunjukkan pada Tabel 1. Meningkatnya intensitas cahaya maka semakin banyak elektron yang tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi. Hal ini sesuai, bahwa elektron yang tereksitasi ke pita konduksi ini akan meningkatkan pembawa muatan yang pada akhirnya akan meningkatkan konduktivitas listrik (Kurniawan, 2011). Sensitivitas film BST sebagai sensor cahaya ditunjukkan oleh perbandingan antara perubahan tegangan dengan perubahan intensitas (∆V/∆I). Semakin besar perubahan tegangan maka film semakin sensitif. Tabel 1 menunjukkan pengukuran dengan bias maju memiliki nilai sensitivitas yang lebih besar dibandingkan dengan pengukuran bias mundur. Hal ini dikarenakan ketika kondisi bias maju (Si tipe-p dihubungkan ke V(+), BST tipe-n dihubungkan ke V(-)) arus akan mengalir dari katoda ke anoda, sehingga film BST bersifat konduktor. Pada Gambar 9 menunjukkan pula film dengan sampel enhancement-850 oC memiliki sensitivitas terbaik sebagai sensor cahaya. Film inilah yang bagus dijadikan sensor cahaya dan selanjutnya dapat diintegrasikan ke mikrokontroler. 0,2 Sensitivitas (∆V/∆lux) Bias maju 0,15 Bias mundur 0,1 0,05 0 Film BST Gambar 9. Sensitivitas film BST pada rangkaian bias maju dan bias mundur 13 14 Simpulan Film BST menunjukkan perubahan nilai konduktivitas ketika intensitas cahaya yang jatuh pada film berubah. Hal ini dikarenakan, meningkatnya intensitas cahaya maka semakin banyak elektron yang tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi. Sehingga elektron yang tereksitasi ke pita konduksi akan meningkatkan pembawa muatan yang pada akhirnya akan meningkatkan konduktivitas listrik.
