ISSN : 1410-9662

Solusi Numerik Model Dinamik Perlakuan Immunotherapypad a Infeksi HIV-l Agus Kartono,Rosidah, dan Ardian

Arif

1-10

11- 18Evaluasi Kinerja Metoda Analisis Pengukuran Neutron(APN) Zaenal Arifin, Dwi P. Sasongko, dan MMunir

19-26Studi Sifat Termal Prekursor In(TMHD)3 UntukMenumbuhkan Lapisan Tipis In1,03 dengan Teknik MOCVD

Horasdia Saragih, Hasniah, Euis Sustini danSukirno

Aoalisis Velocity Model Building Pada Pre Stack DepthMigration U otuk Penggambarao Struktur Bawah PermukaanDaerah "X" Yose Rizal Triarto, HernowoDanusaputro, dan Udi Harmoko

27- 32

33 -38Studi Konduktivitas Listrik Film Tipis Bao.2.SSrO.7STiO3 Yang

Didadah Ferium Oksida Menggunakan Metode CSD I rzaman, R Erviansyah, H. Syafutra, A Maddu, dan ,Siswadt

39 -44Mekanisme Hamburan Defek Statis Dan Vibrasi TermalTerbadap Mobilitas Elektron Pad a Film Tipis GaN DadiRusdiana, Li/ik Hasanah dan Endi Suhendi

ISSN /410 -9662Berka/a FisiliaVol 13. .No.1. .Januari 20/0. hal 3 -3X

Studi Konduktivitas Listrik Film Tipis BaO.25SrO.75 TiOJ Yang Didadah FeriumOksida (BFST) Menggunakan Metode Chemical Solution Deposition

Irzamtm', R Erviansyah', H. Syafutra', A Maddu' , dan SiswadrI Departemen Fisika FM/PA. lnstitut Pertanian Bogor

la/an Meranti Gedung Wing S no 3 Dramaga Bogor -/66801 Departemen Maternatika FMIP A. lnstitut Pertanian Bogor

la/an Meranti GedWJg Wing S no 3 Drarnaga Bogor -16680Emai/.. irzaman@vahoo.com. ridwan ohvsics@D/a.\'a.com

Abstract .Has done growth Bao.z.sSro. 7jTiOj (BS1) thin film and BST are pure Ferium Oxide Fe~J dopant(BFS1j with dopant variations 5%, 10% and 15% above the substrate Si (100) type-p using ChemicalSolution Deposition Method (CSD) with the spin coating technique at a speed of arow1d 3000 rpm for30 seconds. BST thin films made with I M concentration and annealing at a temperature of 850°C forSi Substrate. Thin film on silicon substrate type-p thickness characterization performed using thevolumetric method and the characterization of electrical conductivity by using LCR meter. From thecharacterization results showed the thickness increases with the addition of ferium oxide dopant given.Electrical conductivity value of BST and BFST thin films are in the range semiconductor materials andelectrical conductivity values obtained increased when the higher intensity light is used whereasresistance value could decrease if the light intensity is increased. The addition offerium oxide dopantwill increases electrical conductivity value ofBST and BFST thin films.

Keywords: BFS7: thin film, CSD, spin coating, electrical conductivity

AbstrakTelah dilakukan penumbuhan film Ipis BaO.2.sSrO.75TiOj (BS1) mumi dan BST yang didadah FeriumObida Fe20j (BFS1) dengan variasi pendadah 5%, 100/0 dan 15% di alas substrat 8i(100) tipe-p denganmenggunakan metode chemical solution deposition (CSD) dengan reknit spin coating pada kecepatanputar 3000 rpm selama 30 detik. Film Tipis BST dibuat dengan konsentrasi 1 M dan annealing pada suhu850°C untuk Substrat Si. Film tipis diatas substrat silicon tipe-p dilakukan karakterisasi ketebalanmenggunakan metode volumetric dan karakterisasi konduktansi dengan menggunakan LCR meter. Darihasi! karakterisasi ketebalan menunjukkan ketebalan meningkat dengan banyahlya pendadah feriumoksida yang diberikan. Mlai konduktivitas film tipis BST dan BFST berada pada rentang materialsemikonduktor dan didapatkan nilai konduktivitas semakin meningkat apabila semakin tinggi intensitascahaya lampu yang digunakan, sebaliknya nilai resistansi akan semakin menurwr apabila intensitascahaya dinaikkan. Penambahan pendadah ferium oksida akan meningkatkan nilai konduktivitas listrik,.film tipis BST dan »PST'.

Kaia-Kata Kunci.. BFS7: film tipis, CSD, spin coating, konduktivitas listrik

tertentu. Salah satu peneljtian yang belakang!U1ini menarik perhatian para ah1i fisika yaitupenelitian terhadap material ferroelektrik karenamaterial illi sangat menjanjikan tedladapperkembangan divais generasi barn sehubtmgandengan sifat-sifat unik yang dimilikinya.Material ferroelektrik, terutama yang didasari

PENDAHULUANBidang elektronik saat ini memegang

peranan penting diberbagai sektorpembangunan. Hal ini menyebabkan banyakorang melakukan penelitian dan pembuatan alat-alat serta komponen-komponen elektronika yangdiharapkan mempunyai sifat dan karakteristik

33

Irzaman, dkk ..)'tudi Konduklivi/us Li,\,/rik Film Tipis

TINJAUAN PUST AKADevices fotokonduktivitas dibuat dengan

tujuan menghasilkan perubahan resistansi atautegangan ketika disinari dengan suatu cahaya.Fotokonduktivitas sendiri adalah fenomena optikdan listrik di dalam suatu material yang menjadilebih konduktif ketika menyerap radiasielectromagnet seperti cahaya tampak. sinarultraviolet, sinar infrarnerah atau radiasi gmnma.Ketika cahaya diserap oleh sebuah materialseperti semikonduktor, jumlah dari perubahanelectron bebas dan hole meningkatkankonduktivitas listrik dari semikonduktor.Eksitasi cahaya yang menumbuk semikonduktorhams mempunyai cukup energi untukmeningkatkan jumlah electron yangmenyeberangi daerah terlarang atau oleh eksitasipengotoran dengan daerah bandgap.Konduktivitas listrik a (S/cm) berhubungandengan resistivitas p (.0. cm) sesuai dalampersamaan 2.1 :

10" = -(2.1)

.0

Peningkatan konduktivitas listrikdisebabkan oleh eksitasi dari penambahanpengisian bebas yang diangkut oleh cahayaenergi tinggi pada semikonduktor dan isolator.Material alami maupun buatan yang terdapat dislam dapat diklasifisikan menjadi tiga yaitukonduktor, isolator dan semikonduktor. NiIaidari konduktivitas listrik ketiga materiai tersebutberbeda. Material semikonduktor memj'unyainilai konduktivitas antara selang dari (10 -103)S/cm [5].

Konduktivius ~cm)

10!10' 10" 10-' 10-' 10.'110"':

o/eh campuran Barium Stronsium Titanat (BST),diharapkan memiliki energi yang tinggi karenamemiliki konstanta dielektrik dan kapasitaspenyimpanan muatan yang tinggi sehinggabanyak digunakan sebagai FRAM (FerroelectricRandom Access Memory) selain itu sifathisteresis dan konstanta dielektriknya yangtinggi dapat diterapkan pada gel memoriDynamic Random Acsess Memory (DRAM)dengan kapasitas penyimpanan melampaui IObit [1].

Sifat piezoelektriknya dapat digunakansebagai mikroaktuator dan sensor, sifatpyroelektrik dapat diterapkan pada infraredsensor, sifat polaryzability dapat diterapkansebagai Non Volatile Ferroelektrik RandomAcsess Memory (NVRAM), serta sifat electro-optic dapat digunakan dalam switch termalinfrared [2]. Film Tipis BST dapat dibuatdengan beberapa metode diantaranya PulsedLaser Deposition (PLD), Metal OrganicSolution Deposition (MOSD), Sol-antikann GelProcess dan RF Magnetron Sputtering [3].Selain itu juga terdapat Metode ChemicalSolution Deposition (CSD) yang telah lamadikembangkBn untuk penurnbuhan perovskitethin film semenjak tahun 1980-an dandipublikasikan oleh Fukashima et al [4].

Dalarn penelitian ini film tipis BST danBFST dibuat dengan metode chemical solutiondeposition (CSD) karena metode ini memilikikeunggujan yaitu prosedumya mudah, biayanyarelatif murah dan mendapatkan basil yang bagus.Spin coating dilakukan di atas substrat Si tipe-pdan annealing pada suhu 850 °C sedangkanuntuk material yang digunakan untuk pembuatanfilm tipis ini menggunakan Etilane Olykol yangpada penelitian sebelumnya lebih banyakmenggunakan 2-metoeksitanol. Dari film tipisBST dan BFST yang,. telah dihasilkan akan

..-'dilakukan anaIisis' dan karakterisasikonduktivitas listrik setiap film tipis yangdilakukan dengan menggunakan variasipendadah Ferium Oksida.

Penelitian ini bertujuan membuat filmtipis BFST yang ditumbuhkan dengan metodechemical solution deposition (CSD) danmenentukan nilai konduktivitas listrik yangdiukur dengan menggunakan LCR meter.

Gambar 1. Spektrnm konduktivitas listrik daDresistivitas

34

ISSN: 1410 -9662Berkala FisikaVol/3. ,No.1, Januari 2010, hal33 -38

Resistansi suatu materia! bergantungpada panjang, luas penarnpang lintang, tipematerial dan temperature. Pada material ohmikresistansinya tidak bergantung pada arus danhubungan empiris ini disebut dengan hukwnOhm yang dinyatakan sesuai dalarn persamaan2.2 :

J-' = IR ; R = konstan (2.2)

Untuk material nonohmik, arus tidaksebanding dengan tegangan. Resistansinyabergantung pads arus, didefinisikan sesuaidalam persamaan 2.3:

t.R = -(2.3)1..- ..

99.99<)0/0], besi oksida [(Fe203)], etilin glikol,asam asetat, substrat Si (100) tipe-p, aquades,HF (asam florida), kaca preparat dan alumuniumfoil, dan furnace. Dari alat ~but didapaikannilai konduktansi (G). Nilai resistansidida~tkan dari p-:rsarnaan R=I/G sedangkannilai konduktivitas dapat dicari dari persamaan

ra = ~. Konduktansi film tipis diukur dengan

berbagai variasi yaitu pada kondisi gelap (0watt), kondisi terang dengan intensitas bervariasi(25 watt, 50 watt, 75 watt, 100 watt ).

.Data konduktansi ini digunakan Wttukmenghitung nilai konduktivitas listrik film tipisdengan menggunakan persamaan 2.5 dart 2.6.Nilai konduktivitas listrik film tipis yangdidapatkan akan diOOndingkan dengan dataliteratW', dart untuk mengetahui film tipis yangterbentuk termasuk bahan konduktor,sernikonduktor atau bahan isolator.

BASIL DAN PEMBAHASANKarakteristik Konduktivitas Listrik FilmTipis

Kurva hubungan arus dan tegangan padamaterial Ohmik adalah linear sedangkanmaterial nonohmik kurva hubungannya tidaklinear.

Resistansi swtu kawat penghantarsebanding dengan panjang kawat danberbanding terbalik dengan luas penampanglintang sesuai dalam persamaan 2.4 :

LR = p- (2.4)

ADimana p disebut resistivitas materialpenghantar. Satuan resistivitas adalah ohm meter({).m). Kebalikan dari resistivitas disebutkonduktivitas v.

Adapun nilai konduktivitas suatumaterial bergantung dari sifat material tersebut.Nilai konduktivitas listrik suatu material dapatdilihat pada gambar. Konduktivitas listrik adalahkemampuan suatu bahan untuk mengt1antarkanarus listrik. Persainaan berikut merupakanhubungan konduktivitas listrik dan resistansisesuai dalam persamaan 2.5 dan 2.6 :

LR = ~"" (2.5)iTA"

L

a=RA (2.6)

BAHAN DAN METODEBahan yang digunakan dalam penelitian

ini adaIah bubuk barium asetat [Ba(CH3COOh,[99%], stronsium asetat [Sr(CH3COOh, 99%],titanium isopropoksida [Ti(C12O4H28),

Pengukuran nilai konduktivitas listrikfilm tipis dilakukan dalam 5 kondisi yangberbeda yaitu gelap (0 watt), dengan lampu 25watt, 50 watt, 75 watt dan 100 watt. AdapUllbasil perhitungannya dapat dilihat pada tabel4.1. Secara wnwn nilai konduktivitas ordenyaialah 10-5 S/cm yang berarti dapat dikatakanbahwa film tipis yang kita buat meropakan suatumaterial semikonduktor. Dari tabe14.1 diketahuibahwa nilai konduktivitas listrik meningkatseiring dengan kenaikan intensitas cahaya.Peningkatan konduktivitas ini dikarenakantereksitasinya elektron pada pita valensi ke pitakonduksi [6]. Elektron pada pita konduksi bebasbergerak dibawah pengaruh medan listriksehingga setDakin banyak elektron tereksitasi kepita konduksi akibat disinari cahaya yangmenyebabkan arus akan meningkat dengandemikian konduktivitas listriknya jga meningkatdan sebaliknya nilai resistansinya akan menucunkarena konduktivitas dan resistansi mernilikihubungan terbalik [7]. Adapun untlik data nilaikonduktivitas rnasing-masing film tipis dapatdilihat pada tabel 1.

Secara umwn penambahan pendadahferiwn akan meningkatkan konduktivitas listrik

35

lrzaman. dkk ..\'ludi Konduktivilas Lislrik Film Tipis'

'('011( !I~

~ 'UU( ., ~

I IUOtIIUI ~ \ ..110('11

oME ! 000( '11:5-1 ..0\1( 01~~ I "'Hif UI

i I '00( "I~ 10(10{'11

..AOO(O.. ,..I --.01,00(-00 .-'

-~..".".,.

81..1',

8(\11'"

--af\I 1\'

10 ~O 00 10

!ntomit., ~.IW"'I100

Gambar 2. Hubungan konduktivitas listrik terhadapvariasi intensitas cahaya.

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16%;

rlh1lpis BfST i~ 1

Gambar 3. Hubungan konduktivitas listrik setiapfilm tipis setiap film tipis BFST pada kondisi gelap.

film tipis seperti terlihat pada gambar (4.1).Peningkatan konduktivitas listrik akibatpenarnbahan pendadah ferium terjadi karenaatom trivalent memiliki tiga elektron pada pitavalensi sedangkan ion silikon memiliki empatelektron valensi dengan demikian ada ikatankovalen yang kosong (hole). Kekuranganelectron ini menyebabkan semikonduktormenjadi tipe -po &lain itu, jika semikonduktorintrinsik (semikonduktor yang dibuat denganmetode khusus untuk meningkatkankemurniannya setinggi mungkin, sehinggahasilnya bisa dianggap sebagai semikonduktormurni) didadah dengan sejurnJah kecil atomtrivalent, maka setiap atom pendadah akanmengkontribusikan tiga elektron danmenyisakan satu hole pada ikatan kovalen. Zatpendadah seperti ini disebut akseptor atauketidakmurnian tipe -poPenarnbahan akseptor pada semikonduktorintrinsik akan menimbulkan tambahan tingkatenergy sedikit diatas pita valensi. Kecilnyaselisih tingkat energy pita valensi dan pitakonduksi menyebabkan banyaknya electron naikke pita konduksi, meninggalkan hole pada pitavalensi yang menjadi carrier terbesar pada suatubahan semikonduktor sehingga nantinya akanmeningkatkan nilai konduktivitas listrik filmtipis BST dan BFST (8].

Garnbar 2 menunjukkan kurvakonduktivitas listrik film tipis BST dan BFSTsebagaj fungsi dati intensitas cahaya. Kurvakonduktivitas tersebut menunjukkankonduktivitas relatif stabil sebagai fungsiintensitas cahaya dan penambahan dopan feriumakan meningkatkan nilai konduktivitas. Adapunpada garnbar 3 menunjukkan kurvakonduktivitas listrik film tipis BFST padakondisi gelap dimana terlihat kurva menyerupaibentuk eksponesial dan menunjukkan bahwapendadah ferium meningkatkan nilaikonduktivitas listrik walaupun tidak adaintensitas cahaya yang masuk pada film tipisBFST.

Tabel I. Pengamh intensitas cahaya dan banyaknyapendadah ferium oksida terltadap konduktivitas listrik

film tipis BFST.

Kondukti~ listrik ( 1_0." S~)-0

watt

0,663

~3,51936.9-~

100 1

watt_!25 watt 50 watt 75 watt

FilmtipisBFST0%5%100/015%

1,053~~.~82 J

1,137~~,957

1,200

~§,3J4

41.27Q I 41.410 I 42,642 I 43.78JJ

36

ISSN: 1410 -9662Berkala FisikaVol 13. .No.1, Januari 2010. hal33 -38

KESIMPULANBerdasarkan hasil yang didapatkan

dapat dlsimpulkan bahwa nilai konduktivitaslistrik film tipis meningkat seiring dengankenaikan intensitas cahaya sebaliknya nilairesistansinya akan menurun dan dati nilaikonduktjvitas ljstrik yang didapatkanmenunjukkan bahawa film tipis BST dan BFSTyang dibuat merupakan material semikonduktor.Penambahan pendadah ferium oksida akanmeningkatkan nilaj konduktivitas listrik filmtipis BST dan BFST.

[4]. Schwartz, R. W. Chemical SolutionDeposition of Perovskite Thin Films.Department of Ceramic and MaterialsEngineering, Clemson University,Clemson, South Carolina 29634-0907, 9(11),2325-2340 (1997).

[5J. Sze, S.M. 1981. Physics of SemiconductorDevices r edn. John Wiley and Sons.Singapore

[6]. Omar, M.A. Elementary Solid StatePhysics. Addison-Wesley PublishingCompany, Inc (2007).

[7]. .Sutrisno. Elektronika Teori danPenerapannya.lTB, Bandung (1986).

[8]. Arifin, I. E/ektronika 1. Hal 9-12 (2004).

UCAP AN TERIMA KASffiPenelitian ini didanai Program Hibah

Kompetitif Penelitian., Unggulan StrategisNasionaI2009, DP2M Dikti, Republik Indonesiadengan nomor kontrak:413/SP2H/PP/DP2MNl/2009.

DAFT AR PUST AKA[I]. Seo, J. Y, Park S. W. 2004. Chemical

Mechanical Planarization Characteristic ofFerroelectric Film for FRAMApplications. Jow-nal of Korean Physicssociety. Vol 45 (3). 769-772.

[2]. Azizahwati. Studi Morfologi PennukaanFilm Tipis Pbo.5~rO.47S Ti~ yang

Diturnbuhkan denganMetode DC Unbalanced MagnetronSputtering. Jumal NasionalIndonesia. Universitas Riau, 5 (1), 50-56(2002).Giridharan, N. V, Jayavel R, Rarnasarny P.Structural, Morphoogical and ElectricalStudies on Bariwn Strontiron ntanateThin Films Prepared by Sol-Gel

Technique. Crystal GrowthCentre, Anna University, Chennai, India,36(1), 65-72 (2001)..

[3].

37