ANALISIS MORFOLOGI PERMUKAAN DAN PENENTUAN

MOBILITAS PEMBAWA MUATAN LAPISAN KLOROFIL

SPIRULINA SP HASIL DEPOSISI SPIN COATING

Disusun Oleh :

LIDYA NUR DE VEGA

M0211047

SKRIPSI

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Agustus, 2015

ii

ANALISIS MORFOLOGI PERMUKAAN DAN PENENTUAN

MOBILITAS PEMBAWA MUATAN LAPISAN KLOROFIL

SPIRULINA SP HASIL DEPOSISI SPIN COATING

Disusun Oleh :

LIDYA NUR DE VEGA

M0211047

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Agustus, 2015

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

PENELITIAN S1

Analisis Morfologi Permukaan dan Penentuan Mobilitas Pembawa Muatan

Lapisan Klorofil Spirulina sp Hasil Deposisi Spin Coating

Oleh:

LIDYA NUR DE VEGA

M0211047

Telah Disetujui Oleh:

Pembimbing I

Dr. Eng.Budi Purnama , S.Si.,M.,Si.

NIP 197311092000031001

.........................................................

Pembimbing II

Utari.,S.Si., M.Si

NIP 197012062000032001

.........................................................

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi dengan judul : Analisis Morfologi Permukaan dan Penentuan Mobilitas

Pembawa Muatan Lapisan Klorofil Spirulina sp Hasil

Deposisi Spin Coating

Yang ditulis oleh :

Nama : Lidya Nur De Vega

NIM : M0211047

Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada

Hari :

Tanggal :

Anggota Tim Penguji :

1. Dr. Agus Suprianto., S.Si., M.Si (……………………………)

NIP. 19690826 199903 1 001

2. Riyatun., M.Si (……………………………)

NIP. 19680226 199402 2 001

3. Dr. Eng. Budi Purnama., S.Si., M.Si (……………………………)

NIP. 19731109 200003 1 001

4. Utari., M.Si (……………………………)

NIP. 19701206 200003 2 001

Disahkan pada tanggal 2015

Kepala Program Studi Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Dr. Fahru Nurosyid., S.Si., M.Si

NIP. 197210132000031002

v

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi saya yang

berjudul “ANALISIS MORFOLOGI PERMUKAAN DAN PENENTUAN

MOBILITASPEMBAWA MUATAN LAPISAN KLOROFIL SPIRULINA SP

HASIL DEPOSISI SPIN COATING” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan

saya hingga saat ini isi dari 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 telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari

semua pihak telah ditulis dibagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh

dirujuk atau di perbanyak secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, 3 Agustus 2015

Lidya Nur De Vega

vi

MOTTO

“Ya Rabbku, lapangkanlah untukku dadaku dan mudahkanlah untukku urusanku dan

lepaskanlah untukku urusanku dan lepaskanlah kekakuanku dari lidahku supaya

mereka mengerti perkataanku”.

(QS.Thoha:25-28)

“There are no teams here, no buddies. You’re on your own. Be on your own”

-Cristina Yang (Grey’s Anatomy Cast)

“Sail away from the safe harbor, catch the trade winds in your sails. Explore. Dream.”

-Mark Twain

“Remember that happiness is a way of a travel – not a destination.”

-Roy M. Goodman

“If you born poor it’s not your mistake, but if you die poor it’s your mistake”

-Bill Gates

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

“For those who become a citizen of the world, who become a grown – up, who become

accountable to someone other than myself and my parents, who become accountable to

the world, to the future, to all the possibilities that life has to offer.”

“Those who ready for anything, for everything to take on life, to take on love, to take on

the responsibility and possibility.”

“For my friends who just begin their lives”

“For You”

viii

ANALISIS MORFOLOGI PERMUKAAN DAN PENENTUAN

MOBILITAS PEMBAWA MUATAN LAPISAN KLOROFIL SPIRULINA

SP HASIL DEPOSISI SPIN COATING

Lidya Nur De Vega

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret, Surakarta 57126

E-mail : lidyadvega@gmail.com

ABSTRAK

Karakteristik morfologi permukaan lapisan klorofil hasil AFM (Atomic

Force Microscopy) telah dianalisis. Analisis morfologi dilakukan menggunakan

program WSxM 5.0 Develop 7.0 meliputi analisis 2D (2 dimensi), analisis 3D (3

dimensi), histogram ukuran partikel dan profile permukaan dari lapisan tipis.

Lapisan klorofil ditumbuhkan dengan metode spin coating pada substrat glass

coated ITO. Pada proses penumbuhan dilakukan variasi jumlah perulangan

lapisan (N). Hasil pengamatan morfologi dengan AFM (Atomic Force

Microscopy) menjelaskan bahwa lapisan tipis dengan N = 5 memiliki permukaan

yang lebih rata dibandingkan dengan N = 3 akibat adanya proses inter molekular

interaksi. Ukuran molekul penyusun lapisan klorofil membentuk distribusi

Gaussian. Pada hasil pengamatan dari kurva profil permukaan diperoleh ketebalan

lapisan berturut-turut sebesar 281,7 dan 372,6 nm untuk N = 3 dan N = 5.

Karakteristik selanjutnya adalah karakteristik kurva I – V dari lapisan tipis. Kurva

ini merupakan kurva hubungan arus dan tegangan dari lapisan tipis pada suhu

ruang. Hasil dari kurva I – V ini adalah berupa perolehan gradien yang kemudian

digunakan untuk mengukur mobilitas pembawa muatan lapisan tipis. Variasi

jumlah pelapisan dan jumlah kecepatan putar yang dilakukan telah memberikan

pengaruh terhadap mobilitas yang dihasilkan. Peningkatan jumlah lapisan

menunjukkan adanya peningkatan mobilitas (μ) pembawa muatan dan

peningkatan jumlah kecepatan putar menunjukkan penurunan mobilitas dari

pembawa muatan.

Kata Kunci: Lapisan Klorofil, Spin Coating, Morfologi Permukaan, AFM,

Mobilitas.

ix

Surface Morphology Analysis and Determination of The Charge

Carrier Mobility in Chlorophyll layer Spirulina Sp Fabricated by

Spin Coating Method

Lidya Nur De Vega

Physics Department, Faculty of Mathematic and Natural Science

Universitas Sebelas Maret, Surakarta 57126

E-mail : lidyadvega@gmail.com

ABSTRACT

Surface morphological characteristic of chlorophyll layer have been

analized. Morphological surface have been done by WSxM 5.0 Develop 7.0

program including 2D (2 dimension), 3D (3 dimension), histogram of size

distribution and surface profile analysis. Chlorophyll layer deposited by spin

coating methods on a glass coated ITO substrates. Layer variation (N) performed

in this deposition. Results of morphological observation by AFM (Atomic Force

Microscopy) explains that a thin layer with N = 5 has a flatter surface than with N

= 3 due to inter molecular interaction process. The molecular size of the

chlorophyll layers form a Gaussian distribution. From the profile curves, thickness

of the layer were obtained as 281.7 nm and 372.6 nm for N =3 and 5 respectively.

Characteristics of I – V curve has been done for chlorophyll layer. I – V curve

explained the relationship between current and voltage. Gradient of this I – V

curve than used for mobility measurement of chlorophyll layer. Layer and spin

rate variation performed influenced mobility. Increasing of layer number raise the

mobility (μ) and increasing of spin rate showed the decrease of mobility.

Keywords: Chlorophyll layer, Spin coating, Surface morphology, AFM, mobility.

x

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT, memuji-Nya, meminta pertolongan dan

ampunan kepada-Nya, serta berlindung kepada-Nya dari keburukan jiwa, dan

kejelekan amal. Sesungguhnya segala puji penulis panjatkan hanya kepada Allah

SWT, yang senantiasa memberi rahmat, perlindungan, serta hidayah-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Sholawat beserta

salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW. Shalawat

yang cahayanya turut menyinari diriku dari setiap arah dan setiap waktu. Serta

menyertai molekulku dalam kehidupanku dan setelah kematianku. Semoga rahmat

dan salam penghormatan ini tercurah pula kepada keluarganya yang suci dan para

sahabatnya yang terpilih.

Skripsi yang berjudul “Analisis Morfologi Permukaan dan Penentuan

Mobilitas Pembawa Muatan Lapisan Klorofil Spirulina sp Hasil Deposisi Spin

Coating” merupakan sebagian persyaratan bagi penulis guna mendapatkan gelar

sarjana sains fisika. Dengan berbesar hati penulis ingin mengucapkan terima kasih

yang setulus-tulusnya kepada seluruh pihak yang telah memberikan masukan,

bantuan dan bimbingan baik secara langsung maupun tidak langsung. Ucapan

terimakasih secara khusus penulis sampaikan kepada:

1. Dr.Eng. Budi Purnama., S.Si., M.Si selaku Pembimbing I yang senantiasa

dengan sabar membimbing meluangkan waktu, memberi arahan, memberi

berbagai masukan, serta motivasi tersendiri kepada penulis.

2. Ibu Utari., S.Si., M.Si selaku Pembimbing II yang senantiasa dengan sabar

memberikan bimbingan serta motivasi kepada penulis.

3. Dr. Agus Supriyanto selaku Pembimbing akademik yang senantiasa

memberikan bimbingan kepada penulis.

4. Keluarga yang selalu memberikan doa dan semangat kepada penulis.

5. Arimaya, Diah, Dinasti, Dini, Endang dan Ratna selaku sahabat serta

partner selama kuliah. Finally!

xi

6. Chomsatin, Khodijah, Sehati selaku sahabat bimbingan akademik. You’re

doing a great job for me!

7. Material Research Grup 2011-2012.

8. Seluruh Angkatan Fisika 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, dan 2014.

Akhirnya, hanya kepada Allah SWT penulis memohon dengan menyebut

nama-Nya yang agung, yang apabila dimintai dengannya pasti memberi, apabila

diseru pasti mengabulkan, agar menjadikan karya yang sedikit ini diberkahi dan

ikhlas mengharap wajah-Nya Yang Maha Mulia, mendekatkan penulis,

pembimbing, pembaca, serta semua pihak kepada surga Firdaus yang tertinggi,

serta memberi manfaat bagi penulis dalam kehidupan dunia, kehidupan sesudah

mati, dan kepada siapa saja yang sampai padanya skripsi ini. Aamiin..

Surakarta, 3 Agustus 2015

Penulis

xii

PUBLIKASI

Sebagian dari skripsi saya yang berjudul “Analisis Morfologi Permukaan

dan Penentuan Mobilitas Pembawa Muatan Lapisan Klorofil Spirulina sp Hasil

Deposisi Spin Coating” telah dipublikasikan pada Jurnal Fisika dan Aplikasinya

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITS Volume 11

Nomor 3, Edisi Oktober 2015.

xiii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ..............................................................................................i

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

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

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................... v

HALAMAN MOTTO ..........................................................................................vi

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

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

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

KATA PENGANTAR ..........................................................................................xi

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

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

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................xvi

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

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

1.2.Batasan Masalah ............................................................................................. 2

1.3.Perumusan Masalah ........................................................................................ 2

1.4.Tujuan Penelitian ............................................................................................ 3

1.5.Manfaat Penelitian .......................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 4

2.1 Material organik: Klorofil .............................................................................. 4

2.2 Fenomena Transport ....................................................................................... 5

2.2.1 Eksitasi Pembawa Muatan ..................................................................... 5

2.2.2 Mobilitas Pembawa Muatan ................................................................... 7

xiv

2.3 Karakterisasi Mobilitas Muatan ...................................................................... 7

2.3.1 Drift Current .......................................................................................... 8

2.3.2 Efek Hall ................................................................................................ 9

2.3.3Magnetoresistansi Organik (OMAR) ...................................................... 9

2.4 Faktor Berpengaruh Pada Mobilitas Pembawa Muatan ................................ 10

2.5 Morfologi Permukaan Lapisan Tipis Klorofil .............................................. 11

2.6 Atomic Force Microscopy (AFM) ................................................................. 12

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 14

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ...................................................................... 14

3.2 Alat dan Bahan Penelitian ............................................................................ 14

3.2.1 Alat dan Bahan untuk Isolasi Klorofil Alam ...................................... 14

3.2.2 Alat dan Bahan Penumbuhan Lapisan Tipis Klorofil Alam ............... 16

3.2.3 Karakterisasi Lapisan Tipis Klorofil Alam .......................................... 17

3.3 Diagram Penelitian ....................................................................................... 18

3.3.1 Karakterisasi Morfologi Lapisan Tipis Klorofil Alam.......................... 19

3.3.2 Program WSxM 5.0 Develop 7.0........................................................... 19

3.3.2 Karakterisasi Pengukuran Mobilitas Pembawa Muatan ....................... 21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 23

4.1 Pengamatan Morfologi Permukaan Lapisan Tipis Spirulina sp ................... 23

4.2 Pengukuran Mobilitas Pembawa Muatan .................................................... 27

4.2.1 Mobilitas Pembawa Muatan dengan Variasi Jumlah Lapisan Tipis ... 27

4.2.2 Mobilitas Pembawa Muatan dengan Variasi Kecepatan Putar ........... 30

BAB V PENUTUP ............................................................................................... 33

5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 33

5.2 Saran ............................................................................................................. 33

xv

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 35

LAMPIRAN ......................................................................................................... 40

xvi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Struktur inti molekul klorofil dan gugus fungsionalnya ....................... 4

Gambar 2.2 Skema energi pada pita konduksi dan pita valensi ............................... 5

Gambar 2.3 Skema konfigurasi orbital (a) Keadaan dasar (b) Spin single excited

state (c) Spin triplet excited state .......................................................... 6

Gambar 2.4 Geometri standar Efek Hall .................................................................. 9

Gambar 2.5 Morfologi klorofil hasil pengamatan AFM ........................................ 12

Gambar 2.6 Gambar skema proba AFM ................................................................ 13

Gambar 3.1 Diagram alir prosedur penelitian ........................................................ 18

Gambar 3.2 Tampilan program WSxM 5.0 Develop 7.0 ........................................ 20

Gambar 3.3 Tampilan menu program WSxM 5.0 Develop 7.0 ............................... 20

Gambar 3.4 (a) Ukuran skematik substrat PCB dan (b) Diagram skematik

pengukuran mobilitas pembawa muatan dengan metode I-V ............. 22

Gambar 3.5 (a) Proba PCB termodifikasi dan (b) Set alat I-V meter ELKAHFI 100

............................................................................................................. 22

Gambar 4.1 Morfologi permukaan lapisan klorofil spirulina sp hasil karakterisasi

AFM dengan scan range 1 μm pada (a) N = 3 dan (b) N = 5 ............. 23

Gambar 4.2 Tampilan program WSxM 5.0 Develop 7.0 pada analisa histogram

untuk N = 3 ......................................................................................... 24

Gambar 4.3 Tampilan program WSxM 5.0 Develop 7.0 pada analisa histogram

untuk N = 5 ......................................................................................... 24

Gambar 4.4 Histogram kejadian ditemukan sebaran ukuran partikel yang

diungkapkan dari nilai topografi dievaluasi pada sampel dengan (a) N

= 3 (b) N = 5 ........................................................................................ 25

Gambar 4.5 Hasil karakterisasi AFM untuk 3D (3 dimensi) sampel klorofil

spirulina sp dengan (a) N = 3 dan (b) N = 5 serta representasi profile

permukaannya ..................................................................................... 26

Gambar 4.6 Grafik I – V lapisan tipis untuk N = 2 lapisan dan N = 4 lapisan ....... 28

Gambar 4.7 Grafik mobilitas pembawa muatan (μ) sebagai fungsi jumlah lapisan

(N) ...................................................................................................... 30

xvii

Gambar 4.8 Grafik I – V lapisan tipis pada variasi kecepatan putar untuk (a) N = 1

lapisan dan (b) N = 3 lapisan .............................................................. 31

Gambar 4.9 Grafik mobilitas pembawa muatan (μ) sebagai fungsi kecepatan putar

(μ) ........................................................................................................ 32

xviii

LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Data Karakterisasi I-V meter………… .............................................. 40

Lampiran 2 Tipikal Perhitungan Nilai Mobilitas Pembawa Muatan (Variasi Jumlah

Lapisan)…………. .............................................................................. 46

Lampiran 3 Tipikal Perhitungan Nilai Mobilitas Pembawa Muatan (Variasi

Kecepatan Putar)………… ................................................................. 47

Lampiran 4 Perolehan Derajat Kekasaran (Roughness) dengan Program WSxM

Developer 7.0………… ...................................................................... 48