BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangSeiring dengan perkembangan zaman dan semakin pesatnya perkembangan teknologi, maka tingkat peradaban umat manusia dapat diukur dari seberapa besar penguasaan terhadap tingkat teknologi yang telah dimilikinya. Material sudah ada sejak zaman dahulu, merupakan bagian dari integral suatu kultur dan peradaban manusia. Sifat-sifat materialnya bergantung pada struktur integral. Sifat-sifat tersebut akan mempengaruhi kinerja dari suatu material baik proses pembuatan maupun pemakaian. Kemajuan moderenisasi dan perkembangan dunia sains membuat material khususnya ferroelektrik menjadi lebih berkembang pesat. Bukan hanya ditinjau dari segi sifatnya saja akan tetapi dari struktur (Van, 2004).Penelitian bahan material terus menjadi pusat perhatian di berbagai penjuru, dikarenakan bahan material memiliki karakteristik yang dapat dijadikan bahan dasar piranti elektronika. Salah satu produk yang berbasis dari bahan dasar material adalah seperti paladium, platinum, keramik, dan lain-lain dengan bentuk yang bervariasi seperti lapisan tipis (thin film), batangan (rod), kawat (wire), tabung (tube) dan bola (sphere), (Liu, 2006).Barium stronsium titanat dengan rumus kimia BaSrTi03 atau sering disebut BST adalah salah satu jenis material yang menarik untuk diteliti. Barium titanat (BaTiO3) merupakan suatu bahan yang bersifat ferroelektrik dan mempunyai struktur kristal perovskite yang dibentuk dari Barium Titanate BaTiO3 ini mempunyai struktur kristal yang jauh lebih sederhana bila dibanding dengan bahan ferroelektrik lainnya. Ferroelektrik BST telah banyak diteliti sebagai bahan potensial untuk perangkat mikroelektronik. Konstanta dielektrik yang tinggi, kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi, serta memiliki stabilitas suhu yang baik , menyebabkan lapisan tipis BST sangat sesuai sebagai bahan pembuat kapasitor (Jamaluddin dkk, 2011). Ferroelektrik merupakan material elektronik khususnya dielektrik yang terpolarisasi spontan dan memiliki kemampuan untuk mengubah arah listrik internalnya. Polarisasi yang terjadi merupakan hasil dari penerapan medan yang mengakibatkan adanya ketidak simetrisan struktur kristal pada suatu material ferroelektrik. Penelitian terhadap material ferroelektrik sangat menjanjikan terhadap perkembangan device generasi baru sehubungan dengan sifat-sifat unik yang dimilikinya. Penerapan material ferroelektrik berdasarkan sifat-sifatnya adalah sifat histeresis dan tetapan dielektrik yang tinggi dapat diterapkan pada sel memori Dynamic Random Acsess Memory (DRAM), sifat piezo-elektrik dapat digunakan sebagai mikroaktuator dan sensor. Sifat pyroelektrik dapat diterapkan pada infrared sensor, sifat polaryzability dapat diterapkan sebagai Non Volatile Ferroelektrik Random Access Memory (NVRAM), Serta sifat elektrooptic dapat digunakan dalam switch thermal infrared (Irzaman dkk, 2010).Barium stronsium titanat (BST) merupakan semikonduktor lapisan tipis yang memiliki konstanta dielektrik tinggi, kebocoran arus rendah, dan tahan terhadap tegangan breakdown yang tinggi digunakan pada devais sebagai kapasitor. Daerah serapan dari lapisan tipis BST (absorbansi) pada rentang ultraviolet, visible, sampai pada infrared. Hal tersebut menjelaskan lapisan tipis dapat dipakai sebagai sensor suhu dan cahaya. Lapisan tipis BST telah difabrikasi dengan beberapa teknik seperti sputtering, laser ablation, dan sol-gel proces (Krisman dan Dewi, 2013).Material barium titanate (BaTi03) pada mulanya ditemukan pada tahun 1940 dan dikembangkan sebagai kapasitor, dengan seiring perkembangannya BaTi03 ditemukan berbagai sifat menarik diantaranya adalah bahan ini sangat praktis karena sifat kimia dan mekaniknya sangat stabil, mempunyai sifat ferroelektrik pada temperatur ruang sampai dengan 1200C.Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan dan penggunaan BST adalah parameter-parameter yang berkaitan dengan proses fabrikasinya karena karekteristik akhirnya tergantung pada parameter-parameter tersebut. Untuk mengetahui tingkat absorbansi dan transmitansi bahan dengan baik maka akan dilakukan analisa struktur dari bahan hasil penelitian menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM).

1.2. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah :1. Mengetahui nilai konstanta dielektrik dan menyelidiki sifat dielektrik lapisan tipis Ba0.8Sr0.2TiO32. Mengetahui nilai kapasitansi kompleks dan hambatan kompleks dari Ba0.8Sr0.2TiO3

1.3. Batasan MasalahCakupan batasan masalah pada peneltiaan ini adalah :1. Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah BST dengan komposisi Ba0.8Sr0.2TiO3 yang di anneling pada suhu 600oC dan 650oC.2. Metode yang digunakan pada penelitian ini menggunakan Metode Sol Gel. 3. Karakterisasi sampel menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) Dan Spektroskopi Impedansi.

1.4. Tempat Penelitian Penyiapan sampel dan analisa data dilakukan di Laboratorium Fisika Material Jurusan Fisika dan di laboratorium Anorganik Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Riau, Kampus Bina Widya Km 12,5 Simpang Baru Panam, Pekanbaru. Sedangkan proses karakterisasi SEM dan Spektroskopi Impedansi dilakukan di laboratorium Institut Teknologi Bandung, Bandung.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sifat FerroelektrikFerroelektrik adalah gejala terjadinya polarisasi spontan dimana bahan tersebut menerima medan listrik dari luar bahan (Xu, 1991). Ferroelektrik menunjukkan bahwa kelompok material dielektrik yang dapat terpolarisasi listrik secara internal pada rentang temperatur tertentu. Polarisasi terjadi di dalam dielektrik sebagai akibat adanya medan listrik dari luar dan simetri pada struktur kristalografi di dalam sel satuan. Jika pada material ferroelektrik dikenakan medan listrik, maka atom-atom tertentu mengalami pergeseran dan menimbulkan momen dipole listrik. Momen dipole ini yang menyebabkan polarisasi.Film tipis ferroelektrik banyak digunakan dalam aplikasi untuk piranti elektrooptik dan elektronik. Beberapa material film tipis ferroelektrik yang penting antara lain BaSrTiO3,PbTiO3, Pb(ZrxTi1-X)O3, SrBiTaO3, Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 dan Bi4Ti3O12. Aplikasi-aplikasi film tipis ferroelektrik menggunakan sifat dielektrik, pyroelektrik, dan elektrooptik yang khas dari bahan ferroelektrik. Sebagian dari aplikasi elektronik yang paling utama dari film tipis ferroelektrik di antaranya non-volatile memori yang menggunakan kemampuan polarisasi (polarizability) yang tinggi, kapasitor film tipis yang menggunakan sifat dielektrik, dan sensor pyroelektrik yang menggunakan perubahan konstanta dielektrik karena suhu dan aktuator piezoelektrik yang menggunakan efek piezoelektrik yaitu timbulnya polarisasi akibat perubahan tekanan. Dalam beberapa tahun terakhir, film tipis ferroelektrik yang tersusun perovskite banyak mendapat perhatian karena memiliki kemungkinan untuk menggantikan memori CMOS berbasis material SiO2 yang sekarang digunakan sebagai FRAM.Di antara material film tipis ferroelektrik yang disebutkan di atas, BaxSr1-xTiO3 (BST) banyak digunakan sebagai FRAM karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi dan kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi (high charge storage capasity). Suatu ferroelektrik RAM, jika bahan itu memiliki nilai polarisasi sekitar 10 C.cm-2 maka ia mampu menghasilkan muatan sebanyak 1014 elektron per cm-2 untuk proses pembacaan memori.

2.2 Sifat DielektrikDielektrik merupakan bahan isolator (non konduktor) yang memiliki daya hantar listrik yang kecil seperti kaca, kertas dan kayu. Saat bahan dielektrik berada dalam medan listrik, muatan listrik yang terdapat di dalamnya tidak akan mengalir, sehingga tidak timbul arus listrik dari posisi setimbangnya, yang mengakibatkan terjadi pengutuban dielektrik. Ketika ruang antara konduktor pada suatu kapasitor diisi dengan dielektrik (Tipler, 2001).

Gambar 2.1 Dipol-Dipol Listrik yang Menyebar secara Random (Tipler, 2001)Momen dipol secara normal tersusun secara acak. Dalam pengaruh medan listrik diantara keping-keping kapasitor. Dielektrik dapat memperlemah medan listrik antara keping-keping suatu kapasitor karena adanya medan listrik molekul-molekul dalam dielektrik akan menghasilkan medan listrik tambahan yang arahnya berlawanan dengan medan listrik luar. Jika molekul-molekul dalam dielektrik bersifat polar, dielektrik tersebut memiliki momen dipole permanen (Tipler, 2001).Konstanta dielektrik merupakan perbandingan energi listrik yang tersimpan pada bahan isolator tersebut jika diberi sebuah potensial, relatif terhadap vakum (ruang hampa). Konstanta dielektrik dilambangkan dengan huruf Yunani r.

Tabel 2.1 Beberapa contoh konstanta dielektrik dari beberapa bahan pada suhu kamar

BahanKonstanta dielektrik

Vakum1 (sesuai defenisi)

Udara1,0054

Polietilena2,25

Kertas3,5

PTFE(Teflon (TM))2,1

Polistirena2,4 2,7

Silikon11,68

Air (20oC)80,10

Barium titanat1200

Dielektrik seringkali ditempatkan diantara plat-plat penghantar untuk mengirimkan suatu perbedaan potensial yang lebih tinggi untuk dipakaikan di antara plat-plat tersebut daripada perbedaan potensial yang mungkin didapat dengan menggunakan udara sebagai dielektrik.Konstanta dielektrik adalah kemampuan suatu bahan apabila diberikan suatu medan magnet (Ahmad N.Y, 1996). Konstanta dielektrik dapat ditunjukkan dari hukum Coulomb yang menyatakan bahwa gaya F diperoleh dari interaksi antara dua titik muatan, q1 dan q2 dengan jarak r diberikan sebagai berikut :F = r q1 q2 / r2(2.1)Dengan r adalah konstanta dielektrik dan dihubungkan dengan permitivitas bahan 0 maka akan didapat persamaan:r = 1/4 0 (2.2)dimana 0 = 8.854x 10-12 (Farad/m)Nilai konstanta dielektrik bahan ini menunjukkan cara suatu bahan sebagai penyimpan energi dan sangat bergantung kepada kemampuan bahan agar saling berinteraksi dan berorientasi dengan medan listrik yang diberikan. Sekiranya nilai konstanta dielektrik semakin tinggi, maka energi yang disimpan semakin banyak.

2.3Sifat Thermal dari Bahan Dielektrik Sifat thermal suatu bahan dielektrik berbeda-beda, ada bahan dielektrik yang mengalirkan panas lebih cepat dan ada pula yang lebih lambat. Hal ini bergantung kepada kekuatan bahan tersebut untuk mengalirkan panas. Pengaruh sifat thermal terhadap bahan dielektrik adalah kecil.Sudah diketahui bahwa bahan dielektrik air lebih cepat mengalirkan panas dari pada bahan dielektrik udara. Perpindahan panas tergantung pada hal-hal sebagai berikut: luas permukaan pelat, ketebalan bahan dan konduktivitas yaitu ukuran panas yang melalui satuan luas dan satuan ketebalan tersebut dengan unit temperatur diantara dua titik. Berdasarkan daftar, nilai konstanta dielektrik tidak banyak berubah terhadap suhu.

2.4Barium Titanat (BaTiO3)Barium titanat (BaTiO3), pertama kali diteliti pada awal tahun 1940an oleh peneliti-peneliti dari Amerika, Jepang dan Rusia. BaTiO3 pada saat ini merupakan material ferroelektrik yang sangat cepat perkembangan penelitiannya. Barium titanat (BaTiO3) adalah bahan yang bersifat ferroelektrik dan mempunyai struktur kristal perovskite (ABO3) yang jauh lebih sederhana bila dibandingkan dengan bahan ferroelektrik yang lain. Secara umum struktur perovskite dengan bentuk ABO3 ditunjukkan seperti Gambar 2.1, dimana A dapat merupakan logam monovalen, divalen atau trivalen dan B dapat berupa unsur pentavalen, tetravalen atau trivalen sedangkan O adalah unsur oksigen. Bahan ini sangat praktis karena sifat kimia dan mekaniknya sangat stabil, mempunyai sifat ferroelektrik pada suhu ruang sampai di atas suhu ruang karena mempunyai suhu curie (Tc) sebesar 120oC. BaTiO3 telah digunakan sebagai material kapasitor permitivitas tinggi karena konstanta dielektriknya tinggi. Variasi pada komposisi kimianya menyebabkan perubahan drastis terhadap sifat fisikanya tetapi tidak merubah sifat piezoelektriknya. (Sunandar, 2006)

Gambar 2.2 Struktur Kristal BaTiO3

Barium Titanat adalah senyawa kimia yang terdiri dari beberapa unsur yaitu : Barium Barium adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Ba dan nomor atom 56. Unsur ini mempunyai isotop alam 130, 132, 134, 135, 136, 137 dan 138. Barium mempunyai titik lebur 710oC dan titik didih 1.500oC serta berwarna putih keperakan. Contoh Kristal yang dihasilkan barium antara lain Barium sulfat (BaSO4) dan contoh basa yang mengandung barium antara lain Barium hidroksida (Ba(OH)2). Titanium Titanium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki symbol Ti dan nomor atom 22. Merupakan logam transisi yang ringan, kuat, berkilau, tahan korosi (termasuk tahan terhadap air laut dan klorin dengan warna putih-metalik-keperakan). Titanium digunakan dalam alloy kuat dan ringan (terutama dengan besi dan aluminium) dan merupakan senyawa terbanyak titanium dioksida, digunakan dalam pigmen putih. Ozon (O3) Ozon (O3) adalah salah satu gas yang membentuk atmosfer, kita bernafas dengan oksigen (O2) membentuk hampir 20% atmosfer. Pembentukan ozon (O3), molekul triatom oksigen kurang banyak dalam atmosfer di mana kandungannya hanya 1/3.000.000 gas atmosfer. Ozon terdiri dari tiga molekul oksigen dan amat berbahaya pada kesehatan manusia. Secara alamiah, ozon dihasilkan melalui percampuran cahaya ultraviolet dengan atmosfer bumi dan membentuk suatu lapisan ozon pada ketinggian 50 kilometer.

2. 5Strontium Titanat (SrTiO3)Sejarah mineral strontium titanat (SrTiO3) dinamai didesa Skotlandia yaitu Strontium yang telah ditemukan di tambang timah pada tahun 1787 oleh Adair Crawford diakui sebagai berbeda dari mineral barium lainnya pada tahun 1790. Strontium sendiri ditemukan pada tahun 1798 oleh Charles Thomas Harapan, dan logam strontium pertama kali diisolasi oleh Sir Humphry Davy pada tahun 1808 dengan menggunakan elektrolisis. Catatan Strontium pertama kali diisolasi oleh Sir Humphry Davy pada tahun 1808. Bahaya bahan ini dalam bentuk murni adalah sangat reaktif terhadap udara, karena itu dianggap bahaya kebakaran. Strontium titanat (SrTiO3) memiliki indeks bias yang sangat tinggi dan dispersi optik lebih besar dari berlian, sehingga bermanfaat dalam berbagai aplikasi optik.BST ialah material yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi dan kebocoran arus rendah. Karakteristik sifat kelistrikan (mikrostuktur) dari BST dipengaruhi oleh jenis material doping, suhu kalsinasi dan ukuran (grain size). (Safutri, 2013).Gracia et al (2002) menyatakan bahwa karateristik BST mengalami perubahan polarisasi ketika didoping.Doping ini menyebabkan sifat dielektrik. Penambahan sedikit dopan dapat menyebabkan perubahan parameter kisi, konstanta dielektrik, sifat elektrokimia, dan sifat paraelektrik dari keramik (Gracia, 2002).

(A) (B) Gambar 2.3. (A) Struktur kristal perovskite SrTiO3 pada fase kubik (B) Struktur kristal perovskite SrTiO3 pada fase tetragonal (Irzaman, 2003)

2.6 Barium Stronsium Titanat (BST)

Bahan Barium Stronsium Titanat atau dikenal dengan BST merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, serta kapasitas penyimpanan muatan tinggi ( high charge stroge capacity), (Setiawan, 2008). Barium Stronsium Titanat (BST) juga merupakan kombinasi dua material Perovskite Barium Titanat (BTO) dan Stronsium Titanat (STO). Kedudukan A pada kisi ABO3 dibagi bersama antara ion Ba2+ dan Sr2+ , sedangkan B ditempati oleh ion Ti4+. Salah satu kegunaan dari BaSrTiO3 adalah material ferroelektrik yang bisa digunakan untuk Dynamic Random Acces Memory (DRAM) karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, kebocoran arus yang rendah, dan tidak mudah rusak pada temperature Curie yaitu pada 3100C. Material yang digunakan dalam pengkarakterisasian ini adalah BaSrTiO3 (BST). Barium stronsium titanat merupakan bahan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi, serta kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi. Bahan barium stronsium titanat memiliki potensi untuk menggantikan film tipis SiO2 pada sirkuit Metal Oxide Semikonduktor (MOS). Namun konstanta dielektrik yang dimiliki oleh BST tersebut masih rendah dibandingkan dengan bentuk besarannya. Hal ini berkaitan dengan mikro butir yang baik, tingkat tekanan yang tinggi, kekosongan oksigen, formasi lapisan interfacial dan oksidasi pada silikon. Temperatur curie barium titanat murni sebesar 1300C. Untuk penambahan stronsium temperatur barium titanat menurun menjadi temperatur kamar.Suatu sistem dikatakan kapasitor apabila dua keping konduktor yang disusun sejajar mempunyai muatan sama tetapi berlainan tanda, dimana keping kapasitor tersebut dibatasi oleh suatu bahan isolator yang disebut dengan dielektrik dan antara keping konduktor tersebut terdapat medan listrik. Dengan adanya bahan dielektrik yang ditempatkan di antara kedua keping konduktor tersebut maka nilai kapasitansi akan meningkat dengan faktor r yang bergantung pada material dielektrik. Kapasitor yang biasa digunakan adalah kapasitor keping sejajar yang terdiri dari dua keping konduktor sejajar, dimana kepingan ini berupa lapisan-lapisan logam yang tipis. Besarnya kapasitansi dari kapasitor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Q = (2.3)Dimana: C=kapasitansi (Farad)Q= Muatan (Coloumb) V= Beda Potensial (Volt)

Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk menyimpan energi. Besarnya nilai kapasitansi kapasitor keping sejajar sebanding dengan luas penampang masing-masing keping dan berbanding terbalik dengan jarak antara dua keping kapasitor.

C =(2.4)Untuk kapasitor yang memiliki bahan dielektrik selain udara maka nilai kapasitansinya dapat dihitung dengan Persamaan 2.3:

C =r (2.5)Dimana: C=kapasitansi (Farad)r= konstanta dielektrik dari material

= permitivitas ruang hampa (8.85 x 10-12F/m)A= luas penampang (m2)d= ketebalan (m)

2.7Karakteristisasi Material Dielektrik Karakteristisasi merupakan suatu metode yang membutuhkan observasi dan pengukuran. Dalam proses karakterisasi, ilmuwan mengidentifikasi sifat-sifat utama yang relevan yang dimiliki oleh subjek yang diteliti. Selain itu, proses ini juga dapat melibatkan proses penentuan (definisi) dan observasi yang memerlukan pengukuran atau perhitungan yang cermat. Proses pengukuran dapat dilakukan dalam suatu tempat yang terkontrol, seperti laboratorium dan memerlukan peralatan ilmiah khusus seperti termometer, spektroskopi, atau voltmeter, Hasil pengukuran secara ilmiah biasanya ditabulasikan dalam tabel, digambarkan dalam bentuk grafik, atau dipetakan dan diproses dengan perhitungan statistika seperti korelasi dan regresi (Wales.J, 2007).Karakterisasi konstanta dielektrik film tipis bertujuan untuk mengetahui nilai konstanta dielektrik film tipis sebagai aplikasi film tipis dalam pembuatan kapasitor. Rangkaian yang digunakan adalah rangkaian RC seperti pada gambar 2.4. dari rangkaian pengukuran ini akan diperoleh waktu pengosongan dan waktu pengisian. Waktu pengisian terjadi ketika t = RC.

SQUARE WAVE GENERATORRBSTOSILOSKOPC

Gambar 2.4 Rangkaian RC untuk mengukur kapasitansi film tipis 5 k sehingga diperoleh nilai kapasitansi

2.7.1Karakterisasi Scanning Electron Microscope (SEM)Scanning Electron Microscope (SEM) merupakan salah satu jenis mikroskop elektron yang menggunakan berkas elektron untuk menggambarkan bentuk permukaan dari material yang dianalisis. Tujuan mengkarakterisasi dengan menggunakan SEM ini adalah untuk menentukan ketebalan dari film tipis yang dihasilkan dari bahan BST. SEM memiliki kemampuan memperbesar gambar hingga 3x106 kali perbesaran, dengan ketebalan medan (depth of field) dalam interval 4 - 4x10-1 mm dan resolusi hingga 10 nm (Zulpratama, 2013).SEM merupakan suatu perangkat yang menggunakan penyinaran elektron berenergi tinggi, dapat memperbesar ukuran gambar partikel dalam ukuran kecil. Sehingga dari hamburan elektron dapat memperjelas gambar SEM. Sampel yang diteliti dapat menghasilkan gambaran bentuk butiran SEM dalam skala tertentu. Elektron ini berinteraksi dengan atom didalam sampel, memproduksi berbagai sinyal yang dapat dideteksi dan juga yang mengandung informasi tentang sampel topografi permukaan dan komposisi. Kegunaan SEM digunakan untuk memperoleh perbesaran morfologi dan ukuran dari sampel (Anuwar, 2013).

Gambar 2.5 Mikroskop Imbasan Elektron (SEM)

Prinsip kerja dari SEM ini adalah Elektron masuk kedalam detektor di fokuskan pada signal, menjadi listrik yang menghasilkan sampel pada layar. Sinyal luar dari detektor berpengaruh terhadap intensitas cahaya didalam holder.Peralatan utama yang terdapat pada SEM:1. Sumber elektron, terbuat dari filamen yang mudah melepaskan elektron. 1. Balok elektron, terbuat dari balok untuk meletakkan sumber elektron. 1. Lensa Magnetik, lensa untuk elektron yang bermuatan negatif.

Fungsi dari SEM antara lain dapat digunakan untuk mengetahui informasi-informasi mengenai: Topografi, yaitu ciri-ciri permukaan dan tekstur (kekerasan dan sifat memantulkan cahaya). Morfologi, yaitu bentuk dan ukuran dari partikel penyusun objek (kekuatan, cacat pada IC dan chip). Komposisi, yaitu data kuantitatif unsur dan senyawa yang terkandung di dalam objek (titik lebur, kereaktifan, dan kekerasan). Informasi kristalografi, yaitu informasi mengenai susunan dari butir-butiran di dalam objek yang diamati (konduktifitas, sifat elektrik, dan kekuatan).SEM memiiki resolusi yang lebih tinggi dari pada mikroskop optik. Hal ini disebabkan oleh panjang gelombang de Broglie yang dimiliki elektron lebih pendek dari pada gelombang optik (Tipler, 2001).

2.7.2Karakterisasi Impedansi KompleksMetode impedansi kompleks dijalankan untuk memahami mekanisme konduksi elektrik terhadap sampel pada frekuensi dan kelembaban yang berbeda. Sumber-sumber seperti butiran, perbatasan butiran dan antara muka-sampel atau elektroda. Impedansi kompleks dan sudut fasa pada frekuensi tertentu ( = 2f) diukur dengan menggunakan nilai voltan output, Vo terhadap hambatan, R. Secara umumnya nilai R adalah sangat rendah berbanding dengan Z() yaitu R 99% dan stronsium (Sr), buatan merck dengan kemurnian > 99%) digunakan dalam penyedian sampel yang berbentuk larutan. Pengolahan data pengukuran dilakukan dengan menggunakan program ZView 2. Dari pengolahan data ini akan diperoleh karakterisasi sifat dielektrik sampel dengan melihat hubungan impedansi kompleks Z*, kapasitansi kompleks C* dan konstanta dielektrik r dengan frekuensi bagi sampel yang dianneling pada suhu berbeda masing-masing 600oC dan 650oC. 3.1. Alat Dan Bahan PenelitianAlat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.1 .

Tabel 3.1Alat dan Bahan penelitianNo.Alat dan BahanFungsi

1.Piring PetriTempat substrat

2.MikropipetMengambil larutan kimia

3.Barium Carbonat (BaTiO3)Bahan Pembuat sampel

4.PinsetPenjepit sampel

5.Titanium Oksida (TiO2)Bahan Pembuat Sampel

6.Dry BoxPenyimpanan sampel

7.Weigh PaperTempat peletakan/penyusunan sampel di dalam piring petri

8.Cawan terbuat dari porselenUntuk tempat bahan pada saat dipanaskan

9.Ultrasonic BathSonikasi alat dan sampel

10.Botol SintesisTempat penumbuhan sampel

11.Cotton BudAlat pencuci substrat

12.Spin CoatingUntuk menghasilkan lapisan tipis yang merata di atas substrat

13.TissueUntuk membersihkan alat-alat penelitian

14.FurnaceAlat anneling sampel

15.Timbangan KimiaUntuk menimbang bahan-bahan sintesis

16.Hot PlateUntuk memanaskan sampel yang telah deseeding

17.Sabun Decon90Untuk membersihkan substrat dan botol sintesis

18.SpatulaUntuk mengambil bahan-bahan yang diperlukan saat akan menimbang

19.AcetoneBahan untuk sonikasi

20.Air sulingBahan untuk sonikasi

21.Iodine/triiodidaSebagai elektrolit

22.Strontium Carbonat (SrCO3)Bahan Pembuat Sampel

23.IsopropanolSebagai bahan pembersih spatula dan pinset

24.Suntik Untuk memasukan cairan pada sampel

25.Magnetik stillUntuk mengaduk larutan

26.Aceti AcidSebagai pelarut dalam sampel

27.Substrat kaca Media penumbuhan BST

28.DrierMengeringkan alat dan sampel

29.30.SEMSpektroskopi ImpedansiMelihat Morfologi BSTMenentukan Impedansi Kompleks

3.2Prosedur PenelitianPenelitian ini dilakukan meliputi prosedur-prosedur dari penyedian sampel BaSrTiO3 dengan metode reaksi kimia. Bahan dasar serbuk BaCO3, SrCO3 dan TiO2 dengan kemurnian >99,9 % digunakan dalam penyediaan sampel, perhitungan berat massa Barium (Ba), Strontium (Sr) dan Titanat (Ti). Diagram alir penelitian dari proses penyediaan sampel pada Gambar 3.1.

Pengolahan data dan analisa dataProses Annealing T = 600C dan 650C; t = 60 menitPreparasi sampelBaCO3SrCO3TiO2Stiring t = 2jam Ba solutionStiring t = 2jamSr solutionBa+Sr+TiBST solvenBST Thin FilmDipanaskan T = 3000C; t = 15 menitKarakterisasi dengan Scanning Elektron microscopeKarakterisasi Menggunakan Spektroskop ImpedansiKesimpulan dan saranAcetil acetonSpin coating pada 3500 rpm; t= 30 detik

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Ba0,8Sr0,2TiO3

3.3Pembuatan Larutan BST dengan Metode Sol Gel Film tipis kapasitor BST pada penelitian ini merupakan bahan perovskite turunan dari BaTiO3 yang diperoleh dengan mendoping Sr pada Barium Titanat. Forulasi yang dipakai BaCO3(x) + SrCO3(1-x) + TiO2 => BaxSr1-xTiO3 dengan nilai x sebesar 0,8 yang memiliki sifar ferroelektrik. Komposisi massa yang sesuai ketentuan dari bahan-bahan tersebut dihitung menggunakan Stoikiometri (reaksi kimia).Bahan-bahan yang direaksikan antara lain barium karbonat sebanyak 1,9758 gram dan stronsium karbonat sebanyak 0,3695 gram dengan fraksi molar dari barium adalah sebesar 0,8 sedangkan untuk stronsium adalah 0,2. Bahan-bahan ini ditempatkan dalam sebuah botol kaca untuk dilarutkan pada larutan asetil acid dan diaduk hingga jernih. Keduanya dicampur dan campuran ini diletakan pada hot plate kemudian diaduk hingga hancur menggunakn bola magnetik, setelah larutan yang dicampur ini hancur dan jernih barulah diteteskan titanium isopropoxide sebanyak 1 ml sambil terus diaduk. Setelah itu teteskan tetes demi tetes asetil aseton yang berfungsi untuk menstabilkan konsentrasi larutan (mengentalkan larutan), maka terbentuklah larutan dengan kandungan Ba, Sr dan Ti (BST).

3.4Proses Spin CoatingSetelah substrat silikon dan larutan BST telah tercampur homogen, selanjutnya dilakukan penetesan larutan sampai terbentuk lapisan dengan menggunakan spin coating. Piringan spin coating ditempel dengan dobletape pada bagian tengahnya, kemudian substrat diletakan diatasnya. Penempelan dobletape ini dilakukan agar substrat tidak terlepas saat piringan spin coating berputar. Selanjutnya substrat tersebut ditetesi larutan BST sebanyak 3 tetes. Kemudian spin coating diputar dengan kecepatan putaran 3500 rpm selama 15 menit. Tahap selanjutnya dilakukan pengeringan sampel pada temperatur 350C.

3.5.Proses AnnealingAnnealing merupakan proses pemanasan setelah sampel di spin coating. Pemansan ini dilakukanan pada temperatur tertentu dan ditahan pada waktu tertentu kemudian dilanjutkan dengan pendinginan perlahan-lahan pda temperature tertentu dan ditahan pada waktu tertentu kemudian dilanjutkan dengan pendinginan perlahan-lahan sampai temperatur kamar. Pada proses annealing sampel uji diletakan didalam tungku pemanas (furnace). Selama proses annealing, sampel uji mengalami 3 tahapan yaitu, recovery (pemulihan), rekristalisasi dan penumbuhan grain. Penentuan temperatur annealing adalah 0,3 sampai 0,6 dari titik leleh bahan tersebut. Jika diketahui titik leleh BST adalah temperature 1625C, maka temperature annealing BST berkisar antara 488C sampai 975C (Adnan, 2012). Dalam penelitian ini temperatur annealing yang digunakan adalah temperature 600C sampai 650C yang dipanaskan didalam furnace selama 1 jam. Fungsi annealing pada penelitian ini adalah agar film tipis BST yang terbentuk memiliki struktur kristalin.

3.6.Struktur Kapasitor BSTStruktur dari film tipis BST dtunjukan pada Gambar 3.2 yang akan diaplikasikan pada kapasitor dengan elektroda. Elektroda yang digunakan adalah alumunium dimana terlebih dahulu alumunium dilarutkan dalam asetil acid dengan tujuan untuk dijadikan BST solven, substrat yang digunakan adalah kaca. Kemudian dilakukan proses spin coating diatas substrat kaca dan dipanaskan pada suhu 300C sampai 400C untuk menghilangkan pelarut dan senyawa organik lain. Larutan BST yang telah dibuat dengan menggunakan metode Sol-Gel dispin coating diatas alumunium dan dipanaskan pada suhu 600C sampai 1000C dengan tujuan untuk densifikasi (pemadatan) dan kristalisasi selama 60 menit Selanjutnya, struktur devais BST di annealing pada suhu 600C dan 650C selama 1 jam. Kaca

Gambar 3.2 Struktur Kapasitor BST3.7Karakterisasi Menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM)

Karakterisasi Ba0,8Sr0,2TiO3 dengan menggunakan SEM dalam penelitian ini bertujuan untuk menentukan ketebalan sampel yang berguna untuk menghitung nilai dari konstanta dielektriknya. 3.8Karakterisasi Spektroskopi Impedansi Analisis dari besarnya konstanta dielektrik, kapasitansi dan kebocoran arus dari BST diperoleh dari karakterisasi dengan menggunakan spektroskopi impedansi. Nilai impedansi kompleks yang dikeluarkan oleh spektroskopi impedansi terhadap bahan film tipis kapasitor BST memilik bagian real dan imajiner. Dan nilai permitivitas kompleks juga akan diberikan dalam bilangan real dan imajiner. Analisis data impedansi kompleks ini dilakukan dengan menggunakan rangkaian ekivalen yang dapat menghasilkan spektrum impedansi yang sama dengan yang diperoleh melalui penelitian. Dalam karakterisasi spektroskopi impedansi, simulasi perlu dilakukan untuk menghasilkan rangkaian ekivalen yang sesuai dengan bahan yang digunakan.

DAFTAR PUSTAKA

Adnan, S.R. 2012. Proses Pembuatan dan karakterisasi Lapisan Tipis Barium Zirkonium Titanat (BaZrxTiO3) yang Didoping Lantanium dengan Metode Sol Gel. Skripsi Jurusan Fisika FMIPA, Universitas Indonesia, Depok.Ahmad N.Y., 1996. Sifat magnet, elektrik dan dielektrik ferit Mn-Zn, Mg-Zn dan Mn-Mg-Zn. Tesis S.Sn. Universiti Kebangsaan Malaysia.Anderson, Jhon ,E . 1966. High Frekuency Light Source. Assignor To General Electrik Company, A Corporation Of New York. Ser. No. 599,272 Int.Cl. HO4b 9/00;HO1s 3/00.

Anuwar, K.2013. Karakterisasi Microstruktur Ferroelektrik Material SrTiO3 dengan Menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Skripsi. Fisika. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Riau. Pekanbaru.Badwal, S.P.S. 1988. Impedance spectroscopy and microstructural studies on material for solid state electrochemical devices. Solid State Ionic Devices. Ed B.V.R. Chowdari & S. Radakrishna, Singapore: World Scientific Publ: 125.Brinker, C. J. Scherer, G. W. 1990. Sol-Gel Science The Physics and Chemistryof Sol-Gel Processing. New York: Academic Press.Ezhilvalavan, S dan Tseng, T.Y. 2000. Progress in the developments of (Ba,Sr)TiO3 (BST) thin films for gigabit era DRAMs J. Mater. Chem. and Phys65: 227-248.Gracia, et al., Ferroelectrics. 2012. Jurnal Nature. Vol. 268:301-307

Safutri, D. F, Hadiati. S, Ramelan. A. H dan Iriani .Y. 2013 Vinda Varian Universitas Sebelas Maret. Surakarta. Vol (19): 2-5

Hilaluddin, M.N. 2011. Pembuatan Sel Surya besbasis film Ferroelektrik Barium StronTium Titanat (Ba0,5Sr0,5TiO3). Skripsi Jurusan Fisika FMIPA, Institut Pertanian Bogor, Bogor.Irzaman, Y., Sukama, Jia, 2003. Physical And Ferroelektrik Properties Of Strontium Titanate And Their Application For If Senso, phys.stat.11.621.381.Irzaman., Erviansyah, R, Syaputra, H., Maddu, A., Siswadi. 2010. Studi Konduktivitas Listrik Film Tipis Barium Strotium Titanat (BST) yang Didadah Ferium Oksida (BFST) Menggunakan Metode Chemical Solution Deposition (CSD). Jurnal Berkala Fisika ISSN: 33-38.Jamaluddin, A., Anif, j., Iriani, Y., Yofertina, S., Sri, B. 2011. Pembuatan Prototipe Sensor Cahaya Menggunakan Bahan Ferroelektrik BST. Jurnal Sains dan Material Indonesia ISSN: 1411-1098.Jonscher, A.K. 1983. Dielectric relaxation in solids. London: Chelsea Dielectrics Press Ltd.Kleitz, M.& Kennedy, J. H. 1979. Resolution of multicomponent impedance diagram Proceeding of the International Conference on Fast Ion Transport in Solids, Electrode and Electrolites. Ed. P. Vashita, J. N. Mundy & G. K. Shenoy. North Holland:185-188.Krisman, dan Rahmi, D,. 2013. Menentukan Konstanta Dielektrik Lapisan Tipis (Ba0.6Sr0.4TiO3 ) dengan Menggunakan Impedansi Kompleks. Jurusan Fisika, FMIPA, Universiatas Riau, Pekanbaru. Liu, W.T. 2006. Nanoparticles and Their Biological and Environmental Applications, bioscience and bioengineering.1.554-562.Setiawan A. 2008. Uji Sifat Listrik Dan Optik Ba0.25Sr0.75TiO3 Yang Didadah Niobium (BSNT) Ditumbuhkan di Atas Subtrai Silikon Tipe-P dan Gelas Korning dengan Penerapannya Sebagai Fotodioda. Fmipa IPB : Bogor.Sunandar C. 2006. Penumbuhan Film BaxSr1-xTiO3 dan BaFeSrTiO dan Observasi Sifat Ferroelektriknya. Fmipa IPB : BogorSunandar, C, 2006. Penumbuhan Film BaxSr1-xTiO3 dan BaFeSrTiO3 dan observasi sifat ferroelektriknya. Bogor.Tipler, P. A. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik. Terjemahan Bambang. Penerbit Erlangga: Jakarta. Van, V. L. H. 2004. Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material. Terjemahan Djaprie. Penerbit Erlangga: Jakarta.Zawrah, M. F., El-Kheshen, A. A., Abd-El-All, H. 2009. Facile and Economic Synthesis of Silica Nanoparticles, Journal of Ovonic Reasearch, vol.5, No.5, 2009, pp.129-133.Zulpratama, D. 2013. Pengaruh Suhu Annealing Terhadap Microstructur Bahan Barium Titanat (BaTiO3). Menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Skripsi. Fisika. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Riau. Pekanbaru.

37