perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.aceprints.uns.ac.id/15450/1/unlock-348942801201402537.pdf · bt...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENUMBUHAN LAPISAN TIPIS

BARIUM FERRUM TITANAT (BFT) DENGAN

METODE SOL GEL

Disusun oleh :

TIRA IKHWANI

M0209053

SKRIPSI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2013


commit to user

PENUMBUHAN LAPISAN TIPIS

BARIUM FERRUM TITANAT (BFT) DENGAN

METODE SOL GEL

Disusun oleh :

TIRA IKHWANI M0209053

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA


commit to user


commit to user iii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi saya yang berjudul

“PENUMBUHAN LAPISAN TIPIS BARIUM FERRUM TITANAT (BFT)

DENGAN METODE SOL GEL ” adalah hasil kerja saya atas arahan pembimbing

dan sepengetahuan saya hingga saat ini, isi 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 PerguruanTinggi

lainnya, jika ada maka telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk

bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi skripsi ini

boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, 30 Agustus 2013

Tira ikhwani


commit to user iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

“Allah mencintai orang yang cermat dalam meneliti soal-soal yang meragukan

dan yang tidak membiarkan akal dikuasai oleh nafsunya ”

(Nabi Muhammad saw)

“Informasi bukanlah pengetahuan. Satu-satunya sumber pengetahuan adalah

pengalaman"( Einstein)

Karya ini kupersembahkan kepada :

Bapak dan ibu tercinta atas do’a dalam setiap sujudnya

Alm. Nina Ariyani kakak ku tercinta

Kakak dan adik ku yang selalu mendukungku

Dosen Pembimbingku


commit to user v

PENUMBUHAN LAPISAN TIPIS BARIUM FERRUM TITANAT (BFT)

DENGAN METODE SOL GEL

TIRA IKHWANI

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Lapisan tipis Barium Titanat (BT) dan BT doping Ferrum (BFT)

telah berhasil ditumbuhkan menggunakan metode sol gel di atas substrat

Pt/Si yang disiapkan dengan spin coater. Lapisan tipis BT dan BFT dibuat

dengan jumlah lapis yaitu 3 lapis dengan variasi perbandingan persen mol

dopan Ferrum (Fe) sebesar 1%, 3%, 5% dan 10%. Sampel lapisan tipis BT

dan BFT dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Scanning

Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM) dan kurva

histerisis. Hasil karakterisasi menggunakan XRD menunjukkan bahwa

seiring dengan bertambahnya variasi % mol dopan Ferrum (Fe) maka sudut

difraksinya bergeser ke kiri (semakin kecil). Hasil penghalusan General

Structure Analysis System (GSAS) didapatkan nilai parameter kisi a, b dan c

mengalami perbesaran dari parameter kisi awal. Nilai parameter kisi yang

dihasilkan dari penghalusan software GSAS menujukkan bahwa lapisan tipis

BT dan BFT mempunyai struktur tetragonal. Hasil pengujian menggunakan

SEM menunjukkan ketebalan rata-rata dari lapisan tipis BT dan BFT sekitar

350 nm. Hasil AFM menunjukkan nilai kekasaran (roughness) lapisan tipis

BT dan BFT semakin kasar seiring bertambahnya mol doping Fe. Lapisan

tipis BT dan BFT merupakan bahan ferroelektrik yang ditandai dengan

terbentuknya kurva histerisis. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa

lapisan tipis BT dan BFT telah terdeposisi di atas substrat Pt/Si.

Kata kunci : BaTiO3, sol gel, struktur kristal, parameter kisi, GSAS


commit to user vi

GROWTH OF BARIUM FERRUM TITANATE (BFT) THIN FILMS BY

SOL GEL METHOD

TIRA IKHWANI

Department of Physics, Faculty of Mathematic and Natural Science

Sebelas Maret University

ABSTRACT

Barium Titanate (BT) and Ferrum doped BT (BFT) thin films have been

successfully grown by sol gel method on the substrates Pt / Si which were

prepared with spin coater. The percentages of Fe variant dope were 1%, 3%, 5%

and 10% and each sample was formed into 3 layers. The thin film samples of BT

and BFT were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron

Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM) and hysteresis curves. The

XRD patterns showed that the peak shifted to the left with increasing Fe dopant.

The data taken from XRD is analyzed by working General Structure Analysis

System (GSAS), and resulting the lattice parameter of a, b and c that having a

magnification of the initial lattice parameter. The resulting values of the lattice

parameter refinement software (GSAS) showed that thin layer of BT and BFT

have tetragonal structures. SEM images result showed the thickness averages of

thin film were 350 nm. While the result of AFM showed roughness value of BT

and BFT, the roughness increase with increasing Fe dopant. Thin layer of BT and

BFT are ferroelectric material because they have formed hysteresis curves

perfectly. The result of characterization are evidence that the BT and BFT thin

layers have been deposited on the Pt / Si substrates.

Keywords: BaTiO3, sol gel, crystal structure, lattice parameter, GSAS


commit to user vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan rakhmat dan karunia-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan

penyusunan skripsi yang berjudul “Penumbuhan Lapisan Tipis Barium Ferrum

Titanat (BFT) dengan Metode Sol Gel”.

Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak

terlepas dari bantuan berbagai pihak baik langsung maupun tidak langsung. Pada

kesempatan ini, Penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada :

1. Bapak Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Fisika

Fakultas MIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Dr. Yofentina Iriani S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing I atas bimbingan,

serta nasehat yang berarti banyak bagi penulis selama penyusunan skripsi.

3. Bapak Anif Jamaluddin, S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing II atas

bimbingan, saran, serta semangat yang diberikan.

4. Rekan satu group kerja lab: Riana, mas Nuril, mbak Herlin, mbak Dwi, mbak

Ari, Meisya, Retno dan Qudrotun.

5. Pak Risa atas segala bantuannya dalam mengoperasikan alat eksperimen.

6. Nafi’ah, yaya serta semua sahabat “COMPTON” atas persahabatan yang

indah selama ini.

Semoga segala kebaikan dan pertolongan semuanya mendapat berkah dari

Allah S.W.T. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang

membutuhkan. Amin.

Surakarta, 30 Agustus 2013

Tira Ikhwani


commit to user

viii

DAFTAR ISI

Halaman

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

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ ii

HALAMAN PERNYATAAN.. ...................................................................... iii

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN .......................................... iv

HALAMAN ABSTRAK ................................................................................ v

HALAMAN ABSTRACT .............................................................................. vi

KATA PENGANTAR .................................................................................... vii

DARTAR ISI .................................................................................................. viii

DARTAR TABEL .......................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xi

DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xiii

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

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

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

1.3. Perumusan Masalah ................................................................... 3

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

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

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

2.1. Material Ferroelektrik ................................................................ 4

2.1.1. Ferroelektrisitas ................................................................. 5

2.1.2. Karakteristik Material Ferroelektrik ................................. 5

2.2. Barium Titanat ........................................................................... 6

2.3. Efek doping Bahan Ferroelektrik ............................................... 7

2.4. Metode Chemical Solution Deposition (CSD) ........................... 11

2.5. Metode Karakterisasi ................................................................. 12

2.5.1. X-Ray Diffraction (XRD) .................................................. 12

2.5.2. Scanning Electron Microscopy (SEM) ............................. 14

2.5.3. Atomic Force Microscopy (AFM) .................................... 14

2.5.4. Uji Sifat Listrik dengan Metode Sawyer Tower ............... 15

2.6.General Structure Analysis System (GSAS) ................................ 16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 18

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................... 18

3.2. Alat dan Bahan Penelitian .......................................................... 18

3.3. Metode Penelitian....................................................................... 20

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ................................................. 21

3.3.2. Pemotongan Substrat Pt/Si ................................................ 22

3.3.3. Pembuatan Larutan BT dan BFT ..................................... 22

3.3.4.Pembuatan Lapisan Tipis BT dan BFT dengan Spin

Coating ............................................................................. 22

3.3.5. Karakterisasi Sampel BT dan BFT .................................. 23


commit to user

ix

3.3.5.1. Difraksi Sinar-X (XRD) ...................................... 24

3.3.5.2. Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Atomic

Force Microscopy (AFM) ................................... 24

3.3.5.3. Kurva Histerisis ................................................... 24

BAB IV Hasil DAN PEMBAHASAN .......................................................... 26

4.1. Karakterisasi Struktur Mikro ..................................................... 27

4.2. Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) ................. 34

4.3. Karakterisasi Atomic Force Microscopy (AFM) ........................ 37

4.4. Kurva Histerisis .......................................................................... 39

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 43

5.1. Kesimpulan ................................................................................ 43

5.2. Saran ........................................................................................... 43

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 44

LAMPIRAN ................................................................................................... 47


commit to user x

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Jari-jari Ion Pen-doping Soft Doping....................................... 8

Tabel 2.2 Jari-jari Ion Pen-doping Hard Doping..................................... 8

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Ukuran kristal Lapisan Tipis BT dan BFT 29

Tabel 4.2 Parameter Kisi Lapisan Tipis BT dan BFT Hasil

Penghalusan Program GSAS................................................... 33

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Ketebalan Lapisan Tipis BT dan BFT....... 37

Tabel 4.4 Kekasaran Rata-rata Lapisan Tipis BT dan BFT..................... 39


commit to user xi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Domain-domain pada Material Ferroelektrik.......................... 4

Gambar 2.2 Pergeseran Ion Ti4+

pada Struktur Perovskite PbTiO3............. 5

Gambar 2.3 Kurva Histerisis P-E................................................................ 6

Gambar 2.4 Struktur Perovskite Barium Titanat (BT)................................ 7

Gambar 2.5 Mekanisme “kerusakan” Sistem Kristal BST.......................... 9

Gambar 2.6 Struktur Perovskite Material Ferroelektrik.......................... 10

Gambar 2.7 Proses Spin Coating................................................................. 11

Gambar 2.8 Difraksi Sinar X pada Kristal................................................... 13

Gambar 3.1 Alat-alat Penelitian yang digunakan........................................ 19

Gambar 3.2 Bahan-bahan Penelitian yang digunakan................................. 20

Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian........................................................... 21

Gambar 3.4 Hasil Larutan BT dan BFT...................................................... 22

Gambar 3.5 Alat Pemanasan dan Pendeposisian......................................... 23

Gambar 3.6 Alat Uji Kurva Histerisis......................................................... 25

Gambar 4.1 Pola Difraksi Lapisan Tipis BaTiO3 dan BaFexTi1-xO3........... 27

Gambar 4.2 Pola Difraksi Variasi Persen Mol Doping Fe pada BaTiO3

untuk Bidang 101..................................................................... 29

Gambar 4.3 Penghalusan Pola Difraksi Menggunakan Program GSAS

pada Puncak (101).................................................................... 31

Gambar 4.4 Foto SEM Lapisan BT dan BFT dengan Variasi Mol

Doping...................................................................................... 35

Gambar 4.5 Penampang Lintang Lapisan Tipis BT dan BFT dengan

Variasi Mol Dopping............................................................... 36

Gambar 4.6 Morfologi Permukaan Lapisan Tipis BT dan BFT dengan

Variasi Mol Doping................................................................. 38

Gambar 4.7 Kurva Histerisis Lapisan BT dan BFT dengan Variasi Mol

Doping ..................................................................................... 40


commit to user xii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Nilai/ Satuan oC Suhu Derajat celcius

M

Molaritas M

n Bilangan bulat (1,2,3,… dst)

d Jarak antar bidang atom dalam kristal nm

λ Panjang gelombang sinar-X nm

θ Sudut difraksi Derajat

P Polarisasi C/cm2

Ps Polarisasi spontan C/cm2

Pr Polarisasi remanen C/cm2

Ec Medan koersif V/meter

M Molaritas Mol/m3

a,b,c Parameter kisi Angstrom

C Kapasitor Farad


commit to user xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. ICDD Pt/Si......................................................................... 47

Lampiran 2. ICDD BaTiO3..................................................................... 48

Lampiran 3. Hasil Chi-square Pengolahan Data GSAS......................... 49

Lampiran 4. Nilai FWHM Hasil Pengolahan Data dengan Origin......... 52

Lampiran 5. Perhitungan Ukuran Partikel Lapisan Tipis BT dan BFT.. 55

Lampiran 6. Perhitungan Ukuran Butir Lapisan Tipis BT dan BFT...... 56

Lampiran 7. Perhitungan Ketebalan Lapisan Tipis BT dan BFT........... 57

Lampiran 8. Foto Hasil dari Karakterisasi AFM....................................

60

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.aceprints.uns.ac.id/15450/1/unlock-348942801201402537.pdf · bt...

Documents