KAJIAN VARIASI SUHU ANNEALING TERHADAP

STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT OPTIK PADA LAPISAN

Ba0,95Sr0,05TiO3

Disusun oleh:

RATNA MAYASARI

M0213074

SKRIPSI

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Mei 2018

i

KAJIAN VARIASI SUHU ANNEALING TERHADAP

STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT OPTIK PADA LAPISAN

Ba0,95Sr0,05TiO3

Disusun oleh:

RATNA MAYASARI

M0213074

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

Persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Mei 2018

ii

iii

iv

PERNYATAAN

Dengan ini, saya menyatakan bahwa isi intelektual dari skripsi saya dengan judul

“KAJIAN VARIASI SUHU ANNEALING TERHADAP STRUKTUR MIKRO

DAN SIFAT OPTIK PADA LAPISAN Ba0,95Sr0,05TiO3” adalah hasil kerja saya

dan sepengetahuan saya sampai saat ini, 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 yang telah saya tuliskan didaftar pustakan. Skripsi ini dan

segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis dibagian ucapan terimakasih.

Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu

penulis.

Surakarta, 02 Mei 2018

Ratna Mayasari

v

MOTTO

Sebuah tembok yang indah tidak semua tercipta dari batu bata bagus, pastinya ada

dua atau lebih batu bata jelek, seperti halnya perjalanan kehidupan (Ajahn

Brahm).

Hidup itu seperti naik sepeda. Agar tetap seimbang, kau harus terus bergerak

(Albert Einstein).

Bermimpilah seakan kau akan hidup selamanya, Hiduplah seakan kau akan mati

hari ini (James Dean).

Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan (Q.S Al-Insyirah:5-6)

Dan bersabarlah kamu, sesungguhnya janji Allah adalah benar (Q.S Ar-Rum:60)

“Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagimu, dan boleh jadi

kamu menyukai sesuatu, padahal ia amat buruk bagimu” (Q.S. Al-Baqarah: 216)

vi

PERSEMBAHAN

Dengan menyebut nama Allah yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang

Karya ini saya persembahkan kepada:

1. Bapak dan Ibuk tercinta

2. Adik-adik kesayangan dan semua keluarga besar

3. Semua sahabat-sahabat saya.

4. Keluarga besar Entitas Mahasiswa Fisika (EMF) 2013.

5. Para pembaca sekalian.

vii

Kajian Variasi Suhu Annealing Terhadap Struktur Mikro dan Sifat Optik

pada Lapisan Ba0,95Sr0,05TiO3

RATNA MAYASARI

Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Lapisan Ba0,95Sr0,05TiO3 dideposisi menggunakan metode Chemical Solution

Deposition (CSD). Pendeposisian lapisan menggunakan teknik spin coating pada

substrat Pt/Si dan Quartz (SiO2). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui

pengaruh suhu annealing terhadap struktur mikro dan sifat optik lapisan

Ba0,95Sr0,05TiO3. Proses annealing dilakukan pada suhu 800oC, 900

oC, dan

1000oC. Struktur mikro meliputi tingkat kekristalan, ukuran kristal, dan parameter

kisi. Suhu annealing semakin tinggi menyebabkan struktur mikro semakin besar.

Sifat optik yang diuji meliputi absorbansi dan energi gap. Suhu annealing

semakin tinggi ketebalan lapisan semakin kecil. Ketebalan pada suhu annealing

800oC, 900

oC, dan 1000

oC secara berturut - turut yaitu 555,72 nm, 423,69 nm,

dan 235,79 nm. Hal tersebut, menyebabkan absorbansinya menurun. Absorbansi

tertinggi terdapat pada suhu annealing 800oC. Energi gap paling kecil terdapat

pada suhu annealing 1000oC sebesar 3,20 ± 0,09 eV.

Kata Kunci : Ferroelektrik, lapisan, Ba0,95Sr0,05TiO3, annealing.

viii

Study of Annealing Variations on Microstructure and Optical Properties of

Ba0.95Sr0.05TiO3 Films

RATNA MAYASARI

Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas

Maret University.

ABSTRACT

Barium Strontium Titanate (Ba0.95Sr0.05TiO3) films were deposited by Chemical

Solution Deposition (CSD) method. The films were deposited on Pt/Si and Quartz

(SiO2) substrates by spin coating technique. This study aimed to determine effect

of annealing on microstructure and optical properties of Ba0.95Sr0.05TiO3 films.

The films were annealed at 800°C, 900°C, and 1000°C. Microstructure was

include the crystallinity degree, crystalline size, and lattice parameters. The

annealing was higher causes larger microstructure. Optical properties were tested

include absorbance and energy gap. The annealing was higher then the thickness

of the films were gotten smaller. The thickness of films were annealed at 800°C,

900°C, and 1000°C i.e. 555,72 nm, 423,69 nm, and 235,79 nm. However, the

absorbance was decreases. The best of films absorbance was an annealing at

800oC. The best films gap energy an annealing at 1000°C was 3.20 ± 0.09 eV.

Keywords : Ferroelectric, films, Ba0,95Sr0,05TiO3, annealing.

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan segala nikmat dan

karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Semua

rintangan, teguran, hidayah, dan anugerah mewarnai langkah penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini disusun penulis sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan

gelar Sarjana Sains yang berjudul “KAJIAN VARIASI SUHU ANNEALING

TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT OPTIK PADA LAPISAN

Ba0,95Sr0,05TiO3”. Dalam proses skripsi ini melibatkan beberapa pihak yang turut

menyumbang keringat, buah fikir dan kesabaran. Oleh karena itu, penulis dengan

sangat tulus mengucapkan banyak terimakasih kepada :

1. Bapak dan Ibuk tercinta yang dengan tulus memberi semangat dan

dukungan sejak penulis menjadi mahasiswa sehingga bisa menyelsaikan

skripsi ini.

2. Adik-adik kesayangan yang selalu memberi semangat saat penyusunan

skripsi dan selalu menghibur ketika penulis down.

3. Dr. Yofentina Iriani. S.Si.,M.Si selaku pembimbing 1 yang baik hati,

terimakasih telah membimbing penulis dengan sabar dan senantiasa

memberikan saran dan motivasi sehingga bisa menyelesaikan skripsi ini.

4. Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si selaku pembimbing 2 yang baik hati,

terimakasih telah membimbing penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.

5. Dr. Nuryani. S.Si., M.Si., Ph.D selaku Dosen Pembimbing Akademik,

terimakasih telah membimbing penulis mulai menjadi mahasiswa baru

sampai akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini.

6. Dr. Eng. Risa Suryana yang telah memberi bantuan dan petunjuk dari

setiap pertanyaan penulis.

7. Mbak Win, Mas David, Mas Ari, Pak Hari, Mbak Ning, Mbak Watik dan

Mbak Imah atas kemudahan akses laboratorium, sehingga penulis dapat

setiap saat mengerjakan penelitian untuk skripsi ini.

x

8. Saudara dan sahabat-sahabat saya, Teman Surga (Mbak Erin, Jijah, Shinta,

Nilam, Shopi, Anggit, Reza, Nanda), Nandani, Rizki Ari, Ardi, Wisnu,

dan Fajrin yang setia menemani dan memberiksn Do’a, motivasi, dan

saran.

9. Teman – teman grup Ferroelektrik (Yasin, Mbak Ayu, Mawar, Mei-mei,

Novinda) yang telah berjuang bersama.

10. Semua teman – teman Entitas Mahasiswa Fisika (EMF) 13’

Semoga Allah SWT membalas semua jerih payah dan pengorbanan yang

telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Penulis menyadari akan

banyaknya kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Namun, penulis

berharap semoga karya kecil ini bermanfaat, setidaknya bagi penulis

sendiri.

Surakarta, 02 Mei 2018

Ratna Mayasari

xi

HALAMAN PUBLIKASI

Sebagian dari skripsi saya yang berjudul “Kajian Variasi Suhu Annealing

Terhadap Struktur Mikro dan Sifat Optik pada Lapisan Ba0,95Sr0,05TiO3”

dipublikasikan dalam Indonesian Journal of Applied Physics (IJAP) 2018.

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL .......................................................................................... ii

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

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

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

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

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

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

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

KATA PENGANTAR ........................................................................................ x

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

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

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xv

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xvi

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................ xvii

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

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

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 4

1.4 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 4

1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................ 5

2.1 Ferroelektrik ............................................................................................. 5

2.2 Struktur Perovskit .................................................................................... 6

2.3 Barium Titanat dan Barium Strontium Titanant ...................................... 7

2.4 Doping ...................................................................................................... 8

2.5 Metode Chemical Solution Deposition (CSD) ....................................... 10

2.6 Sel Surya Perovskit ................................................................................ 11

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

xiii

2.8 Spektrofotometer Ultra Violet- Visible (UV-Vis) ................................... 14

2.9 Scanning Electron Microscopy (SEM) .................................................. 15

2.10 General Structur Analysis System (GSAS) ............................................ 15

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................. 17

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................ 17

3.2 Alat dan Bahan ...................................................................................... 17

3.2.1 Alat yang Digunakan dalam Penelitian ...................................... 17

3.2.2 Bahan yang Digunakan dalam Penelitian .................................. 18

3.3 Prosedur Penelitian.................................................................................. 18

3.3.1 Preparasi Alat dan Bahan ........................................................... 20

3.3.2 Preparasi Substrat ....................................................................... 20

3.3.3 Penimbangan Bahan ................................................................... 21

3.3.4 Pembuatan Larutan ..................................................................... 21

3.3.5 Pendeposisian Lapisan BST ....................................................... 21

3.3.6 Proses Annealing Sampel ........................................................... 22

3.3.7 Karakterisasi ............................................................................... 23

3.3.8 Analisis Data .............................................................................. 23

BAB IV PEMBAHASAN ................................................................................. 26

1.1 Karakterisasi Struktur Mikro Lapisan Ba0,95Sr0,05TiO3 ......................... 27

1.2 Karakterisasi Cross Section..................................................................... 31

1.3 Karakterisasi Sifat Optik ........................................................................ 32

1.4 Karakterisasi Morfologi ......................................................................... 34

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 37

5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 37

5.2 Saran ....................................................................................................... 37

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 38

Lampiran ............................................................................................................ 42

xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Soft Doping ....................................................................................... 9

Tabel 2.2. Hard Doping ..................................................................................... 9

Tabel 4.1. Tingkat Kekristalan Variasi Suhu Annealing .................................... 29

Tabel 4.2. Ukuran Kristal ................................................................................... 29

Tabel 4.3. Parameter Kisi ................................................................................... 30

Tabel 4.4. Parameter Kisi hasil refinement ........................................................ 30

Tabel 4.5. Ketebalan Lapisan Variasi Suhu Annealing ...................................... 32

Tabel 4.6. Energi Gap Variasi Suhu Annealing .................................................. 33

Tabel 4.7. Ukuran Butir Variasi Suhu Annealing ............................................... 36

Tabel 4.8 Tingkat Kekasaran Variasi Suhu Annealing ...................................... 36

xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Kurva Histerisis P-E ............................................................................. 5

Gambar 2.2. Struktur Perovskit ABO3 ...................................................................... 6

Gambar 2.3. Struktur BaTiO3 ................................................................................... 7

Gambar 2.4. Skema Spin Coater .............................................................................. 10

Gambar 2.5. Skema Terbentuknya Lapisan ............................................................. 10

Gambar 2.6. Skema Perpindahan Elektron Sel Surya Perovskit .............................. 11

Gambar 2.7. Skema Difraksi Sinar-X ...................................................................... 12

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 19

Gambar 3.2. Bahan Penelitian .................................................................................. 20

Gambar 3.3. Alat Penelitian ..................................................................................... 20

Gambar 3.4. Memotong Substrat ............................................................................. 20

Gambar 3.5. Penimbangan Bahan BST .................................................................... 21

Gambar 3.6. Deposisi Lapisan BST ......................................................................... 22

Gambar 3.7. Proses Drying ...................................................................................... 22

Gambar 3.8 Skema Proses Annealing ...................................................................... 22

Gambar 3.9. Proses Annealing ................................................................................. 23

Gambar 4.1. Kondisi Fisik Setelah Proses Drying .................................................... 26

Gambar 4.2. Kondisi Fisik Setelah Proses Annealing (a) 800oC, (b) 900

oC, dan

(c) 1000oC ............................................................................................ 27

Gambar 4.3. Hasil Karakterisasi XRD pada Variasi suhu Annealing ..................... 28

Gambar 4.4. Cross Section pada Suhu Annealing (a) 800oC, (b) 900

oC, dan (c)

1000oC .................................................................................................. 31

Gambar 4.5. Absorbansi Variasi Suhu Annealing ..................................................... 33

Gambar 4.6. Energi Gap Variasi Suhu Annealing .................................................... 34

Gambar 4.7. Morfologi Suhu Annealing (a) 800oC, (b) 900

oC, dan (c) 1000

oC ...... 35

xvi

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

Satuan

θ Sudut Difraksi Bragg Derajat (º)

d Jarak antar kisi -

[h k l] Indeks Miller -

B FWHM Radian (rad)

D Ukuran Kristal Nanometer (nm)

λ Panjang Gelombang Angstrom (Å) dan

Nanometer (nm)

Jari-jari Angstrom (Å)

Parameter Kisi -

Absorstivitas Nanometer (nm)

Transmitansi %

Absorbansi -

Frekuensi Gelombang Hertz (Hz)

Cepat Rambat Cahaya m/s

Koefisien Absorbansi m-1

d Ketebalan Nanometer (nm)

Energi Gap eV

Konstanta Planck Js

17