Abstrak — Penelitian  mengenai  termoelektrik  sedang  gencar dikembangkan  sejak  tahun  1990.  Pada  tahun  2017,  mulai dikembangkan termoelektrik yang menggunakan lapisan tipis. Pada  penelitian  ini,  dilakukan  fabrikasi  termoelektrik  lapisan tipis  tipe  N  menggunakan  material  Zink  Oxide  (ZnO)  di doping  dengan  Al 2 O 3 .  Massa  ZnO  yang  diperlukan  sebanyak 20.680-gram  dan  Al 2 O 3 10.079  gram.  Proses  fabrikasi  lapisan tipis dilakukan menggunakan mesin DC Magnetron Sputtering . Tahapan-tahapan  dalam  melakukan  penelitian  ini  terbagi  ke dalam tiga tahapan utama yakni sintesis, fabrikasi ( sputtering ), dan  pengujian.  Proses sputtering dilakukan  selama  10  menit dan  substrat  yang  digunakan  yakni  kaca.  Pengujian  yang dilakukan  yakni  pengujian  ketebalan  menggunakan Tolansky Apparatus,  pngujian  XRD  untuk  mengetahui  fasa  yang terbentuk,  pengujian  ZEM-3  untuk  mengetahui  resistivitas, Koefisien  Seebeck,  dan power  factor .  Berdasarkan  pengujian yang  dilakukan,  diperoleh  ketebalan  dari  lapisan  tipis  yang terbentuk yakni 74.72 nm. Nilai Koefisien Seebeck dari lapisan tipis yang terbentuk semakin bertambah seiring kenaikan suhu sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  material  AZO  baik digunakan  untuk  aplikasi  termoelektrik  pada  rentang  suhu 200-350 ° C.
Kata Kunci — DC Magnetron Sputtering, Koefisien Seebeck , termoelektrik, lapisan tipis .

## I. PENDAHULUAN
NERGI merupakan faktor yang sangat diperlukan untuk pertumbuhan  Negara  dan  pembangunan  ekonomi. Persedian  energi  fosil  yang  digunakan  untuk  energi  listrik memiliki cadangan yang terbatas. Ketergantungan Indonesia pada  energi  fosil  membuat  produksi  minyak  bumi  dalam negeri  menurus  drastis  sejak  tahun  2001.  Keadaan  ini didorong  oleh  kebutuhan  yang  terus  naik  dan  tumbuhnya sektor  industri  di  Indonesia.  Ketergantungan  energi  fosil masih  didominasi  oleh  kebutuhan  minyak  yang  mencapai 41,8  %,  batu  bara  29%  dan  gas  23  %.  Kebutuhan  energi yang  besar  ini  tidak  bisa  ditopang  oleh  cadangan  energi Indonesia  yang  semakin  menipis.  Melihat  kondisi  di Indonesia  dimana  kebutuhan  listrik  semakin  meningkat maka  perlu  dikembangkan  potensi  energi  baru  dan terbarukan.  Potensi  energi  terbarukan  yang  dapat dikembangkan  di  Indonesia  yaitu  angin,  air  terjun,  panas bumi,  pasang  surut  air  laut  (tidal),  biomassa  dan  radiasi matahari  (solar).  Pembuatan  termoelektrik  memungkinkan untuk mengubah panas matahari menjadi energi listrik.
Salah  satu  komponen  terpenting  pada  termoelektrik adalah  lapisan  tipis  ( thin  film ).  Sehingga  dalam  beberapa tahun terakhir, penelitian yang gencar dikembangkan adalah penelitian  mengenai  lapisan  tipis.  Lapisan  tipis  umumnya
lapisan  dari  bahan  organik,  anorganik,  logam,  maupun nonlogam  yang  memiliki  sifat  konduktor,  semikonduktor, maupu  isolator  [1].  Tidak  hanya  dimanfaatkan  pada termoelektrik,  saat  ini  lapisan  tipis  banyak  dikembangkan dalam  berbagai  bidang,  seperti  pada  penyusun  kapasitor, sensor-sensor, sel surya, dan sebagainya.
Penumbuhan  lapisan  tipis  banyak  dilakukan  dengan berbagai metode antara lain close space sublimation (CSS), vapor  transport  deposition (VTD), physical  vapor deposition (PVD), chemical  vapour  deposition (CVD), molecular  beam  epitaxy (MBE),  dan sputtering [2].  Dari beberapa  metode  tersebut,  metode  yang  sering  digunakan adalah metode sputtering . Metode ini banyak dipilih karena memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan teknik- teknik pembentukan film tipis lainnya [3]. Oleh karena itu, penulis  melakukan coop penelitian  denga  judul “ Fabrikasi Thin  Film Tipe  N  (AZO)  Sebagai  Material  Termoelektrik Menggunakan Metode DC Magnetron Sputtering ” . Lapisan tipis merupakan suatu lapisan yang terbentuk dari fraksi  suatu  material  dengan  ketebalan  berkisar  pada  orde nanometer  hingga  mikrometer.  Pembentukan  lapisan  tipis dilakukan  dengan  berbagai  metode  antara  lain close  space sublimation (CSS), vapor  transport  deposition (VTD), physical  vapor  deposition (PVD), chemical  vapour deposition (CVD), molecular  beam  epitaxy (MBE),  dan sputtering (McCandless,  2003).  Dalam  penelitian  ini,  ZnO digunakan karena memiliki stabilitas termal yang tinggi dan mudah untuk didoping menggunakan unsur-unsur golongan III (Al, Ga, In, dll.) [4].
ZnO dirasa memiliki kelebihan khusus karena merupakan unsur  yang  memiliki  kestabilan  termal,  murah,  tidak beracun,  dan  tidak  rusak  pada  suhu  tinggi  [5].  Zinc  Oxide merupakan  senyawa  anorganik  yang  bersifat  amfoter  dan senyawa  ini  hampir  tidak  larut  dalam  alkohol  maupun  air tetapi  larut  dalam  kebanyakan  asam.  ZnO  merupakan  jenis lapisan  tipis  konduktif  yang  transparan  dan  karakteristik elektro-optiknya  dapat  ditingkatkan  dengan  cara  deposisi [6].  Kelebihan  ZnO  yang  lain  adalah  dapat  ditumbuhkan pada  temperatur  substrat  yang  relatif  rendah  sekitar  200- 400°C  [7]. Namun untuk aplikasi termoelektrik, resistivitas listrik  dari  material  ZnO  terlalu  tinggi  apabila  tidak  diolah terlebih  dahulu  [8].  Untungnya,  hal  tersebut  dapat diminimalisasi melalui doping.
Sifat  termoelektrik  dari  lapisan  tipis  ZnO  dapat ditingkatkan dengan doping Aluminium. Unsur golongan III A  khususnya  aluminium  (Al)  banyak  digunakan  sebagai dopan  dan  dapat  menaikkan  konduktivitas  listrik  film  tipis ZnO  hingga  berorde 105  Ω.cm [9].  Di  antara  penemuan-

## Penggunaan Metode DC Magnetron Sputtering dalam Pembuatan Lapisan Tipis Tipe N (AZO) Sebagai Modul Termoelektrik
Elysa Nensy Irawan 1 , Melania S. Muntini 1 , Aldo Mahenda Putra 1 , Tosawat Seetawan 2 , Kunchit Singsoog 2 , Somphorn Thawankaew 2 , Watchara Caho-Moo 2 , and Athorn Vora-Ud 2 1 Departemen Fisika, Fakultas Sains, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
2 Thin Film Research Laboratory, Center of Excellence on Alternative Energy, Research and Development Institution, Sakon Nakhon Rajabhat University, 680 Nittayo Rd, Mueng District, Sakon Nakhon 47000, Thailand
e-mail : melania@physiscs.its.ac.id
E
penemuan  sebelumnya,  ditemukan  bahwa  ZnO  yang didoping  dengan  Al  (AZO)  adalah  salah  satu  bahan termoelektrik  terbaik  untuk  aplikasi  termoelektrik  suhu tinggi [10].
Terdapat banyak  metode untuk  membentuk lapisan tipis, salah  satunya  yaitu glow-discharge . Glow  discharge merupakan salah satu tipe pembentukan plasma dengan cara melewatkan  arus  melalui  medium  gas.  Plasma  merupakan gas  bermuatan  dan  partikel  netral  yang  menunjukkan perilaku  kolektif  [11].  Metode glow-discharge dibagi  lagi menjadi  2,  yakni sputtering dan  proses  plasma.  Salah  satu teknologi sputtering yang sering digunakan yaitu magnetron sputtering [12].
Metode magnetron  sputtering terdapat  berbagai  macam teknik  yaitu alternating  current (AC), direct  current (DC), radio  frequency (RF),  and pulsed-dc .  Pada  penelitian  kali ini,  metode  yang  dipilih  adalah  metode DC  Magnetron Sputtering . DC  magnetron digunakan  untuk  bahan  logam. DC magnetron merupakan proses yang paling murah karena pasokan listrik DC lebih sederhana untuk diproduksi [13].
Pada teknik DC Magnetron Sputtering , bahan target yang akan  digunakan  sebagai  pelapis  diuraikan  menggunkan molekul  gas  terionisasi  sehingga  menyebabkan  atom-atom target  melepaskan  elektronnya  dan  menjadi  suatu  plasma. Untuk  mendapatkan  hasil sputtering yang  baik  maka sejumlah  kiteria  harus  dipenuhi.  Pertama,  energi  ion  yang cukup  harus  dibuat  dan  diarahkan  ke  permukaan  target untuk  mengeluarkan atom dari  material. Kedua, atom-atom yang dikeluarkan harus dapat bergerak bebas ke arah objek yang  akan  dilapisi.  Pada  proses magnetron  sputtering diperlukan  ruangan  vakum  dengan  tekanan  rendah  untuk mempertahankan  energi  ion  yang  tinggi  dan  mencegah terjadinya  tabrakan  antaratom  gas  setelah  terionisasi  dari target [14].
Atom  yang  terionisasi  ini  kemudian  diendapkan  sebagai lapisan  tipis  pada  substrat  yang  akan  digunakan. DC Magnetron  Sputtering adalah  jenis sputtering yang  paling dasar  dan  murah  untuk  deposisi  logam.  Dua  keuntungan utama  DC  sebagai  sumber  daya  untuk  proses  ini  adalah mudah  dikontrol  dan  rendah  biaya.  Mesin DC  Magnetron Sputtering dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 2. Proses Sputtering.
Gambar 3. Fenomena Efek Seebeck (a) dan Efek Peltier (b).
Prinsip  dasar  dari  metode DC  Magnetron  Sputtering adalah material target yang akan digunakan sebagai pelapis ditempatkan dalam ruang vakum dan sejajar dengan substrat yang  akan  dilapisi.  Ruang  vakum  dipompa  sehingga mencapai  tekanan  dasar  untuk  menghilangkan  H 2 O,  udara, gas  H 2 ,  dan  gas  lainnya.  Kemudian  ruang  vakum  diisi kembali  menggunakan  gas  inert  dengan  kemurnian  tinggi, semisal  Ar  karena  massa  relatifnya  besar  dan  memiliki kemampuan  yang  besar  untuk  menumbuk  target  sehingga memunculkan  plasma.  Tekanan  yang  digunakan  selama proses sputter ing berkisar dari 0,5 mTorr hingga 100 mTorr. Arus  listrik  DC  yang  digunakan  biasanya  dalam  kisaran  2 hingga 5 kV.
Atom  gas  Ar  yang  netral  akan  terionisasi  karena bertabrakan  kuat  dengan  atom-atom  target.  Atom-atom  gas Ar  yang  terionisasi  digerakkan  menuju  substrat.  Disini, substrat merupakan anoda atau kutub positif sehingga dapat menarik  ion-ion  gas  Ar  tersebut.  Kemudian  elektron- elektron  dari  target  yang  terlepas  akan  mengembun  dapat membentuk lapisan film tipis pada substrat yang digunakan. Proses sputtering dapat ditampilkan sebagai Gambar 2. Pada dasarnya, mesin sputtering , dibagi menjadi 3 bagian utama,  yaitu: vacum  chamber , power  supply ,  dan  pompa vakum. Power  supply dilengkapi  dengan voltage  regulator untuk menyediakan tegangan yang tinggi pada waktu proses sputtering .  Rangkaian power supply terdiri  dari transformator step up , kapasitor high voltage, dan dioda high voltage sebagai inti dari rangkaian power supply [15].
Termoelektrik  (TE)  merupakan  piranti  elektronik  yang memiliki  kemampuan  untuk  mengubah  energi  panas menjadi listrik berdasarkan efek Seebeck (Gambar 3a). Efek ini  ditemukan  pada  tahun  1821  oleh  ilmuwan  Jerman Thomas  Johann  Seebeck  [16].  Mekanisme  terbentuknya energi  TE  dari  material  yakni,  ketika  material  diberikan
Gambar 1. Mesin DC Magnetron Sputtering.
perbedaan  suhu  (∆T),  pembawa  muatan  (elektron  untuk material  tipe-n  atau hole untuk  material  tipe-p)  dari  sisi panas  akan    menyebar  ke  sisi  dingin.  Akibatnya,  potensial elektrostatik (∆V) akan terinduksi [17]. Potensi elektrostatik yang dihasilkan oleh kaki TE tunggal sangatlah rendah (dari beberapa  μV  hingga  mV  tergantung  pada  material  yang digunakan). Oleh  karena itu,  untuk  mencapai tegangan dan daya  keluaran  tinggi,  generator  TE  biasanya  terbuat  dari puluhan,  atau  bahkan  ratusan,  pasangan  TE.  Termoelektrik juga memiliki kemampuan mengubah energi listrik menjadi energi  panas  berdasarkan  efek  Peltier  (Gambar  3b)  yang ditemukan  pada  tahun  1834  oleh  ilmuwan  Perancis  Jean Charles Athanase Peltier. Efek Peltier pada dasarnya adalah kebalikan dari efek Seebeck.
Bahan  termoelektrik  tradisional  seperti  Bi 2 Ti 3 dan  PbTe, telah  ditemukan  sejak  tahun  1950  dan  digunakan  dalam TEGs  radioisotop  dalam  misi  Apollo  [18].  Pada termoelektrik,dikenal  istilah  Koefisien  Seebeck  atau thermopower .  Koefisien  Seebeck  memiliki  peran  penting dalam  karakterisasi  dan  mengukur  efisiensi  termoelektrik. Bahan  yang  memiliki  koefisien  Seebeck  besar  memiliki efisiensi  yang  besar  pula  dalam  hal  mengubah  panas menjadi energi listrik [19]. Koefisien Seebeck dari material dapat dituliskan dalam persamaan:
𝑆 = − ∆𝑉 ∆𝑇 ≈ 1 𝑛 (1)
Disisi lain, termoelektrik menggunakan bahan semikonduktor  sebagai  komponen  penyusunnya  sehingga dikenal kuantitas tak berdimensi yakni Figure of Merit (ZT) . Figure  of  Merit  adalah  pengukuran  utama  dari  kinerja nanokomposit  suatu  termoelektrik  dan  dapat  dituliskan dalam persamaan:
𝑍𝑇 = 𝛼2𝜎𝑇 𝑘 (2)
Di mana, T adalah suhu dalam Kelvin, Z adalah Figure of Merit dari termoelektrik, α menunjukkan Koefisien Seebeck diukur dalam volt per kelvin (V/K), σ adalah konduktivitas listrik  yang  diukur  dalam  Siemens  per  meter  (S/m),  dan  κ merupakan konduktivitas termal yang diukur dalam watt per kelvin  per  meter  (W/K•m ).  Dalam  melanjutkan  persamaan sebelumnya,  dapat  dituliskan  persamaan  dari  Koefisien Seebeck sebagai berikut:
𝛼 = 8П2𝑘𝑏2 3𝑒ℎ2 𝑚 ∗ 𝑇 ( П 3𝑛 ) 2 (3)
Dimana  n  adalah  konsentrasi  pembawa,  m*  merupakan massa  efektif  pembawa,  T  berarti  suhu,  e  adalah  muatan dasar elektron, k b adalah konstanta Boltzman, dan h adalah konstanta  Planck.  Dalam  hal  ini,  konduktivitas  listrik  (σ) suatu  material  ditentukan  berdasarkan  konsentrasi pembawanya (n), mobilitas (μ), dan konstanta muatan dasar elektron (e) yakni 1,6 x10 -19 C.
𝜎 = 𝑛𝑒𝜇 (4)
Disisi  lain,  dikenal  istilah  resistivas.  Resistivitas menunjukkan  kemampuan  suatu  bahan  untuk  menghambat aliran  listrik.  Resistivitas  merupakan  kebalikan  dari konduktivitas sehingga dapat dituliskan dalam persamaan:
𝜌 = 1 𝜎 (6)
Di  antara  sifat-sifat  alami  material,  konduktivitas  termal suatu material ditentukan oleh dua aspek, yakni κ e (elektron dan hole yang  mengangkut  panas)  dan  κ l (fonon  yang bergerak melalui kisi-kisi) dan mengarah pada
κ = κe + κl (7)
Sebagian  besar,  k  secara  langsung  terkait  dengan konduktivitas listrik berdasarkan Hukum Wiedemann-Franz dan  konduktivitas  termal  listrik  (κ e )  sebanding  dengan konduktivitas listrik dan suhu (T).
𝑘 𝑒 = 𝜎𝐿𝑇 = 𝑛𝑒𝜇𝐿𝑇 (untuk semikonduktor) (6)
Dimana  L  adalah  faktor  Lorenz  dengan  nilai  2,4x10 -8 J 2 K − 2 C − 2 untuk  elektron  bebas,  σ  adalah  konduktivitas listrik,  T  adalah  suhu,  n  adalah  konsentrasi  pembawa,  e adalah  muatan  dasar  elektron,  dan  μ  adalah  mobilitas pembawa.
Sejauh  ini,  modul  termoelektrik  yang  tersedia  secara komersial adalah kaku dan ukurannya relatif besar sehingga membatasi penggunaannya dalam banyak hal sehingga saat ini dikembangkan termoelektrik menggunakan lapisan tipis. Termoelektrik  lapisan  tipis  memiliki  susunan  meliputi substrat,  lapisan  tipis,  dan  elektroda.  Substrat  memiliki ketebalan  hingga  ratusan  kali  lipat  dibanding  lapisan  tipis [20]. Mengacu pada penelitian yang telah ada, termoelektrik dapat  dimanfaatkan  sebagai  pembangkit  listrik  semisal diterapkan  sebagai  piranti  dalam  hal  pengisian  aki.  Jenis termoelektrik  yang  dapat  diaplikasikan  sebagai  penghasil energi  listrik  dikenal  dengan  istilah  Termoelektrik Generator.  Termoelektrik  Generator  menghasilkan  energi listrik  berdasarkan  perbedaan  suhu  ( ∆ T)  yang  terjadi  pada kedua sisi termoelektrik [21].

## II. METODE PENELITIAN

## A. Alat dan Bahan
Alat  dan  bahan  yang  digunakan  dalam  percobaan  ini adalah serbuk ZnO 20.680 gram, serbuk Al 2 O 3 10.079 gram, mesin DC Magnetron Sputtering sebagai pembentuk lapisan tipis, ultrasonic  cleaner sebagai  pembersih  substrat, planetary ball mill sebagai penghalus serbuk, furnace untuk
Tabel 1. Kondisi Sputtering Parameter Tipe N Base Pressure (Torr) 3.5 x 10 -5 Operation Pressure (Torr) 1.3x10-2 Ar Flow Rate (sccm) 20 Voltage (Volt) 200 Current (mA) 100 Vacuum Chamber Temperatur ( o C) 20
Deposition Time (minute) 10
Gambar 4. Diagram Alir Penelitian. Pembuatan Laporan Finish Start Sintesis material AZO Fabrikasi modul termoelektrik Berhasil? Pengujian Belum Ya Studi literatur
melakukan  kalsinasi  dan  sintering,  mesin  pengepres,  mesin XRD dan ZEM-3 sebagai mesin pengujian peforma lapisan tipis,  dan Tolansky  Apparatus sebagai  pengukuran ketebalan.

## B. Langkah Kerja
Langkah  kerja  dalam  melakukan  penelitian  ini  terbagi dalam  tiga  tahap  utama  yakni  sintesis,  fabrikasi,  dan pengujian.  Proses  sintesis  meliputi  penimbangan  massa, pemanasan menggunakan hot  plate , grinding menggunakan P lanetary  Ball  Mill selama  3  jam,  sintering  menggunakan furnace pada  suhu  500 ° C  selama  5  jam, pressing untuk membentuk  padatan  target  menggunakan  alat  pengepres dengan  tekanan  2500  Bar  selama  12  menit,  kemudian kalsinasi menggunakan furnace pada suhu 600 °C selama 5 jam.  Sedangkan  tahap  fabrikasi  dimulai  dengan  membuat desain  masker  untuk  lapisan  tipis  dan  elektroda menggunakan software SolidWorks2013. Setelah itu, desain dicetak  sehingga  terbentuk  stiker.  Proses sputtering dilakukan  menggunakan  mesin DC  Magnetron  Sputtering selama 10  menit. Kemudian  dilakukan pengujian ketebalan menggunakan Tolansky Apparatus , XRD, dan ZEM-3.

## C. Flowchart
Adapun flowchart dari  percobaan  ini  dapat  dilihat  pada Gambar 4:

## D. Persamaan yang Digunakan
Persamaan  yang  digunakan  untuk  menghitung  ketebalan lapisan tipis yakni:
𝑡 = ∆𝑥 𝑥 ( 589 2 ) (7)
Dimana  t  adalah  ketebalan  lapisan  tipis  yang  akan  diukur, ∆ x adalah pergeseran pola gelap terang, x adalah lebar pola gelap,  dan  589  adalah  panjang  gelombang  dari  lampu halogen yang digunakan dalam orde nm.

## III. HASIL DAN DISKUSI
Sampel tipe N yang digunakan pada penelitian ini adalah Zinc  Oxide  (ZnO)  didoping  menggunakan  Aluminium Oxide  (Al 2 O 3 ).  ZnO  mempunyai band  gap yang  lebar sekitar  3,21  eV  pada  temperatur  ruang.  ZnO  digunakan dipenelitian  ini  karena  ZnO  merupakan  material semikonduktor  dengan  Koefisien  Seebeck  yang  baik
sehingga  cocok  digunakan  untuk  material  termoelektrik. Sifat  menarik  yang dimiliki oleh  ZnO adalah pembentukan kristalnya  dapat  terjadi  pada  temperatur  di  bawah  400°C sehingga tidak perlu melakukan proses sputtering dengan suhu  yang  tinggi.  Sayangnya,  resistivitas  dari  ZnO  masih terbilang tinggi sehingga untuk menurunkan resistivitasnya, ZnO  perlu  didoping  dengan  dopan  ekstrinsik.  Pada penelitian  ini,  ZnO  didoping  menggunakan  Al 2 O 3 karena Al 2 O 3 memiliki energi gap sekitar 0.682 eV. Dengan energi gap sebesar itu, Al 2 O 3 termasuk material semimetal dengan karakteristik  nilai  konduktivitas  listrik  yang  tinggi sedangkan  resistivitasnya  rendah.  Dengan  demikian, diharapkan  dapat  dihasilkan  sampel  yang  memiliki Koefisien  Seebeck  tinggi  dan  konduktivitas  listrik  yang tinggi pula.
Pada penelitian ini digunakan substrat dari material kaca berbahan  SiO 2 .  Pada  dasarnya,  kaca  merupakan  material nonkristal.  Konduktivitas  termal  dari  kaca  SiO 2 sekitar  1.4 W/m.K sedangkan titik leburnya yakni  pada suhu 1713 °C. Berdasarkan  karakteristik  tersebut,  maka  kaca  SiO 2 dipilih sebagai  substrat  agar  modul  termoelektrik  yang  terbentuk dapat diaplikasikan pada suhu tinggi.
Proses  pembentukan  lapisan  tipis  terjadi  di vacuum chamber . Proses sputtering yang diterapkan pada penelitian ini  yakni DC  Sputtering .  Sesuai  dengan  namanya,  proses sputtering ini  memanfaatkan  arus  listrik  searah  (DC).  Pada vacuum  chamber terdapat  sepasang  elektroda  yang  saling berhadapan. Pada bagian bawah terdapat katoda sedangkan pada  bagian  atas  terdapat  anoda.  Target  dipasang  pada katoda  sedangkan  substrat  dipasang  pada  anoda.  Saat tekanan pada vacuum chamber mencapai Base Pressure , gas Ar  netral  mulai  dimasukkan  pada  saat  yang  sama  pula, tegangan  tinggi  diberikan  sehingga  memunculkan  medan listrik dan plasma. Saat medan listrik yang timbul sangat besar  maka  akan  ada  elektron  yang  terlepas  dan  menuju anoda.  Ketika  ion  gas  Argon  (Ar + )  yang  memiliki  energi tinggi bergerak  menuju katoda dan menumbuk target  maka atom atom dari target akan terpercik keluar. Hasil percikan tersebut ke segala arah sehingga akan menumbuhi substrat. Disisi  lain,  pada vacuum  chamber juga  terdapat  sistem pendingin  sehingga  atom-atom  target  yang  terpercik  pada substrat  akan  terkondensasi  dan  menumbuhi  substrat  lalu terbentuklah lapisan tipis. Proses pembentukan lapisan tipis terjadi dalam kondisi seperti Tabel 1.
Setelah lapisan tipis terbentuk maka sangatlah perlu untuk mengetahui  ketebalan  lapisan  tipis  tersebut.  Pengujian  ini dilakukan  menggunakan  alat  yang  bernama Tolansky Apparatus .  Alat  ini  terdiri  dari  seperangkat  mikroskop  dan cahaya  lampu  halogen.  Hasil  lapisan  tipis  yang  terbentuk diambil  gambarnya  menggunakan  kamera  secara  manual untuk  dihitung  ketebalannya.  Pengukuran  ketebalan dilakukan menggunakan rumus Tolansky. Karena sifat AZO yang  transaran  maka  perbedaan  gelap  terang  pada  gambar yang teramati tidak begitu tampak. Ukuran ketebalan lapisan yang terbentuk bergantung pada lamanya proses sputtering . Foto  hasil  pengamatan  menggunakan Tolansky  Apparatus dapat dilihat pada Gambar 6.
Setelah  diperoleh  gambar  dari  hasil  pengamatan menggunakan Tolansky Apparatus maka  dilakukan perhitungan  secara  manual  untuk  mengetahui  ketebalan lapisan  tipis  yang  terbentuk.  Panjang  gelombang  cahaya halogen yang digunakan pada pengukuran ini yakni 589 nm. Sehingga ketebalan dari lapisan tipis yang terukur untuk tipe
Gambar 5. Lapisan Tipis yang Terbentuk.
N  sebesar  74.72  nm.  Angka  tersebut  sangatlah  kecil sehingga  dapat  dikatakan  bahwa  lapisan  yang  terbentuk sangatlah  tipis.  Pada  umumnya,  lapisan  tipis  yang  baik memiliki  ketebalan  berorde  micrometer.  Ukuran  ketebalan dari  apisan  tipis  yang  terbentuk  bergantung  pada  lamanya proses  sputtering  [24].  Semakin  lama  proses  sputtering maka semakin tebal pula lapisan tipis yang terbentuk karena akan  ada  banyak  atom-atom  target  yang  menumbuhi substrat.
Pada  penelitian  ini,  pengujian  XRD  dilakukan  untuk mengetahui  fasa  yang  terbentuk,  apakah  dia  termasuk golongan  kristal  atau  yang  lainnya.  Semua  sampel  yang bersifat  kristal  akan  menghasilkan  puncak-puncak  yang ekstrim  pada  grafik  yang  teramati.  Apabila  tidak  terdapat puncak  yang  ekstrim,  maka  sampel  tersebut  digolongkan pada  material  amorfus.  Mesin  XRD  yang  digunakan  yakni XRD tipe Lab-X 6100. Jenis difraksi  yang digunakan pada penelitian  ini  yakni  difraksi  Cu-K 𝛼 .  Cu  merupakan  jenis bahan  sasaran  yang  digunakan  untuk  menghasilkan  radiasi sinar  X  sedangkan  K 𝛼 merupakan  sinar  yang  digunakan untuk  mendifraksikan sampel uji. Panjang gelombang  yang dimiliki oleh radiasi Cu-K 𝛼 adalah 0.5418 Å dan  memiliki energi  radiasi  yang  besar  dibandingkan  jenis  radiasi  yang lain semisal radiasi Cu-Kß.
Pada  penelitian  ini,  sampel  material  tipe  N  yang digunakan  memiliki  perbandingan  ZnO:Al 2 O 3 sebesar 98%:1%.  Setelah  terbentuk  padatan  target,  dilakukan pengujian  XRD  untuk  melihat  fasa  yang  terbentuk.  Hasil pengujian  XRD  dari  target  dapat  dilihat  pada  Gambar
berikut  7.  Dari  hasil  pengujian  XRD,  tampak  bahwa  fasa yang terbentuk  merupakan kristalin karena terdapat banyak puncak  yang  ekstrim.  Untuk  memastikan  bahwa  fasa  yang terbentuk  sudah  sesuai  dengan  referensi,  maka  dilakukan pencocokan puncak XRD antara sampel yang dibuat dengan referensi. Dapat kita amati dari kedua grafik bahwa puncak yang  terbentuk  terdapat  pada  sudut  yang  sama  sehingga dapat kita simpulkan bahwa fasa sampel target sudah sesuai dengan  fasa  referensi  dan  dapat  digunakan  untuk  proses sputtering .
Tidak  hanya  dilakukan  pengujian  terhadap  target, dilakukan pula pengujian terhadap lapisan tipis yang sudah terbentuk.  Berdasarkan  hasil  pengujian,  dapat  kita  amati lapisan  tipis  yang  terbentuk  memiliki  fasa  amorfus. Dikatakan  amorfus  karena  tidak  terdapat  puncak  yang ekstrim dari grafik yang terbentuk. Berdasarkan grafik yang terbentuk,  terdapat  perbedaan  hasil  pengujian  antara  target dengan  lapisan  tipis  yang  terbentuk.  Target  memiliki struktur  kristal  sedangkan  lapisan  tipis  memiliki  struktur amorfus. Hal tersebut diakibatkan oleh tipisnya lapisan yang terbentuk  sehingga  pengukuran  tidak  terbaca  oleh  mesin XRD  karena  mesin  XRD  yang  digunakan  tidak  dapat membaca  lapisan  dengan  ketebalan  kurang  dari  300µm. Struktur  amorfus  merupakan  struktur  yang  dimiliki  oleh kaca  SiO 2 yang  digunakan  sebagai  substrat  lapisan  tipis. Energi  dari  radiasi  Cu-K 𝛼 cukup  besar  sehingga  apabila lapisan  tipis  yang  terbentuk  telalu  tipis,  paretikel  K 𝛼 bisa langsung  menerobos  lapisan  tipis  dan  menumbuk  pada substrat kaca SiO 2 sehingga menghasilkan pola difraksi yang amorfus.
Gambar 6. Hasil Pengamatan Ketebalan Lapisan Tipis.
Gambar 7. Hasil XRD Target AZO.
Gambar 8. Pengujian Resistivitas Lapisan Tipis AZO.
Gambar 9. Pengujian Koefisien Seebeck Lapisan Tipis AZO.
Pengujian  menggunakan  alat  bernama  ZEM-3  dilakukan dengan  tujuan  untuk  mengetahui  resistivitas  dan  Koefisien Seebeck  dari  lapisan  tipis  yang  terbentuk.  Hasil  pengujian yang  dilakukan  dapat  dilihat  pada  8  dan  9.  Pengujian resistivitas  dilakukan  pada  variasi  suhu  sebesar  100°C, 200°C, dan 300°C. Resistivitas menggambarkan kemampuan  suatu  bahan  dalam  menghambat  aliran  arus listrik.  Dengan  demikian,  semakin  rendah  nilai  resistivitas suatu  bahan  maka  bahan  tersebut  semakin  bersifat konduktor.  Dari  grafik  di  atas,  terlihat  bahwa  ketika  suhu ZEM-3  dinaikkan  maka  nilai  resistivitas  semakin  turun. Salah  satu  faktor  luar  yang  berpengaruh  terhadap  nilai resistivitas suatu bahan adalah suhu. Ketika suhu dinaikkan maka  elektron-elektron  pada  suatu  bahan  semikonduktor akan  mendapatkan  energi  untuk  bergerak  menuju  pita konduksi  sehingga  menyebabkan  mudahnya  elektron terlepas  dari  ikatan  dan  menjadi  elektron  bebas.  Elektron bebas tersebut akan mengalir sebagai aliran listrik.
Selain  itu,  pada  penelitian  ini  juga  dilakukan  pengujian terhadap  nilai  Koefisien  Seebeck  dari  masing-masing  tipe lapisan  tipis.  Gambar  di  atas  menunjukkan  hasil  pengujian koefisien  seebeck  menggunakan  ZEM-3.  Pengujian  ini menggunakan variasi suhu, yakni 100°C, 200°C, dan 300°C. Koefisien  Seebeck  merupakan  besaran  yang  penting  dalam hal penyusunan termoelektrik karena nilai koefisien seebeck akan menentukan seberapa baik peforma dari termoelektrik yang  terancang.  Koefisien  Seebeck  dari  material  tipe  N beharga  negatif  karena  pembawa  muatan  mayorita  pada material tipe N adalah elektron. Dari grafik yang terbentuk, dapat  kita  amati  bahwa  nilai  koefisien  seebeck  meningkat seiring  dengan  bertambahnya  suhu.    Hal  ini  terlihat  jelas dari  pesamaan  hubungan  koefisien  seebeck  dengan  suhu, yakni  besar  koefisien  seebeck  berbanding  terbalik  dengan temperatur.
Metode DC  Magnetron  Sputtering memiliki  kelebihan dibandingkan  metode pembuatan lapisan tipis  yang lainnya semisal coating , sublimation ,  dan  sebagainya.  Pembuatan lapisan  tipis  dengan DC  Magnetron  Sputtering lebih dikontrol  ketebalannya  karena  ketebalan  lapisan  tipis  yang terbentuk  dapat  diatur  berdasarkan  lamanya  proses sputtering meskipun  hubungan  waktu  sputtering  dan ketebalan lapisan bukan merupakan fungsi linier. Disisi lain, metode DC  Magnetron  Sputtering memanfaatkan  medan magnet untuk menjebak pergerakan elektron sehingga hanya atom  target  yang  bergerak  menuju  substrat.  Dengan demikian, kehomogenan lapisan tipis semakin baik.

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  percobaan  yang  telah  dilakukan  maka diperoleh  kesimpulan  bahwa  ketebalan  lapisan  tipis  yang terbentuk  adalah  74.72  nm.  Resistivitas  lapisan  tipis semakin menurun seiring bertambahnya suhu dan Koefisien Seebeck  semakin  meningkat  seiring  bertambahnya  suhu. Dengan  demikian,  dapat  disimpulkan  pula  bahwa  material AZO baik digunakan sebagai penyusun modul termoelektrik pada temperature 200-350 ° C.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S.  Amara  and  M.  B, “ Investigation  On  Optical,  Structural  And Electrical  Properties  Of  Annealed  AZO/Al/AZO  Multilayer Structures Deposited By Dc Magnetron Sputtering, ” J Mater Sci Mater Electron , vol. 26, no. 3, 2014.
[2] Amir  and  Abdullah  Khan, “ Thermoelectrics  Studies  Of  IV-VI Semiconductors For Renewable Energy Source, ” Sci. Direct , vol. 48, pp. 85 – 94, 2016.
[3] C. Castro, C. Pulgarin, and R. Sanjines, “ Skema mekanisme kerja DC Magnetron Sputtering, ” 2010.
[4] A.  Compaan, “ High  Effisieny,  Magnetron  Sputtered  Cds/Cdte Solar Cells, ” Sci. direct, Sol. Energy , vol. 77, pp. 815 – 822, 2004. [5] D.  Li,  X.  Y.  Qin,  Y.  J.  Gu,  and  J.  Zhang, “ The  effect  of  Mn substitution on thermoelectric properties of Ca3MnxCo4−xO9 at low  temperatures, ” Solid  State  Commun. ,  vol.  134,  no.  4,  pp. 235 – 238, Apr. 2005.
[6] Matt  Hughes, “ What  is  DC  Sputtering? ” [Online].  Available: http://www.semicore.com/news/94-what-is-dc-sputtering. [Accessed: 06-Mar-2019].
[7] J.  Loureiro et  al. , “ Transparent  aluminium  zinc  oxide  thin  films with enhanced thermoelectric properties, ” J. Mater. Chem. A , vol. 2, no. 18, pp. 6649 – 6655, Apr. 2014.
[8] A.  Lyubchyk et  al. , “ Mapping the Electrical  Properties  of  ZnO- Based  Transparent  Conductive  Oxides  Grown  at  Room Temperature  and  Improved  by  Controlled  Postdeposition Annealing, ” Adv. Electron. Mater. , vol. 2, no. 1, p. 1500287, Jan. 2016.
[9] B. E. McCandless and J. R. Sites, Cadnium  Telluride  Solar  cell Handbook  of  Photovltaic  Science  and  Engeneering .  New  York: Wiley, 2003.
[10] M.-H. Hoong and et al, “Study Of The Eﬀect Of Stress/Strain Of Mesoporous  Al- Doped  Zno  Thin  ﬁlms  On  Thermoelectric PropertiesStudy  Of  The  Eﬀect  Of Stress/Strain  Of  Mesoporous Al- Doped  Zno  Thin  ﬁlms  On  Thermoelectric  Properties,” Solid State Sci. , vol. 82, pp. 84 – 91, 2018.
[11] H.  Morkoc  and  U.  Ozgur, Fundamentals  Materials  and  Device Technology Zinc Oxide . Wiley, 2009.
[12] N.  Vogel-Scha¨uble,  S.  Scha¨uble,  R.  Raphae¨,  R.  Dujardin,  A. Weidenkaff,  and  M.  H.  Aguirre, “ Influence  of  Thermal  Aging Phenomena  on  Thermoelectric  Properties  of  Al-Substituted ZnO. ”
[13] N.  Vogel-Schäuble et al. , “ Thermal  conductivity  of thermoelectric  Al-substituted  ZnO  thin  films)], ” Phys.  Status
Solidi RRL , vol. 8, no. 2, pp. 364 – 367, 2014. [14] P.  Fan et  al. , “ Low-cost  flexible  thin  film  thermoelectric generator  on  zinc  based  thermoelectric  materials, ” Appl.  Phys. Lett. , vol. 106, no. 7, p. 73901, Feb. 2015.
[15] P.  Jood et  al. , “ Al-Doped  Zinc  Oxide  Nanocomposites  with Enhanced Thermoelectric Properties, ” Nano Lett. , vol. 11, no. 10, pp. 4337 – 4342, Oct. 2011.
[16] K. Park, K. Y. Ko, W. S. Seo, W. S. Cho, K. J. G, and J. Y. Kim, “ High-Temperature Thermoelectric Properties Of Polycrystalline Zn1-X-Yalxtiyo Ceramics, ” Eur.  Ceram.  Soc. , vol. 27, pp. 813 – 817, 2007.
[17] S.  Li,  R.  Funahashi,  I.  Matsubara,  K.  Ueno,  and  H.  Yamada, “ High  temperature  thermoelectric  properties  of  oxide Ca9Co12O28, ” J.  Mater.  Chem. ,  vol.  9,  no.  8,  pp.  1659 – 1660, Jan. 1999.
[18] S.  (Samuel)  Tolansky, Multiple-beam  interferometry  of  surfaces and films, . Dover Publications, 1970.
[19] Sa ’ diyah  and  Hikmatus, “ Pengaruh  Ketebalan  Lapisan  terhadap Pola  Interferensi  Pada  Film  Tipis  ZnO  Menggunakan Interferometer Michelson, ” SKRIPSI Jur. Fis.  -  Fak.  MIPA  UM , vol. 0, no. 0, 2012.
[20] K.  Seshan, Handbook  of  thin-film  deposition  processes  and techniques :  principles,  methods,  equipment  and  applications . Noyes Publications/William Andrew Pub, 2002.
[21] S.  Candra  Puspita, “ Generator  Termoelektrik  untuk  Pengisian Aki, ” Surabaya, 2016.