Karakterisasi Mikrostruktur Material Feroelektrik Barium Stronsium Titanat (Ba x Sr 1-x TiO 3 ) dan Stronsium Titanat (SrTiO 3 ) dengan Variasi Suhu Sintering

## Alpi Zaidah
Program Studi Pendidikan Ilmu Pengetahuan Alam (IPA) Institut Pendidikan Nusantara Global Jalan Raya Praya Mantang Km. 07 Aik Mual, Lombok Tengah-NTB 85311
Email: alpizaidah@nusantaraglobal.ac.id
Abstrak: Sampel  Barium  Stronsium  Titanat  (Ba x Sr 1-x TiO 3 )  dan  Stronsium  Titanat  (SrTiO 3 ) telah  dibuat    dengan  menggunakan  metode solid  state  reaction .  Mikrostruktur  sampel  telah dikarakterisasi dengan menggunakan teknik difraksi sinar-X (XRD). Sampel disediakan dengan variasi suhu  yang  berbeda  yaitu  pada  suhu  1000 o C  dan  1100 o C  dengan  waktu  tahan  selama  2  jam. Karakterisasi XRD menunjukkan dengan meningkatnya suhu sintering maka intensitas puncak difraksi semakin meningkat.
Kata kunci: BST, ST, Solid State Reaction, XRD

## PENDAHULUAN
Feroelektrik  merupakan  bahan  dielektrik yang  memiliki  polarisasi  spontan.  Kelebihan bahan ferroelektrik adalah kemampuan mengubah  polarisasi  internal  menggunakan medan  listrik  yang  sesuai  dan  polarisasi  yang sesuai (Iriani, 2008). Bahan ferolektrik memiliki  beberapa  sifat  unik,  diantaranya  sifat histerisis  dan  memiliki  konstanta  dielektrik yang  tinggi,  sifat  pieroelektrik  dan  sifat piezoelektrik  (Winarsih,  2009).  Belakangan  ini penelitian terhadap material ferroelektrik banyak  menarik  perhatian  para  ahli  fisika karena material ferroelektrik ini sangat menjanjikan  terhadap  perkembangan device generasi  baru  sehubungan  dengan  sifat-sifat unik yang dimilikinya.
Barium  titanat  memiliki  struktur  kristal perovskite  sederhana  (ABO 3 )  serta  dalam  segi kimia  dan  mekanik  merupakan  struktur  yang stabil  (Besland et  al ,  2010).  Selain  itu  juga memiliki  suhu curie yang  mendekati  suhu ruang.  Barium  titanat  merupakan  bahan  yang dapat digunakan dalam bentuk sampel keramik polikristalin. Bahan ini juga memiliki konstanta dielektrik  tinggi  dan  kemampuan  memperkecil loss  dielectric sehingga  dapat  digunakan sebagai  kapasitor  (Gao et  al ,  2008  ;    Weir  and Nelson, 2008).
Barium Strontium Titanat merupakan hasil percampuran  reaksi  Barium  Titanat  (BaTiO 3 ) dan Strontium Titanat (SrTiO 3 ). Bahan tersebut merupakan salah satu material feroelektrik yang dapat diaplikasikan sebagai memori diantaranya Dynamic  Random  Access  Memory (DRAM) dan Ferroelectric  Random  Acces  Memory (FRAM) (Iriani et al , 2008).
Dalam  menghasilkan  sampel  BST  dan  ST, terdapat beberapa metode yang biasa digunakan seperti metode  sputtering  (Tanaka et  al , 1999), e-gun,  laser  ablasi  (Zhu et  al ,  2004),  metode sol-gel dan metode metode solid state reaction . Penelitian  ini  menggunakan  metode solid  state reaction karena  lebih  mudah  dan  murah dilakukan.  Penelitian ini dilakukan pembuatan bulk (padatan)    Ba x Sr 1-x TiO 3 untuk  x<0,5 dengan  bahan  dasar  barium  karbonat  (BaCO 3 ), strontium  karbonat  (SrCO 3 )  dan    titanium oksida  (TiO 2 ).  Sedangkan  pembuatan bulk (padatan)      SrTiO 3 dengan  bahan  dasar strontium  karbonat  (SrCO 3 )  dan    titanium oksida (TiO 2 ). Setelah terbentuk bulk (padatan) BST  dan  ST dilakukan  pengkarakterisasian material  dengan  menggunakan  difraksi  sinar-X (XRD).

## METODE PENELITIAN
Ba x Sr 1-X TiO 3 dibuat  dengan  metode solid state  reaction, yakni  dengan  mencampurkan
seluruh  bahan  yaitu BaCO 3 ,  SrCO 3 dan TiO 2 produk Sigma Aldrich. Pencampuran dilakukan dengan menggerus ketiga bahan agar terbentuk campuran  yang  homogen  dan  ukuran  partikel lebih  kecil.  Serbuk Ba x Sr 1-X TiO 3 kemudian dicetak dalam bentuk bulk (padatan) menggunakan  alat hydarulic  press dan  di- sintering pada suhu 1000 o C dan 1100 o C selama 2  jam,  begitu  juga  dengan  pembuatan  SrTiO 3 .
Karakterisasi
Ba x Sr 1-X TiO 3 dan SrTiO 3
dilakukan menggunakan peralatan X-Ray Diffraction (XRD)  digunakan  untuk  menguji karakteristik  kekristalan  dari  sampel  yang dibuat.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan  sampel  Barium  Stronsium Titanat  (Ba x Sr 1-x TiO 3 )  dan  Stronsium  Titanat (SrTiO 3 ) dilakukan menggunakan metode solid state  reaction ,  dengan  variasi  komposisi  dan variasi  suhu sintering .  Variasi  komposisi perbandingan  mol  Ba  dan  Sr  yaitu    40:60, 30:70, 20:80, 10:90, dan 00:100, dengan variasi suhu sintering 1000 o C,  1100 o C  dengan  waktu tahan  2  jam.  Kemudian  dikarakterisasi  dengan menggunakan XRD.
Gambar  1  menunjukkan  pola  difraksi yang  terbentuk  dari  sampel  barium  strontium titanat (Ba x Sr 1-x TiO 3 ) untuk x<0,5 dan strontium  titanat  (SrTiO 3 )  dengan  variasi  suhu sintering 1000 o C dan 1100 o C. (a)
(b)
Gambar 1. Pola difraksi variasi Ba dan Sr sampel Ba x Sr 1-x TiO 3 dan SrTiO 3 dengan variasi suhu sintering a) 1100 o C b) 1000 o C.
Terbentuknya  suatu  bidang  kristal  pada karakterisasi  menggunakan  peralatan  XRD diidentifikasikan  dengan  munculnya  puncak– puncak dari pola difraksi yang telah dicocokkan dengan database #391395 untuk komposisi Ba- x Sr 1-x TiO 3 dengan x<0,5 dan untuk SrTiO 3 telah dicocokkan  dengan database #790175.  Dari pola  difraksi  yang  telah  dicocokkan  dengan database terlihat  bahwa  masih  terdapat  puncak BaCO 3 ,  ditandai  dengan  tanda  (*)  yang menujukkan  bahwa  serbuk-serbuk precursor belum beraksi secara sempurna (belum homogen). BaCO 3 dicocokkan dengan database Mineral Crystallography number 5225. Semakin bertambahnya suhu sintering
mengakibatkan  puncak  BaCO 3 yang  muncul semakin  sedikit.  Hal  ini  menandakan  bahwa makin tinggi suhu, maka unsur-unsur pembentuk  BST  dan  ST  akan  bereaksi  secara sempurna.
Dari  Gambar  1  dapat  dilihat  pola difraksi  pada  suhu sintering 1100 o C,  fase  BST dan  ST  dapat  terbentuk  lebih  sempurna  tetapi masih  ada  BaCO 3 yang  masih  belum  homogen dan  memiliki  intensitas  rendah.  Sedangkan pada  suhu sintering 1000 o C  pola  difraksi  yang terbentuk  masih  terdapat  BaCO 3 dengan
intensitas  yang  lebih  tinggi  dibanding  pada suhu sintering 1100 0 C.
Perbedaan
suhu sintering mempengaruhi  besarnya  intensitas  puncak- puncak difraksi. Suhu sintering sangat berpengaruh terhadap proses pereaksian serbuk- serbuk precursor. Semakin tinggi suhu sintering maka  intensitas  puncak  difraksi  yang dihasilkan  semakin  tinggi  pula.  Hal  tersebut telihat  pada  perubah  an  intensitas  dari  puncak Ba x Sr 1-x TiO 3 dan  SrTiO 3 dari  suhu sintering 1000°C,  dan  1100°C.  Ini  disebabkan  karena ketika pada suhu tinggi, atom-atom dari serbuk penyusun  dapat  berdifusi  antara  satu  dengan lainnya  sehingga  reaksi  yang  terjadi  sangat sempurna, dan atom-atom akan tersusun secara teratur.

## KESIMPULAN
Barium  Stronsium  Titanat  (Ba x Sr 1- x TiO 3 )  dan  Stronsium  Titanat  (SrTiO 3 )  telah berhasil    dibuat  menggunakan  metode solid state  reaction ,  dapat  disimpulkan  bahwa semakin  tinggi  suhu sintering terhadap  sampel Barium  Stronsium  Titanat  (Ba x Sr 1-x TiO 3 )  dan
Stronsium Titanat (SrTiO 3 ) adalah mengakibatkan besarnya intensitas yang semakin tinggi pula.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulisan ini banyak mendapatkan bantuan bagi  penulis.  Oleh  sebab  itu  diucapkan  terima kasih,  terutama  kepada  Bapak  Dr.  A.  Thalib, MA selaku Rektor Institut Pendidikan Nusantara Global.

## DAFTAR PUSTAKA
Iriani,  Y.,  HIkam,  M.,  Soegijono,  B.,  &
Mudzakir,  I.  2008.  Pengaruh  Heating
Rate  dan  Jumlah  Lapisan  terhadap
Sifat  Listrik  (Kurva  Histerisis)  pada Lapisan  TIpis  Barium  Stronsium
Titanat.
Indonesian
Journal of
Materials Sciece : 205-208.
Winarsih.  2009., Analisis   Sifat  Histerisis  dan Struktur  Kristal  Bahan  Ferroelektrik Ba1-xSrxTiO3. Skripsi. Program Studi Fisika. Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang.
Besland,  M.P.,  Benzeggouta,  D.,  Borderon,  C.,
Hugon,  M.C., Salimy, S., Charpentier, A.,  2010.  Inverstigation  of  BST  thin film  deposited  by  RF  magnetron sputtering  in  pure  Argon.  Thin  Solid Films, 4619-4622.
Gao  C,  Zhai  J,  Yao  X.,  2008.  Effect  of  Seed layers  on  dielectric  properties  of
Ba(Zr0,3Ti0,7)O3 thin fim. J
Electroceram, 21 : 653-656.
Tanaka,T.,  Yamaguchi,  T.,  Wakahara  Akihiro dan  Yoshida,  A..  Effect  of  substrate temperature on properties of thin films prepared  by  RF  sputtering  from CuInSe2 target with Na2Se. Thin Solid Films 343-344, 1999, pp. 320-323.
Zhu,  H., Miao, J., Noda, M. dan Okuyama, M.
2004. Preparation of BST ferroelectric thin film by metal organic decomposition  for  infrared  sensor.    J. Sensors  and  Actuators  A  110,  2004, pp. 371-377.