Modifikasi Sensitifitas Sensor Magneto-Impedansi Pada Multilayer
[Ni 80 Fe 20 /Cu] N Hasil Elektro-Deposisi
Modification of Sensor Sensitivity of Magneto-Impedancy on Multilayer [Ni 80 Fe 20 /Cu] N as Result of Electro-Deposition
B. Anggit Wicaksono *) , Ahmad Asrori Nahrun, Nuryani, Budi Purnama Program Studi Ilmu Fisika, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
*) Email: wicakgitya@gmail.com

## ABSTRACT
Multilayer sensor sensitivity [Ni 80 Fe 20 /Cu] N as results of electro-deposition on Cu wire has been modified  by  several  variables;  namely  (i)  the  frequency  of  measurement,  (ii)  the  number  of iteration  N  on  the  system  [Ni 80 Fe 20 /Cu] N ,  and  (iii)  the  thickness  of  the  spacer  layer  of  Cu.  If applied as a magnetic sensor, the measured sensor sensitivity can be calculated using the formula; ξ = 2 [(ΔZ/Z)max]/ΔH. The results of the sensitivity calculations show that the increase in the ratio of  magneto-impedance  directly  proportional  to  the  sensitivity  of  the  sensor.  To  modify  the frequency  of  the  sample  [Ni 80 Fe 20 (800nm)/Cu(300  nm)] 3 ,  the  measurement  sensitivity  increases with increases in frequency. And the highest sensitivity is obtained 8.91%/ mT at a frequency of 100  kHz.  Similar  results  were  obtained  in  the  variation  of  the  number  of  iteration  N  multilayer [Ni80Fe20 (800 nm) / Cu (300 nm)] N . Senitifitas measurements at a frequency of 100 kHz and the highest  number  of  iteration  (N=5)  obtained  the  highest  sensitivity,  which  is  26.63%/mT. Furthermore, the sensitivity of the sensor showed a tendency to decrease with the increase in the thickness  of  the  spacer  Cu  in  multilayer  [Ni 80 Fe 20 (800  nm)/Cu  (y  nm)] 3 .  Finally,  the  highest sensitivity was obtained 53.75% / mT for most thin thickness of the spacer Cu (y = 200 nm) which is the highest value in the whole of this experiment
Keywords : sensor sensitivity, Ni 80 Fe 20 , frequency measurement, iteration number, spacer Cu

## PENDAHULUAN
Magneto-impedansi  (MI)  adalah  perubahan nilai  impedansi  suatu  bahan  konduktor magnetik akibat adanya medan magnet.  Besar nilai  MI  dapat  diekspresikan  dengan persamaan,
          0 0 100 0 0 max max     H Z H Z H Z Z Z (1)
dengan Z ( H )      merupakan  impedansi  yang terukur ketika diberikan medan magnet luar H , sedangkan Z ( H max )  merupakan impedansi yang ter-ukur  ketika  nilai  medan  magnet  yang diberikan maksimum (Knobel, 2003). Sedangkan  sensitifitas  sensor  magneto- impedansi diungkapkan dengan persamaan,
    H Z Z    max 2
 (2)
dengan ∆H adalah lebar penuh pada setengah maksimum kurva MI (Tuan et al. 2009)
Fenomena  Magneto-impedansi  (MI)  ini memiliki  sensitifitas  sensor  yang  tinggi. Sensitifitas  MI  tertinggi  yang  telah  dilaporkan hingga  saat  ini  adalah  mencapai  orde  pico Tesla  (Uchiyama,  2012).  Hal  ini  membuka potensi aplikasi sebagai sensor medan magnet, misalnya  dari  sumber  aktifitas  organ  tubuh pada  kajian  biomedikal  (Devkota et  al .,  2013; dan Wang Tao et al ., 2014 ). Pada  makalah  ini,  studi  sensitifitas  sensor magneto  impedansi pada  tipis  multilayer [NiFe 80 Fe 20 /Cu] N dilakukan. Untuk mendapatkan variasi sensitifitas sensor, sampel dimodifikasi  jumlah  perulangan  dan  ketebalan spacer layer.

## METODE
Prosedur  penumbuhan  lapisan  tipis  pada  penelitian ini  mengadopsi  pada  penelitian  sebelumnya  yang dilakukan  oleh  Amiruddin et  al., (2014).  Lapisan tipis  multilayer  [NiFe 80 Fe 20 /  Cu] N dibentuk menggunakan  metode  elektro-deposisi  dengan memakai  elektroda  kawat  Pt  (Platina).  Proses
elektro-deposisi    meng-gunakan  larutan  elektrolit seperti  yang  ditunjukkan  dalam  Tabel  1.  Elektrolit tersebut diupayakan mencapai keadaan asam dengan pH berkisar 2,7 dengan ditera menggunakan H 2 SO 4 1 M.
Tabel  1.  Bahan  yang  dipakai  untuk  membuat elektrolit. Elektrolit Bahan Jumlah Pembentuk NiFe NiSO 4 .6H 2 O 0,099 M FeSO 4 .7H 2 O 0,012 M H 3 BO 4 0,149 M
C 6 H 8 O 3 0,002 M Pembentuk Cu CuSO 4 .5H 2 O 0,065 M C 6 H 12 O 6

## 0,002 M
Substrat  yang  digunakan  berupa  kawat  Cu berdiameter  0,46  mm.  Substrat  ini  sebelumnya dicuci  menggunakan  ultrasonic  cleaner.  Dalam proses  elektro-deposisi  terjadi  penumbuhan  atau pembentukan  NiFe  sebagai  lapisan  magnetik  serta Cu sebagai lapisan konduktif ( spacer ) pada substrat kawat  Cu.  Skema  proses  elektro-deposisi  dapat dilihat pada Gambar 1.
(a) (b)
Gambar  1.  Skema elektro-deposisi  (a)  NiFe  dan (b) Cu
Pada  eksperimen  ini,  proses  penumbuhan  atau pembentukan NiFe maupun Cu dilakukan berulang- ulang  untuk  menghasilkan  multilayer  [Ni 80 Fe 20 /Cu] N .  Modifikasi  pada  sampel  yang  dibuat  adalah modifikasi  jumlah  perulangan pelapisan N multilayer [Ni 80 Fe 20 (800nm)/  Cu  (300nm)] N dengan N berturut-turut 1, 3, dan 5. Serta modifikasi ketebalan  lapisan  konduktif  pada  konfigurasi multilayer [Ni 80 Fe 20 (800 nm) /Cu ( y nm)] N dengan y = 200 nm, 250 nm, 300 nm, 350 nm, dan 400 nm.
Sampel-sampel tersebut dikarakterisasi magneto-impedansi (MI) dengan skematik pengukuran yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema pengukuran magneto-impedansi
Pengukuran tersebut mengukur nilai resistansi ( R )  dan  reaktansi  ( X )  dari sampel  untuk  setiap perubahan  medan  luar  ( H eks ).  Nilai-nilai  tersebut adalah  nilai  impedansi  total
2
2 X R z   , dengan resistansi sebagai sumbangan dari komponen riil dan reaktansi sebagai sumbangan dari komponen imajiner.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar  3  (a)  menunjukkan  grafik  rasio  MI sebagai fungsi frekuensi yang memiliki tipikal yang  sama.  Teramati  dari  gambar  bahwa  nilai rasio  MI  meningkat  secara  monoton  seiring dengan  kenaikan  frekuensi.  Hal  ini  terlihat makin jelas dengan mengamati pada Gambar 3 (b).  Peningkatan  tersebut  cenderung  konstan setelah  frekuensi  40  kHz.  Hasil  ini mengindikasi  bahwa  sumbangan  perubahan komponen  reaktansi  akibat  medan  pengimbas luar lebih dominan (Chaturvedi et al, 2014 ). Dengan  analisis  persamaan  2  di  atas,  nilai sensitifitas  sensor  tersebut  dapat  dilihat  pada Gambar  3  (c)  sebagai  fungsi  frekuensi.  Sama halnya dengan rasio MI, nilai sensitifitas sensor MI tersebut meningkat seiring dengan kenaikan frekuensi  dan  cenderung  konstan  setelah frekuensi  40  kHz.  Sensitifitas  tertinggi diperoleh 8,91 %/mT pada frekuensi 100 kHz.
Hasil  perhitungan  sensitifitas  sensor  MI modifikasi frekuensi pengukuran menunjukkan bahwa  kenaikan  rasio  magneto-impedansi berbanding lurus dengan sensitifitas sensor dan kenaikannya seiring dengan kenaikan frekuensi. Ekspresi lain sensitifitas sensor MI dengan modifikasi jumlah perulangan N dan ketebalan lapisan  konduktif  ( spacer )  Cu  pada  frekuensi pengukuran  20  kHz  dan  100  kHz  yang  dapat dilihat pada Gambar 4 (a) dan (b).
Gambar  4(a)  menunjukkan  grafik hubungan antara sensitifitas sensor MI dengan jumlah  perulangan N pada  frekuensi pengukuran 20 kHz dan 100 kHz.
Pada  frekuensi  20  kHz,  nilai  sensitifitas sensor  MI  meningkat  dari  3,20  %/mT  ( N =1) menjadi  15,75  %/mT  ( N =5). Sedangkan  pada frekuensi 100 kHz, nilai sensitifitas sensor MI meningkat pula dari 4,20 %/mT ( N= 1) menjadi 26,63 %/mT ( N= 5).
Sehingga pada grafik menunjukan bahwa sensitiftas  sensor  MI  yang  didapat  pada frekuensi  pengukuran  100  kHz  lebih  besar dibandingkan pada frekuensi 20 kHz. Selain  itu,  sensitifitas  sensor  MI meningkat seiring dengan bertambahnyajumlah perulangan N pada  konfigurasi multilayer [Ni 80 Fe 20 (800nm)/  Cu  (300nm)] N .  Sensitifitas sensor  MI  tertinggi  yang  didapatkan  adalah saat frekuensi pengukuran 100 kHz dan jumlah perulangan  terbanyak  ( N =5),  yaitu  sebesar 26,63 %/mT. Sedangkan  Gambar  4(b)  menunjukkan grafik  hubungan  antara  sensitifitas  sensor  MI dengan ketebalan lapisan spacer Cu. Pada grafik menunjukkan hal yang sama bahwa sensitifitas  sensor  MI  meningkat  seiring dengan  kenaikan  frekuensi.  Namun,  hal sebaliknya terjadi dibanding dengan modifikasi lain  seperti  yang  disebutkan  di  atas  (frekuensi maupun jumlah perulangan). Sensitifitas sensor MI  yang  didapat  menurun  seiring  dengan penambahan  ketebalan spacer Cu  pada konfigurasi multilayer [Ni 80 Fe 20 (800 nm) / Cu ( y nm)] 3 . Sensitifitas sensor MI tertinggi yang didapatkan sebesar 53,75 %/mT, saat frekuensi pengukuran  100  kHz  dan  ketebalan  lapisan spacer Cu paling tipis, yaitu 200 nm.
Gambar 3. (a) Tipikal kurva MI sebagai fungsi medan magnet untuk variasi frekuensi, dan (b) Hubungan  nisbah  MI  dengan f (c)  Hubungan  sensitifitas  sensor  dengan f untuk substrat kawat Cu [Ni 80 Fe 20 (800nm)/Cu (300nm)] 3
Gambar 4. Hubungan sensitifitas sensor dengan (a) jumlah perulangan N konfigurasi [Ni 80 Fe 20 (800nm) / Cu (300nm)] N (b) tebal lapisan Cu y untuk konfigurasi [Ni 80 Fe 20 (800nm) / Cu ( y nm)] 3

## KESIMPULAN
Sensitifitas  sensor Multilayer [Ni 80 Fe 20 /  Cu] N hasil  elektro-deposisi  pada  kawat  Cu  telah dimodifikasi  dengan  beberapa  variabel.  Di semua  modifikasi  menghasilkan  hubungan bahwa  magneto-impedansi  berbanding  lurus dengan  sensitifitas  sensor  MI.  Semakin  besar MI  semakin  besar  juga  sensitifitas  yang  di dapat. Selain itu, MI maupun sensitifitas sensor MI  akan  meningkat  seiring  dengan  kenaikan frekuensi pengukuran.
Pada  modifikasi  jumlah  perulangan N pada  sistem multilayer [NiFe 80 Fe 20 /  Cu] N , sensitifitas  sensor  MI  akan  meningkat  dengan bertambahnya  jumlah  perulangan N .  Namun pada  modifikasi  ketebalan  lapisan spacer Cu, dengan bertambahnya ketebalan lapisan tersbut maka akan menurunkan MI maupun sensitifitas sensor MI. Sensitifitas sensor MI tertinggi pada keseluruhan  eksperimen  ini  diperoleh  53,75 %/mT  untuk  ketebalan  spacer  Cu  paling  tipis (y = 200 nm).

## DAFTAR PUSTAKA
Amiruddin,  M.,  Utari,  and  Budi,  P.  (2014): Fenomena  Magneto-impedansi  untuk Frekuensi  Rendah  pada  Multilayer [Ni 80 Fe 20 /Cu] N Hasil  Elektro-deposisi,
Jurnal  Fisika  dan  Aplikasinya (10),  pp.
95 - 98. Chaturvedi,  A.,  Ruiz,  A.,  Le,  T.,  Tung,  M.T., Mukherjee,  P.,  Srikanth,  H.,  and  Phan, M.H.  (2014):  Magneto-impedance  Effect in  Electrodeposited  Cu-(FeNi/Cu/FeNi)
Multilayer wires. ScienceJet (3), pp. 1-4.
Devkota, J., Wang, C., Ruiz, A., Mohapatra, S.,
Mukherjee,  P.,  Srikanth,  H.,  and  Phan, M.H.  (2013):  Detection  of  low- concentration superparamagnetic nanoparticles  using  an  integrated  radio frequency magnetic bio sensor. Journal of
Applied Physics (49), pp. 4060-4063. Knobel,  M.,  Vazquez,  M.,  and  Kraus,  L.
(2003): Giant  magnetoimpedance.  In:
Buschow  KH,  editor.  Handbook  of magnetic materials . Elsevier Science B.V
(15), pp.1-69. Tung,  M.T.,  Hang,  L.T.,  Tuan,  L.A.,  Nghi, N.H. (2014): Influence of Electrodeposition  Parameters  on  The Magnetic and Magneto-impedance Properties  of  CoP/Cu  Wires. Physica (442), pp. 16-20.
Uchiyama,  T.,  Mohri,  K.,  Honkura,  Y.,  and Panina,  L.V.  (2012):  Advances  of  Pico- Tesla  Resolution  Magneto-Impedance
Sensor  Based  on  Amorphous  Wires CMOS IC MI Sensor. IEEE Transactions on Magnetics (48), pp. 3833 – 3839. Wang,  T.E.,  Yang,  Z.E.,  Lei,  C.,  Lei,  J.I,  and Zhou,  Y.  (2014):  An  Integrated  Giant Magnetoimpedance Biosensor for Detection  of  Biomarker. Biosensors  and Bioelectronics (58), pp. 338 – 344.