PENGUJIAN FILM TIPIS Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 (BST) SEBAGAI SENSOR CAHAYA BERBANTUAN RANGKAIAN ELEKTRONIKA
Farida Huriawati 1 , Erawan Kurniadi 2 , Irzaman 3
1,2 Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Pendidikan Matematika dan IPA, IKIP PGRI MADIUN
3 Departemen Fisika, Fakultas Matemaita dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor Email: 1 farida@ikippgrimadiun.ac.id; 2 erawan@ikippgrimadiun.ac.id; 3 irzaman@yahoo.com

## Abstrak
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  membuat  sensor  cahaya  dari  bahan  film  tipis  Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 (BST) berbantuan  rangkaian  elektronika  dengan  metode chemical  solution  deposition (CSD).  Hasil  dari penelitian  ini  diharapkan  dapat  bermanfaat  untuk  memperoleh  wawasan  yang  lebih  luas  tentang teknologi  BST,  dan  Sensor  cahaya  ini  dapat  diaplikasikan  pada  rangkaian  elektronik,  serta  dapat diimplementasikan  ke  sistem  piranti  elektronik.  Telah  berhasil  merancang  perakitan  sensor  cahaya berbantuan  rangkaian  elektronika.  Sensor  cahaya  dibuat  dari  film  tipis  Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 (BST)  yang ditumbuhkan  dengan  metode chemical  soution  deposition (CSD).  Penelitian  menunjukkan  bahwa perakitan secara elektronik telah berhasil menggerakkan segala fungsi komponen elektronik sehingga sensor cahaya berfungsi secara akurat, namun dalam penelitian belum dilakukan kalibrasi.
Kata kunci : sensor cahaya, elektronika, film tipis, BST, fotovoltaik.

## Pendahuluan
Film tipis ferroelektrik banyak digunakan dalam  aplikasi  untuk  piranti  elektrooptik  dan elektronik.  Beberapa  material  film  tipis ferroelektrik yang penting antara lain BaSrTiO 3 , PbTiO 3 , Pb(Zr x Ti x-1 )O 3 , SrBiTaO 3 , Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 dan  Bi 4 Ti 3 O 12 .  Aplikasi- aplikasi  film  tipis  ferroelektrik  menggunakan sifat  dielektrik,  pyroelektrik,  dan  elektrooptik yang  khas  dari  bahan  ferroelektrik.  Sebagian dari  aplikasi  elektronik  yang  paling  utama  dari film  tipis  ferroelektrik  di  antaranya: non- volatile memori yang menggunakan kemampuan  polarisasi  ( polarizability )  yang tinggi,  kapasitor  film  tipis  yang  menggunakan sifat  dielektrik,  dan  sensor  pyroelektrik  yang menggunakan  perubahan  konstanta  dielektrik karena  suhu  dan  aktuator  piezoelektrik  yang menggunakan  efek  piezoelektrik  yang  tersusun perovskite  banyak  mendapat  perhatian  karena memiliki  kemungkinan  untuk  menggantikan memori  berbasis  material  SiO 2 yang  sekarang digunakan sebagai Ferroelectric Random Acces Memory (FRAM)  (J.  Y.    Seo,  S.  W.  Park, 2004).
Di antara material film tipis ferroelektrik yang  disebutkan  di  atas,                    Ba x Sr 1-x TiO 3 (BST) banyak digunakan sebagai FRAM karena memiliki  konstanta  dielektrik  yang  tinggi  dan
kapasitas  penyimpanan  muatan  yang  tinggi ( high  charge  storage  capacity )  (J.  Y.    Seo,  S. W.  Park,  2004).  Suatu  ferroelektrik  RAM,  jika bahan  itu  memiliki  nilai  polarisasi  sekitar 10μC.cm -2 maka  ia  mampu  menghasilkan muatan  sebanyak  10 14 elektron  per  cm -2 untuk proses pembacaan memori  (M. E. Lines, A. M. Glass,  1977).    BST  juga  dipilih  karena pembuatannya  dapat  dilakukan  di  laboratoruim dengan  peralatan  yang  sederhana  dan  belum ada kelompok yang meneliti bahan BST dengan didadah  seperti  pada  tugas  akhir  ini  secara sistematik.

## Metode Penelitian
Alat  yang  digunakan  pada  penelitian  ini adalah  neraca  analitik, spin  coating, mortar, pipet, gelas ukur Iwaki 10 ml, pemanas, pinset, gunting,  spatula, stop  watch, tabung  reaksi, sarung tangan karet, cawan petritis, isolasi, dan blower PT310AC,  Trimpot  100  KΩ,  200  KΩ, Resistor  220Ω,  10KΩ,  100KΩ,  1MΩ,  IC  Op Amp LM741dan LM358, Kapasitor 1000µF/16V,  220µF/25V,  100nJ,  Relay  5V, Dioda  1N4007,  IC  VReg  LM7805,  Transistor C9013, Transformator 500mA, Saklar, PCB IC, Pin  Header,  Buzzer,  Lampu  Neon    kawat  atau kabel.
Bahan yang digunakan dalam penelitian  ini  adalah  bubuk  barium  asetat [Ba(CH 3 COO) 2 , 99%], stronsium asetat [Sr(CH 3 COOH) 2 , 99%], titanium isopropoksida
[Ti(C 12 O 4 H 28 ),  99%],  galium  oksida,  pelarut  2- metoksietanol  [H 3 COCH 2 CH 2 OH,  99%],  dan substrat Si (100) tipe- p . Gambar 1.
menunjukkan diagram alir penelitian.

## Gambar 1. Diagram alir penelitian. Hasil Dan Pembahasan
Pada  proyek  tugas  akhir  ini  rangkaian aplikasi Op-Amp yang  digunakan  adalah sebagai  rangkaian  pembanding  (komparator) dan  IC  yang  dugunakan  LM358N  sebagai penguat  operasional.  Didalam  IC  LM358N terdapat  dua  paket  op-amp,  hambatan  input
yang  digunakan  pada  rangkaian  ini  1MΩ  dan menggunakan  dua  buah  potensiometer  VR1 100KΩ  dan  VR2  200KΩ  untuk  mengatur tingkat  kepekaan  cahaya  dan  sinyal  tegangan output. Kondisi sinyal tegangan yang didapatkan pada rangkaian sensor terdapat pada tabel 1.

## Tabel 1. Kondisi Sinyal Output Tegangan
Posisi Sumber Cahaya (cm) Potensi ometer, R1 Voltage (V) U1A Potensi ometer, R2 Voltage (V) U1B Vout (V) Kondisi Sinyal output (V) 1 1.000 1.120 1.500 0.000 2 1.000 1.300 1.500 0.000 3 1.000 1.440 1.500 0.000 4 1.000 1.560 1.500 3.900 5 1.000 1.670 1.500 3.900
Pendeposisian precursor BST, BGST 5%, dan BGST 10% dengan metode CSD Pembuatan sel fotovoltaik
Al/Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 -Ga 2 O 3 /n-Si(100) Karakterisasi efek fotovoltaik, resistansi, konduktivitas listrik, arus dan, tegangan prototipe sel surya Persiapan bahan dan alat Pembuatan precursor BST dan BGST Annealing pada temperature 850°C, 900°C, 950°C selama 15 jam selesai Pengolahan data

## Gambar 2. Rangkaian Kondisi Sinyal Sensor Cahaya
Pada  tabel  1.  menunjukkan  hasil  ouput tegangan dari kedua op-amp tersebut. Tegangan pada  VR2  adalah  mulai  dari  1,5V  DC  sebagai tegangan  acuan  pada  rangkaian  pembanding (U1B).  Tegangan  output  yang  dihasilakan  dari rangkaian  amplifier  non-inverting(U1A)  tidak melebihi  nilai  dari  VR2,  kondisi  nilai  sinyal tegangan  output  dari  VR2  akan  menjadi  nol (0V)  jika  nilai  tegangan  output  pada  U1A melebihi  nilai  tegangan  output  acuan  (VR2), kemudian  tegangan  output  akan  berpengaruh menjadi 3,90V.
Pada  saat  sensor  cahaya  terhalang  oleh suatu bidang atau asap rokok maka sensor akan mendeteksi  berkas  cahaya  yang  diterima  dan akan mempengaruhi perubahan resistansi output  sensor.  Sehingga  tegangan  jatuh  pada output rangkaian U1B berubah dari 0V ke 3.9V DC,  dalam  kaitan  prinsip  kerja  sensor  cahaya pada  saat  terhalang  suatu  bidang  atau  asap rokok maka akan terjadi perubahan resistansi.
Pada literatur yang didapatkan tentang sel surya,  bahwasannya  energi  cahaya  dengan panjang gelombang yang sesuai umumnya akan menyinari daerah semikonduktor tipe- p sebagai lapisan  yang  berinterkasi  langsung  dengan cahaya,  lapisan  ini  disebut  juga  sebagai ’window  layer’ .  Interaksi  antara  energi  cahaya yang memiliki  panjang gelombang yang sesuai dengan  lapisan  semikonduktor  tipe- p akan menghasilkan difusi elektron dari
semikonduktor tipe- p menuju lapisan semikonduktor tipe- p . Dengan demikian
menimbulkan
aliran elektron yang
menyebabkan adanya aliran arus listrik.
Pada  penelitian  ini  digunakan  sel  surya dengan  lapisan  monolayer  di  mana  ’ window layer ’  dari  sel  surya  ini  merupakan semikonduktor  tipe- p dengan hole sebagai pembawa  muatan  mayoritas  dan  elektron sebagai  muatan  minoritasnya.  Pada  kondisi  ini, energi  foton  memiliki  kencenderungan  untuk
memberikan  energi  cukup  bagi  difusi hole , sehingga  peningkatan  difusi  ini  mengakibatkan terjadinya  rekombinasi  elektron hole lebih banyak.  Pada  sel  surya  tersebut  sebagian elektron yang tidak berekombinasi dapat pindah menuju  pita  konduksi  dan  kemudian  dapat menghasilkan arus listrik.
Lapisan yang berinteraksi dengan cahaya pada  prototipe  sel  surya  ini  terdiri  atas  dua bagian  dengan  luasan  yang  berbeda  yakni luasan  lapisan  film  tipis    tipe- p dan  luasan substrat  tipe- p yang  relatif  lebih  kecil.  Energi foton  yang  berinteraksi  dengan  sel  surya  lebih banyak menumbuk pada luasan film tipis tipe- p di  mana  pada  lapisan  ini  diketahui  bahwa elektron  yang  dapat  menimbulkan  aliran  arus merupakan  muatan  minoritas.  Elektron  sebagai muatan minoritas akan berdifusi melawan aliran difusi    minoritas hole dari  substrat,  hal  ini menyebabkan  terhambatnya  aliran  elektron sehingga penurunan arus tersebut akan berbanding  lurus  dengan  peurunan  efisiensi konversi sel surya.
Faktor  lain  yang  mempengaruhi  efisiensi konversi salah satunya dipengaruhi oleh kontak ohmik.  Pengukuran  arus-tegangan  sel  surya berstruktur    Al/BST/ n -Si  pada  penelitian  ini menggunakan  kontak ohmik Al yang dibuat di atas permukaan substrat Si(100) tipe- p . Konsentrasi  dari  elektron  pada  substrat  Si(100) tipe- p cenderung lebih rendah hal ini menyebabkan  konduktivitas  dari  kontak  ohmik yang  dibuat  kurang  optimal  (S.  R.  Rio  dan  M. Iida, 1999).
Terdapat dua hal berkaitan Nilai Efisiensi konversi  yang  dipengaruhi  oleh  ketebalan  film tipis.  Pertama,  peningkatan  suhu annealing menyebabkan  evaporasi  atom-atom  organik dari  film  tipis  sehingga  kerapatan  struktur mikro  dari  film  tipis  semakin  baik  dan menyebabkan  nilai  konduktivitas  listrik  sel surya  meningkat.  Kedua,  peningkatan  suhu
annealing menyebabkan  ketebalan  film  tipis semakin menurun sehingga terjadi penyempitan lebar  daerah  difusi,  akibatnya  kecenderungan elektron  untuk  berdifusi  lebih  mudah  dan menimbulkan arus listrik yang berkaitan dengan besarnya nilai efisiensi konversi.

## Kesimpulan
Telah  berhasil  dirancang  sensor  cahaya yang terbuat dari bahan film tipis Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 di  atas  substrat  Si  (100)  tipe- p dengan menggunakan metode chemical solution deposition (CSD) berbantuan rangkaian elektronika.  Film  tipis  BST  merupakan  bahan semikonduktor yang memiliki nilai konduktivitas listrik sekitar 30 S/m. Ketika film tipis  ini  dideposisi  di  atas  permukaan  Si  (100) tipe- p ,  maka devais ini  dapat  menimbulkan persambungan p-n yang  memungkinkan terjadinya  difusi  elektron  dan hole yang menyebabkan  arus  saat  diberikan  energi tertentu  separti  enegi  foton.  Arus  dan  tegangan yang  dihasilkan  pada  sel  fotovoltaik  cenderung menurun dengan penambahan bahan pendadah.
Sensor  cahaya  yang  berhasil  dirancang dengan berbantuan rangkaian elektronika
beberapa
kelebihan dan kekurangan.
Kelebihannya  antara  lain  :  Sensor  sangat sensitif pada cahaya, Biaya produksinya murah, Kekuatan  produk,  Dapat  diaplikasikan  pada rangkaian  elektronik,  Mampu  bersaing  dengan sensor  LDR  dan  Photodioda.  Yang  menjadi
kekurangan atau kelemahan adalah penyolderan pada  kontak  sensor  kurang  bagus  dan  mudah lepas,  Ukurannya  masih  besar,  Pada  saat penyolderan  tidak  boleh  terlalu  lama  akan menyebabkan  panas  sehingga  sensor  dapat menjadi  rusak,  Pada  bagian  titik  kontak alumunium  sensor  yang  disolder  mudah tergores  timah  dan  solder,  Penyolderan  pada sensor  harus  menggunakan  timah Indum sehingga biayanya mahal.

## Daftar Pustaka
Huriawati,  F.,  &  Irzaman,  I.  (2015).  Kajian Sifat  Optik  Film  Tipis  Bst  Didadah Niobium Dan Tantalum. JURNAL PENDIDIKAN FISIKA DAN KEILMUAN , 1 (1), 9-13.
J.  Y.    Seo,  S.  W.  Park.  (2004). Chemical
Mechanical Planarization Characteristic of Ferroelectric Film for FRSM Applications . Journal of Korean Physical  Society ,  Vol 45 ,  No.3,  Page 769-772.
M.  E.  Lines,  A.  M.  Glass.  (1977). Principles and  Applications  of  Ferroelectric  and Related  Materials. Clarendon  Press . Great Britain.
S.  R.  Rio  dan  M.  Iida.  1999. Fisika  dan Teknologi  Semikonduktor ,  PT.  Pradnya Paramita, Jakarta.