http://ejournal.mandalanursa.org/index.php/JUPE/index
Karakterisasi Struktur Morfologi Material Ferroelektrik Barium Stronsium Titanat (Ba x Sr 1-x TiO 3 ) dan Stronsium Titanat (SrTiO 3 ) dengan Variasi Komposisi Barium Dan Stronsium

## 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: Material  ferroelektrik  Barium  Strontium  Titanat  (Ba x Sr 1-x TiO 3 ,  BST)  dan  (SrTiO 3, ST) dengan variasi komposisi Barium dan Stronsium ( x <0,5) telah dibuat menggunakan metode reaksi fasa padat. Sampel dicetak dalam bentuk bulk (padatan) kemudian di- sintering pada temperatur 1100 o C dengan  holding  time  2  jam.  Karakterisasi  sampel  dilakukan Scanning  Electron  Microscopy  (SEM) bertujuan  untuk  mengetahui  struktur  morfologi bulk barium  stronsium  titanat  (Ba x Sr 1-x TiO 3 )  dan stronsium titanat (SrTiO 3 ).
Kata kunci: BST, ST, Metode Reaksi Fasa Padat , Scanning Electron Microscopy (SEM)

## PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi dunia hampir setiap tahunnya mengalami kemajuan yang sangat pesat terutama dibidang elektronika. Penelitian mengenai material-material yang mampu menjadi  sumber  energi  atau  penyimpan  muatan pada komponen elektronika banyak dikembangkan.  Misalnya  adalah  kapasitor  yang memiliki  kemampuan  menyimpan muatan. Muatan yang tersimpan dalam kapasitor dipengaruhi oleh bahan dielektrik yang digunakan (Wee et al , 2011). Material ferrolektrik  dapat  difabrikasi  sesuai  kebutuhan serta  mudah  diintegrasikan  dalam  bentuk  divais. Aplikasi  divais  berdasarkan  sifat  histerisis  dan konstanta  dielektrik  yang  tinggi  adalah  pada memori  Dynamic  Random  Access  Memory (DRAM) (Uchino, 2000).
Material  ferroelektrik  yang  mempunyai perpaduan  sifat  paling  menarik  untuk  aplikasi memori  adalah  Barium  Stronsium  Titanat  dan Stronsium  Titanat.  Material  BST  dan  ST mempunyai konstanta dielektrik yang tinggi, loss dielektrik  rendah,  densitas  kebocoran  arus rendah.  Konstanta  dielektrik  yang  tinggi  akan meningkatkan  kapasitansi  muatan  lebih  tinggi sehingga penyimpanan muatan juga lebih banyak (Uchino, 2000). Pembuatan BST dapat dilakukan
beberapa cara diantaranya Metalorganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) (Schneller et  al ,  2011),  Pulsed  Laser  Deposition (PLD)  (Pergolesi, et  al ,  2010),  Magnetron Sputtering    (Ohno, et  al ,  2014)  serta  Chemical Solution  Deposition  atau  metode  sol  gel  dan metode  reaksi  fasa  padat  ( solid  state  reaction ) (Ries, et al , 2003).
Pada  paper  ini,  Barium  Strontium  Titanat (Ba x Sr 1-x TiO 3 ,  BST)  dan  (SrTiO 3, ST)  dengan variasi komposisi Barium dan Stronsium ( x <0,5) dengan  temperatur  1100 o C, holding  time 2  jam dibuat  menggunakan  metode  reaksi  fasa  padat.
Metode ini relatif sederhana dengan mencampurkan  semua  bahan  dasar  kemudian dikompaksi  (ditekan)  dilanjutkan  dengan  proses sintering pada  temperatur  tertentu  sehingga terbentuk senyawa baru yang diinginkan (Pradhan, et al , 2005). Penelitian ini adalah untuk mengetahui  pengaruh  variasi  komposisi  barium dan  stronsium  terhadap  struktur  morfologi material Ba x Sr 1-x TiO 3 dan SrTiO 3.

## METODE PENELITIAN
Ba x Sr 1-x TiO 3 dan  SrTiO 3 dibuat  dengan metode  reaksi  fasa  padat  dengan  mencampurkan bahan-bahan  serbuk  BaCO 3 ,  SrCO 3 ,  dan  TiO 2
http://ejournal.mandalanursa.org/index.php/JUPE/index
dengan  variasi  komposisi  perbandingan  mol  Ba dan  Sr  yaitu    40:60,  30:70,  20:80,  10:90,  dan 00:100,  dengan  suhu sintering 1100 o C  dengan waktu tahan 2 jam, dilakukan proses penggerusan selama 6 jam. Penggerusan dilakukan  agar  terbentuk  campuran yang homogen  dengan  ukuran  partikel  yang  lebih kecil.  Serbuk  BST  dan  ST  kemudian  dicetak dengan  alat  pres  hidrolik  hingga  terbentuk  pelet ( bulk )  BST  dan  ST.  Proses sintering dilakukan pada suhu 1100 °C dengan holding time selama 2 jam.
BST dan ST dikarakterisasi dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) digunakan untuk  mengetahui  morfologi  permukaan  bahan. Karakterisasi bahan menggunakan SEM dimanfaatkan  untuk  melihat  struktur  morfologi permukaan,  ukuran  butiran,  cacat  struktural  dan komposisi pencemaran suatu bahan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi menggunakan Scanning Electron  Microscopy  (SEM) bertujuan  untuk mengetahui  struktur  morfologi bulk barium stronsium  titanat  (Ba x Sr 1-x TiO 3 )  dan  stronsium titanat  (SrTiO 3 ).  Perbesaran  yang  digunakan adalah  20.000  kali.  Gambar  1  merupakan morfologi  dari  Ba 0,4 Sr 0,6 TiO 3, Ba 0,3 Sr 0,7 TiO 3, Ba 0,2 Sr 0,8 TiO 3, Ba 0,1 Sr 0,9 TiO 3 dan  SrTiO 3. Dari gambar menunjukkan bahwa masih terdapat pori pada  sampel bulk yang  telah  dibuat  meskipun sampel  sudah  melewati  proses  pengepressan. Percampuran  antara precursor bahan  Ba x Sr 1- x TiO 3 dan  SrTiO 3 yang  dilakukan  dengan  waktu lama  waktu  6  jam  masih  menunjukan  bahwa belum homogen dengan terlihat perbedaan warna dari  hasil  karaktersasi  morfologi  menggunakan SEM.  Butir-butir  yang  berwarna  putih  diduga adalah  Titanium  dan  warna  yang  cenderung gelap diduga adalah Ba dan Sr yang menyatu.
(a) (b)
(c)
(d) (e)
Gambar 1. Karakterisasi morfologi pada suhu sintering 1100 o C a) Ba 0,4 Sr 0,6 TiO 3 b) Ba 0,3 Sr 0,7 TiO 3 c) Ba 0,2 Sr 0,8 TiO 3 d) Ba 0,1 Sr 0,9 TiO 3 e) SrTiO 3
http://ejournal.mandalanursa.org/index.php/JUPE/index
Gambar 1a dan 1b menunjukkan morfologi permukaan Ba 0,4 Sr 0,6 TiO 3 dan Ba 0,3 Sr 0,7 TiO 3 yang  di- sintering pada  suhu 1100 o C  memiliki  ukuran  butir  berturut-turut  217 nm  dan  246  nm.  Gambar  tersebut  menunjukkan bahwa  masih  terdapat  banyak  pori  pada permukaan bulk .  Batas  butir  berwarna  terang terlihat  jelas.  Ukuran  butir  Ba 0,4 Sr 0,6 TiO 3 dan Ba 0,3 Sr 0,7 TiO 3 terlihat  tidak  homogen.  Pada Gambar  1c  dan  1d  menunjukkan  morfologi permukaan Ba 0,2 Sr 0,8 TiO 3 dan Ba 0,1 Sr 0,9 TiO 3 yang di- sintering pada  suhu  1100 o C  memiliki  ukuran butir berturut-turut 256 nm dan 271 nm. Gambar tersebut  memperlihatkan  morfologi  permukaan Ba 0,2 Sr 0,8 TiO 3 dan  Ba 0,1 Sr 0,9 TiO 3 masih  terdapat rongga dan partikel-partikel butir belum menyatu.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  pada proses  pencampuran  serbuk-serbuk precursor belum  terjadi  secara  sempurna.  Gambar  1e menunjukkan menunjukkan morfologi permukaan  SrTiO 3 yang  di- sintering pada  suhu 1100 o C  memiliki  ukuran  butir  292  nm.  Gambar tersebut  memperlihatkan  morfologi  permukaan SrTiO 3 masih  memiliki  pori  yang  cukup  kecil bila  dibandingkan  Ba 0,4 Sr 0,6 TiO 3 ,  Ba 0,3 Sr 0,7 TiO 3, Ba 0,2 Sr 0,8 TiO 3 dan Ba 0,1 Sr 0,9 TiO 3 .  Hal  ini menunjukkan bahwa SrTiO 3 pada proses pencampuran  serbuk-serbuk precursor terjadi secara  lebih  sempurna  atau  lebih  homogen dibanding Ba 0,4 Sr 0,6 TiO 3 , Ba 0,3 Sr 0,7 TiO 3, Ba 0,2 Sr 0,8 TiO 3 dan Ba 0,1 Sr 0,9 TiO 3. Pengaruh variasi Sr terhadap ukuran butir kristal, semakin banyak komposisi Sr menyebabkan  ukuran  butir  rata-rata  yang semakin besar. Hal ini disebabkan karena jari-jari Sr  yang  lebih  kecil  dari  jari-jari  Ba.  Dengan adanya  Sr  yang  memiliki  jari-jari  yang  lebih kecil  memperkecil  jarak  parameter  kisi  antar atom  sehingga  memperkecil  volume  atom  yang pada akhirnya memperbesar polarisasi. Polarisasi semakin  besar,  artinya  semakin  banyak  momen dipole  dalam  kristal,  dan  domain-domain  kristal semakin  banyak,  serta  ukuran  butir  kristal  yang semakin besar. Ukuran butir kristal Ba x Sr 1-x TiO 3 dan SrTiO 3 , ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Ukuran butir kristal dari sampel Ba x Sr 1-x TiO 3 dan SrTiO 3 pada suhu sintering 1100°C.

## KESIMPULAN
Barium  Stronsium  Titanat  (Ba x Sr 1-x TiO 3 ) dan  Stronsium  Titanat  (SrTiO 3 )  telah  berhasil dibuat  menggunakan  metode  reaksi  fasa  padat, dapat  disimpulkan  bahwa  semakin  banyak komposisi Sr menyebabkan ukuran butir rata-rata yang semakin besar karena jari-jari Sr yang lebih kecil  dari  jari-jari  Ba.  Dengan  adanya  Sr  yang memiliki  jari-jari  yang  lebih  kecil  memperkecil jarak  parameter  kisi  antar  atom  sehingga memperkecil  volume  atom  yang  pada  akhirnya memperbesar  polarisasi.  Polarisasi  semakin besar,  artinya  semakin  banyak  momen  dipole dalam  kristal,  dan  domain-domain  kristal semakin  banyak,  serta  ukuran  butir  kristal  yang semakin besar .

## 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 RUJUKAN
A.  Ries,  et  al.,  Materials  Characterization,  50,
217-221 (2003).
D. Pergolesi, et al., Nature Materials, 9, 846-852 (2010).
K.  Uchino,  Ferroelectric  Devices  (Marcel Dekker, Inc. New York, 2000).
Ohno,  T,  Y.  Kamai,  Y.  Oda,  N.  Sukamoto,  T. Matsuda.,  2014.  “Strai  Engineering Effects on Electrical Properties of  Lead
http://ejournal.mandalanursa.org/index.php/JUPE/index
Free  Piezoelectric  Thin  Films  on  Si Wafers”. Acta Chim. Slov., vol. 61, pp. 453-456.
Pradhan,  et  al.,  Journal  of  Applied  Physics, 97,093903 (2005).
Schneller,T,  S.  Halder,  R.  Waser,  C.  Pithan,  J. Dornseiffer, Y. Shiratori, L. Houben, N. Vyshnavi  and  B.  Majumder.,  2011. “Nano  Composite  Thin  Films  for Miniatirized  Multi  Layer  Ceramic Capacitors  Prepared  from  Barium Titanate  Nano  Particle  Based  Hybrid Solution”.  J.  Mater.  Chem.,  vol.  21, 7953.
Wee,  F.H.,  Malek,  F.,  Sreekantan,  S.,  Al-Amin, A.U.,  Ghani,  F.,  and  You,  K.Y.,  2011.
Investigation  of  the  characteristic  of Barium  Strontium  Titanate  (BST) Dielectric  resonator  ceramic  Loaded  on Array Antennas. Progress in
Electromagnetik  Research, Vol.  121, 181 – 213.