KAJIAN SIFAT OPTIK FILM TIPIS BST DIDADAH NIOBIUM DAN TANTALUM
Farida Huriawati 1 , Irzaman 2
1 Progam Studi Pendididkan Fisika FP MIPA IKIP PGRI Madiun Email: wicaknima@gmail.com
2 Departemen Fisika FMIPA Intitut Pertanian Bogor Email: wicaknima@gmail.com

## ABSTRACT
In this research thin films of Barium Strontium Titanate (BST) has been synthesis with different compositions  Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 and  Ba 0,25 Sr 0,75 TiO 3 which  doped  by  Nb 2 O 5 (Niobium)  and  Ta 2 O 5 (Tantalum)  on  Si  (100)  type-p  substrate.  Thin  films  were  produced  by  chemical  solution deposition  technique  (CSD)  and  spin  coating technique  with  annealing temperature  at  850 o C, 900 o C  dan  950 o C.  Rotation  velocity  at  3000  rpm  and  time  of  rotation  is  30  seconds. Characterization  of  Films  is  optic  Characterization  (absorbance  ana  reflectance).  From  the Characterizations were obtained BNST thin film with 5% doping and anneling temperature at 850 0 C as photodiode light sensor which applied in electronic circuit.
Keywords :  Thin  Film,  Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 ,  Ba 0,25 Sr 0,75 TiO 3 ,  doping, Nb 2 O 5 (Niobium),  Ta 2 O 5 (Tantalum), Si  (100)  type-p  substrate, Chemichal  Solution  Deposition  (CSD),  spin  coating, annealing temperature, absobance, reflectance, light intensity.

## PENDAHULUAN
Akhir-akhir ini, terdapat peningkatan penggunaan  ferroelektrik  material  yang diaplikasikan dalam berbagai hal
diantaranya  :  sensor  dengan  detektornya menggunakan  sifat  pizzoelektrik,  multilayer kapasitor dengan memanfaatkan nilai konstanta  dielektrik  yang tinggi, infra  red detector yang memanfaatkan prinsip piroelektrik  (Saha,  2000).  Beberapa  jenis meterial ferroelektrik yang sering dipergunakan antara lain : Barium Strontium Titanate (BST), Lead  Zirconium  Titanate (PZT), Strontium  Titanate (STO). Barium Strontium  Titanate (BST) thin  film telah lama  dipelajari  sebagai  salah  satu  material yang dapat diaplikasikan untuk Non Volatile Memory  Device, Dynamic  Random  Access Memory (DRAM), voltage  tunable  device, Infra  Red (IR)  dan  sensor  kelembaban. Karakteristik  sifat  kelistrikan  dan  material (mikrostruktur)  dari  lapisan  tipis  BST
banyak dipengaruhi oleh metode pembuatan film,  jenis  material doping,  suhu annealing, dan  ukuran grain (Tae  Gon,  2006).  Dalam proses  pembuatan  BST thin  film,  ada beberapa metode yang dipergunakan diantaranya Pulsed Laser Deposition (PLD), Metal Organic Solution Deposition
(MOSD), Sol-Gel  Process (Tae  Gon,  2006) dan RF  Magnetron  Sputtering.  Metode Chemical  Solution  Deposition (CSD)  telah lama  dikembangkan  untuk  penumbuhan perovskite thin film semenjak tahun 1980-an dan  dipublikasikan  oleh  Fukashima  et  al (Schwartz, 1997).
Dalam penelitian ini BST, BNST dan BSTT dibuat  dengan  metode chemical  solution deposition (CSD)  dan  spin  coating  diatas substrat Si tipe-p. Dari film tipis BST, BNST dan  BSTT  yang  telah  dihasilkan  akan dikarakterisasi,  optik,  dan  kepekaan  setiap film tipis  sebagai  sensor  cahaya  dilakukan dengan menggunakan multimeter.

## TINJAUAN PUSTAKA
Ferroelektrik adalah material yang  memiliki polarisasi  listrik  akibat  medan  listrik eksternal,  polarisasi  ini  dapat  dihilangkan oleh  medan  listrik  eksternal  yang  arahnya berlawanan.  Film  tipis  Barium  stronsium titanat  (BST)  memiliki  konstanta  dielektrik tinggi,  kebocoran  arus  rendah  dan  tahan terhadap  tegangan breakdown yang  tinggi pada  temperatur Curie.  Temperatur Curie pada  barium  titanat  adalah  130 o C  dengan adanya doping stronsium  temperatur Curie menurun  menjadi  suhu  kamar. Film  tipis BST  telah  difabrikasi  dengan  beberapa teknik seperti sputtering, laser ablation, dan sol-gel  process (N.  V.  Giridharan  et  al, 2005).  Penambahan  sedikit  pendadah  dapat menjadikan perubahan parameter kisi, konstanta dielektrik, sifat elektro-kimia, sifat elektro-optik  dan  sifat  pyroelektrik  dari keramik  pada  film  tipis  (A.  C.  W.  Utami ,2007).  Penambahan  tantalum  dan  niobium akan mendapatkan bahan pyroelektrik bersifat  menyerupai  semikonduktor  tipe-n (donor doping).

## METODE PENELITIAN
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah bubuk Barium Asetat
[Ba(CH 3 COO) 2 ,  99%],  Stronsium  Asetat [Sr(CH 3 COO) 2 ,
99%]Titanium
Isopropoksida [Ti(C 12 O 4 H 28 ), 99.999%], Tantalum  Pentoksida  [(Ta 2 O 5 )], Niobium Oksida [(Nb 2 O 5 )], pelarut  2-metoksietanol [H3COCH2CH2OH, 99%], substrat Si (100) tipe-p.
Penelitian  ini  terdiri  dari  dua  tahap.  Tahap pertama  adalah  proses  sintesis film tipis BST,  BNST  dan  BSTT  menggunakan metode Chemical Solution Deposition
(CSD)  dan spin  coating.  Proses  pada  tahap pertama  ini  meliputi  : persiapan  Substrat Si Type-p, pembuatan larutan BST, BNST dan BSTT, proses penumbuhan film tipis, proses annealing, pembuatan kontak pada prototipe film tipis.
Tahap kedua adalah proses karakterisasi film tipis BST, BNST dan BSTT yang mencakup karakterisasi  sifat  optik  (absorbansi  dan reflektansi).

## HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi Sifat Optik Film Tipis
Pengukuran  sifat  optik  film  tipis  ini menggunakan  serat  optik  dengan  metode refleksi  dan  suatu  program Oceanoptic. Panjang  gelombang  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  panjang  gelombang pada  rentang  panjang  gelombang  339  nm sampai 1022 nm. Rentang panjang gelombang tersebut mencakup cahaya ultraviolet  visibel  dan  infrared  (Douglas  et al, 1998).
Dari  kurva  yang  dihasilkan  menunjukan bahwa  daerah  serapan  dari film tipis  mulai dari  panjang  gelombang  400 nm  seterusnya atau  pada  rentang  cahaya  ultraviolet  visibel sampai  infrared.  Hal  tersebut  menjelaskan bahwa  film  tipis  dapat  diaplikasikan  juga sebagai  sensor  suhu.  Dari  hasil  pengukuran diperoleh data persen absorbansi dan persen reflektansi.
(a)
(b)
Gambar 1 (a) Kurva absorbansi film tipis pada suhu annellling 900 0 C. (b) Kurva reflektansi film tipis pada suhu annellling 9000C.
Pada  gambar  1(a)  terlihat  bahwa  pada  suhu anneling yang  sama  film  tipis  dengan  jenis dan  persentase  pendadah  yang  berbeda memiliki  persen  absorbansi  yang  berbeda pula.  Semakin  besar  persentase  pendadah semakin  besar  pula  nilai  persen  absorbansi dari  film  tipis.  Sedangkan  dari  gambar  1(b) diperoleh juga  persen  reflektansi  dengan analisis sebaliknya.Pada penelitian ini diperoleh  bahwa film tipis  dengan doping Niobium  5%  memliki  persentase  absorbsi terbesar  dan  selanjutnya  film  tipis  dengan doping Tantalum  5%,  sedangkan  film  tipis tanpa doping memiliki  persentase  absorbsi
paling  kecil.  Data  sebaliknya  dapat  dilihat pada  persentase  refleksi  film  tipis.  Berarti data  absorbansi  dan  reflektansi  saling mendukung, karena absorbsi adalah kebalikan  dari  reflektansi.  Hal  tersebut disebabkan oleh pengaruh persentase doping yang  dapat  menurunkan  energi bandgap masing-masing  film  tipis  yang  diannealing pada 900 o C. Apabila atom donor ditambahkan  pada  suatu  semikonduktor, tingkat  energi  yang  diperkenankan  akan berada sedikit di bawah pita konduksi (Cari, A. Supriyanto, 2004).
(a) (b)
Gambar 2 (a) Kurva absorbansi BST dengan variasi suhu annellling 850 0 C, 900 0 C, dan 950 0 C. (b) Kurva reflektansi BST dengan variasi suhu annellling 850 0 C, 900 0 C, dan 950 0 C.
(a)
(b)
Gambar  3  (a)  Kurva  absorbansi  BNST  5%  dengan  variasi  suhu  annellling  8500C,  9000C,  dan 9500C.
(b) Kurva reflektansi BNST 5%  dengan  variasi suhu annellling 8500C, 9000C, dan
9500C
(a) (b)
Gambar  4  (a)  Kurva  absorbansi  BSTT  5%  dengan  variasi  suhu  annellling  8500C,  9000C,  dan
9500C.
(b)  Kurva  reflektansi  BSTT  5%  dengan  variasi  suhu  annellling  8500C,  9000C,  dan
9500C.
Dari  Gambar  2(a), 3(a),  dan  4(a) terlihat bahwa  dengan  peningkatan  suhu annelling pada persentase dan jenis doping yang sama mengakibatkan  penurunan  nilai  persen absorbansi  dari  film  tipis.  Data  sebaliknya dapat  dilihat  pada  gambar  2(a),  3(a),  dan 4(a) yang memberikan nilai persen reflektansi.  Suhu annealing berpengaruh terhadap  pembentukan  kristal film tipis, sehingga  strukturnya  bisa  berbeda.  Struktur film tipis  tersebut,  berpengaruh  terhadap sifat  optik  dari film tipis.  Dari  karakterisasi yang  telah dilakukan,  suhu annelling 850 0 C merupakan suhu annelling yang paling baik.

## KESIMPULAN
Telah  berhasil  dilakukan  sintesis  film  tipis BST,  BNST  dan  BSTT menggunakan
metode Chemical Solution Deposition
(CSD)  dan spin  coating pada  suhu anneling 850 0 C, 900 0 C dan 950 0 C.
Kemerataan lapisan, proses penyolderan dan kekuatan  kontak  sangat  mempengaruhi karakteristik  film  tipis. Variasi  kombinasi kontak  pada  film  yang  sama  memberikan karakteristik yang berbeda.
Penambahan  doping  pada  film  tipis  BST memberikan karakteristik  optik  yang  lebih baik pada film tipis tersebut. Dari karakterisari  yang  dilakukan,  film  tipis dengan  suhu anneling 850 0 C  memberikan karakteristik  yang  lebih  baik  dari  pada  film tipis dengan suhu anneling yang lain. Dari  hasil  karaktersasi  yang  dilakukan diperoleh  bahwa film  tipis  BNST  5% dengan  suhu  annelling  850 0 C  memberikan respon  paling  baik  terhadap  intensitas
cahaya yang mengenainya, sehingga diaplikasikan  sebagai  sensor  cahaya  pada rangkaian elektronika saklar otomatis. BST  dan  BST  dengan  penambahan  doping dalam  penelitian  ini  telah  menunjukan  sifat istimewanya yang peka terhadap cahaya atau sifat fotoelektrik, sehingga dapat diaplikasikan sebagai sensor cahaya fotodioda.

## DAFTAR RUJUKAN
Azizahwati. 2002. Studi Morfologi Permukaan Film Tipis PbZR 0,525 Ti 0,475 O 3 yang Ditumbuhkan  Dengan  Metode  DC
Unbalanced  Magnetron  Sputtering. Jurnal  Nasional  Indonesia  5(1),
Indonesia, hal 50-56
A.  C.  W.  Utami. 2007. Studi  Efek
Fotovoltaik Film Tipis Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 yang  Didadah  Tantalum  (BSTT)  di Atas  Substrat  Si  (100)  Tipe-p. Skripsi,  Departemen  Fisika,  Institut Pertanian Bogor
A.  P.  Malvino.  1990. Prinsip-prinsip Elektronika. Edisi ke-2 diterjemahkan oleh Hanapi Gunawan. Erlangga; Jakarta
Cari,  A.  Supriyanto,  Suparmi,J.D.  Malago,
Irzaman,  T.Sumardi,  M.Hikam,  I. Usman,  A.  Supu.  2004. Optical
Properties  of  Galium  Oxide  and Tantalum Oxide Doped BaTiO 3 Thin
Film. ProsidingPertemuan  Ilmiah Ilmu  Pengetahuan  dan  Teknologi Bahan 2004; Serponghttp://www.national.com (national  semiconductor.  Oktober 2005) H. Darmasetiawan.2005. Optimal Penumbuhan  Film  Tipis    BaTiO 3
yang didadah Indium dan Vanadium (BIVT)  serta      penerapannya sebagai Sel Surya. Institut Pertanian Bogor; Bogor
Irzaman, Y. Darvina, A. Fuad, P. Arifin, M.
Budiman,  and  M.  Barmawi. 2003. Physical and Pyroelectric Properties of Tantalum Oxide Doped  Lead  Zirconium  Titanate [Pb0.9950(Zr0.525Ti0.465Ta0.010)
O3]  Thin  Films  and  Its  Application for  IR  Sensor. Physica  Status  Solidi (a),  Germany,  199 (3),  page  416 –
424.
J. A. Blackburn. 2001. Modern
Instumentation  for  Scientists  and
Engineers.  Spinger-Verlag;  New
York. Inc
K. Krane. 1992. Fisika Modern. Penerjemah
Hans  J.  Universitas  Indonesia.
Depok
P.A.  Tippler.1991.  Physic  for  Scientist  and
Engineers. Worth Publisher. Inc
M.  A.  Omar.1993. Elementary  Solid  State

## Physics. Addison-Wesley Publishing
Company, Inc N. V. Giridharan, R. Jayavel, P. Ramasamy.
2001. Structural, Morphological and
Electrical Studies on Barium Strontium  Titanate  Thin  Films Prepared  by  Sol-Gel  Technique. Crystal Growth Centre, Anna
University,  Chennai,  India, 36,  65- 72 R.  E.  Smallman.1991. Metalurgi Fisik Modern  (Edisi  ke-4).  Gramedia Pustaka Utama; Jakarta S.  Amiruddin,  Usman,Mursal,  T.Winata, dan Sukirno. 2005. OptimasiParameter Tekanan Deposisi pada Penumbuhan Lapisan Tipis  Polykristal  Silikon dengan  Metode  Hot  Wire Cell
PECVD. Jurnal Matematika da Sains Vol 10 No. 1 hal 27-30
Saha  Sanjib,  2000  “ Study  of  pulsed  laser ablated  Barium  Strontium  Titanate
Thin  films  for  dynamic  Random Access Memory Application ”, Thesis,  Material  Research  Centre, Indian Institute of Science, Bangalore India, August 2000.
Schwartz,  Robert  W,  1997  “ Chemical
Solution  Deposition  of  Perovskite Thin  Film ”,  Chem.  Mater,  2325 -
2340.
Sutrisno. 1986.Elektronika Teori dan Penerapannya. ITB; Bandung
Tae Gon Ha, 2006 “ Cu-Doping Effect on the Dielectric  and  Insulation Properties of  Sol-Gel  Derived  Ba 0.7 Sr 0.3 TiO 3 Thin  Film” ,  Journal  of  Korean Physical Society, Vol 49, December 2006, pp.S571¬S574
Wu,  N.  J,  Y.  S.  Chen,  S.  Dorderic,  A.
Ignatiev.  1997. Pyroelectric  IR Sensor Based on Oxide Heterostructures  on  Si  (100)  and LaAlO3 (100) Substrates. Proceeding Third International Conference  on  Thin  Film  Physics and Applicatio. SPIE Vol. 3175, hal 256-261