ANALISIS SIFAT LISTRIK LAPISAN TIPIS Fe 3 O 4 YANG DIPREPARASI DARI PASIR BESI PANTAI TIRAM KABUPATEN PADANG PARIAMAN SUMATERA BARAT DENGAN METODE SOL-GEL SPIN COATING
Fitria Murti 1) , Ramli 2) , Yenni Darvina 2)
1 Mahasiswa Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Negeri Padang
2 Staf Pengajar Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Negeri Padang fitriamurti56@gmail.com

## ABSTRACT
Indonesia  is  a  country  that  has  a  considerable  amount  of  mining  products  such  as  iron  sand  that can be found along the beach, one of them is the Tiram Beach in Padang Pariaman district, West Sumatera. Iron sand can be applied to electronics, computing, and the automotive industry sector because it contains magnetic  material.  Magnetite  iron  sand  is  iron  oxidation  which  has  the  strongest  magnetic  characteristic, which is made in nano size has ferromagnetic characteristic and has a wide application, the development of ferrite  materials  in  the form of thin layer oriented to recording media and also can be used as a magnetic sensor  device.  The  research  is  to  inquire  effect    spin  coating  velocity  on  conductivity  of  thin  layer.In  the research, variation of spin coating velocity 1000 rpm, 2000 rpm, and 3000 rpm are done with the time of 60 seconds  toward  magnetite  gel  solution  which  has  been  sol-gel,  after  rotated  then  the  thin  layer  formed  is measured by using four point probe method. The result from research obtained conductivity value that is on velocity 1000 , 2000, and 3000 rpm conductivity value shows that the effect of spin coating velocity on the magnetite thin layer conductivity that is the higher it is spin coating speed, the higher it is the conductivity.
Keywords :  Iron Sand, Conductivity, Spin Coating, Magnetite Thin Layer

## PENDAHULUAN
Indonesia  kaya  akan  hasil  tambang  seperti pasir besi. Pasir besi magnetite memiliki oksidasi besi yang  kuat  sifat  magnetisnya, magnetite dapat digunakan dalam bidang  biomedis dan  bisa dikembangkan  menjadi  lapisan  tipis. Magnetite berorde  nano  memiliki  sifat  feromagnetik  dan  dapat dikembangkan  menjadi  lapisan  tipis,  dalam  ukuran nano sebagian besar  dimanfaatkan pada media rekam dan sensor magnetik.
Metoda  sol-gel  merupakan  metode  untuk pembuatan partikel dalam orde  nano , metode sol-gel memakai  teknik  basah  karena  prosesnya  melibatkan larutan  sebagai  medianya [1] .  Metode  yang  dapat digunakan dalam penumbuhan lapisan tipis salah satu metoda  yang  dapat  digunakan  yaitu  metoda coating (pelapisan  putar),  dimana  teknik  ini  menggunakan sebuah  substrat  kemudian  diputar  dengan  kecepatan dan dengan waktu tertentu.
Dalam  pembuatan  sensor  magnetik  seperti GMR diperlukan pengetahuan mengenai  sifat kelistrikan  pasir  besi.  Pasir  besi  adalah  endapan/ sedimen yang memiliki ukuran butir 0,074-0,075 mm, dengan  ukuran  kasar  (5-3  mm)  dan  halus  (<1  mm). Pasi  besi  umunya  mempunyai  komposisi  utama  besi oksida  dan  silika  oksida,  serta  senyawa-senyawa lainnya [2] . Pasir besi termasuk golongan bahan semikonduktor.  Nilai  resistansi  dapat  diperoleh
denganpersamaan  Hukum  Ohm,  nilai  resistansi tersebut      dapat  diguanakan  untuk  menghitung  nilai resistivitas  sampel,  resistivitas  menyebabkan  suatu bahan  tidak  dapat  menghantarkan  panas  atau  listrik, harga  dari  resistivitas  sendiri  berbanding  terbalik dengan  harga  konduktivitas [3] .  Konduktivitas  dapat mengalirkan  panas  atau  listrik.  Nilai  konduktivitas dinyatakan dalam persamaan:
……………….(1) Lapisan  tipis  biasanya  bersifat  konduktor, semikonduktor,  superkonduktor,  maupun  insulator [4] . Nilai  resistansi  diukur  menggunakan  metode  empat probe .  Disebut  empat probe karena  ada  empat  titik kotak  yang  disentuh  pada  permukaan  sampel. Keempat titik kontak ( probe ) ini memiliki jarak yang sama antara probe . Gambar dibawah ini adalah model pengukuran dengan alat ukur FPP .
Gambar 1. Alat Ukur FPP nilai  resistivitas  sampel  menggunakan  metoda four point probe dapat dinyatakan pada persamaan.
…..……..(2)
Dimana: v= Beda potensial bahan ρ= resistivitas bahan I= arus listrik t= tebal lapisan lapisan tipis [5] .

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  adalah  penelitian  eksperimen. Dimana  variabel  bebas  yaitu  variasi  putar 1000  rpm, 2000  rpm,  dan  3000  rpm,  variabel  terkontrol  yaitu temperatur  proses  sol-gel  80 0 C  dengan  waktu  2  jam, dan variabel terikat adalah konduktivitas lapisan tipis magnetite .  Alat  yang  dibutuhkan  dalam  penelitian yaitu.
1. HEM-E3D Gambar 2. HEM-E3D
2. Furnance
Gambar 3. Furnance
3. magnetic stirrer
Gambar 4. Magnetite Stirrer
4. spin coating
Gambar 5. Spin Coating
5. Power Supply
Gambar 6. Power Supply
6. Multimeter Digital
Gambar 7. Multimeter Digital
7. Timbangan Digital
Gambar 8. Timbangan Digital
8. Magnet
Gambar 9. Magnet Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah
1. pasir besi.
Gambar 10. Pasir Besi
2. Asam Oksalat
Gambar 11. Asam Oksalat
3. Etilen Glikol
Gambar 12. Etilen Glikol

## 4. Asam Nitrat
Gambar 13. Asam Nitrat
Prosedur  penelitian  yaitu  mempreparasi sampel  yang  diambil  di  pantai  lalu  dilakukan pemurnian  dengan  cara  ditarik  dengan  magnet permanen  terlebih  dahulu  sebanyak  30  kali.  Setelah itu    pasir  besi  yang  telah  ditarik  tersebut  dicuci menggunakan  aquabidest,  lalu  dikeringkan  dan setelah  dikeringkan  ditarik  lagi  sebanyak  20  kali. Setelah  itu  sampel  dihaluskan  dengan  menggunakan HEM,  penghalusan  dilakukan  dengan  perbandingan sampel  dengan  bola milling 1:10.    Dalam  proses milling dibutuhkan sampel 6 gram dan bla milling 60 gram dengan waktu 30 jam [6] . Dalam  pembuatan precursor magnetitet, precursor  yang  digunakan  yaitu      (Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O). Pembuatan  prekursor (Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O)  dilakukan pada  suhu  110 0 C  dengan  mereaksikan  17,4  gr  Fe 3 O 4 dan 4,5 gr asam oksalat (C 2 H 2 O 4 ) dengan asam nitrat (HNO 3 ) seabanyak 42 ml serta etilen glikol sebanyak 55  gr [7] . Larutan  yang  terbentuk  dianneling  dengan waktu 2 jam dan suhu 80 0 C dan diaduk menggunakan sitrer dengan kecepatan konstan.
Larutan precursor magnetite diteteskan pada substrat  kaca  kemudian  diputar  dengan spin  coater . Variasi  kecepatan  putarnya  adalah  1000,  2000,  3000 rpm  selama  60  detik [7] .  Lapisan  tipis magnetite yang telah terbentuk, dikeringkan pada suhu 110 0 C dengan
waktu 15 menit. Setiap lapisan di annealing pada suhu 300 0 C [8] . Proses  Annealing  dilakukan  selama  3,5 jam [7] .
Untuk  mengetahui  analisis  sifat  listriknya selanjutnya  diukur  menggunakan  metoda  empat probe .    Pengukuran  ini  menggunakan  empat probe dengan  jarak  probenya  0,2  cm, probe 1  dan probe 4 dihubungkan  ke power  supply sebagai  tegangan sumber  serta  multimeter  digital probe 2 dan 3 dihubungkan  ke  multimeter  digital. Data  yang diperoleh  dari  pengukuran  dengan  metode  empat probe yaitu  nilai  tegangan  serta  arus  keluaran,  dari pengukuran  menggunakan  metoda  empat probe dan data ketebalan SEM .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  penelitian  terdiri  dari  tegangan keluaran  dan  arus  yang  diperoleh  pada  pengukuran menggunakan metoda empat probe . Variasi kecepatan adalah 1000 rpm, 2000 rpm, dan 3000 rpm selama 60 detik, dan ketebalannya adalah 25 µm, 24 µm, dan 11 µm. Berikut ini merupakan nilai resistansi, resistivitas, dan konduktivitas dengan kecepatan putar 1000 rpm dan ketebalan 25 µm pada Tabel 1. Tabel 1. Nilai Resistansi, Resistivitas, dan Konduktivitas dengan Kecepatan 1000 rpm.
Dari  data  tersebut  didapatkan  nilai  rata-rata resistansi  sebesar  523,3333  Ω,  nilai  rata-rata  dari resistivitas sampel  pada 1000 rpm yaitu  0,05954  Ωm dan konduktivitas rata-rata sebesar 17,9695 .
Data  berikut  ini  merupakan  data  hasil perhitungan  dari  nilai  resistansi,  resistivitas,  dan
konduktivitas  pada  kecepatan  2000  rpm  serta ketebalan 24 µm pada Tabel 2.
Tabel 2. Nilai Resistansi, Resistivitas, dan
Konduktivitas dengan Kecepatan  2000 rpm.
Dari  data  tersebut  didapatkan  nilai  rata-rata resistansi  sebesar  396,667  Ω,  nilai  rata-rata  dari resistivitas  sampel  dengan  kecepatan  2000  rpm  yaitu
0,04332 Ωm dan nilai sebesar 26,1161 .
Data  di  bawah  merupakan  hasil  perhitungan nilai  resistansi,  resistivitas,  dan  pada  kecepatan  3000 rpm  serta  ketebalan  11  µm  yang  ditunjukkan  pada Tabel 3.
Tabel 3. Nilai Resistansi, Resistivitas, dan Konduktivitas Pada kecepatan 3000 rpm.
Dari  data  tersebut  didapatkan  nilai  rata-rata resistansi  sebesar  361,667  Ω,  nilai  rata-rata  dari resistivitas  sampel    yaitu  0,0181  Ωm  dan  nilai  dari konduktivitas  sebesar 65,2489
.
Dari  data  hasil  pengukuran  nilai  rata-rata perubahan  resistansi,  resistivitas,  dan  konduktivitas terhadap  variasi  kecepatan coating dengan  laju  1000 rpm, 2000 rpm, dan 3000 rpm pada Tabel 4. Tabel  4.  Nilai  Rata-Rata  Resistansi,  Resistivitas,  dan Konduktivitas  Lapisan  Tipis  Fe 3 O 4 dengan  Variasi Kecepatan Putar.
Grafik  berikut  merupakan  hubungan  antara kecepatan putar dengan resistansi yang dapat Gambar 14.
Gambar 14. Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar dan Resistansi
Pada Gambar 14 diatas pada kecepatan putar 1000 rpm dengan ketebalan 25  µm terjadi penurunan resistansi,  kecepatan  2000  rpm  dengan  ketebalan  24 µm  terjadi  penurunan  nilai  resistansi,  dan  3000  rpm dengan  ketabalannya  11  µm  terjadi  penurunan  nilai resistansi.  Ini  berarti  jika  kecepatan  putar  semakin tinggi  maka  nilai  resistansi  yang  didapatkan  semakin rendah.  Grafik  berikut  merupakan  hubungan  antara kecepatan putar dengan resistivitas Gambar 15.
Gambar 15. Grafik hubungan Antara Kecepatan Putar dan Resistivitas
Dari  grafik  di  atas  dapat  dilihat  semakin tinggi kecepatan putar maka semakin kecil resistivitasnya.  Grafik  berikut  merupakan  hubungan antara  kecepatan  putar  dengan  koduktivitas    yang dapat dilihat pada Gambar 16.
Gambar 16. Grafik Hubungan Antara Kecepatan Putar dan Koduktivitas
Dari grafik dapat dilihat jika kecepatan putar tinggi  maka  konduktivitasnya  akan  bernilai  besar. Dari  data  pada  Tabel  4  menunjukkan  bahwa kecepatan 1000 rpm resistansinya sebesar 523,333 Ω, pada  kecepatan  putar  2000  rpm  resistansinya  sebesar 396,667  Ω,  dan  3000  rpm  resistansinya  sebesar 361,667  Ω  dari  hasil  tersebut  terjadi  penurunan resistansi,  karena  resistansi  sebanding  dengan tegangan,  yang  mengakibatkan  jika  resistansi  besar maka tegangannya akan besar dan resistansi memiliki hubungan  yang  berbanding  terbalik  dengan  arus dimana  jika  resistansinya  besar  maka  arus  juga  akan kecil.
Nilai  resistansi  yang  diperoleh  sangat mempengaruhi  nilai  resistivitas,  semakin  kecil resistansi maka resistivitas  juga  semakin kecil karena resistansi  dan  resistivitas  berbanding  lurus,  nilai resistivitas  juga  dipengaruhi  ketebalan  pada  proses pemutaran.  Karena  ketebalan  dari  setiap  lapisan berbanding  lurus  dengan  dengan  resistivitas  yang artinya  jika  ketebalan  yang  didapat  semakin  kecil maka  resistivitas  akan  bernilai  kecil,  ini  berarti  jika kecepatan  putar  tinggi  maka  lapisan  tipis  yang terbentuk tiap putaran akan tipis.
Magnetite merupakan  bahan  semikonduktor yang  mana  bahan  semikonduktor  memiliki  celah energi terkecil jika magnetite digunakan untuk sensor magnetik maka resistivitasnya harus kecil. Resistivitas yang  kecil  akan  mempengaruhi  sensitivitas  karena akan  menyebabkan  sensitivitasnya  akan  tinggi. Resistivitas  akan  mempengaruhi  nilai  konduktivitas, nilai  konduktivitas  pada  kecepatan  putar  1000  rpm, 2000  rpm,  dan  3000  rpm  adalah  17,969
, 26,116 , dan 65,249 . Pada persamaan 1 resistivitas dengan konduktivitas  berbanding  terbalik,  Jika  resistivitas yang  diperoleh  semakin  kecil.  Dari  data  yang didapatkan  nilai  konduktivitasnya  meningkat  pada setiap kecepatan putar. Sehingga dengan meningkatnya nilai konduktivitas maka.

## PENUTUP
Berdasarkan  penelitian  pengaruh  kecepatan terhadap  konduktivitas  lapisan  tipis magnetite yaitu jika  kecepatannya  tinggi maka  konduktivitas  akan tinggi.
Agar dihasilkan lapisan tipis yang baik maka peneliti  selanjutnya  bisa  melanjutkan  kecepatan spin coating, sehingga  diperoleh  hasil  lapisan  tipis  sesuai yang diinginkan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Bapak Dr. Ramli, S.Pd, M.Si dan Ibu Dra. Hj. Yenni
Darvina,  M.Si  yang  telah  mendanai  penelitian  ini melalui  Proyek  Penelitian  pada  skema  Penelitian Unggulan  Perguruan  Tinggi  Tahun  Anggaran  2017 dengan judul  ‘Fungsionalisasi  Magnetit  yang disintesis dari Mineral Alam Sumatera Barat.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Purnomo, P. 2013. Sintesis α-Fe 2 O 3 Menggunakan Metode Sol-Gel . Institut Pertanian Bogor : Bogor.
[2]  Sunaryo  dan  Wira  Widyawidura.  2010. Metoda Pembelajaran  Bahan  Magnet  dan  Identifikasi Kandungan  Senyawa  Pasir  Alam  Menggunakan Prinsip Dasar Fisika. Jurnal Cakrawala Pendidikan  FMIPA  Universitas  Negeri  Jakarta No. 1 TH.XXIX, 2010.
[3] Astuti, S Y. 2011. Struktur dan Sifat Li strik  Film Tipis  CdTe:Cu  yang  Ditumbuhkan  Dengan Metode DC Magnetron Sputtering. Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Semarang .
[4]  Gutierrez,  M.  P.,  Li.  H  dan Patton. J. 2002. Thin Film Surface Resistivity.
[5] M. Toifur. 2014. Memahami Resistivitas Berbagai
Jenis Probe Arus-Tegangan . Prosiding Pertemuan  Ilmiah  XXVIII  HFI  Jateng  &  DIY, Yogyakarta, ISSN : 0853-082.S
[6]  Darvina, Y., Rianto, D., Murti, F., Yulfriska., N., Ramli. 2017. Struktur Nano Partikel Oksida Besi dari  Pasir  Besi  Pantai  Tiram  Sumatera  Barat. Padang : Universitas Negeri Padang.
[7]  Eken,  A  E,  Ozenbas,  M.  2009 . Characterization of Nanostructured Magnetite Thin Film Produces by  Sol-gel  Processing. J ournal  Sol-gel  Sci Technol. 50:321-327.
[8]   Tang, N.J, dkk. 2004. Nanostructured magnetite (Fe 3 O 4 )  thin  films  prepared    by  sol–gel  method. Nanjing University : China.