Sunday, September 07, 2008

 

PEMBUATAN LAPISAN Ba0.5Sr0.5TiO3 YANG DIDOPING Cu DENGAN METODE SPIN COATING DAN KARAKTERISASINYA

Di sampaikan pada Seminar Nasional Metalurgi dan Material II (SENAM II), 20-21 Agustus 2008, ITB Bandung.

PEMBUATAN LAPISAN Ba0.5Sr0.5TiO3 YANG DIDOPING Cu

DENGAN METODE SPIN COATING DAN KARAKTERISASINYA

A.Jamaluddin1, M. Hikam1, B.Soegiyono1, Y. Iriani1,2

1Departmen Fisika FMIPA,Universitas Indonesia, Depok 16424

2Jurusan Fisika FMIPA, Universitas Sebelas Maret , Surakarta

e-mail: anifjamal@gmail.com;

Abstrak :

Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) murni dan BST yang didoping Cu 1%, 2% dan 4% telah kami buat di atas Si dan Pt/TiO2/SiO2/Si. Sol Gel BST yang dihasilkan dari Barium Asetat, Strontium Asetat, Titanium (IV) isopropoksid sebagai precursor. Asam Asetat dan Ethylene glycol sebagai material pelarut. Proses penumbuhan BST dengan spin coater berkecepatan 3000 rpm selama 30 detik, dilanjutkan dengan annealing pada suhu 8000C. Strutktur Mikro dan morfologi permukaan dari lapisan BST yang terbentuk dianalisa dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan X- Ray Diffraction (XRD). Hasil analisa struktur mikro dengan XRD menunjukan telah terbentuk kristal BST dan penambahan Cu menyebabkan perubahan jarak antar atom pada struktur kristal. Hal ini dilakukan dengan penghalusan Rietveld.

Abstract :

Undoped and Cu-doped 1%, 2% and 4% Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) were prepared on Si and Pt/TiO2/SiO2/Si. Barium Acetic, Strontium Acetic, Titanium (IV) isopropokside were used precursor material. Acetic acid and Ethylene glycol ware selected as solvent material. The BST film were fabricated on spin coater with 3000 rpm for 30 second, and annealing process at 8000C. The micro structure and surface morphology of film BST were analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and X- Ray Diffraction (XRD). It has been found crystal of BST film and doped-Cu changed lattice parameter on crystal structure.

Kata kunci: BST, spin coating, XRF, XRD, SEM

Key Word : BST, spin coating, XRF, XRD, SEM


1. 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 (Roy, 2004).

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). Pada penelitian ini akan dipergunakan metode chemical solution deposition berupa sol-gel Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) yang akan dilapiskan dengan metode spin coating di atas substrat Si dan Pt/TiO2/SiO2/Si, doping material yang akan dipergunakan adalah Cu (Copper). Karakterisasi material morfologi dan kristalisasi dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan X- Ray Diffraction (XRD).

2. METODE PENELITIAN

Proses pembuatan larutan sol gel BST dengan konsentrasi 0.5 M Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) diawali dengan pencampuran Asetat (Ba(CH3COO)2) 99.999%, Strontium Asetat (Sr(CH3COO)2) 99.995%, asam asetat (CH3COOH) dengan massa tertentu, dikocok dengan dengan ultrasonik. Titanium (IV) Isoprropoksid (Ti(C12O4H28)) 99.000% ditambahkan dan diaduk, proses terakhir penambahan Ethylene glycol (C2H4(OH)2), diaduk dan dipanaskan. Material untuk doping berupa Copper Asetat (Cu(COOH)2) dengan variasi 1%, 2% dan 4%.

Proses spin coating diawali dengan penetesan larutan BST (murni atau doping) pada : Si (silicon) <1> dan Pt/TiO2/SiO2/Si <2>, diputar dengan kecepatan 3000 rpm selama 30 detik. Proses hydrolisis dan phyrolisis dilakukan dengan pemanasan pada suhu 2000 C dan 4000 C ruangan.

Proses annealing, dilakukan pada suhu annealing (8000 C), untuk proses pembentukan kristal BST.

Gambar 2.1 Alur Kerja pembuatan BST

XRD (X-Ray Diffraction) Model PW 3710 (Phillip), dan SEM (Scanning Electron Microscopy) model Jeol JSM-5310LV digunakan untuk menganalisa komposisi unsur-unsur yang terdeposit, struktur mikro, dan morfologi dari lapisan yang terbentuk.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil karakterisasi menggunakan SEM menunjukkan bahwa Cu telah terdeposit di atas substrat Si dan Pt/TiO2/SiO2/Si. Pada Gambar 3.1 menunjukkan hasil SEM (perbesaran 1000x) dari BST murni dan BST dengan doping Cu 1%, 2% dan 4% yang coating pada permukaan substrat Si. Hampir semua terdapat crack, namun Crack yang cukup besar untuk doping cu 4%.

Gambar 3.1. Hasil lapisan film BST di Substrat Si.

BST Murni; BST Doping Cu 1% (dari kiri atas); Cu 2 %; 4% (dari kiri bawah)

Gambar 3.2. Hasil lapisan film BST pada substrat Pt/TiO2/SiO2/Si

BST Murni; BST Doping Cu 1% (dari kiri atas); Cu 2 %; 4% (dari kiri bawah)

Pada Gambar 3.2 menunjukkan hasil SEM (perbesaran 1000x) dari BST murni dan BST dengan doping Cu 1%, 2% dan 4% yang coating pada permukaan substrat Pt/TiO2/SiO2/Si. Hampir semua terdapat crack, namun Crack yang cukup besar untuk doping cu 2%.

Hasil XRD penumbuhan BST pada pemukaan substrat Si, terlihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Variasi Dopant Cu, substrat Si

Hasil XRD untuk penumbuhan BST pada permukaan substrat Pt/TiO2/SiO2/Si, terlihat pada Gambar 3.4

Gambar 3.4 Variasi Dopant Cu Substrat Pt/TiO2/SiO2/Si

Dengan bantuan database ICDD-PCPDFWIN, dilakukan pencocokan sudut 2θ vs Peak Intensitas antara hasil eksperimen (XRD) dengan database ICDD (International Center for Diffraction Data), diperoleh hasil bahwa puncak-puncak yang muncul adalah milik BST. Sehingga dari kedua gambar hasil XRD, terlihat bahwasanya sudah mulai terbentuk kristal BST (Murni maupun Doping Cu). Penghalusan dengan analisis Rietveld menunjukan terjadi perubahan parameter kisi dari kristal BST (space group : p 4 m m), hal ini tejadi karena pengaruh doping material cu.

Tabel 4.1. Hasil penghalusan Rietveld

4. KESIMPULAN

Pembuatan Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) dengan doping Cu pada substrat Pt/TiO2/SiO2/Si dan Si, belum dihasilkan permukaan film yang halus, namun dari hasil XRD memperlihatkan telah terbentuk kristal BST serta material Cu sudah terdoping ke menjadi BCST.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Department Pendidikan Nasional atas pendanaan sebagian penelitian ini yang berasal dari Proyek Hibah Pascasarjana Dikti Diknas, dengan No.Kontrak: 011/SP3/PP/DPD2M/II/2006 dan 029/SP2H/PP/DP2M/III/1007

DAFTAR PUSTAKA

Roy, Somnath C, 2004 “Effect of pre-sintering temperature on the structural and dielectric properties of (Ba0.5Sr0.5)TiO3 Thin Films deposited by sol-gel technique”, Ceramic International Article in Press

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

Tae Gon Ha, 2006 “Cu-Doping Effect on the Dielectric and Insulation Properties of Sol-Gel Derived Ba0.7Sr0.3TiO3 Thin Film”, Journal of Korean Physical Society, Vol 49, December 2006, pp.S571¬S574



 

An INTRODUCTION TO CONSUMER ELECTRONIC PRODUCT PROCESS
























Presentasi disampaikan pada seminar di PT.3M indonesia pada 28 Maret 2008

This page is powered by Blogger. Isn't yours?