BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Titanium dioxide (TiO2) merupakan bahan yang memiliki konstanta
dielektrik tinggi. Salah satu manfaat dari bahan yang memiliki konstanta dielektrik
tinggi yaitu dapat mencegah kebocoran arus. Aplikasi dibidang elektronika yang menggunakan
TiO2 yaitu mikroelektronik diantaranya elektrokhromik,
photokatalistik dan sensor (Sotter, dkk., 2005). TiO2 yang didoping
dengan logam Fe, Nb, dan Ce dapat dimanfaatkan sebagai sensor gas. Fabrikasi TiO2
yang paling dasar untuk aplikasi tersebut adalah dalam bentuk film tipis.
Fabrikasi film tipis pada saat ini memiliki kegunaan yang begitu luas, mengingat
sifat-sifat bahan dari film tipis dapat dimodifikasi sesuai dengan divais yang
diinginkan.
Sekarang ini banyak
metode yang digunakan dalam penumbuhan film tipis antara lain Chemical Vapor
Deposition (CVD), Pulse Laser Ablation Deposition (PLAD), Solution Gelation
(Sol-Gel), Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) dan Sputtering
(Iriani, dkk., 2005 dan Bilalodin, 2004). Salah satu metode yang memiliki
kontrol baik pada stokiometri, mudah dibuat dan dapat dilakukan pada suhu kamar
adalah metode CVD. Metode yang termasuk dalam metode CVD yang sering digunakan
yaitu metode spin coating. Spin coating merupakan metode penumbuhan film tipis pada substrat dengan cara
meneteskan cairan kemudian diputar dengan kecepatan konstan (May, Gary, Light
Leigh, Elshazly Dina. 1999) .
Spin coating dapat digunakan untuk menumbuhkan film
tipis dielektrik dengan kualitas yang baik dan murah. Kualitas film tipis yang ditumbuhkan
dengan metode ini sangat peka terhadap parameter fabrikasi yang digunakan,
antara lain pelarut, substrat dan temperatur annealing
(M. M. Hasan, A. S. M. A. Haseeb, R.
Saidur, and H. H. Masjuki 2008). Namun hasil sebaran larutan film tipis
sebagian tidak merata pada semua bagian substrat sehingga ketebalannya juga
berbeda-beda akibat dari perputaran pada saat meneteskan cairan pada substrat.
Oleh karena itu perlu dicari kecepatan putaran (ω) spin
coating untuk
menghasilkan sebaran film tipis yang merata.
Metode
pengukuran sebaran ketebalan film tipis yang sering digunakan sekarang ini
yaitu Ellipsometri, Reflectance Spectroscopy, Scanning Electron
Microscopy (SEM)
dan Interferometer Michelson. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah
interferometer Michelson karena biaya yang cukup murah dan mudah penggunaannya daripada
metode lainnya (Sulastri Sri, Ahmad Marzuki, Riyanto. 2010). menggunakan prinsip
dasar interferensi pembagi amplitudo. Hasil dari interferometer Michelson
berupa pola gelap terang. Dari pola gelap terang tersebut diperoleh informasi tentang
sebaran ketebalan film tipis.
Fabrikasi
film tipis TiO2 doping Fe menggunakan metode spin coating.
Film tipis dibuat dengan memvariasikan kecepatan putaran spin coating
untuk mendapatkan sebaran film yang merata. Penentuan sebaran film tipis
dalam penelitian ini menggunakan Interferometer Michelson.
1.2. Rumusan Masalah
Penentuan nilai kecepatan putaran (ω)
optimum dari spin coating untuk menghasilkan film tipis TiO2
doping Fe dengan sebaran ketebalan yang
merata dengan menggunakan Interferometer Michelson
1.3. Batasan Masalah
1.
Lapisan tipis yang digunakan adalah larutan TO2:Fe dengan
subtrat kaca.
2. Pembuatan lapisan tipis dengan metode
spin coating dengan kecepatan putaran
200 rpm,300 rpm,400 rpm dan 500 rpm.
3. Pengukuran
sebaran ketebalan lapisan tipis dengan metode interferometrik
menggunakan interferometer Michelson.
1.4.
Tujuan Penelitian
Tujuan
penelitian yang akan dilakukan yaitu menentukan nilai kecepatan putaran (ω)
optimum dari spin coating untuk menghasilkan film tipis TiO2
doping Fe dengan sebaran ketebalan yang
merata.
1.5.
Manfaat Penelitian
Manfaat
yang diperoleh dari penelitian yang dilakukan yaitu memperoleh informasi sebaran
ketebalan film tipis TiO2 doping Fe dengan menggunakan
Interferometer Michelson.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Titanium
dioxide (TiO2)
Titanium dioxide (TiO2) merupakan bahan kimia stabil,
tidak bereaksi dengan senyawa lain kecuali adanya sinar UV, memiliki titik
termal yang tinggi dan memiliki konstanta dielektrik yang tinggi. Karena sifat
tersebut TiO2 dapat dijadikan sebagai bahan utama dalam pembuatan
elektrooptikal, sensor dan fotokatalistik (Bilalodin. 2004).
2.2 Besi (Fe)
Besi
(Fe) adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak digunakan
untuk kehidupan manusia sehari-hari. bijih besi yang umum adalah hematit, yang
sering terlihat sebagai pasir hitam sepanjang pantai dan muara aliran. Besi
sangat reaktif secara kimiawi dan mudah terkorosi, khususnya di udara yang
lembab atau ketika terdapat peningkatan suhu. Besi juga bersifat feromagnetik mempunyai
nilai ekonomis yang tinggi. Besi adalah logam yang paling banyak dan paling
beragam penggunaannya. Pengolahan besi yang relatif mudah dan murah. Besi juga
mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan dan mudah dimodifikasi.
2.3 Fabrikasi film tipis TiO2:Fe
Metode
penumbuhan atau fabrikasi film tipis TiO2 doping Fe dilakukan
menggunakan metode spin coating. Metode spin coating merupakan
metode penumbuhan film tipis pada substrat dengan cara meneteskan cairan ke
pusat substrat yang diputar. Material coating dideposisi atau diletakkan
pada bagian tengah substrat baik dengan manual ataupun robot. Material tersebut
dituangkan atau disemprotkan di atas substrat. Prinsip fisika pada spin coating
adalah keseimbangan antara gaya viskositas pelarut dengan gaya sentrifugal
yang dikontrol oleh kecepatan spin. Variabel parameter proses yang termasuk
dalam spin coating adalah viskositas atau kekentalan larutan, kandungan
material, kecepatan anguler dan waktu putar (Sutrisno. 2001).
2.4 Interferometer Michelson
Gelombang
adalah suatu gangguan yang menjalar dalam suatu medium. Medium merupakan sekumpulan
benda yang saling berinteraksi dimana gangguan itu menjalar. Pada medium
gelombang di atas, hanya berlaku pada medium gelombang mekanik, sedangkan
gelombang elektromagnetik tidak membutuhkan medium dalam penjalarannya. Beberapa
sifat dasar gelombang diantaranya difraksi, interferensi, polarisasi, refleksi
dan refraksi (Hidayat Wahyu. 2010).
Gelombang
yang dihasilkan merupakan gelombang harmonik yang amplitudonya tergantung pada
perbedaan fasenya. Perbedaan fase 0 atau bilangan bulat kelipatan 3600,
gelombang akan sefase dan berinterferensi secara saling menguatkan (interferensi
konstruktif). Perbedaan fase 1800 (
radian)
atau bilangan ganjil kali 1800, gelombangnya akan berbeda fase dan berinterferensi
secara saling melemahkan (interferensi destruktif) (Tipler, Paul A. 2001).
radian)
atau bilangan ganjil kali 1800, gelombangnya akan berbeda fase dan berinterferensi
secara saling melemahkan (interferensi destruktif) (Tipler, Paul A. 2001).
Pada
peristiwa interferensi yang terjadi di film tipis sering terlihat pada
gelembung sabun atau pada film minyak yang tergenang air dan menghasilkan pita
warna. Pita berwarna ini diakibatkan oleh interferensi cahaya yang dipantulkan
dari permukaan atas dan bawah film tersebut. Warna yang berbeda muncul karena keanekaragaman
dalam tebal film, yang menyebabkan interferensi untuk panjang gelombang yang
berbeda pada titik yang berbeda.
Cahaya
dari sumber (S) yang luas mengenai beams splitter (PB), sebagian
sisi pembagi dilapisi perak sehingga sebagian cahaya dipantulkan dan sebagian
lagi dilewatkan. Berkas pantulan merambat ke cermin M2 dan dipantulkan kembali
ke Detektor. Berkas yang dilewatkan merambat ke cermin M1 dan dipantulkan
kembali ke beams splitter (PB), lalu ke
Detektor. Cermin M1 dipasang tetap,
tetapi cermin M2 dapat digerakkan maju-mundur. Kedua berkas bergabung pada
detektor dan membentuk pola interferensi.
2.5 Ketebalan pada film tipis
Ketebalan
pada film tipis dapat dihitung sebagai fungsi dari jarak antar pola garis-garis
interferensi. Besarnya pergeseran pola garis interferensi, serta panjang gelombang
dari sumber laser yang digunakan juga berpengaruh terhadap ketebalan film tipis.
Persamaan untuk mencari ketebalan pada film tipis adalah :
d=
dengan d merupakan ketebalan film tipis,
Δx adalah besarnya pergeseran pola interferensi dan x adalah jarak antar pola
(orde) interferensi.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1
Bahan dan Peralatan Penelitian
Bahan yang akan digunakan dalam penelitian
1. Serbuk TiO2 (Titanium dioxide)
2. Serbuk Fe (Ferrum)
3. Subtrat Corning
(kaca)
4. Etanol
5. HCl
6. Aquades
Peralatan yang akan digunakan dalam penelitian
1. Spin
coating
2. Gelas ukur 100 ml
3. Gelas kimia 100ml
4. Gelas kimia 50 ml
5. Tabung reaksi
6. Cawan keramik
7. Pengaduk
8. Pipet
9. Hotplate
10. Furnacce
11. 1 set peralatan interferometer Michelson
12. Neraca digital
13. Double tape
14. Alat tulis
3.2 Prosedur Penelitian
Penelitian
akan dilaksanakan melalui 3 tahap, yaitu :
a. Tahap persiapan.
Tahap
awal penelitian yaitu menyiapkan subtrat, larutan Fe dan larutan TiO2.
Subtrat dibersihkan menggunakan etanol. Selanjutnya subtrat tersebut dikeringkan
menggunakan hotplate selama 10 menit dengan temperatur 1000C
untuk menghilangkan uap air yang tertinggal. Setelah itu, pembuatan larutan Fe dengan
menggunakan larutan HCl dengan
konsentrasi 4%. Kosentrasi 4% diperoleh
dengan mencampurkan 0,4 gram serbuk Fe dengan 0,01 liter HCl. Kemudian
pembuatan larutan TiO2 dengan konsentrasi 0,5 M. Konsentrasi 0,5 M
diperoleh dari 0,4 gram bubuk TiO2 yang masing-masing bubuk dicampur
dengan aquades 0,01 liter. Larutan TiO2 diaduk menggunakan magnetic
stirer selama
3 jam dengan laju putaran 700 rpm. Selama pengadukan gelas ukur yang
berisi larutan TiO2 ditutup dengan
alumunium
foil,
hal ini dilakukan untuk mengurangi penguapan ketika pemutaran. Setelah larutan
Fe dan TiO2 selesai dibuat, maka kedua larutan tersebut dicampur
dengan cara menuangkan larutan Fe ke dalam larutan TiO2. Campuran
larutan diaduk dengan menggunakan magnetic stirrer
selama 30
menit, kemudian biarkan selama 24 jam.
b.
Tahap pembuatan film tipis.
Proses
fabrikasi film tipis, yaitu dengan mengambil 4 tetes larutan TiO2:
Fe untuk diteteskan pada substrat kaca yang sudah ditempatkan pada alat spin
coating. Kemudian
substrat yang telah ditetesi larutan TiO2: Fe diputar selama 15
detik dengan variasi tegangan untuk mendapatkan kecepatan putaran spin
coating yang
bervariasi (200 rpm, 300 rpm, 400 rpm, 500 rpm). Hal ini dilakukan untuk
memperoleh sebaran ketebalan film tipis yang merata. Langkah berikutnya adalah
melakukan pemanasan awal (pre annealing) dengan menggunakan hotplate
dengan suhu
1500C selama 30 menit. Pre annealing berfungsi untuk
menghilangkan uap air pada film tipis.
Kemudian melakukan pemanasan (annealing) dengan
menggunakan furnacce dengan suhu
6000C selama 8 jam. Proses annealing berfungsi untuk
memperbaiki struktur kristal.
c. Tahap
pengukuran sebaran film tipis.
Proses
pengukuran sebaran film tipis TiO2 doping Fe dengan tegangan pemutar
100 rpm, 200 rpm, 300 rpm dan 400 rpm menggunakan interferometer Michelson.
Film tipis yang telah ditumbuhkan dalam substrat kaca diletakan pada kaca geser
seperti pada Gambar 4. Selanjutnya membandingkan sebaran lapisan tipis
TiO2 doping Fe dengan putaran 100 rpm,
200 rpm, 300 rpm dan 400 rpm.
Daftar Pustaka
Afif Faozi Mohamad.2014. pengaruh kecepatan spin
coating terhadap
kehomogenan ketebalan film tipis TiO2:Fe.Jurnal.Purworkerto.
Bilalodin. 2004. Pembuatan
dan Karakterisasi Film Tipis PbTiO3. Makalah Seminar Hasil Penelitian Dosen. Purwokerto.
Hidayat Wahyu. 2012. Studi pengaruh konsentrasi
larutan polystyrene terhadap jumlah
mode pandu gelombang yang
dikarakterisasi dengan metode prisma kopling. Jurnal.
Surakarta.
May, Gary, Light Leigh, Elshazly Dina.
1999. Spin coating Theory.. Georgia Institute of
Technology.
M. M. Hasan, A. S. M. A. Haseeb, R.
Saidur, and H. H. Masjuki. Proceeding of world
academy of science,
Engineering and Technology. Effect of Annealing
Treatment on Optical Properties of Anatase TiO2 Thin Film. Vol. 30, 1307-6884 (2008).
Sulastri Sri, Ahmad Marzuki, Riyanto.
2012. Pengukuran Sebaran Film Tipis Hasil Spin
coating
dengan Metode Interferometrik. Jurnal. Surakarta.
Sutrisno. 2001. Fisika
Dasar Gelombang dan Optik. Bandung : ITB Bandung.
Sotter,
E., X. Vilanova, E. Liobet, M. Stankova. 2011. Correig, Niobium Doped Titanium
Nanopowder for gas sensor Applications. Journal of Optoelectronics and
Advanced Material Vol.7. No.3. pp. 1395-1398.
Tipler, Paul A. 2001. Fisika untuk Sains
dan Teknik Jilid 2 Edisi 3 (Terjemahan). Jakarta : Erlangga.
Y. Iriani, M. Hikam dan Irzaman. Analisa
Struktur Kristal dan Komposisi Tipis Ba0,5Sr0,5TiO3 yang disiapkan dengan spin coating
– 3th Kentingan Physics Forum, 125-127(2011).
