PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP PEMBANGKITAN …/Pengaruh...pengaruh medan magnet terhadap pembangkitan muatan lapisan tipis klorofil spirulina sp. hasil deposisi spin coating disusun

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP PEMBANGKITAN MUATAN LAPISAN TIPIS KLOROFIL

SPIRULINA SP. HASIL DEPOSISI SPIN COATING

Disusun Oleh :

SRI JONO LISTIYANTO

NIM M0207060

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juni, 2012


commit to user

ii

LEMBAR PENGESAHAN

Skripsi dengan judul : PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP

PEMBANGKITAN MUATAN LAPISAN TIPIS KLOROFIL SPIRULINA SP.

HASIL DEPOSISI SPIN COATING

Yang ditulis oleh:

Nama : Sri Jono Listiyanto

NIM : M0207060

Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada

Hari : Kamis

Tanggal : 21 Juni 2012

Anggota Tim Penguji

1. Drs. Suharyana, M.Sc. ..................................

NIP. 19611217 198903 1 003

2. Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si. ..................................

NIP. 19710831 200003 1 005

3. Dr. Eng. Budi Purnama, S.Si., M.Si. ..................................

NIP. 19731109 200003 1 001

4. Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si. ..................................

NIP. 19690826 199903 1 001

Disahkan olehKetua Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Sebelas Maret Surakarta

Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.DNIP. 19680508 199702 1 001


commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi saya yang

berjudul “PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP PEMBANGKITAN

MUATAN LAPISAN TIPIS KLOROFIL SPIRULINA SP. HASIL DEPOSISI

SPIN COATING” adalah hasil kerja saya atas arahan pembimbing dan

sepengetahuan saya hingga saat ini, isi skripsi tidak berisi materi yang telah

dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk

mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan

Tinggi lainnya, jika ada maka telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan

segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan

terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus

memberitahu penulis.

Surakarta, 5 Juni 2012

SRI JONO LISTIYANTO


commit to user

iv

MOTTO

“..Allah tidak memikulkan beban kepada seseorang melainkan sekedar apa yang Allah berikan kepadanya. Allah kelak akan memberikan kelapangan sesudah

kesempitan.” (Qs. At Thalaq:7)

“If you fill your heart with regrets of yesterday and the worries of tomorrow, you have no today to be thankful for .”(Anonim)

“Ilmu itu lebih baik dari pada harta. Ilmu menjaga engkau sedangkan engkau menjaga harta. Ilmu itu penghukum (hakim) sedangkan harta adalah terhukum.

Harta itu akan berkurang apabila dibelanjakan, sedangkan ilmu akan bertambah apabila dibelanjakan.”(Ali bin Abi Tholib)

“Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu, belajarlah untuk tenang dan sabar.” (Umar bin Khothob)


commit to user

v

PERSEMBAHAN

بسم هللا الّر حمن الّر حیم

Alhamdulillahirobbil ‘alamin

Penuh syukur kepada-Nya, Robb semesta alam,

kupersembahkan karya kecil ini teruntuk:

Allah SWT, atas rahmat yang Engkau berikan.

Rosulullah Muhammad SAW, Sang Uswatun Hasanah Sepanjang Masa..

Ibu’ & Bapak tercinta, Tiada pengorbananmu yang sia-sia, tak satupun

anaknya yang mampu membalas pengorbananya..

Mbakyuku Sulistyowati dan Adikku Zudiyah., ..You are my everything

Almamaterku, Universitas Sebelas Maret


commit to user

vi

PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP PEMBANGKITAN MUATAN LAPISAN TIPIS KLOROFIL SPIRULINA SP.

HASIL DEPOSISI SPIN COATING

SRI JONO LISTIYANTOJurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Fenomena pembangkitan pembawa muatan pada bahan semikonduktor organik telah menjadi kajian menarik di bidang ilmu bahan. Oleh karena itu, pada penelitian ini dikaji pengaruh medan magnet terhadap pembangkitan muatan lapisan tipis klorofil Spirulina sp. hasil deposisi spin coating. Lapisan tipis ditumbuhkan di atas substrat printed circuit board yang telah dimodifikasi four point probe. Karakterisasi morfologi permukaan lapisan tipis diamati dengan scanning tunneling microscopy. Sedangkan pengamatan pembangkitan muatan karena medan magnet H diukur dengan menggunakan I-V meter.

Dari analisis morfologi permukaan lapisan menunjukkan bahwa jumlah lapisan yang semakin banyak menjadikan tingkat kerataan lapisan semakin baik. Sedangkan kenaikan kecepatan putar ω akan mengubah morfologi permukaan dari lapisan homogen menjadi tidak homogen. Hasil pengukuran I-V menegaskanbahwa pembawa muatan mengalir melalui fenomena hanyut dibawah pengaruh medan listrik. Akhirnya medan magnet mampu membangkitkan pembawa muatan teramati dari hasil pengukuran arus dibawah pengaruh medan magnet.

Kata kunci : lapisan tipis Spirulina sp, spin coating, medan magnet, pembangkitan pembawa muatan


commit to user

vii

MAGNETIC FIELD DEPENDENCE OF A GENERATING CHARGE CARRIER ON CHLOROPHYLL SPIRULINA SP. THIN FILMS

PRODUCED BY SPIN COATING DEPOSITION

SRI JONO LISTIYANTOPhysic Departement, Mathematic and Natural Science Faculty

Sebelas Maret University

ABSTRACT

Phenomenon of charge carriers generating on organic semiconductormaterials has been an interesting topic in materials science. For that reason, inthis research, effect of magnetic field on charge carriers generating in thin filmchlorophyll spirulina sp. fabricated by spin coating is investigated. The films was fabricated on modified four point probe pattern of printed circuit board. The morphology of the films surface was characterized by scanning tunneling microscopy. Whereas observation result of charge carrier generating due tomagnetic field H measured by I-V meter.

The analysis results of thin film surface showed that the roughness of the films tend to be lower by the increasing of thin film layer numbers. Whereas, a raise of rotating speed ω causes the thin films tend to be not homogeneous rather than homogeneous. Measurements results of I-V confirmed that the charge carriers drift under effect of electric field. Finally, the magnetic field used to generate charge carriers observated from I-V measurement results under magnetic field.

Keywords: thin films spirulina sp., spin coating, magnetic field, generated carrier


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karunia-

Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Sholawat dan salam

senantiasa penulis haturkan kepada Rosulullah SAW sebagai teladan abadi umat

manusia.

Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan

gelar sarjana sains ini penulis beri judul “Pengaruh Medan Magnet terhadap

Pembangkitan Muatan Lapisan Tipis Klorofil Spirulina sp. Hasil Deposisi Spin

Coating” Terselesaikannya skripsi ini adalah suatu kebahagiaan bagi penulis

setelah berjuang sekitar dua semester untuk menyelesaikan skripsi ini. Dengan

segala kemudahan-kesukaran, suka -dukanya, pada akhirnya skripsi ini dapat

terselesaikan juga. Kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis

menyelesaikan skripsi ini, penulis ucapkan terima kasih. Atas bantuannya yang

sangat besar selama proses pengerjaan skripsi ini, ucapan terima kasih secara

khusus penulis sampaikan kepada :

1. Dr. Eng. Budi Purnama, M.Si. selaku pembimbing I atas perhatian dan

kesabarannya dalam menuntun penulis sehingga penulis mampu

menyelesaikan skripsi ini.

2. Dr. Agus Supriyanto, M.Si. selaku pembimbing II atas perhatian dan telah

meluangkan waktunya untuk membina dan memberikan bimbingan kepada

penulis hingga terselesaikannya skripsi ini.

3. Fuad Anwar, M.Si. selaku pembimbing akademis atas nasehat, dorongan

dan motivasinya selama perkuliahan.

4. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen serta Staff di Jurusan Fisika, Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, atas

ilmu dan bimbingannya selama ini.

5. Saudara seperjuangan dalam menyelesaikan skripsi ini, Hakim, Gunawan,

Fadli yang telah memberikan bantuan dan mau bekerja sama untuk saling

bertukar fikiran.


commit to user

ix

6. Teman Fisikaku 2007. Terkhusus pula team Opera Van Physic (Caga,

Qoiru, Yuwono, Anto, Kang Joko, Nakif, Hakim, Fadli, Gunawan) Terima

kasih atas persahabatannya.

7. Adik angkatan (F08=Shidiq, Defi, Agus, Hendrik, Icha, Farid, Roni, Catur

dkk),F’09,F’10,F’11.

8. Teman-teman SKI FMIPA terkhusus semua pengurus periode 2010.

9. Dan semua pihak yang tidak mungkin dapat saya sebutkan satu persatu

sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.

Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah

diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amin.

Penulis menyadari akan banyaknya kekurangan dalam penulisan skripsi ini.

Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat.

Surakarta, 5 Juni 2012

Penulis

Sri Jono Listiyanto


commit to user

x

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL .................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN ...................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN ...................................................... iii

HALAMAN MOTTO .................................................................. iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................... v

HALAMAN ABSTRAK .............................................................. vi

HALAMAN ABSTRACT ............................................................ vii

KATA PENGANTAR ................................................................. viii

DAFTAR ISI ............................................................................. x

DAFTAR GAMBAR ................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................ xv

BAB I PENDAHULUAN ........................................................... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ................................................... 1

1.2. Batasan Masalah ............................................................... 2

1.3. Perumusan Masalah .......................................................... 2

1.4. Tujuan Penelitian .............................................................. 3

1.5. Manfaat Penelitian ............................................................ 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................. 4

2.1. Semikonduktor ................................................................. 4

2.1.1. Konsentrasi Pembawa Muatan .............................. 4

2.1.2. Donor dan Akseptor .............................................. 5

2.1.3. Fenomena Transport Pembawa Muatan ................ 5

2.1.3.1. Drift dan Mobilitas ................................... 5

2.1.3.2. Resistivitas dan Efek Hall .......................... 7

2.2. Material Semikonduktor Organik ..................................... 10


commit to user

xi

2.3. Klorofil ............................................................................ 12

2.4. Spirulina sp. ..................................................................... 13

2.5. Metode Chemical Solution Deposition (CSD) ................... 14

2.6. Scanning Tunneling Microscopy (STM) ............................ 16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................... 19

3.1. Tempat dan Waktu Penilitian ........................................... 19

3.2. Alat dan Bahan ................................................................. 19

3.2.1. Alat Penelitian ........................................................ 193.2.2. Bahan Penelitian ..................................................... 21

3.3. Tahapan Prosedur Penelitian ............................................ 23

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ....................................... 233.3.2. Isolasi Dye Klorofil ................................................ 24

3.3.2.1. Ekstraksi Klorofil ........................................ 243.3.2.2. Kromatografi ............................................... 24

3.3.3. Karakteristik Absorbansi Klorofil Spirulina ............ 26 3.3.4. Penumbuhan Lapisan Tipis ..................................... 283.3.5. Mikrostruktur dari Lapisan Klorofil Hasil Deposisi

Spin Coating ........................................................... 303.3.6. Fenomena Efek Medan Magnet terhadap

Pembangkitan Muatan ............................................ 313.4. Analisa dan Kesimpulan ................................................... 32

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................... 32

4.1. Morfologi Permukaan ....................................................... 32

4.2. Serapan Lapisan Tipis Spirulina sp................................... 35

4.3. Preparasi Sampel untuk Pengukuran I-V ........................... 36

4.4. Efek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan ....... 36

BAB V PENUTUP ..................................................................... 40

5.1. Kesimpulan ...................................................................... 40

5.2. Saran ................................................................................ 40

DAFTAR PUSTAKA .................................................................. 41

LAMPIRAN - LAMPIRAN ......................................................... 43


commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Gambar tiga ikatan dasar semikonduktor................................. 4

Gambar 2.2. Bentuk Konstan-Energi permukaan untuk elektron di Si dan

GaAs...................................................................................... 7

Gambar 2.3. Faktor koreksi untuk pengukuran resistivitas menggunakan

metode four point probe .................................................... 8

Gambar 2.4. Set-up dasar untuk mengukur konsentrasi menggunakan

efek Hall ................................................................................. 10

Gambar 2.5. Struktur elektronik material semikonduktor organik ............... 11

Gambar 2.6. Struktur molekuler klorofil ..................................................... 12

Gambar 2.7. Spektrum absorbsi klorofil a dan b ......................................... 13

Gambar 2.8. Penetesan larutan di atas substrat ........................................... 15

Gambar 2.9. Percepatan pada spin coating ................................................. 15

Gambar 2.10. Perataan pada spin coating ..................................................... 15

Gambar 2.11. Pengeringan lapisan ............................................................... 16

Gambar 2.12. Skema komponen penyusun STM .......................................... 17

Gambar 3.1. Substrat Printed Circuit Board (PCB) dengan konfigurasi

jarak antar elektroda 0,25×103 m berbahan baku tembaga ... 20

Gambar 3.2. Pengukuran I-V terhadap perubahan medan magnet H ............ 21

Gambar 3.3. Alat Scanning Tunneling Microscopy (STM) ......................... 22

Gambar 3.4. Bagan prosedur penelitian ...................................................... 23

Gambar 3.5. Proses kromatografi larutan klorofil hasil ekstraksi ................ 25

Gambar 3.6. UV-Visible Spectrophotometer Perkin Elmer Lambda 25 ....... 26

Gambar 3.7. Spin Coater ............................................................................ 28

Gambar 3.8. Proses penumbuhan lapisan tipus dengan metode

spin coating ........................................................................... 29

Gambar 3.9. Set Alat Scanning Tunneling Microscopy (STM) ................... 30

Gambar 3.10. (a) Sumber magnet pemanen, (b) Set-Up pengukuran

pembangkitan muatan akibat pengaruh medan magnet luar H .. 31


commit to user

xiii

Gambar 4.1. Evolusi perubahan morfologi permukaan lapisan tipis

spirulina sp. hasil deposisi spin coating ................................ 33

Gambar 4.2. Modifikasi morfologi permukaan lapisan tipis spirulina sp.

hasil scan STM 350 nm × 350 nm untuk berbagai ragam

kecepatan .............................................................................. 34

Gambar 4.3. Kurva absorbansi lapisan tipis Spirulina sp. untuk dua

kecepatan putar berbeda yaitu = 3.000 rpm

dan = 4.500 rpm ................................................................ 35

Gambar 4.4. (a) Bentuk probe yang digunakan untuk pengukuran fenomena

transport dibawah pengaruh medan magnet lapisan tipis klorofil

spirulina sp. hasil deposisi spin coating; (b) perbandingan

dimensi probe dengan uang koin Rp. 500,- ........................... 36

Gambar 4.5. Hasil pengukuran medan magnet H sebagai fungsi jarak d ....... 37

Gambar 4.6. Kurva pembangkitan muatan akibat medan magnet H untuk

lapisan tipis klorofil spirulina sp. ketebalan d= 1.000 nm hasil

deposisi spin coating untuk (a) kecepatan putar = 3.000 rpm

(b) = 4.500 rpm ................................................................... 37

Gambar 4.7. Kurva hubungan arus I terhadap fungsi medan magnet H ......... 38


commit to user

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Deret Gambar Hasil Uji STM …………………. 43

Lampiran 2. Data Pengukuran I-V ………………………… 49

Lampiran 3. Data Hasil Uji Absorbansi Menggunakan

Spektrometer Uv-Vis …….………………… 60


commit to user 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Bahan organik semikonduktor saat ini menjadi perhatian para ilmuwan

mengingat luasnya aplikasi menjadi devais elektronika. Aplikasi bahan organik

semikonduktor menjadi devais sel surya organik dalam DSSC (Dye Sensitized

Solar Cell) merupakan awal bagi pemanfaatan yang lebih luas (Halme, 2002).

Aplikasi bahan semikonduktor organik lainnya yang sudah dipublikasikan adalah

foto detektor, dioda organik, dan transistor organik (Supriyanto dkk, 2008).

Dewasa ini bahan semikonduktor ini juga telah dimanfaatkan menjadi bahan dasar

Organic Light Emitting Diode atau OLED (Wohlgenannt et.al., 2005;

Niedermeier, 2009; Ping et.al.,2010).

Kata kunci bagi pemanfaatan tersebut di atas adalah fenomena transport

pembawa muatan. Hal ini juga terkait dengan proses pembangkitan pembawa

muatan, pengutuban pembawa muatan serta mekanisme mengalir pembawa

muatan. Berkenaan dengan kemampuan berpindah pembawa muatan atau yang

lebih dikenal dengan konduktivitas melalui mekanisme transport, pembawa

muatan bahan semikonduktor organik terdistribusi pada molekul elektroniknya.

Dalam struktur molekul elektronik ini, konduktivitas bisa dipengaruhi oleh

adanya doping dan jenis ion dalam molekul tersebut (Krieger, 1993). Keberadaan

doping maupun ragam jenis ion di dalam struktur molekul elektronik, akan

menyebabkan terjadinya pengutuban dua jenis pembawa muatan yang berbeda.

Demikian juga halnya terjadi pada larutan porphyrin, yaitu pembawa muatan yang

terlarut mengalami pengutuban pembawa muatan. Kasus pengutuban pada

porphyrin ini peka terhadap foton/cahaya (Wasielewski et.al., 1990) dan diyakini

bahwa mekanismenya melibatkan keberadaan jembatan molekul (Johnson et.al.,

1993). Pengaruh doping merupakan salah satu penyebab terjadinya fenomena

transport di atas. Tetapi masih ada pengaruh besaran fisis lain yang memerlukan

klarifikasi seperti pengaruh medan magnet.


commit to user 2


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Bahan organik semikonduktor saat ini menjadi perhatian para ilmuwan

mengingat luasnya aplikasi menjadi devais elektronika. Aplikasi bahan organik

semikonduktor menjadi devais sel surya organik dalam DSSC (Dye Sensitized

Solar Cell) merupakan awal bagi pemanfaatan yang lebih luas (Halme, 2002).

Aplikasi bahan semikonduktor organik lainnya yang sudah dipublikasikan adalah

foto detektor, dioda organik, dan transistor organik (Supriyanto dkk, 2008).

Dewasa ini bahan semikonduktor ini juga telah dimanfaatkan menjadi bahan dasar

Organic Light Emitting Diode atau OLED (Wohlgenannt et.al., 2005;

Niedermeier, 2009; Ping et.al.,2010).

Kata kunci bagi pemanfaatan tersebut di atas adalah fenomena transport

pembawa muatan. Hal ini juga terkait dengan proses pembangkitan pembawa

muatan, pengutuban pembawa muatan serta mekanisme mengalir pembawa

muatan. Berkenaan dengan kemampuan berpindah pembawa muatan atau yang

lebih dikenal dengan konduktivitas melalui mekanisme transport, pembawa

muatan bahan semikonduktor organik terdistribusi pada molekul elektroniknya.

Dalam struktur molekul elektronik ini, konduktivitas bisa dipengaruhi oleh

adanya doping dan jenis ion dalam molekul tersebut (Krieger, 1993). Keberadaan

doping maupun ragam jenis ion di dalam struktur molekul elektronik, akan

menyebabkan terjadinya pengutuban dua jenis pembawa muatan yang berbeda.

Demikian juga halnya terjadi pada larutan porphyrin, yaitu pembawa muatan yang

terlarut mengalami pengutuban pembawa muatan. Kasus pengutuban pada

porphyrin ini peka terhadap foton/cahaya (Wasielewski et.al., 1990) dan diyakini

bahwa mekanismenya melibatkan keberadaan jembatan molekul (Johnson et.al.,

1993). Pengaruh doping merupakan salah satu penyebab terjadinya fenomena

transport di atas. Tetapi masih ada pengaruh besaran fisis lain yang memerlukan

klarifikasi seperti pengaruh medan magnet.


commit to user

2

Pada penelitian ini, dilakukan untuk dikaji fenomena transport dibawah

pengaruh medan magnet. Bahan semikonduktor organik yang diinvestigasi adalah

lapisan tipis dye spirulina sp. (porphyrin alam) hasil deposisi spin coating dengan

modifikasi ketebalan lapisan melalui variasi jumlah lapisan dan kecepatan putar.

Keberhasilan kajian ini akan menjadi langkah lanjut penelitian keberadaan jenis

pembawa muatan yang sudah berperan penting dalam berbagai aplikasi teknologi

pada bahan semikonduktor konvensional.

1.2. Batasan Masalah

Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Pembuatan lapisan tipis klorofil spirulina sp. dilakukan dengan

menggunakan metode spin coating.

2. Pengukuran pembangkitan pembawa muatan dilakukan di suhu ruang

dibawah medan magnet dari sumber magnet permanen.

1.3. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan, maka dapat

dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut :

1. Akan difabrikasi lapisan tipis dye klorofil spirulina sp. hasil kromatografi

diatas substrat Printed Circuit Board (PCB) hasil modifikasi metode four

point probe.

2. Akan dikaji morfologi lapisan tipis klorofil spirulina sp. dengan parameter

penumbuhannya.

3. Akan diinvestigasi pembangkitan muatan lapisan tipis klorofil spirulina

sp. di atas substrat Printed Circuit Board (PCB) hasil modifikasi metode

four point probe.


commit to user

3

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

1. Fabrikasi lapisan tipis spirulina sp. diatas substrat PCB (Printed Circuit

Board) dengan spin coating.

2. Mengamati dan menentukan morfologi permukaan lapisan tipis klorofil

spirulina sp. terkait dengan parameter penumbuhannya menggunakan

Scanning Tunneling Microscopy (STM).

3. Dapat mengamati pengaruh medan magnet luar terhadap pembangkitan

pembawa muatan lapisan tipis klorofil spirulina sp. di atas substrat PCB

hasil modifikasi four point probe dengan menggunakan metode spin

coating.

1.5. Manfaat Penelitian

Penelitian ini merupakan pendahuluan guna mempelajari efek pembangkitan

muatan pada bahan semikonduktor organik dan membuka langkah lebih lanjut

untuk menentukan jenis muatan pembawa pada lapisan tipis klorofil spirulina sp.


commit to user

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Semikonduktor

2.1.1. Konsentrasi Pembawa Muatan

Salah satu sifat paling penting dari semikonduktor ialah dapat dibuat dengan

cara didoping dengan konsentrasi pengotor yang berbeda dan tipe yang berbeda

pula untuk memvariasi resistivitasnya. Ketika pengotor tersebut terionisasi dan

pembawa muatannya habis, pengotor tersebut meninggalkan sejumlah rapat

muatan yang kemudian menghasilkan sebuah medan listrik dan potensial barier

didalam semikonduktor itu. Sifat tersebut tidak ada pada jenis logam maupun

isolator.

Gambar 2.1. menunjukkan tiga representasi ikatan dasar dari

semikonduktor. Gambar 2.1.a. menunjukkan silikon intrinsik, yang sangat murni

dan kandungan sejumlah kecil pengotor diabaikan. Setiap atom silikon saling

berbagi empat elektron valensi dengan empat atom tetangga, membentuk empat

ikatan kovalen. Gambar 2.1.b. menunjukkan silikon tipe-n, dimana atom fosfor

disubstitusi dengan lima elektron valensi menggantikan atom silikon, dan elektron

yang bermuatan negatif disumbangkan ke kisi di pita konduksi. Atom fosfor

disebut donor. Gambar 2.1.c. menunjukkan bahwa ketika atom boron dengan tiga

elektron valensi untuk pengganti atom silikon, hole bermuatan positif dibuat

dalam pita valensi, dan tambahan elektron akan diterima untuk membentuk empat

ikatan kovalen sekitar boron. Ini adalah tipe-p, dan boron sebagai akseptor.

Gambar 2.1. Gambar tiga ikatan dasar semikonduktor, (a) Intrinsik Si tanpa pengotor (b) Si tipe-n dengan donor (phosphorus) (c) Si tipe-p dengan akseptor

(boron) (Sze and Kwok, 2007).


commit to user

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Semikonduktor

2.1.1. Konsentrasi Pembawa Muatan

Salah satu sifat paling penting dari semikonduktor ialah dapat dibuat dengan

cara didoping dengan konsentrasi pengotor yang berbeda dan tipe yang berbeda

pula untuk memvariasi resistivitasnya. Ketika pengotor tersebut terionisasi dan

pembawa muatannya habis, pengotor tersebut meninggalkan sejumlah rapat

muatan yang kemudian menghasilkan sebuah medan listrik dan potensial barier

didalam semikonduktor itu. Sifat tersebut tidak ada pada jenis logam maupun

isolator.

Gambar 2.1. menunjukkan tiga representasi ikatan dasar dari

semikonduktor. Gambar 2.1.a. menunjukkan silikon intrinsik, yang sangat murni

dan kandungan sejumlah kecil pengotor diabaikan. Setiap atom silikon saling

berbagi empat elektron valensi dengan empat atom tetangga, membentuk empat

ikatan kovalen. Gambar 2.1.b. menunjukkan silikon tipe-n, dimana atom fosfor

disubstitusi dengan lima elektron valensi menggantikan atom silikon, dan elektron

yang bermuatan negatif disumbangkan ke kisi di pita konduksi. Atom fosfor

disebut donor. Gambar 2.1.c. menunjukkan bahwa ketika atom boron dengan tiga

elektron valensi untuk pengganti atom silikon, hole bermuatan positif dibuat

dalam pita valensi, dan tambahan elektron akan diterima untuk membentuk empat

ikatan kovalen sekitar boron. Ini adalah tipe-p, dan boron sebagai akseptor.

Gambar 2.1. Gambar tiga ikatan dasar semikonduktor, (a) Intrinsik Si tanpa pengotor (b) Si tipe-n dengan donor (phosphorus) (c) Si tipe-p dengan akseptor

(boron) (Sze and Kwok, 2007).


commit to user

5

2.1.2 Donor and Akseptor

Ketika semikonduktor didoping dengan pengotor (donor dan akseptor),

tingkat energi pengotor biasanya berada dalam energi gap. Sebuah pengotor donor

menjadi netral jika diisi elektron, dan menjadi positif jika kosong (tidak diisi

elektron). Sebaliknya, tingkat sebuah akseptor akan netral jika kosong, dan

menjadi negatif jika diisi elektron. Tingkat energi ini penting didalam menghitung

fraksi dopant yang terionisasi atau elektrik aktif.

Untuk menentukan besarnya energi ionisasi pengotor, digunakan

perhitungan sederhana berdasarkan model atom hidrogen, pada atom hidrogen

besarnya energi ionisasi dalam kondisi vakum ialah:

= = 13,6 (2.1)

Ionisasi energy dari donor (Ec-Ev) di kisi dapat diperoleh dengan mengganti m0

dengan konduktifitas efektif massa elektron

= 3 ∗ + ∗ + ∗ (2.2)

Dan mengganti εo dengan permitivitas dari semikonduktor εs dalam persamaan 2.1

− = (2.3)

2.1.3. Fenomena Transport Pembawa Muatan

2.1.3.1 Drift dan mobilitas

Pada kondisi medan listrik yang kecil, kecepatan drift sebanding dengan

kuat medan listrik E dan sebanding pula dengan konstanta proporsionalitas yang

didefinisikan sebagai mobilitas μ dalam cm2/V.s

= (2.4)


commit to user

6

Untuk semikonduktor nonpolar, seperti Ge dan Si, kehadiran fonon akustik

dan pengotor terionisasi menghasilkan hamburan pembawa muatan yang secara

signifikan mempengaruhi mobilitasnya. Dari interaksi mobilitas dengan fonon

akustik μl diberikan persamaan:

= √ ℏ∗ ( ) /

∝ ∗ /(2.5)

di mana C, adalah konstanta elastis rerata longitudinal dari semikonduktor, Eds

ialah perpindahan pita tepi per pelebaran unit kisi, dan ∗ konduktivitas massa

efektif. Dari persamaan 2.5 mobilitas menurun dengan suhu dan dengan massa

efektif.

Mobilitas dari pengotor terionisasi digambarkan dengan persamaan:

= √ ∗ / 1 + / ∝ /∗ / (2.6)

dimana NI ialah densitas dari pengotor terionisasi, mobilitas diharapkan dapat

menurun dengan massa efektif dan meningkat dengan suhu karena pembawa

muatan dengan kecepatan termal yang tinggi kurang dibelokkan oleh hamburan

Coulomb. Memperhatikan bahwa ketergantungan umum dari dua peristiwa

hamburan tersebut bergantung pada massa efektif tetapi berlawanan

ketergantungan dengan suhu. Mobilitas gabungan, yang meliputi dua mekanisme

di atas, diberikan oleh aturan Matthiessen:

= + (2.7)

Selain mekanisme hamburan yang dibahas di atas, ada mekanisme lain yang

juga mempengaruhi mobilitas yang sebenarnya. Misalnya, (1) hamburan

intravalley dimana elektron tersebar dalam sebuah ellipsoid energi (gambar 2.2)

dan hanya panjang-panjang gelombang fonon (fonon akustik) yang terlibat, dan

(2) hamburan intervalley dimana elektron tersebar dari sekitar minimum satu ke

minimum lain dan keterlibatan sebuah fonon energik. Untuk polar semikonduktor

seperti GaAs, kutub-optik-hamburan fonon meningkat signifikan.


commit to user

7

Gambar 2.2 Bentuk konstan-energi permukaan untuk elektron di Si dan GaAs. Untuk Si ada enam ellipsoids sepanjang sumbu(100) dengan pusat-pusat dari

ellipsoids terletak di sekitar tiga perempat jarak dari zona Brillouin pusat. UntukGaAs konstan-energi permukaan bola di pusat zona (Sze and Kwok, 2007).

Secara kualitatif, karena mobilitas dikendalikan oleh hamburan, ia juga bisa

tergantung dari rerata waktu bebas τm atau rerata panjang gelombang bebas

oleh persamaan:

= ∗ = √ ∗ (2.8)

Bentuk terakhir menggunakan hubungan:

= (2.9)

Dengan kecepatan termal diberikan oleh:

= ∗ (2.10)

Untuk mekanisme hamburan ganda, waktu luang efektif rata-rata berasal

dari individu rerata waktu bebas dari peristiwa hamburan:

= + + ⋯ (2.11)

2.1.3.2. Resistivitas dan Efek Hall

Untuk semikonduktor dengan pembawa muatan elektron dan hole, besarnya

current drift dibawah pengaruh medan diberikan oleh persamaan:

= + = (2.12)

Dengan σ adalah konduktansi


commit to user

8

= + = (2.13)

Dan ρ adalah resistivitas, jika n>> p maka disebut semikonduktor tipe n,

= (2.14)

Dan = (2.15)

Metode yang paling umum untuk mengukur resistivitas ialah metode empat

titik (four point probe), dimana arus kecil yang konstan dilewatkan melewati dua

elektroda luar, dan voltasenya diukur dari dua elektroda dalam. Untuk lapisan

tipis dengan ketebalan W, yang jauh lebih kecil dari pada dan (gambar 2.3),

besarnya resistansi diperoleh dari:

= . Ω/cm (2.16)

dimana CF adalah faktor koreksi seperti ditunjukkan gambar 2.3, besarnya

resistivitsnya menjadi

= Ω-cm (2.17)

Dalam limit d>>S, dimana S ialah jarak probenya, faktor koreksinya menjadi π/ln

2 (=4.54),

Gambar 2.3. Faktor koreksi untuk pengukuran resistivitas menggunakan metode four point probe (Sze and Kwok, 2007).

Pengukuran resistivitas hanya bisa memperoleh hasil dari besarnya

mobilitas dan konsentrasi pembawa muatannya. Untuk mengukur tiap parameter


commit to user

9

secara langsung, metode paling umum yang digunakan ialah efek Hall. Efek Hall

ini dinamai dengan ilmuan yang menemukannya tahun1879. Bahkan saat ini tetap

menjadi salah satu fenomena yang paling menarik, baik secara ketertarikan

fundamentalnya maupun metodenya yang praktis. Contohnya termasuk penelitian

terbaru tentang efek kuantum Hall fraksional dan aplikasi sebagai sensor medan

magnet. Efek Hall digunakan dalam praktek umum untuk mengukur sifat tertentu

dari semikonduktor: yaitu, konsentrasi pembawa muatan (bahkan hingga ke

tingkat rendah 1012/cm-3), mobilitas, dan tipe semikonduktor (n atau p). Ini adalah

alat analisis yang penting karena pengukuran konduktansi sederhana hanya dapat

memberikan produk konsentrasi dan mobilitas, sedangkan tipenya masih belum

diketahui.

Gambar 2.4 menunjukkan konfigurasi dasar dimana medan listrik

diposisikan sepanjang sumbu-x dan medan magnet diterapkan sepanjang sumbu-z.

meninjau contoh semikonduktor tipe-p. Gaya Lorentz diberikan dari sebuah gaya

kebawah rata-rata pada lubang

= ⃗ = ⃗ ⃗ (2.18)

Pembawa muatan yang dibelokkan kebawah menyebabkan menumpuknya

pembawa muatan berupa hole pada bagian bawah sampel, penumpukan pembawa

muatan tersebut membangkitkan sebuah medan listrik Ey sepanjang sumbu-y

(Medan Hall) yang akan menyeimbangkan gaya Lorentz yang pembawa

muatannya bergerak sejajar dengan bidang terapan Ex. (Untuk material tipe-n,

elektron juga menumpuk pada permukaan bawah, yaitu dengan pengaturan

polaritas tegangan yang berlawanan.

Pembawa muatan berkecepatan berhubungan dengan rapat arus dengan

= (2.19)

Karena bagi operator masing-masing gaya Lorentz harus sama dengan gaya yang

diberikan oleh bidang Hall, maka,

qEy= qvxBz. (2.20)


commit to user

10

Gambar 2.4 Set-up Dasar untuk mengukur konsentrasi menggunakan efek Hall(Sze and Kwok, 2007)

Tegangan Hall ini dapat diukur secara eksternal, dan diberikan oleh persamaan

= = (2.21)

Ketika hamburan diperhitungkan maka tegangan Hall menjadi

VH = RHJxBzW (2.22)

Dimana RH merupakan koefisien Hall

= ≫ (2.23a)

= − ≫ (2.23b)

2.2. Material Semikonduktor Organik

Hal yang menjadi perbedaan mendasar antara semikonduktor organik dan

semikonduktor anorganik adalah molekul - molekul padatan organik terikat oleh

ikatan Van der Waals, sedangkan kristal anorganik terikat oleh ikatan kovalen.

Hal ini menyebabkan bahan delokalisasi elektronik. Eksiton adalah pembawa

muatan terlokalisasi pada molekul organik memiliki struktur yang fleksibel atau

lentur. Tetapi kerugian semikonduktor organik adalah kecilnya delokalisasi

elektronis antar molekul organik yang mempengaruhi sifat - sifat penting seperti


commit to user

11

transfer dan mobilitas muatannya. Perbedaan penting lainnya yaitu terdapat

eksiton pada molekul organik sebagai akibat lemahnya - molekul yang tereksitasi.

Pengertian lain dari eksiton adalah pasangan pembawa muatan elektron-hole yang

tidak sepenuhnya terpisah sebagaimana pada semikonduktor anorganik.

Material semikonduktor organik juga mempunyai pita valensi dan pita

konduksi. Interaksi molekul pada material organik lemah, sehingga tingkat energi

terendah dan tingkat energi teratas biasanya dilokalisasi pada tiap molekulnya.

Tingkat energi teratas dan tingkat energi terbawah disebut HOMO (Highest

Occupied Molecular Orbital) dan LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital)

dengan lebar celah energi merupakan selisih energi antara kedua tingkat tersebut

(Triyana dkk, 2004).

Struktur elektronik bahan yang digunakan pada piranti fotovoltaik organik

dapat digambarkan pada Gambar 2.5. Level vakum (Vacuum Level) selanjutnya

ditulis VL, yaitu suatu level energi sedemikian rupa sehingga tidak ada muatan

bebas pada level itu. Energi ionisasi (I) merupakan celah energi yang memisahkan

HOMO dengan VL. Afinitas elektron (A) merupakan energi yang memisahkan

LUMO dengan VL. Fungsi kerja (Φ) merupakan energi yang memisahkan antara

VL dengan level fermi. Celah energi (Eg) merupakan lebar celah energi antara

HOMO (pita valensi) dan LUMO (pita konduksi).

Gambar 2.5. Struktur elektronik material semikonduktor organik (Ishii et.al,

1999).


commit to user

12

2.3. Klorofil

Klorofil adalah kelompok pigmen fotosintesis yang terdapat pada tumbuhan,

menyerap cahaya merah, biru dan ungu, serta merefleksikan cahaya hijau yang

menyebabkan tumbuhan memperoleh ciri warnanya. Terdapat dalam kloroplas

dan memanfaatkan cahaya yang diserap sebagai energi untuk reaksi-reaksi cahaya

dalam proses fotosintesis.

Krolofil memiliki struktur molekuler seperti yang ditunjukkan pada Gambar

2.6. Klorofil mengandung satu inti Phorphyrin dengan satu atom Mg yang terikat

kuat ditengah, dan satu rantai dihidrokarbon panjang tergabung melalui gugus

asam karboksilat.

Gambar 2.6. Struktur molekuler klorofil (Shakhashiri, 2010)

Klorofil dibedakan menjadi 2 yaitu klorofil a dan klorofil b. Dimana klorofil

a berperan secara langsung dalam reaksi terang fotosintesis yang mengubah

cahaya matahari menjadi energi kimia. Klorofil a banyak menyerap cahaya biru –

violet dan merah. Klorofil b banyak menyerap cahaya biru dan orange dan

memantulkan cahaya kuning – hijau (Champhell dkk, 1999). Grafik absorbansi

klorofil a dan b ditunjukkan pada Gambar 2.7.


commit to user

13

Gambar 2.7. Spektrum absorbsi klorofil a dan b (Solomon dan Vilie, 1993).

Kurva terputus-putus dan solid berwarna putih menggambarkan spektrum

absorpsi klorofil a dan b. Kurva hitam menggambarkan efektivitas pelbagai

panjang gelombang cahaya dalam menguatkan fotosintesis. Angka-angka

menunjukkan miripnya spektrum absorpsi kombinasi klorofil a dan b dengan

spektrum kerja fotosintesis.

Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna biru

(400-450 nm) dan merah (650-700 nm) dibandingkan pada warna hijau (500-600

nm) tumbuhan dapat memperoleh seluruh kebutuhan energi mereka dari spektrum

merah dan biru didalam wilayah cahaya tampak, warna hijau pada daun

disebabkan karena klorofil menyerap cahaya merah dan biru serta meneruskan

dan mementulkan cahaya hijau.

2.4. Spirulina sp.

Spirulina sp. adalah sejenis tumbuhan air yang hanya memiliki satu sel dan

tumbuh di dalam air yang ber-alkali. Air yang beralkali memiliki pH lebih dari 8.

Spirulina sp. mengandung beberapa pigmen fotosintesis, yaitu klorofil a dan b,

xantofil, beta karoten, echinenone, mixoksantofil, zeaxanthin, canthaxanthin,

diatoxantin, trihidroksi echinenone, beta-cryptoxantin, oscillaxanthin,

diatoxanthin, phycobiliprotein, c-phycocyanin, dan allophycocyanin. Spirulina sp

merupakan salah satu tumbuhan air yang memiliki kadar klorofil tinggi.


commit to user

14

Pigmen fotosintesis yang mendominasi Spirulina sp. adalah klorofil a,

klorofil b, dan beta karoten. Spirulina sp. memiliki kandungan klorofil lebih tinggi

dibandingkan alfalfa yaitu sejenis legume yang paling kaya dengan klorofil,

sekurang-kurangnya 4 kali lebih tinggi daripada sayur-sayuran biasa (Toriq,

2011).

2.5. Metode Chemical Solution Deposition (CSD)

Chemical Solution Deposition (CSD) untuk pembuatan lapisan tipis sudah

dimulai sejak pertengahan1980-an (Schwartz, 1997). Metode CSD merupakan

metode pembuatan lapisan tipis dengan cara pendeposisian larutan kimia di atas

substrat, kemudian dipreparasi dengan menggunakan spin coating pada kecepatan

putaran tertentu (Setiawan, 2008).

Spin coating adalah suatu metode untuk mendeposisikan lapisan tipis

dengan cara menyebarkan larutan ke atas substrat terlebih dahulu kemudian

substrat diputar dengan kecepatan konstan tertentu agar dapat diperoleh endapan

lapisan tipis di atas substrat atau metode percepatan larutan pada substrat yang

diputar. Spin coating pelapisan bahan dengan cara menyebarkan larutan keatas

substrat kemudian diputar dengan kecepatan konstan untuk memperoleh lapisan

baru yang homogen melibatkan akselerasi dari genangan cairan diatas substrat

yang berputar. Material pelapis dideposisi di tengah substrat. Beberapa parameter

yang terlibat dalam coating yaitu: viskositas larutan, kandungan padatan,

kecepatan angular dan waktu putar (Hertanto, 2008). Proses spin coating meliputi

penetesan lapisan diatas substrat, percepatan spin coating dengan kecepatan putar

(spin on), perataan (spin off) dan proses pengeringan (penguapan). Proses spin

coating memuat tahapan seperti dibawah ini :

a. Penetesan larutan diatas substrat

Pada bagian ini larutan dideposisikan di atas substrat, kemudian diputar

dengan kecepatan tinggi. Lapisan yang telah dibuat akan dikeringkan sampai

pelarut pada lapisan tersebut benar-benar sudah menguap.


commit to user

15

Gambar 2.8. Penetesan larutan diatas substrat(Luurtsema, 1997)

b. Percepatan spin coating

Pada tahapan ini, setelah penetesan larutan dilakukan percepatan larutan

dengan kecepatan yang relatif tinggi. Kecepatan yang digunakan mengakibatkan

adanya gaya sentrifugal dan turbulensi cairan. Kecepatan yang digunakan

bergantung pada sifat larutan. Waktu yang digunakan pada percepatan ini

biasanya membutuhkan waktu kira-kira 10 menit.

Gambar 2.9. Percepatan pada spin coating(Luurtsema, 1997)

c. Proses perataan (spin off)

Setelah melalui proses percepatan maka akan terjadi perataan larutan diatas

substrat. Perataan ini agar lapisan tipis tidak terjadi ketebalan pada salah satu

bagiannya.

Gambar 2.10. Perataan pada spin coating(Luurtsema, 1997)


commit to user

16

d. Proses pengeringan

Pada tahapan ini pelarut diserap ke atmosfer dan sudah terbentuk lapisan

tipis dengan ketebalan tertentu. Ketebalan pada lapisan ini bergantung pada

kelembaban pada substrat.

Gambar 2.11. Pengeringan Lapisan(Luurtsema, 1997)

2.6. Scanning Tunneling Microscopy (STM)

Proses Scanning Tunneling Microscopy (STM) dikembangkan oleh Gerd

Binnig dan Heinrich Rohrer di IBM Zurich laboratorium pada tahun 1981, dan

hasil pengembangannya memperoleh Penghargaan Nobel Fisika pada tahun 1986.

Proses ini memiliki kemampuan penggambaran atom tunggal pada kondisi tidak

vakum yaitu pada suhu ruangan.

Sebuah STM menggunakan sebuah plat atom tajam berupa platinum atau

iridium dengan ujung plat tersebut berhubungan dengan sumbu X piezoelektrik,

scanner Y, dan elektronik kontrol umpan balik. Selain komponen ini sebuah

redaman getaran sistem sangat diperlukan, seperti komputer dengan perangkat

lunak yang kompatibel untuk mengelola semua komponen yang membentuk

STM. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.12


commit to user

17

Gambar 2.12. skema komponen penyusun STM

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/f/f9/ScanningTunnelingMicroscope_scem

atic.png )

STM adalah mikroskop non-optik yang membaca probe listrik pada

permukaan yang kemudian dicitrakan dengan cara mendeteksi arus listrik yang

timbul antara sensor kawat platina dengan permukaan atom yang dipelajari. STM

memungkinkan para ilmuwan untuk memvisualisasikan densitas elektron dan

mengetahui posisi masing-masing atom dan jari-jari permukaan kisi. STM

menghasikan bentuk tiga dimensi dari permukaan yang berguna untuk

mengkarakterisasi kekasaran permukaan dan mengetahui ukuran dan komposisi

molekul yang menyusun permukaan atom.

Prinsip kerja STM menggunakan prinsip kuantum mekanik dimana elektron

pada permukaan material dan elektron pada tip menyebabkan terjadinya arus

tunneling. Sebuah probe penghubung dengan tip (ujung scan) yang sangat runcing

digerakkan diatas permukaan suatu material yang konduktif. Interaksi antara tip

dan permukaan menyebabkan elektron dipermukaan akan ditarik sehingga

menyebabkan elektron di permukaan menjadi energi total terendah dibandingkan

elektron di tip. Berdasarkan mekanika kuantum, elektron akan dapat bergerak

melewati penghalang dari permukaan ke tip karena adanya proses tunneling.


commit to user

18

Elektron yang terkumpul pada atom logam pada permukaan memberikan jarak

yang sangat kecil dibawah permukaan. Ketika tip yang sangat tajam diletakkan

cukup dekat dengan permukaan, ada interaksi yang kuat antara elektron pada

permukaan dan tip, dan arus tunneling mengalir ketika tegangan yang kecil

dikenakan. Pada daerah dengan diameter atom kecil, arus tunneling meningkat

perlahan dengan penurunan jarak antara tip dan permukaan. Perubahan arus

dengan jarak menghasilkan resolusi jika tip membaca seluruh permukaan untuk

menghasilkan citra.


commit to user 19

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Material Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret

Surakarta (FMIPA UNS) dan Laboratorium Pusat MIPA Sub. Lab. Fisika.

Penelitian dimulai pada bulan September 2011 sampai dengan bulan Mei 2012.

3.2. Alat dan Bahan

3.2.1. Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Isolasi dye klorofil Spirulina sp

a. Ekstraksi

- Tabung erlenmeyer 250 ml 1 buah.

- Neraca digital, digunakan untuk menimbang

bahan-bahan yang akan diekstrak 1 buah.

- Vortex stirrer, digunakan 1 buah.

untuk mengaduk larutan dalam gelas bekker

- Gelas ukur 50 ml 1 buah.

- Corong untuk mempermudah menuangkan 1 buah

larutan pada wadah

- Pipet tetes plastik untuk mengambil larutan 3 buah.

b. Kromatografi

- Set kolom kromatografi, digunakan untuk

memisahkan klorofil Spirulina sp dari pigmen

fotosintesis yang ikut larut pada proses ekstraksi 1 set.

- Botol kaca 2 ml, digunakan untuk menampung larutan

hasil kromatografi pemisahan fraksi 12

buah.


commit to user

19

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1.Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Material Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret

Surakarta (FMIPA UNS) dan Laboratorium Pusat MIPA Sub. Lab. Fisika.

Penelitian dimulai pada bulan September 2011 sampai dengan bulan Mei 2012.

3.2.Alat dan Bahan

3.2.1. Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Isolasi dye klorofil Spirulina sp

a. Ekstraksi

- Tabung erlenmeyer 250 ml 1 buah.

- Neraca digital, digunakan untuk menimbang

bahan-bahan yang akan diekstrak 1 buah.

- Vortex stirrer, digunakan 1 buah.

untuk mengaduk larutan dalam gelas bekker

- Gelas ukur 50 ml 1 buah.

- Corong untuk mempermudah menuangkan 1 buah

larutan pada wadah

- Pipet tetes plastik untuk mengambil larutan 3 buah.

b. Kromatografi

- Set kolom kromatografi, digunakan untuk

memisahkan klorofil Spirulina sp dari pigmen

fotosintesis yang ikut larut pada proses ekstraksi 1 set.

- Botol kaca 2 ml, digunakan untuk menampung larutan

hasil kromatografi pemisahan fraksi 12

buah.


commit to user

20

- Gelas Beker untuk menampung sisa larutan 1 buah

2. Alat Pembuatan Lapisan Tipis Klorofil

a. Spin coater merk CHEMAT TECHNOLOGY

Spin Coater KW-4A, sebagai alat penumbuhan lapisan tipis 1 buah.

b. Kaca preparat, sebagai substrat 1 buah.

c. Pipet tetes plastik untuk meneteskan larutan diatas substrat 3 buah.

d. Hot Plate, sebagai alat untuk melakukan hidrolisis 1 buah.

3. Fenomena current drift

a. Set alat ELKAHFI I-V meter, berfungsi untuk mengukur arus yang

melalui lapisan tipis klorofil pada saat pengukuran konduktivitas.

b. Printed Circuit Board (PCB) sebagai substrat ber-elektroda Cu tempat

menumbuhkan lapisan tipis klorofil. Dimensi panjang dan lebar satu

sampel keseluruhan adalah 15×103 m dan 10×103 m, Jarak antar

celahnya 0,25×103 m dengan tebal PCB 0,08×103 m dan tebal

elektrodanya 35 m.

c. Proton Board, digunakan sebagai piranti wadah sampel uji pengaruh

medan magnet H

d. Magnet, sebagai sumber medan magnet

e. Kabel penghubung secukupnya

Gambar 3.1. Substrat PCB (Printed Circuit Board ) dengan konfigurasi jarak antar elektroda 0,25×103 m berbahan baku tembaga.


commit to user

21

Gambar 3.2. Set Pengukuran I-V terhadap perubahan medan magnet H (a) bentuk probe tempat sampel yang akan diuji karakterisasi I-V nya (b) set-up rangkaian

3.2.2. Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

a. Isolasi Dye Klorofil Spirulina sp

- Bubuk Spirulina sp, sebagai bahan ekstrak 100 gr.

- Aseton, sebagai pelarut pigmen klorofil 1 liter.

- Kertas saring Whatman no.42

(ukuran pori 450 nm),

untuk menyaring larutan ekstrak secukupnya.

- Alumunium foil, untuk melindungi larutan

dan lapisan tipis agar tidak terjadi kontak

langsung dengan cahaya matahari secukupnya.

- Tissue, sebagai bahan pembersih secukupnya.

- N-Heksan,

sebagai pelarut pada proses kromatografi Secukupnya.

- Silica gel 30 gr.

b. Penumbuhan Lapisan Tipis

- Larutan terbaik hasil kromatografi, sebagai bahan yang akan

diteteskan di atas substrat.

(a) (b)


commit to user

22

- Kaca preparat dan PCB, sebagai substrat dalam pembuatan lapisan

tipis.

c. Morfologi Lapisan Tipis

- Seperangkat alat STM easy Scan Nano Surf 1 set

- Sampel hasil deposisi

Gambar 3.3. Seperangkat Alat Scanning Tunneling Microscopy (STM)


commit to user

23

3.3.Tahapan Prosedur Penelitian

Secara umum bagan prosedur penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.4. Bagan prosedur penelitian

3.3.1. Persiapan

Tahap persiapan secara umum meliputi persiapan dan pembersihan semua

alat dan bahan yang nantinya akan digunakan untuk melakukan ekstraksi klorofil,

kromatografi, uji absorbansi, deposisi lapisan tipis dan kajian fenomena current

drift. Alat dan bahan tersebut dibersihkan dengan menggunakan aseton dan

ultrasonic cleaner.

Ekstraksi larutan klorofil

Uji karakteristik dasar optik larutan klorofil dan lapisan klorofil

Kromatografi

Pembuatan lapisan tipis klorofil dengan metode spin coating

Persiapan

Analisa dan kesimpulan

Karakterisasi struktur morfologi

Fenomena efek pembangkitan muatan


commit to user

24

Proses persiapan selanjutnya meliput kegiatan pengadaan alat dan bahan

yang dibutuhkan. Bubuk Spirulina sp dipesan dari BBPBAP Jepara. Pengadaan

PCB dilakukan dengan memesan ke Spectra Bandung, sedangkan pembuatan

desain PCB dengan cara mendesain skema elektroda menggunakan software

Corel Draw X3 Portable. Peralatan lain yang tidak disebutkan sudah tersedia di

Lab. Material Jurusan Fisika FMIPA UNS, Lab. Pusat MIPA Sub. Lab. Fisika dan

Lab Kimia jurusan Kimia FMIPA UNS.

3.3.2. Isolasi Dye Klorofil

3.3.2.1. Ekstrakasi spirulina

Tahap awal penelitian yang dilakukan yaitu proses ekstrasi bubuk

sprirulina. Bubuk spirulina terlebih dahulu ditimbang sampai 50 gr, kemudian

melarutkan bubuk spirulina sp yang sudah ditimbang dengan aseton ke dalam

tabung erlenmeyer dengan perbandingan 5 ml aseton : 1 gr bubuk spirulina sp.

Setelah dicampur, larutan ekstrak diaduk dengan menggunakan vortex stirrer

pada kecepatan 200 rpm selama 60 menit hingga semua bubuk spirulina sp

larut. Larutan ekstrak yang sudah terlarut siap disaring dengan kertas saring

whatman agar sisa bubuk spirulina sp tertinggal. Menyimpan hasil ekstraksi

klorofil spirulina sp dalam botol yang tertutup rapat dan dilapisi aluminium

foil agar tidak terjadi kontak dengan cahaya matahari dan disimpan ditempat

yang tertutup.

3.3.2.2. Kromatografi

Setelah melakukan ekstrasi bubuk spirulina sp tahap selanjutnya yaitu

kromatografi, sebelum dikromatografi larutan klorofil dievaporasi yang

bertujuan untuk menguapkan larutan aseton dari campuran larutan klorofil.

Kemudian menyiapkan kolom kromotografi, pastikan kolom dalam keadaan

bersih dan posisi kran dalam keadaan off jadi tidak bocor saat diisi cairan.

Memasang kolom kromotografi dengan statif dan pastikan keadaan kolom


commit to user

tegak lurus agar larutan mengalir dengan lancar. Setelah semua sudah

terpasang dengan benar, silica gel dituangkan ke dalam kolom kromatografi,

kemudian diikuti dengan memasukan N

ada gelembung dalam campuran silica gel dan N

kemudian dituangkan ke dalam kolom kromatogra

perempat tinggi kolom, Larutan N

kromotografi sedikit demi sedikit sampai klorofil turun. Kemudian menutup

kolom dan menyambungkan tutup kolom dengan selang pompa udara, keran

kolom kromatografi pada

menetes, Klorofil yang terpisah

dalam wadah yang berbeda, masing

kode-kode yang berbeda untuk mengetahui perbedaan hasil isolasi dye kl

spirullina.

Gambar 3.5. Proses kromatografi larutan klorofil hasil ekstraksi


ang dengan benar, silica gel dituangkan ke dalam kolom kromatografi,

kemudian diikuti dengan memasukan N-Heksan berulang-ulang hingga tidak

ada gelembung dalam campuran silica gel dan N-Heksan. Larutan klorofil

kemudian dituangkan ke dalam kolom kromatografi hingga setinggi tiga

perempat tinggi kolom, Larutan N-Heksan dituangkan kedalam kolom



kolom kromatografi pada posisi terbuka.menyalakan pompa udara hingga

menetes, Klorofil yang terpisah-pisah menjadi beberapa sampel ditampung

dalam wadah yang berbeda, masing-masing sampel warna ditandai dengan

kode yang berbeda untuk mengetahui perbedaan hasil isolasi dye kl

Proses kromatografi larutan klorofil hasil ekstraksi

25


ang dengan benar, silica gel dituangkan ke dalam kolom kromatografi,

ulang hingga tidak

Heksan. Larutan klorofil

fi hingga setinggi tiga

Heksan dituangkan kedalam kolom



posisi terbuka.menyalakan pompa udara hingga

pisah menjadi beberapa sampel ditampung

masing sampel warna ditandai dengan

kode yang berbeda untuk mengetahui perbedaan hasil isolasi dye klorofil

Proses kromatografi larutan klorofil hasil ekstraksi


commit to user

26

3.3.3. Karakteristik absorbansi klorofil larutan Spirulina sp.

Klorofil hasil kromatografi dalam bentuk larutan diuji absorbansinya

terlebih dahulu menggunakan UV-Visible Spectrophotometer Perkin Elmer

Lambda 25 dengan variasi masing – masing fraksi klorofil hasil kromatografi.

Hasil uji absorbansi larutan akan digunakan untuk uji karakteristik dasar optik

lapisan tipis klorofil dan diperoleh dengan cara menguji nilai absorbansi lapisan

tipis. Lapisan tipis hasil dari optimalisasi metode penumbuhan spin coating diuji

absorbansinya. Dari uji absorbansi larutan klorofil dan lapisan tipis klorofil

nantinya akan diperoleh data berupa grafik hubungan antara absorbansi dengan

panjang gelombang.

Gambar 3.6. Set UV-Visible Spectrophotometer Perkin Elmer Lambda 25

Langkah – langkah dalam melakukan uji absorbansi menggunakan UV-

Visible Spectrophotometer adalah sebagai berikut :

1. Menyalakan CPU.

2. Menyalakan layar monitor.

3. Menyalakan UV-Vis spectrophotometer (menekan tombol “power” pada

UV-Vis spectrophotometer). Kemudian menunggu sampai ± 15 menit,

tujuannya adalah untuk pemanasan alat.

4. Masuk program “UV lambda 25” pada dekstop.

5. Klik “method”.

a. Klik “scan” dan isikan :


commit to user

27

- Start wavelenght : 800 nm ( max cahaya tampak)

- End wavelenght : 400 nm

- Data interval : 1 nm

- Auto save : “ON”

- Auto print : “OFF”

- Auto list : “OFF”

- Method info : ketik nama metode

b. Klik “inst” dan isikan :

- Ordinate mode : A

- Scan speed : 240 nm

- Lamp UV : “OFF”

- Lamp Vis : “ON”

c. Klik “sample” dan isikan :

- Calculation vactor : “vactor”

- Number of sample : 5 (tergantung jumlah sampel yang akan

diuji)

6. Klik “set up”, dan tunggu “start” sampai berwarna hijau, dan kemudian

klik “start”.

7. Klik “auto zero”, muncul “please insert sample: “blank””, masukkan

pelarut di cuvet 1 dan 2 sebagai baseline. Kemudian klik “ok”.

8. Setelah proses di atas selesai, muncul “please insert next sample: “nama

sampel 1”.

9. Ambil terlebih dahulu pelarut pada cuvet 2, kemudian masukkan

sampel 1 pada cuvet 2, lalu klik “ok”.

10. Masukkan sampel sampai 5 kali (tergantung jumlah sampel yang akan

diuji).

11. File “save all”.

12. File “exit”.


commit to user

28

3.3.4. Penumbuhan Lapisan Tipis

Dari hasil uji absorbansi larutan dengan menggunakan UV-Visible

Spectrophotometer didapat larutan yang memiliki tingkat absorbansi yang paling

bagus. Larutan yang memiliki tingkat absorbansi yang paling bagus tersebut

kemudian digunakan sebagai sampel utama dalam proses deposisi lapisan tipis.

Proses deposisi lapisan tipis larutan klorofil menggunakan metode spin coating

pada subtrat PCB.

Gambar 3.7. spin coater

Langkah – langkah dalam penumbuhan lapisan tipis dengan metode spin

coating langkah pertama menyalakan vacuum dan spinner dengan cara

menghubungkan kabel kontak dengan sumber tegangan dan menekan tombol On.

Sebelum melakukan spin pada subtar PCB sebaiknya mengatur kecepatan dan

lama waktu putar pada panel spin coater, kecepatan putar yang digunakan dalam

penelitian ini yaitu 2.500 rpm sampai 5.000 rpm waktu putar yang digunakan

yaitu 20 detik. Setelah mengatur kecepatan putar dan waktu putar. Meletakkan

PCB yang sudah dibersihkan pada piringan (holder) spin coater, kemudian

meneteskan larutan klorofil diatas PCB sebanyak 2 tetes. Setelah diteteskan,

kemudian memutar spin coater dengan menekan tombol "vacuum" lalu tekan

tombol “start”. Setelah proses spin kemudian PCB yang terdeposisi tersebut

dipanaskan pada pemanas (hot plate) sebesar 500C selama 1 menit dan kemudian


commit to user

29

setelah dipanaskan PCB didinginkan. Melakukan spin kembali sampai 7 lapis, dan

melakukan penumbuhan lapisan tipis dengan variasi kecepatan putar 2.500 rpm,

3.000 rpm, 3.500 rpm, 4.000 rpm, 4.500 rpm, dan 5.000 rpm.

Gambar 3.8. Proses penumbuhan lapisan tipus dengan metode spin coating

Penetesan kedalam substrat

Pemutaran substrat ω

Pengeringan lapisan


commit to user

30

3.3.5. Mikrostruktur dari Lapisan Klorofil Hasil Deposisi Spin Coating

Pengambilan data diperoleh dari pengujian sampel dengan menggunakan

alat scanning tunneling microscopy (STM) yang berada di laboratorium pusat.

Gambar.3.9. Set Alat Scanning Tunneling Microscopy (STM)

Prosedur langkah kerja pengujian lapisan tipis klorofil hasil deposisi spin

coating sebagai berikut :

1. Memotong lapisan klorofil menjadi ukuran kecil yang dapat

ditempelkan pada holder.

2. Menjepit lapisan klorofil menggunakan lempeng seng. Penjepitan ini

bertujuan untuk lapisan tipis klorofil terkoneksi dengan holder.

3. Membuka software easyscan di dekstop pada layar komputer. Tunggu

mikroskop terhubung dengan komputer, yang ditandai dengan

menyalanya lampu merah pada mikroskop.

4. Meletakkan lapisan PCB yang sudah terlapisi pada holder sampai

warna lampu merah pada mikroskop berubah menjadi hijau.

5. Memulai proses scan dengan terlebih dahulu mengatur rentang Scan

Range dan Z-Range pada menu Scan Panel

6. Mengatur menu Line Math bentuk Derive dan menu Display bentuk

TopView yang ada didalam menu View Panel

7. Memulai proses scan dengan mengklik Start dan mengakhiri tiap scan

dengan mengklik Finish yang terdapat pada scan panel


commit to user

8. Meng-klik Photo

kemudian save

9. Selesai.

3.3.6. Fenomena Efek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan

Setelah selesai melakukan pengujian morfologi sampel lapisan klorofil yang

ditumbuhkan dalam substrat, maka mulai menumbuhkan beberapa sampel

kedalam substrat PCB dengan variasi

deposisi yang dilakukan kemudian diuji karakterisasi

Kahfi Meter. Sampel yang berhasil dibuat ini dipasangkan pad

sebuah proton board yang terdiri dari konfigurasi empat

(Gambar 3.2a), kemudian mulai diuji karakterisasi

adanya medan magnet kemudian setelah itu, pengujian dilakukan dengan

menambahkan variasi pengaruh jarak sumber medan magnet ke

Sebelum dilakukan analisis hasil maka terlebih dahulu dilakukan pengukuran

mengenai besarnya jarak sumber medan magnet terhadap besarnya medan

magnet H menggunakan

Gambar 3.10. Pembangkitan Muatan

(a)

Photo yang ada di sacn panel tiap kali selesai

save hasilnya difolder yang diinginkan

Fenomena Efek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan


substrat, maka mulai menumbuhkan beberapa sampel

kedalam substrat PCB dengan variasi ω=3000 rpm dan ω=4500 rpm. Hasil

deposisi yang dilakukan kemudian diuji karakterisasi I-V nya menggunakan EL

Kahfi Meter. Sampel yang berhasil dibuat ini dipasangkan pada sebuah

yang terdiri dari konfigurasi empat probe (four point probe)

(Gambar 3.2a), kemudian mulai diuji karakterisasi I-V nya saat kondisi tanpa


an variasi pengaruh jarak sumber medan magnet ke device



menggunakan teslameter.

(a) Skema Pengukuran dan, (b) Alat Pengukuran Pembangkitan Muatan akibat Pengaruh Medan Magnet Luar H

(b)

31

yang ada di sacn panel tiap kali selesai scan

Fenomena Efek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan


substrat, maka mulai menumbuhkan beberapa sampel

4500 rpm. Hasil

nya menggunakan EL-

a sebuah probe dari

(four point probe)

nya saat kondisi tanpa


device-nya.



gukuran H


commit to user

32

3.4. Analisa dan Kesimpulan

Setelah mendapatkan data berupa grafik nilai absorbansi, gambar morfologi

dan grafik I vs H dari sampel lapisan tipis klorofil, kemudian dilakukan analisis

tren grafik yang terbentuk dengan mengacu pada jurnal-jurnal internasional yang

medukung. Setelah proses analisis selesai, kemudian bisa ditarik kesimpulan yang

sesuai dengan tujuan dari penelitian ini.


commit to user 33

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Morfologi Permukaan

Gambar 4.1 memperlihatkan perubahan morfologi permukaan lapisan tipis

Spirulina sp. hasil deposisi spin coating untuk variasi jumlah lapis. Teramati

dengan jelas bahwa ketika belum terdapat lapisan tipis Spirulina sp., morfologi

permukaan (yaitu permukaan Cu PCB) berupa butiran hasil rata memenuhi

seluruh batas scan STM yaitu 300 nm 300 nm.

Ketika jumlah lapisan menjadi 3, maka morfologi permukaan berubah secara drastik dengan bentuk sebelumnya. Hal ini mengindikasikan bahwa

(c.)

(a.)

(d.)

(b.)

Gambar 4.1. Evolusi morfologi permukaan lapisan tipis Spirulina sp. hasil deposisi spin coating di atas permukaan substrat PCB Hasil Scanning Tunneling Microscopy (STM) luasan 300 nm 300 nm untuk (a) Tanpa Lapisan Klorofil, (b) dengan 3 Lapisan Klorofil, (c) 5 Lapisan Klorofil, (d) 7 Lapisan Klorofil


commit to user

33

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Morfologi Permukaan

Gambar 4.1 memperlihatkan perubahan morfologi permukaan lapisan tipis

Spirulina sp. hasil deposisi spin coating untuk variasi jumlah lapis. Teramati

dengan jelas bahwa ketika belum terdapat lapisan tipis Spirulina sp., morfologi

permukaan (yaitu permukaan Cu PCB) berupa butiran hasil rata memenuhi

seluruh batas scan STM yaitu 300 nm 300 nm.

Ketika jumlah lapisan menjadi 3, maka morfologi permukaan berubah

secara drastik dengan bentuk sebelumnya. Hal ini mengindikasikan bahwa

(c.)

(a.)

(d.)

(b.)

Gambar 4.1. Evolusi morfologi permukaan lapisan tipis Spirulina sp. hasil deposisi spin coating di atas permukaan substrat PCB Hasil Scanning Tunneling Microscopy (STM) luasan 300 nm 300 nm untuk (a) Tanpa Lapisan Klorofil, (b) dengan 3 Lapisan Klorofil, (c) 5 Lapisan Klorofil, (d) 7 Lapisan Klorofil


commit to user

34

kehadiran lapisan tipis Spirulina sp. membawa tipikal bentuk morfologi sendiri.

Dengan kenaikan jumlah lapisan menjadi 5 lapis, bentuk morfologi berubah yaitu

membentuk semacam ikatan lapisan yang lebih besar dari pada sebelumnya.

Akhirnya dengan kenaikan jumlah lapisan menjadi 7, bentuk morfologi yang

melingkupi hasil scan semakin menegaskan bahwa tingkat kerataan lapisan

semakin baik dengan semakin banyak jumlah lapisan, sehingga lapisan yang

terbentuk bisa dikatakan homogen. Untuk mengetahui tingkat kerataan lapisan

bisa dilihat pada gambar yang ada pada lampiran halaman 45.

Berdasarkan Gambar 4.2 teramati dengan jelas bahwa morfologi permukaan

lapisan tipis Spirulina sp. berubah dengan kenaikan kecepatan putar () spin

(a.) (b.)

(c.) (d.)

Gambar 4.2. Modifikasi morfologi permukaan lapisan tipis Spirulina sp. hasil scan STM 350 nm × 350 nm untuk berbagai ragam kecepatan (a) ω =3.000 rpm (b) ω =3.500 rpm (c) ω = 4.000 rpm (d) ω = 4.500 rpm


commit to user

35

500 600 7000

0.1

0.2

3000 rpm4500 rpm

Panjang Gelombang (nm)

Abs

orba

nsi (

abs)

coating saat deposisi. Pada saat ω = 3.000 rpm, teramati dari hasil scan STM

bahwa morfologi permukaan terbentuk dalam lapisan tipis yang lebih homogen.

Dengan kenaikan kecepatan putar, morfologi permukaan berubah menjadi

permukaan banyak lubangnya, seperti ditunjukkan pada sekuen gambar kenaikan

ω di atas.

Perubahan morfologi permukaan lapisan tipis pada tiap kenaikan kecepatan

putar deposisi tersebut, akibat adanya gaya sentrifugal yang besar saat terjadi

perputaran dengan kecepatan tinggi, sehingga banyak larutan yang terlempar yang

mengakibatkan sruktur lapisan tipis menjadi tidak homogen.

4.2 Serapan Lapisan Tipis Spirulina sp.

Berdasar hasil pengamatan morfologi permukaan lapisan tipis Spirulina sp.,

maka dua sampel dengan perubahan morfologi permukaan yang kontras berbeda

(yaitu = 3.000 rpm dan = 4.500 rpm) diukur intensitas serapan cahaya tampak

seperti ditunjukkan pada Gambar 4.3. Hasil ini menunjukkan bahwa perubahan

morfologi dari lapisan tipis kontinu menjadi lapisan tipis diskrit tidak

mempengaruhi secara signifikan kurva serapan lapisan tipis. Hasil ini juga

membuka pemanfaatan lebih lanjut lapisan tipis Spirulina sp. dengan

Gambar 4.3. Kurva absorbansi lapisan tipis spirulina Sp untuk dua kecepatan

putar berbeda yaitu = 3.000 rpm dan = 4.500 rpm.


commit to user

36

mengeksplorasi karakteristik fisis menarik lainnya seperti pemanfaatan fenomena

transport pembawa muatan.

4.3 Preparasi Sampel untuk Pengukuran I-V

Setelah konfirmasi perubahan morfologi permukaan dan konfirmasi ketidak

bergantungan kurva serapan lapisan tipis akibat perubahan morfologi permukaan

seperti pada diskusi bagian sebelumnya, maka dua lapisan tipis dengan bentuk

morfologi kontras berbeda ditumbuhkan pada probe khusus untuk diamati

fenomena transport pembawa muatan di bawah pengaruh medan magnet. Gambar

4.4 (a) dan (b) memperlihatkan bentuk dan dimensi probe serta perbandingan

dimensi probe dengan uang koin Rp. 500,-. Probe yang digunakan merupakan

modifikasi dari probe 4 titik yang direalisasikan pada plat PCB (Printed Circuit

Board). Jarak antar probe didesain sebesar 0,25 mm (250 m). Keberhasilan

pengukuran I-V desain probe ini juga menegaskan fenomena hanyut/drift

pembawa muatan dibawah pengaruh medan magnet.

4.3 Efek Medan Magnet terhadap Pembangkitan Muatan

Gambar. 4.4. (a) Bentuk probe yang digunakan untuk pengukuran fenomena transport dibawah pengaruh medan magnet lapisan tipis klorofil Spirulina sp. hasil deposisi spin coating; (b) perbandingan dimensi probe dengan uang koin Rp. 500,-

(a) (b)


commit to user

37

Pada pengukuran ini, medan magnet (H) berasal dari sumber magnet

permanen. Sedangkan variasi medan magnet (H) dilakukan dengan mendekatkan

dan menjauhkan sampel terhadap sumber medan magnet. Hasil yang diplotkan

dalam kurva merupakan rerata dari tiga kali pengukuran.

Gambar 4.5 menunjukkan kurva ketergantungan medan magnet (H)

terhadap jarak (d) antara sampel dan sumber medan magnet permanen. Dari

kurva tersebut bahwa medan magnet (H) menurun secara eksponesial mengikuti

persamaan RH 1~ .

, , , , , , , ,

Gambar 4.6. Kurva pembangkitan muatan akibat medan luar H untuk lapisan tipis Spirulina sp ketebalan d = 1.000 nm hasil deposisi spin coatinguntuk (a) kecepatan putar = 3.000 rpm. (b) = 4.500 rpm.

0 0.2 0.4 0.6 0.80

10

20

I

(nA

)

V (Volt)

H = 0H = 22.5 OeH = 120 OeH = 300 OeH = 650 Oe

(a)

kec putar = 3000 rpm

0 0.2 0.4 0.6 0.80

10

20

30

I (

nA)

V (Volt)

H = 0H = 120 OeH = 300 Oe H = 650 Oe

(b)

kec putar = 4500 rpm

0 1 2 3 4 5 60

200

400

600

H (O

e)

Jarak, d (cm)

Gambar 4.5. Hasil pengukuran medan magnet H sebagai fungsi jarak d


commit to user

38

Hasil pengukuran pembangkitan muatan dibawah pengaruh medan magnet

(H) untuk sampel lapisan tipis Spirulina sp. dengan = 3.000 rpm ditunjukkan

pada Gambar 4.6. Teramati dengan jelas pada Gambar di atas bahwa medan

magnet (H) mampu membangkitkan pembawa muatan. Semakin besar medan

magnet (H) terpasang maka semakin besar pula pembawa muatan yang dihasilkan.

Hal ini konsisten untuk sampel lapisan tipis dengan kecepatan putar = 3.000

rpm maupun = 4.500 rpm. Hasil ini juga mengindikasikan bahwa sampel

lapisan tipis Spirulina sp. dapat berperan sebagai sensor magnet. Namun hal ini

masih perlu pengkajian lebih mendalam.

Dari hasil pengukuran di atas, maka dapat diplotkan kurva arus (I) sebagai

fungsi medan magnet H setelah keadaan konstan. Gambar 4.6 memperlihatkan

kurva I sebagai fungsi H diambil data untuk V = 0,5 volt.

Secara umum, kedua sampel memperlihatkan peningkatan pembangkitan

muatan dengan kenaikan medan magnet (H). Namun berbeda dari mekanisme

pembangkitan muatan. Untuk sampel dengan ω = 3.000 rpm, peningkatan medan

magnet dari H = 0 sampai dengan H = 25 Oe, pembangkitan muatan yang teramati

dari arus (I) tidak meningkat signifikan. Namun tiba-tiba meningkat tajam saat

dan konstan untuk interval medan 30-120 Oe. Sedangkan untuk sampel lapisan

0 200 400 6000

10

20

30

I (nA

)

H (Oe)

3000 rpm4500 rpm

0 50 100 1500

5

10

3.000 rpm4.500 rpm

Gambar 4.7. Kurva hubungan arus I terhadap fungsi Medan Magnet H


commit to user

39

tipis dengan ω = 4.500 rpm, arus (I) terukur yang merepresentasikan

pembangkitan muatan meningkat gradual secara eksponensial secara mulus tanpa

lonjakan pembangkitan muatan yang signifikan. Kenyataan hasil ini dapat

dikorelasikan dengan perubahan bentuk morfologi permukaan lapisan tipis untuk

ω = 3.000 rpm dan ω = 4.500 rpm. Seperti yang telah dibahas pada bagian

sebelumnya, ketika lapisan tipis dideposisi dengan kecepatan putar ω = 3.000

rpm, maka lapisan tipis homogen terbentuk. Sedangkan lapisan tipis yang tidak

homogen atau banyak lubang terbentuk jika lapisan tipis ditumbuhkan dengan ω =

4.500 rpm.

Perubahan bentuk morfologi lapisan tipis ini diperkirakan menjadi penyebab

perubahan pembangkitan muatan dalam merespon medan magnet luar. Bahwa

pembangkitan muatan pada lapisan tipis dengan kecepatan putar penumbuhan ω =

3.000 rpm ketika diberi medan magnet kecil yaitu kurang dari 300 Oe,

peningkatan pembangkitan muatan tidak meningkat secara signifikan. Ketika

diatas 300 Oe, lapisan tipis dengan ω = 4.500 rpm mengalami pembangkitan

muatan yang lebih besar dari pada ω = 3.000 rpm. Kemungkinan yang

menyebabkan terjadinya demikian dikarenakan perbedaan domain dari dua

kecepatan putar tersebut, yaitu untuk ω = 4.500 rpm domainnya lebih besar dari

pada ω = 3.000 rpm, sehingga respon lapisan terhadap pembawa muatannya lebih

banyak seperti yang bisa dilihat dari hasil pengukuran arusnya pada Gambar 4.7.


commit to user 40

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian tugas akhir ini dapat ditarik beberapa

kesimpulan sebagai berikut :

1. Telah berhasil difabrikasi lapisan tipis klorofil spirulina sp. dengan spin

coating.

2. Hasil analisis morfologi permukaan lapisan tipis klorofil Spirulina sp.

dengan menggunakan Scanning Tunneling Microscopy luasan scan yaitu

(300 x 300) nm menegaskan bahwa tingkat kerataan lapisan tipis yang

ditumbuhkan pada Substrat PCB semakin baik dengan bertambahnya

jumlah lapisan. Morfologi permukaan kecepatan putar penumbuhan (ω =

3.000 rpm, 3.500 rpm, 4.000 rpm, 4.500 rpm) menunjukkan bahwa dengan

kenaikan kecepatan putar, morfologi permukaan berubah dari homogen

menjadi permukaan tidak homogen.

3. Pengaruh medan magnet luar H terhadap pembangkitan pembawa muatan

lapisan tipis klorofil spirulina sp. di atas substrat PCB (Printed Circuit

Board) hasil modifikasi four point probe dengan menggunakan metode

spin coating. yaitu semakin besar medan magnet (H) terpasang maka

semakin besar pula pembawa muatan yang dihasilkan.

5.2. Saran

Dari hasil penelitian ini, kami dapat menyarankan untuk penelitian

selanjutnya adalah sebagai berikut :

1. Penelitian ini merupakan pendahuluan guna mempelajari efek

pembangkitan muatan pada bahan semikonduktor organik maka perlu

dikaji lebih lanjut dengan piranti atau device yang lebih baik dari yang

kami gunakan.

2. Penelitian ini sebagai langkah lebih lanjut untuk menentukan jenis muatan

pembawa pada lapisan tipis klorofil spirulina sp.

Documents

PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP PEMBANGKITAN …/Pengaruh...pengaruh medan magnet terhadap pembangkitan muatan lapisan tipis klorofil spirulina sp. hasil deposisi spin coating disusun