Dokumen.tips_penentuan-struktur-kristal-dan-komposisi-kimia-bahan-semikonduktor-sns08se02.pdf

PENENTUAN STRUKTUR KRISTAL DAN KOMPOSISI KIMIA BAHAN SEMIKONDUKTOR Sn(S0,8Se0,2) HASIL PREPARASI DENGAN METODE BRIDGMAN Muhammad Ridwan1, Ariswan2 1 Mahasiswa Program Studi Fisika FMIPA UNY 2 Dosen Program Studi Fisika FMIPA UNY Email: ([email protected]) ABSTRAK Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui struktur kristal, komposisi kimia, dan morfologi permukaan kristal bahan semikonduktor Sn(S0,8Se0,2) yang terbentuk dari hasil preparasi dengan metode Bridgman. Penumbuhan kristal dilakukan dengan metode Bridgman, temperatur maksimum pemanasan untuk ketiga buah sampel dibuat bervariasi yaitu pada temperatur 550oC sampel 1, 600oC sampel 2 dan 500oC sampel 3 dengan waktu pemanasan yang sama. Hasil karakterisasi menyatakan bahwa kristal Sn(S0,8Se0,2) yang terbentuk mempunyai struktur kristal orthorombik, nilai parameter kisi untuk sampel 1 adalah a = 4,1818 Å ; b = 11,4749 Å ; c = 3,8160 Å, sampel 2 a = 4,3221 Å; b = 11,4790 ; c = 3,9944 Å, sampel 3 a = 4,3303 Å; b = 11,0732 ; c = 3,9839 Å. Morfologi permukaan kristal yang terbentuk didominasi oleh bentuk yang homogen dengan komposisi kimia yang terbentuk yaitu Sn, S dan Se berbandingan sebesar 1 : 0,18 : 0,14 untuk sampel 1 dan 1 : 0,47 : 0,30 untuk sampel 3. Kata kunci : Metode Bridgman, Semikonduktor, Orthorombik. CRYSTAL STRUCTURE DETERMINATION AND CHEMICAL COMPOSITION OF A SEMICONDUCTOR MATERIALS Sn(S0,8Se0,2) WITH PREPARATION USING THE BRIDGMAN METHODE ABSTRACT The purpose of the research is to know the crystal structure, the chemical composition, and morphology structure surface of the semiconductor material Sn(S0,8Se0,2). As a result of preparation using Bridgman method. The maximum heating temperature for the three samples were varied at the same heating time. These are 550ºC for sample 1, 600ºC for sample 2 and 500ºC for sample 3. The result of characterization state that crystal Sn(S0,8Se0,2) formed orthorhombic structure, lattice parameters for sample 1 is a = 4,1818 Å ; b = 11,4749 Å ; c = 3,8160 Å, sample 2 a = 4,3221 Å ; b = 11,4790 ; c = 3,9944 Å, sample 3 a = 4,3303 Å; b = 11,0732 ; c = 3,9839 Å. Surface Morphology analysis showed that the formed crystals were homogeneous with composition formed Sn, S and Se proportionate with 1 : 0,18 : 0,14 for sample 1 ; 1 : 0,47 : 0,30 for sample 3. Keywords: Bridgman Method, Semiconduktor, Orthorhombic.

PENDAHULUAN Energi surya merupakan sumber energi

daerah

tropis.

Teknologi

alternatif yang memanfaatkan energi matahari.

mengkonversi

Energi matahari merupakan salah satu sumber

menjadi energi listrik, Menggunakan piranti

energi yang melimpah dan dapat dimanfaatkan

semikonduktor yang disebut Sel Surya (Solar

secara maksimal.kIndonesia berpotensi dalam

Cell).

pengembangan energi surya karena terletak di 1

langsung

energi

fotovoltaik matahari

Bahan semikonduktor yang menarik untuk

Preparasi

massif

Sn(S0,8Se0,2),

mula-mula

diteliti adalah SnS dan SnSe Kedua bahan

menimbang unsur Se misal x gram, maka dapat

smikonduktor tersebut mempunyai persamaan

dihitung

massa

Sn

yaitu merupakan bahan semikonduktor yang

dan )

x

S

yaitu: gram,

dibuat dari perpaduan antara golongan IV (Sn) dengan

golongan

VI

(S,

Se).

sedangkan massa

Bahan

semikonduktor SnS dan SnSe memiliki celah

gram. Kemudian bahan dimasukan dalam

energi antara 1,8 eV dan 1,3 eV. Dalam

tabung pyrex dan dilelehkan yang sebelumnya

penelitian ini dilakukan penumbuhan kristal untuk

mendapatkan

kristal

dari

divakumkan. Hal ini dilakukan karena molaritas

bahan

bahan sangat mempengaruhi hasil karakteristik

semikonduktor Sn(S0,8Se0,2). Penelitian Bridgman.

kristal. Bahan-bahan didalam tabung pyrex

menggunakan

metode

dilelehkan dalam furnace, kemudian secara

ini

karena

perlahan-lahan temperatur diturunkan hingga

ini

Metode

) x

digunakan

memiliki kelebihan antara lain. temperatur

kristal

dapat

Kecepatan

menyerupai kristal atau yang disebut massif

pembekuan bahan dapat diatur. Kecepatan

atau ingot. Hasil preparasi dikarakterisasi dengan

penurunan temperatur pada saat berubah dari

X-ray diffraction (XRD), scanning electron

keadaan cair menjadi padat dapat dikontrol

microscope (SEM), dan Energy Dispersive

secara teliti. Tekanan mekanis di dalam bahan

Analysis X-Ray (EDAX) untuk mengetahui

juga

struktur kristal, morfologi permukaan, dan

dikontrol

dapat

secara

dikurangi

teliti.

untuk

menghindari

didalam tabung pyrex mengeras

komposisi kimia.

terjadinya keretakan pada kristal atau kapsul pyrek.

Variabel Penelitian

Untuk mengetahui sifat-sifat fisis bahan

Dalam penelitian ini variabel bebas yang

hasil preparasi, telah dilakukan karakterisasi

digunakan adalah alur pemanasan dan variabel

menggunakan X-Ray Difraction (XRD) untuk

terikatnya struktur kristal, parameter kisi,

mengetahui struktur kristal, Scanning Electron

komposisi kimia dan morfologi permukaan

Microscopy (SEM) untuk meneliti struktur

kristal

morfolgi

kontrolnya meliputi tekanan, waktu, dan massa

permukaan,

Energy

Dispersive

Sn(S0,8Se0,2),

sedangkan

variabel

bahan dasar.

Analysis X-Ray (EDAX) untuk mengetahui komposisi kimia secara kuantitatif.

Prosedur Pada penelitian ini ditumbuhkan kristal

METODE PENELITIAN Preparasi

bahan

Sn(S0,8Se0,2)

dilakukan

dengan

dengan

temperatur

maksimum

pemanasan untuk ketiga buah sampel dibuat

metode Bridgman. Dalam metode Bridgman 2

bervariasi dinyatakan pada Tabel 1 Proses preparasi dilakukan pada tekanan 5x10-5 mBar. Tabel 1. Pola alur pemanasan pada sampel Sn(S0,8Se0,2). Waktu (menit)

(

120 250 300 550 Dimana: = suhu pada sampel 1 = suhu pada sampel 2 = suhu pada sampel 3

(

(

250 600

250 500

Gambar 3. Difaktogram ingot Sn(S0,8Se0,2) sampel 3 dengan temperatur pemanasan 500oC. Hasil X-Ray Difraction (XRD) dapat diketahui jarak antara bidang (dhkl). Kemudian spektrum yang diperoleh tersebut dibandingkan

HASIL DAN PEMBAHASAN

dengan data Joint Committee on Powder

Analisis XRD

Difraction Standart (JCPDS) sehingga dapat

Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD)

ditentukan indeks miller pada setiap puncak

menggunakan alat merk Shimadzu XRD 6000

difraksi yang terbentuk. Pada Gambar 1 terlihat

dengan panjang gelombang 1,54060 A.

banyak puncak dengan intensitas tertinggi

Hasil difraktogram XRD untuk sampel 1,

terdapat pada hkl (040). Pada Gambar 2

sampel 2 dan sampel 3 dinyatakan pada

intensitas tertinggi terdapat pada hkl (111) dan

Gambar 1, 2 dan 3.

pada Gambar 3 intensitas tertinggi terdapat pada hkl (111). Berdasarkan difaktogram dapat ditentukan parameter kisi dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel 2 dengan struktur Kristal Orthorhombik. Tabel 2. Perbandingan Parameter Kisi Sampel1, 2 dan 3 dengan data JCPDS SnS. Parameter Kisi

Gambar 1. Difaktrogram ingot Sn(S0,8Se0,2) sampel 1 dengan temperatur pemanasan 550oC.

Sampel 1 (Å )

Sampel 2 (Å )

Sampel 3 (Å )

JCPDS SnS (Å )

a

4,181

4,322

4,330

4,329

b

11,4749

11,4790

11,0732

11,1923

c

3,8160

3,9944

3,9839

3,9838

Dari Tabel 2 diketahui bahwa harga parameter kisi a, b dan c dari ketiga sampel nilainya terdapat perbedaan dengan rentang yang sangat kecil , hal tersebut menunjukkan bahwa perbedaan temperatur pemanasan tidak

Gambar 2. Difaktrogram ingot Sn(S0,8Se0,2) sampel 2 dengan temperatur pemanasan 600oC.

mempengaruhi parameter kisi kristal. 3

Morfologi Pemukaan kristal Sn(S0,8Se0,2)

Analisis EDAX Untuk analisis dengan Energy Dispersive

dengan SEM Analisis

dengan

Scanning

Electron

Analysis

X-Ray

(EDAX)

sampel

yang

Microscopy (SEM) sampel yang digunakan

digunakan adalah sampel pertama dan sampel

adalah sampel pertama dan sampel ketiga.

ketiga.

Hasil

analisis

Energy

Dispersive

Analysis X-Ray (EDAX) ditunjukkan pada Gambar 6 dan 7.

Gambar 4. Hasil pemotretan permukaan ingot Sn(S0,8Se0,2) Sampel 1 perbesaran 7100X. Gambar 6. Grafik dan koposisi kimia hasil krakterisasi EDAX ingot Sn(S0,8Se0,2) sampel 1.

Gambar 4. Hasil pemotretan permukaan ingot Sn(S0,8Se0,2) Sampel 3 perbesaran 2500X. Hasil SEM menunjukkan butiran kristal

Gambar 7. Grafik dan koposisi kimia hasil Krakterisasi EDAX ingot Sn(S0,8Se0,2) sampel 3.

yang lebih jelas adanya bongkahan besar dan kecil berbentuk pipih tak beraturan yang

Hasil

EDAX

menujukan

bahwa

tersebar secara teratur dalam pola tataan

perbandingan molaritas Sn, S dan Se yang

tertentu. Struktur atau pola tataan yang teratur

terbentuk pada sampel 1 dan sampel 3

dari grain ini menunjukkan bahwa kristal

ditunjukkan pada Tabel.

semikonduktor hasil preparasi sudah terbentuk

Tabel 3. Perbandingan konsentrasi dan mol ………..unsur Sn, S dan Se.

pada Gambar 5 terlihat bahwa semakin kuat perbesaran

SEM,

semakin

nampak

jelas

susunan struktur morfologi kristalnya. Secara umum bahwa morfologi permukaan kristal Sn(S0,8Se0,2) didominasi bentuk yang homogen

Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa

dari penyusun kristal tersebut, bentuknya

proses yang dilakukan sudah berhasil, yaitu

menyerupai

kecil

dengan munculnya unsur Sn, S dan Se pada

berbentuk pipih tak beraturan yang tersebar

hasil EDAX Namun, dari hasil tersebut dapat

secara teratur dalam pola tataan tertentu.

pula dilihat bahwa terdapat ketidaksesuaian

bongkahan

besar

dan

4

perbandingan unsur mol unsur Sn, S, dan Se

2. Hasil karakterisasi SEM menujukan struktur

pada kristal Sn(S0,8Se0,2) hasil penelitian dengan

morfologi permukaan Kristal Sn(S0,8Se0,2)

teori. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh

adalah homogen. Homogenitas kristal dilihat

perbandingan mol Sn, S dan Se yang terlihat

dari keteraturan bentuknya, bentuk yang

pada Tabel 3 tidak sesuai secara teori yaitu Sn,

relatif seragam walaupun terdapat perbedaan

S dan Se adalah 1: 0,8: 0,2. Ketidaksesuaian

ada yang berukuran besar dan kecil.

tersebut dapat disebabkan karena belum terjadi

3. Hasil

karakterisasi

EDAX

diperoleh

pencampuran yang maksimal antara bahan Sn,

komposisi kimia yang terbentuk yaitu Sn, S

S dan Se karena perbedan titik leleh dan didih

dan Se berbandingan sebesar 1 : 0,18 : 0,14

bahan yang digunakan. Titik didih bahan S

untuk sampel 1 dan 1 : 0,47 : 0,30 untuk

berada

sampel 3.

di

bawah

temperatur

maksimum

pemanasan sehingga dimungkinkan bahan itu

DAFTAR PUSTAKA

menguap sehingga terjadi kekurangan dalam S.

1. Ariswan, 2010. Semikonduktor. Handout Kuliah, tidak diterbitkan, Yogyakarta. Universitas negeri Yogyakarta. 2. Reka rio. 1999. Fisika Dan Teknologi Semikonduktor. Pradya paramita. Jakarta. 3. W.B. White.1979. Introduction Solid State Physics, John Wiley And Sons, Inc. New York, London, Sydney, taronto. 4. Randi Adzin. 2010. “Struktur, Komposisi Kimia dan Morfologi Permukaan Bahan Semikonduktor Cd(Se0,6,S0,4) Hasil Preparasi Dengan Teknik Bridgman”. Skripsi tidak diterbitkan. FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta.

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Berdasarkan

hasil

karakterisasi

XRD,

struktur kristal Sn(S0,8Se0,2) hasil preparasi dengan metode Bridgman memiliki struktur Orthorombik dengan parameter kisi untuk sampel 1 adalah a = 4,1818 Å ; b = 11,4749 Å ; c = 3,8160 Å sampel 2 a = 4,3221 Å ; b = 11,4790 ; c = 3,9944 Å dan sampel 3 a = 4,3303 Å ; b = 11,0732 ; c = 3,9839 Å. temperatur

pemanasan

tidak

terlalu

mempengaruhi struktur dan parameter kisi kristal Sn(S0,8Se0,2).

Yogyakarta, 20 Desember 2013 Ketua Penguji

Mengetahui, Penguji Utama

5