Sintesis dan Karakterisasi Lapisan Tipis Timbal Zirkonat Titanat (PZT) dengan Variasi Penambahan Pelarut dan Kecepatan Putar Deposisi

Material Piezoelektrik adalah material yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik atau dari energi listrik menjadi energi mekanik. Keramik piezoelektrik yang banyak digunakan adalah lead-zirconate-titanate (PZT). Salah satu metode untuk mensintesis lapisan tipis PZT adalah sol-gel. Kualitas pembentukan struktur mikro lapisan tipis menggunakan proses reaksi sol-gel dipengaruhi konsentrasi pelarut dan kecepatan putar deposisi. Modifikasi pelarut diharapkan reaksi hidrolisis dan kondensasi dapat berjalan optimum. Propanol sebagai pelarut akan berperan sebagai medium cair dan agen penghomogen dalam reaksi sol-gel. Kecepatan putar merupakan salah satu faktor terpenting dalam proses spin coating . Semakin cepat putaran akan diperoleh lapisan tipis yang semakin homogen dan tipis. Oleh karena itu dalam penelitian ini penulis tertarik untuk mempelajari pengaruh penambahan pelarut dan kecepatan putar terhadap struktur kristal, morfologi dan ketebalan lapisan tipis PZT. Penelitian ini dilakukan penambahan pelarut propanol 0 mL, 1 mL, 3 mL dan 5 mL serta masing-masing dideposisi dengan kecepatan putar 2000 rpm, 3000 rpm dan 4000 rpm. Sintesis PZT dilakukan menggunakan metode sol-gel dengan penstabil PEG-400 melalui proses refluks. Pembuatan lapisan tipis dilakukan melalui teknik spin coating menggunakan substrat silikon (100) dan dianil pada temperatur 600 oC. Karakterisasi awal lapisan tipis dilakukan dengan mikroskop optik untuk melihat secara umum morfologi permukaan lapisan tipis PZT sebelum dikarakterisasi dengan XRD dan SEM. Selanjutnya karakterisasi dengan XRD untuk melihat orientasi bidang kristal yang muncul dan pencitraan SEM untuk mengobservasi morfologi dan ketebalan lapisan tipis PZT. Hasil XRD menunjukkan bahwa puncak-puncak yang muncul adalah kristal perovskit dengan orientasi bidang kristal (001), (100), (101), (110), (200), (201) & (210), dan (022). Penambahan pelarut dan kecepatan putar memberikan pengaruh terhadap kristalinitas, morfologi dan ketebalan kristal lapisan tipis PZT. Semakin banyak penambahan pelarut dan semakin tinggi kecepatan putar menyebabkan intensitas difraksi bidang kristal semakin menurun dan tidak muncul beberapa orientasi bidang kristal. Ukuran kristal semakin menurun dan tidak berpengaruh terhadap komposisi fase tetragonal dan rhombohedral. Hasil citra SEM menunjukkan bahwa morfologi permukaan semakin rata, morfologi permukaan berturut-turut berbentuk grain , layer dan island serta tidak adanya retakan ( crack ), ketebalan lapisan semakin menurun, serta hasil EDX menunjukkan komposisi mol Zr/Ti yang berada di morphotropic phase boundary (MPB). Hal ini disebabkan karena semakin meningkat penambahan pelarut, konsentrasi larutan PZT semakin kecil dan encer serta semakin tinggi kecepatan putar, gaya sentrifugal yang dihasilkan semakin besar sehingga gel PZT lebih mudah terpencar keluar substrat dan terdistribusi secara merata di atas permukaan substrat