Studi Sintesis dan Karakteristik Film Tipis ZnO dengan Metode Sol-Gel Spin Coating

Abstract

. ZnO thin films have been successfully synthesized by using sol-gel Spin coating and mixing processes with reflux technique. Materials used Zinc acetate dehydrate {Zn(CH3COO)2 2H2O} as the base material, isopropanol as a solvent and diethanolamine (DEA) as stabilizer. Zinc acetate dehydrate {Zn(CH3COO)2 2H2O} dissolved by isopropanol solvent with the concentration variation of 0,6 M; 0,7 M; and 0,8 M then stabilized with diethanolamine (DEA). The molar ratio between the DEA and ZnAc is 1:1. ZnO thin films manufacturing is done over a glass substrate by spin coating with speed rotation variation 3000 rpm, 4000 rpm, and 5000 rpm, rotation for 30 seconds. Calcination was done by varying the pre-heating temperature 2500C, 3000C, and 3500C then in post-heating temperature with variaus 5000C, 5500C and 6000C. The result of ZnO thin films with XRD was found showed that all the crystal structures are wurtzite hexagonal with the biggest crystal size for the concentration of 0,8 M, spin speed is 5000 rpm, pre-heating temperature is 3500C and post-heating temperature is 6000C each of 34,1 nm, 34,1 nm, 35,3 nm and 40,2 nm. The results of SEM and AFM characterization showed the morphology of ZnO thin film shaped spherical granules and almost uniformly with the smallest surface roughness 32,104 nm. The result of ZnO thin film characterization with UV-Vis shows the highest transmittance values for concentration is 0,7 M; rotation speed is 4000 rpm; pre-heating temperature is 2500C and post-heating temperature is 6000C each of 59,0%; 48,1%; 57,1% and 52,0%. The highest absorbance values for concentration is 0,6 M; rotation speed is 3000 rpm; pre-heating temperature is 2500C and post-heating temperature is 6000C each of 1,301, 1,188, 1,157 and 1,224. The smallest values of the energy band gap is 0,8 M; rotation speed is 5000 rpm; pre-heating temperature 2500C and post heating temperature is 5500C each of 3,13 eV, 3,10 eV, 3,12 eV, and 3,09 eV.

Film tipis ZnO telah berhasil disintesis dengan metode sol-gel spin coating dan proses pencampuran dengan teknik refluks. Bahan yang digunakan Zinc acetat dehydrate {Zn(CH3COO)2 2H2O} sebagai material dasar, isopropanol sebagai pelarut dan diethanolamine (DEA) sebagai penstabil. Zinc acetat dehydrate Zn(CH3COOH)2 2H2O dilarutkan oleh pelarut isopropanol dengan variasi konsentrasi 0,6 M, 0,7 M dan 0,8 M lalu distabilkan dengan diethanolamine (DEA). Perbandingan molar antara DEA dan ZnAc adalah 1:1. Pembuatan film tipis ZnO dilakukan diatas substrat kaca dengan teknik spin coating dengan variasi kecepatan putaran 3000 rpm, 4000 rpm dan 5000 rpm, diputar selama 30 detik. Kalsinasi dilakukan dengan variasi suhu pre-heating 250oC, 300oC dan 350oC kemudian di post-heating dengan variasi suhu 500oC, 550oC dan 600oC. Hasil karakterisasi film tipis ZnO dengan XRD menunjukkan semua struktur kristal berbentuk wurtzite hexagonal dengan ukuran kristal paling besar untuk konsentrasi 0,8 M, kecepatan putaran 5000 rpm, suhu pre-heating 350oC dan suhu post-heating 600oC masing-masing adalah 34,1 nm, 34,1 nm, 35,3 nm dan 40,2 nm. Hasil karakterisasi SEM dan AFM menunjukkan morfologi film tipis ZnO berbentuk butiran-butiran bulat dan hampir seragam dengan kekasaran permukaan yang paling kecil 32,104 nm. Hasil karakterisasi film tipis ZnO dengan UV-Vis menunjukkan nilai transmitansi tertinggi untuk konsentrasi 0,7 M; kecepatan putaran 4000 rpm, suhu pre-heating 250oC dan post-heating 600oC masing-masing adalah 50,1 %, 59,0 %, 48,1 %, 57,1 % dan 52,0 %. Nilai absorbansi tertinggi untuk konsentrasi 0,6 M; kecepatan putaran 3000 rpm, suhu pre-heating 250oC dan suhu post-heating 600oC masing-masing adalah 1,301; 1,188; 1,157 dan 1,224. Nilai celah pita energi yang paling kecil untuk konsentrasi 0,8 M; kecepatan putaran 5000 rpm, suhu pre-heating 250oC dan post-heating 550oC masing-masing adalah 3,13 eV, 3,10 eV, 3,12 eV dan 3,09 eV.