PENGARUH LAPISAN PENYANGGA AlN DAN DAYA PLASMA PADA SIFAT OPTIK FILM TIPIS GaN YANG DITUMBUHKAN DENGAN DC MAGNETRON SPUTTERING

OLEH : ROHADIANA DWI NOFIANTI (JURUSAN FISIKA UNNES)

Gallium nitrida (GaN) merupakan bahan semikonduktor yang memiliki celah pita energi lebar (3,4 eV) dengan sifat direct band gap yang berpotensi untuk membuat piranti optoelektronik seperti LED (light mitting diode), LD (laser diode) dan detektor UV (ultra violet). Film tipis GaN ditumbuhkan di atas substrat safir dengan metode dc magnetron sputtering.

Substrat dietsa dengan campuran larutan H2SO4 : H3PO4 : H2O2 dengan perbandingan 3 : 1 : 1 selama 15 menit untuk memperhalus permukaan. Proses penumbuhan film tipis GaN dilakukan pada tekanan chamber 1 Torr selama 3 jam dengan temperatur 650o. Parameter penumbuhan yang divariasikan adalah perbedaan ketebalan lapisan penyangga GaN ataupun AlN dan daya plasma selama penumbuhan. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan bahwa film tipis GaN yang ditumbuhkan di atas lapisan penyangga GaN memiliki struktur amorf, sebaliknya film tipis GaN yang ditumbuhkan di atas lapisan penyangga AlN memiliki struktur kristal yang terorientasi pada bidang (0002) dan (0004). Puncak bidang (0002) lebih dominan sehingga kristal mempunyai kecenderungan tumbuh dengan derajat orientasi tinggi (highly oriented) sejajar permukaan substrat safir (0001). FWHM film tipis GaN di atas lapisan penyangga AlN pada umumnya mempunyai lebar lebih rendah dibandingkan tanpa lapisan penyangga yang menunjukkan bahwa kualitas film GaN lebih baik. Hasil analisis karakterisasi sifat optik dengan spektrometer Uv-vis menunjukkan bahwa film tipis GaN mempunyai nilai transmitansi yang hampir serupa. Celah pita energi film tipis GaN menunjukkan nilai mendekati referensi ketika ditumbuhkan dengan ketebalan lapisan penyangga yang optimal (sekitar 40 nm) dan dengan daya plasma yang relatif rendah (50 watt). Dari spektrum absorpsi terhadap energi foton tampak adanya karakteristik eksponensial (urbach tail) yang berkaitan dengan adanya impuritas atau dislokasi struktur atom dalam film tipis. Energi urbach film tipis GaN di atas lapisan penyangga AlN pada ketebalan sekitar 40 nm mempunyai nilai lebih rendah, yang menunjukkan bahwa kualitas film GaN yang dihasilkan lebih baik. 

Kata kunci : GaN, dc magnetron sputtering, lapisan penyangga, energi urbach

Info Selengkapnya silahkan tulis komentar anda.

Read More

MIKROSTRUKTUR LAPISAN TIPIS SEMIKONDUKTOR GALIUM NITRIDA YANG DITUMBUHKAN MENGGUNAKAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION DENGAN VARIASI LAJU SPIN COATER

Oleh : Nofi Marlini

ABSTRAK : Lapisan tipis galium nitrida (GaN) telah dideposisikan di atas substrat Si menggunakan metode Chemical Solution Deposition (CSD) melalui teknik spin coating. Dalam penelitian ini, variasi laju putar spin coating dikaji pengaruhnya terhadap grain size, ketebalan serta kekasaran permukaan lapisan tipis GaN hasil deposisi. Gallium citrate amine yang dilarutkan dalam ethylene diamine digunakan sebagai sumber atom Ga dan gas N2 digunakan sebagai sumber atom N dalam pembentukan lapisan tipis GaN. Molaritas larutan gallium citrate amine adalah 0,6 M, dan gas N2 diatur pada laju aliran tetap 2 sccs. Spin coater diputar dengan variasi laju 1000 rpm, 1250 rpm, 1500 rpm, 1750 rpm dan 2000 rpm. Lapisan tipis GaN dipanaskan pada temperatur 900oC selama 2 jam pada lingkungan N2. Komposisi atom dan mikrostruktur lapisan tipis GaN hasil deposisi dikarakterisasi menggunakan energy dispersive of X-ray (EDX) dan scanning electron microscopy (SEM). Analisis komposisi atom melalui EDX menunjukkan bahwa sebagian besar lapisan tipis GaN mengalami kelebihan Ga. Lapisan tipis GaN yang hampir mendekati stoikiometri ditemukan pada deposisi dengan laju putar 1500 rpm. Citra SEM lapisan tipis GaN menunjukkan ketebalan, grain size serta nilai kekasaran permukaan lapisan tipis GaN semakin mengecil terhadap kenaikan laju putar spin coating.

Kata kunci : GaN, lapisan tipis, CSD, spin coating, mikrostruktur, grain size, ketebalan, kekasaran permukaan

Semikonduktor mulai dipelajari awal abad ke-19 yaitu sekitar tahun 1947. Awalnya semikonduktor yang diketahui berasal dari atom tunggal, yaitu Germanium (Ge) dan Silikon (Si). Semikonduktor dapat dibentuk dari paduan dua elemen atom atau lebih. Semikonduktor paduan ini mempunyai sifat listrik dan optik yang berbeda dengan semikonduktor tunggal. Paduan semikonduktor ini dapat terbentuk, dengan syarat konfigurasi molekulnya memenuhi kaidah oktet. Saat ini, semikonduktor paduan yang paling banyak digunakan untuk fabrikasi divais berasal dari golongan III-V, misalnya Galium Arsenida (GaAs), Galium antimoni (GaSb), Galium Nitrida (GaN), dan lain-lain (Lee, 2002). Ketertarikan terhadap teknologi divais berbasis semikonduktor GaN dimulai pada tahun 1971 ketika J.I Pankove menunjukkan sebuah LED berbahan GaN. Namun LED ini masih mempunyai efisiensi yang rendah, karena tidak tersedianya substrat dengan parameter kisi (lattice constant) yang cocok dengan GaN. Selain itu, belum tersedia teknologi untuk membentuk GaN tipe-p. Pada tahun 1986, Isamu Akasaki menunjukkan bahwa lapisan tipis GaN dengan cacat dislokasi (dislocation defect) yang rendah dapat diperoleh dengan menggunakan substrat safir (Al2O3). Pada tahun 1991, Shuji Nakamura telah berhasil membuat GaN tipe-p yang kemudian dikembangkan menjadi LED biru dengan efisiensi tinggi pada tahun 1994 (Syed, 2004). Kegunaan semikonduktor GaN tidak hanya terbatas pada aplikasi divais optoelektronik saja tetapi juga dapat diaplikasikan pada divais elektronik karena GaN mempunyai potensial dadal (breakdown) yang tinggi sehingga membuat GaN sangat menarik untuk diaplikasikan sebagai divais elektronik transistor daya tinggi (Syed, 2004). Deposisi lapisan tipis GaN menjadi suatu tantangan tersendiri meskipun perkembangan dan kemajuan divais-divais berbasis GaN berkembang sangat pesat, namun masih terdapat permasalahan dalam deposisi lapisan tipis yang sifat-sifatnya memenuhi syarat untuk diaplikasikan pada suatu divais. Salah satu permasalahan yang timbul adalah ketidakcocokan kisi dan ketidakcocokan koefisien ekspansi termal yang cukup besar antara substrat dengan lapisan tipis GaN. Hal-hal tersebut dapat mempengaruhi penurunan kualitas lapisan tipis GaN hasil deposisi. Sampai saat ini penumbuhan GaN masih ditekankan pada penggunaan substrat safir dan silika karbon (SiC). Penggunaan safir sebagai substrat memiliki ketidakcocokan kisi sekitar 13% dengan GaN. Selain itu terdapat kekurangan dari penggunaan substrat safir yaitu ukuran substrat yang masih kecil dan harganya relatif lebih mahal dibandingkan substrat Si. Saat ini, kalangan industri elektronika sangat mengharapkan teknologi pembuatan divais terintegrasi berskala besar di atas substrat Si berbasis semikonduktor GaN. Ada beberapa keuntungan penggunaan substrat Si yaitu substrat Si tersedia dalam ukuran besar, sifat listrik yang bagus dan harganya jauh lebih murah dibandingkan dengan substrat safir dan SiC. Namun terdapat beberapa kesulitan dalam penumbuhan GaN di atas Si karena ketidakcocokan kisi yang besar (~17%) dan perbedaan koefisien ekspansi termal yang besar (~56%) antara substrat Si dan GaN. Untuk memperoleh lapisan tipis GaN dengan kualitas yang baik di atas Si masih sangat sulit (Zhang, 2004). Hingga saat ini, terdapat beberapa metode yang digunakan untuk deposisi lapisan tipis GaN yaitu vapor-phase epitaxy (VPE), liquid phase epitaxy (LPE), molecular beam epitaxy (MBE), metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), metallorganic chemical vapor deposition (MOCVD), laser chemical vapor deposition (LCVD), chemical solution deposition (CSD) dan lain-lain (Sze, 1985). Metode VPE banyak digunakan karena penumbuhan kristal dapat dilakukan dengan relatif cepat. Pada metode VPE, penumbuhan GaN dilakukan melalui penguapan logam Ga atau pengaliran gas amonia (NH3) pada bubuk Ga. Namun demikian, metode VPE masih menyisakan permasalahan, yakni waktu penumbuhan yang terbatas karena Ga dalam NH3 relatif tidak stabil, dan ukuran bulir kristal yang dihasilkan masih terlalu besar (Berkman, 2005). Metode CSD dengan teknik spin coating merupakan metode yang relatif mudah, sederhana dan berbiaya murah dibanding dengan metode lain seperti metode VPE. Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan deposisi lapisan tipis GaN menggunakan metode CSD. Lapisan tipis GaN kualitas terbaik diperoleh pada temperatur optimum sebesar 900oC dengan laju alir gas N2 sebesar 120 sccm (2 sccs) dan molaritas larutan gallium-citrate-amine sebesar 0,6 M. Lapisan tipis GaN tersebut memiliki ketebalan yang lebih besar, permukaan yang lebih halus, serta sifat listrik yang paling baik, akan tetapi masih terdapat kekosongan atom N (Badriyah, 2008; Ambikawati, 2008). Selain pengaruh temperatur, laju alir gas dan besar molaritas larutan, masih terdapat parameter lain yang dapat mempengaruhi lapisan tipis GaN yang dideposisikan menggunakan metode CSD ini. Salah satu parameter tersebut adalah adanya pengaruh laju putar spin coater terhadap mikrostruktur lapisan tipis GaN. Pada penelitian ini dilakukan proses deposisi lapisan tipis GaN dari larutan galliumcitrate- amine pada molaritas sebesar 0,6 M, dengan variasi laju putar spin coating antara 1000 rpm – 2000 rpm serta dengan melakukan pemanasan pada temperatur 900oC dengan laju alir gas N2 sebesar 2 sccs. Selanjutnya dikaji pengaruh variasi laju putar spin terhadap komposisi atom penyusun lapisan tipis GaN dan citra morfologi lapisan tipis GaN.

Read More

APLIKASI MIKROKONTROLER ATMEL AT89S52 SEBAGAI KENDALI SUHU

Oleh : Arief Dwi Putranto (PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA)

Aplikasi pengendalian suhu banyak ditemui dalam berbagai bidang. Tujuan dari tugas akhir ini adalah membuat suatu alat monitoring dan kendali suhu berbasis mikrokontroler Atmel AT89S52 dengan dilengkapi keypad matrik sebagai nilai batas suhu (set point value). Sistem kendali yang digunakan dalam aplikasi ini adalah sistem kendali tertutup (close loop control). Metode yang digunakan dalam membangun sistem pengendali suhu ini menggunakan metode rancang bangun yang terdiri dari beberapa tahap, (1) Studi literatur, (2) Identifikasi kebutuhan, (3) Analisis kebutuhan, (4) Perancangan dan pembuatan sistem, (5) Pengujian dan analisa. Secara garis besar, sistem dibagi dalam tiga bagian yaitu blok masukan, blok proses, dan blok keluaran. Blok masukan terdiri dari sensor suhu, pengkondisi sinyal, ADC, dan keypad matrik 4x3. Blok proses terdiri dari sistem minimum mikrokontroler AT89S52 yang difungsikan sebagai akusisi data, pembanding, dan pengambil keputusan. Sedangkan blok keluaran terdiri dari 6 digit display 7 segmen sebagai penampil suhu terukur (point value) dan nilai suhu yang dikehendaki (set value), 2 buah relay yang difungsikan sebagai switch pengendali beban serta 2 buah LED dan sebuah buzzer sebagai indikator sistem. Prinsip kerja dari alat ini adalah sensor yang dipasang sebagai umpan balik (feedback) dalam sistem akan mengindera nilai suhu secara terus-menerus (real time). Hasil tersebut sebelum dikirimkan kepada mikrokontroler untuk diolah telah diubah terlebih dahulu oleh ADC menjadi data digital. Suhu hasil penginderaan akan dibandingkan dengan set value yang dapat diatur nilainya melalui masukan keypad. Pebedaan (galat) tersebut yang menjadi indikator bekerja atau tidaknya kedua relay untuk mengendalikan beban yang dikontrol. Beban yang dikontrol dapat berupa pemanas (heater) atau pendingin (cooler). Kawasan suhu yang bisa di kendalikan adalah 0 derajat Celcius sampai dengan 99  derajat Celcius. Hasil pengujian dengan termometer menunjukan sistem yang dibuat ini memiliki rata-rata error + 0,4 derajat C pada saat pengukuran dengan termometer analog. Sedangkan kinerja sistem sudah sesuai yang diharapkan yaitu mampu mengendalikan pemanas (heater) dan mempertahankan suhu yang dikehendaki pada daerah di sekitar sensor.

Read More

Sintesis Nanopartikel TiO2 dengan Metode Sonokimia untuk Aplikasi Sel Surya Tersensitasi Dye (Dye Sensitized Solar Cell – DSSC) Menggunakan Ekstrak Kulit Buah Manggis dan Plum sebagai Photosensitizer

Oleh : GERALD ENSANG TIMUDA (IPB 2009)

Abstrak : Telah dibuat sel surya tersensitasi dye alami dengan respon arus – tegangan yang cukup baik. Bahan semikonduktor yang dipakai pada penelitian ini adalah TiO2. Bahan TiO2 dibuat dengan menggunakan metode sonokimia dari prekursor TiCl4, asetil aseton dan air sebagai prekursornya. Perlakuan ultrasonik pada larutan prekursor memberikan pengaruh terhadap sifat kristal TiO2 yang terbentuk, sebagaimana teramati pada karakterisasi difraksi sinar-X (XRD). Waktu perlakuan ultrasonik yang lebih lama mengakibatkan ukuran kristal TiO2 menjadi semakin kecil. Hal ini berlaku ketika gelombang ultrasonik yang diberikan berdaya kecil (21 W). Ketika digunakan daya yang lebih besar (130 W), perilaku serupa muncul. Semakin lama waktu perlakuan mengakibatkan semakin kecil ukuran kristal yang terbentuk.Tetapi untuk daya yang lebih besar ini terdapat waktu optimum untuk memperkecil ukuran kristal. Ketika diberi perlakuan ultrasonik dengan waktu yang lebih besar daripada waktu optimum ini, ukuran kristal menjadi diperbesar. Waktu perlakuan juga memberikan pengaruh kepada fase kristal yang terbentuk. Ketika prekursor dipapar dengan gelombang ultrasonik daya rendah, semakin lama waktu pemaparan mengakibatkan persentase fase rutile semakin berkurang dan persentase fase anatase semakin meningkat. Ketika prekursor dipapar dengan gelombang ultrasonik dengan daya tinggi, tidak teramati fase rutile, kristal yang terbentuk 100% berfase anatase. Pengamatan morfologi struktur kristal dilakukan dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Hasil pengamatan tersebut memperlihatkan hanya beberapa bubuk yang memiliki morfologi mesoporus nanopartikel. Hal ini berarti terdapat waktu dan daya yang efektif yang mengakibatkan TiO2 yang terbentuk memiliki morfologi mesoporous nanopartikel seperti yang diharapkan.

Dye yang digunakan berasal dari ekstrak kulit buah manggis dan plum. Ekstrak ini memiliki respon absorbansi pada rentang yang cukup lebar pada spektrum cahaya tampak. Puncak dari kurva absorbansi menunjukkan kandungan yang dimiliki ekstrak kulit buah plum adalah antosianin, sedangkan ekstrak kulit buah manggis adalah antosianin dan karoten. Hal ini mengindikasikan kedua ekstrak tersebut bisa digunakan sebagai sensitizer pada sistem sel surya tersensitasi dye karena kandungan yang dimiliki tersebut. Respon arus-tegangan yang dihasilkan oleh sel-sel yang dibuat dengan menggunakan bubuk dan ekstrak tersebut di atas, cukup baik. Tegangan open circuit maupun arus short-circuit langsung terdeteksi ketika sel diiluminasi oleh cahaya lampu putih. Nilai rapat arus short-circuit tertinggi sebesar 0,87 mA/cm2 yang dihasilkan sel surya yang dibuat dari bahan TiO2 hasil sintesis menggunakan gelombang ultrasonik berdaya rendah selama 8 jam dan ekstrak kulit buah plum sebagai sensitizer-nya. Tegangan open-circuit terbesar adalah 0,462 V yang dimiliki sel surya yang dibuat dari bahan TiO2 hasil sintesis menggunakan gelombang ultrasonik berdaya tinggi selama 4 jam dengan ekstrak kulit buah manggis sebagai semsitizer-nya. Sedangkan nilai fill factor tertinggi adalah sebesar 0,46 yang dimiliki sel surya yang dibuat dari bahan TiO2 hasil sintesis menggunakan gelombang ultrasonik berdaya tinggi selama 1 jam dengan ekstrak kulit buah manggis sebagai sensitizer-nya.

Kata kunci : Nanopartikel TiO2, Metode Sonokimia, DSSC, Dye Alami, Photosensitizer

Read More

Enaknya Makan Pecel Buatan Sendiri

Resep Bahan Pecel :

• 150 gram kangkung muda
• 150 gram kacang panjang, potong @ 2 cm
• 150 gram bayam muda
• 200 gram taoge atau jenis sayur lain
• garam menurut selera
• rempeyek kacang

Resep Sambal Pecel :

• 250 gram kacang tanah sangrai/goreng, cincang kasar
• 6 buah cabai rawit
• 2 buah cabai merah
• 1 sendok teh kencur cincang
• 3 siung bawang putih
• 3  lembar daun jeruk purut
• 1 sendok teh asam jawa
• 1/4 sendok teh terasi
• 300 ml air matang
• garam dan gula merah menurut selera

Cara Membuat Pecel :

• Rebus secara terpisah masing-masing sayuran, tiriskan.
• Sambal pecel : tumis cabai, kencur, bawang putih, dan daun jeruk dengan 3 sendok makan minyak goreng, tiriskan. Haluskan bersama kacang goreng, beri air matang, aduk kental. Hidangkan sayuran dengan sambal dan rempeyek kacang.
• Rempeyek kacang : haluskan 10 buah kemiri sangrai/goreng, 5 siung bawang putih, 2 sendok teh kencur cincang, 1 sendok teh ketumbar, dan 1 sendok teh garam.
• Campur 200 gram tepung beras, 50 gram tepung sagu, bumbu halus, 1 butir telur kocok, aduk, tuangi 450 ml santan cair sambil diaduk menjadi adonan yang licin. Masukkan 5 lembar daun jeruk purut iris halus, dan 200 gram kacang.
• Tuang 1 sendok sayur adondn di pinggir penggorengan. Biarkan mengeras, lepaskan dengan sendok penggorengan, bawa ke tengah, goreng dengan api kecil sambil dibolak-balik hingga kering kecokelatan. Angkat, tiriskan.

Read More

Tips Membuat Soto Ayam Nikmat

Bahan-bahan yang diperlukan:
Ayam 1 ekor direbus dengan air secukupnya
telur rebus 5 bh
Kentang rebus 2bh
Toge secukupnya
Keripik kentang
Bawang merah goreng secukupnya
Lengkuas 2 cm, memarkan
Sereh 1 btg, memarkan
garam, merica, gula
Jeruk nipis
Daun bawang, seledri iris halus

Bumbu-bumbu yang dihaluskan:

Bawang merah 3 bh
Bawang putih 5 siung
Jahe 1 cm
Kunyit 1 cm
Kemiri 5 bh
Cara memasaknya:
1. Ayam rebusan di suir-suir.
2. Masukkan bumbu halus, sereh, lengkuas, garam, gula, merica kedalam kaldu ayam sampai mendidih.
3. Sajikan di mangkok dengan menyusun telur, toge, kentang rebus, suiran ayam dan siram dengan kuah, taburi bawang merah goreng, daun bawang, seledri diatasnya dan tambahkan perasan jeruk nipis.
4. Soto ayam sangat sedap bila disajikan dengan sambalnya.
Sambal soto:
Cabe rawit 5 bh direbus, haluskan tambah sedikit garam dan tuangi sedikit air kaldu panas.

Read More

Tips Membuat Gado-gado Enak

Persiapkan Bahan-bahan yang dibutuhkan (untuk 2 porsi) :

• Lontong, 1 buah
• Kacang panjang, 50 gram, potong 4 cm, rebus
• Kol, 50 gram, potong kasar dan rebus
• Daun selada, 4 lembar
• Taoge, 50 gram
• Timun muda, 1/2 buah
• Tempe goreng, 1 buah, potong kotak-kotak
• Tahu goreng, 1 buah, potong kotak-kotak
• Kentang rebus, 1 buah, potong kotak-kotak
• Telur ayam rebus, 1 butir, potong jadi 6 bagian
• Kerupuk udang atau emping secukupnya

* Jenis sayuran bisa diganti atau ditambahkan sesuai selera.

Bumbu Saus Kacang :

• Kacang tanah goreng, 30 gram
• Santan, 250 ml
• Cabai merah, 3 buah, potong-potong dan tumis
• Bawang putih goreng, 1/2 sendok makan
• Bawang merah goreng, 1 sendok makan
• Air asam, 1/2 sendok makan
• Garam secukupnya
• Gula merah sisir, 1/2 sendok makan
• Terasi, 1/2 sendok teh
• Daun salam, 1 lembar

Cara memasak Gado-gado :

• Saus kacang : Haluskan kacang goreng, bawang merah, bawang putih dan terasi.
• Tambahkan cabai merah, haluskan.
• Masukkan bumbu halus dalam panci, tambahkan bahan bumbu yang lain. Rebus sambil diaduk hingga mendidih dan berminyak, angkat.
• Atur dalam piring saji, lontong, sayur, tahu, tempe, kentang dan telur.
• Tuangi saus kacang secukupnya. Tambahkan kerupuk atau emping di atasnya, sajikan.

Saran :

• Ketika memasak saus, gunakan api kecil dan terus diaduk agar tidak hangat di dasar panci.
• Jangan rebus sayur terlalu lama agar tetap renyah.

Read More

FISIKA KLASIK DAN FISIKA MODERN

Fisika klasik adalah fisika yang didasari prinsip-prinsip yang dikembangkan sebelum bangkitnya teori kuantum, biasanya termasuk teori relativitas khusus dan teori relativitas umum. Pendewasaan fisika klasik. bagi pengembangan teori tentang asal-usul jagat raya ini. Tampaknya pada masa kehidupan Sir Isaac Newton di abad ke-17 kedua pertanyaan itu belum menjadi amunisi dalam aktualisasinya, tetapi aktualisasi kreativitasnya lebih dicurahkan pada upaya mengkonstruksi hukum-hukum tentang gerak berdasarkan dokumen tertulis dari Galileo dan Keppler. Pernyataan bagi realitas gerak suatu benda memerlukan dimensi ruang dan waktu, yaitu berapa lama waktu yang diperlukan benda tersebut untuk menempuh suatu jarak perpindahan tempat. Walaupun sudah terbiasa dengan gejala fisis seperti itu, tetapi dapat saja timbul pertanyaan mana yang lebih dulu harus dikonsepkan: [1] apakah benda harus terlebih dahulu tercipta, kemudian disediakan ruang dan waktu ? [2] ataukah ruang dan waktu terlebih dahulu tercipta kemudian benda ditempatkan di dalamnya ?. Pertanyaan ini pada awal abad ke-20. Dalam mekanika klasik dimana besaran amplitudo tidak terbatas (kontinu) dan perilaku materi serta energi pada skala makro dengan kecepatan yang masih dapat dijangkau oleh indera. Fisika modern merupakan salah satu bagian dari ilmu Fisika yang mempelajari perilaku materi dan energi pada skala atomik dan partikel-partikel subatomik atau gelombang. Pada prinsipnya sama seperti dalam fisika klasik, namun materi yang dibahas dalam fisika modern adalah skala atomik atau subatomik dan partikel bergerak dalam kecepatan tinggi. Untuk partikel yang bergerak dengan kecepatan mendekati atau sama dengan kecepatan cahaya, perilakunya dibahas secara terpisah dalam teori relativitas khusus. Ilmu Fisika Modern dikembangkan pada awal abad 20, dimana perumusan-perumusan dalam Fisika Klasik tidak lagi mampu menjelaskan fenomena-fenomena yang terjadi pada materi yang sangat kecil. Fisika Modern diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa besaran energi suatu benda yang beosilasi(osilator) tidak lagi bersifat kontinu, namun bersifat diskrit (kuanta), sehingga muncullah istilah Fisika Kuantum dan ditemukannya konsep dualisme partikel-gelombang. Konsep dualisme dan besaran kuanta ini merupakan dasar dari Fisika Modern. Dalam hal ini dibahas konsep, hipotesa dan eksperimen yang menjadikan landasan pengembangan fisika modern serta penerapan fisika modern, dalam berbagai bidang seperti kedokteran, telekomikasi, dan industri.

KONSEP FISIKA MODERN

Fisika Modern secara umum dibagi menjadi dua bagian pembahasan yaitu Teori kuantum lama dan Teori Kuantum Modern. Teori Kuantum lama memperkenalkan besaran-besaran fisika, seperti energi merupakan besaran diskrit bukan besaran kontinu seperti halnya dibahas dalam mekanika klasik. Teori kuantum lama diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa energi yang dipancarkan oleh sumber (berupa osilator) bersifat kuanta/diskrit karena hanya bergantung pada frekuensinya bukan pada amplitudo seperti dalam mekanika klasik dimana besaran amplitudo tidak terbatas (kontinu). Pada tahun 1900 Max-Planck merumuskan besaran energi yang bersifat diskrit dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh benda hitam yaitu :

E =nhf

dimana n = 1, 2, 3, ... dan h = 6,626 x 10-34 Joule/detik (konstanta Planck).

Albert Einstein pada tahun 1905 menggunakan konstanta Planck dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh berkas cahaya/foton (penemuan efek fotolistrik). Konsep yang paling mendasar dalam fisika modern adalah konsep dualisme Partikel(materi) dan gelombang, dimana partikel berperilaku sebagai gelombang dan gelombang berperilaku sebagai partikel. Konsep ini sangat penting karena perilaku partikel dan gelombang semuanya sudah dipelajari dan diamati di fisika klasik. Konsep dualisme partikel-gelombang ini diamati oleh 2(dua) eksperimen yaitu efek fotolistrik oleh Albert Einstein dan eksperimen difraksi partikel/elektron oleh G.P. Thomson dan Davison Germer.

Read More

PENGUKURAN

1. Besaran Fisis Standar dan Satuannya

Besaran fisika terdiari atas besaran pokok dan besaran turunan. Pada Tabel 1 diperlihatkan beberapa besaran pokok dalam satuan Internasional (SI).

Tabel 1. Satuan-satuan dasar SI

Besaran	Satuan	Simbol
Panjang	meter	m
Massa	kilogram	kg
Waktu	sekon	s
Arus listrik	Ampere	A
Temperatur	Kelvin	K
Jumlah zat	mole	m
Intensitas cahaya	candela	cd

Satuan standar pada Tabel 1 sering dinyatakan dalam bentuk pembanding. Dalam menyatakan beasaran fisika, pembanding sangat dibutuhkan agar penulisannya lebih sederhana. Pembanding tersebut harus dinyatakan dengan kaidah yang baku dengan cara meletakannya pada awal satuan. Awalan-awalan yang lebih dari satu berasal dari Bahasa Yunani, sedangkan awalan yang kurang dari satu berasal dari Bahasa Latin, kecuali femto dan atto berasal dari Bahasa Denmark. Pada Tabel 2 diperlihatkan awalan-awalan pembanding yang lazim digunakan saat ini.

Tabel 2. Awalan-awalan pembanding dalam SI

Faktor	Awalan	Simbol	Faktor	Awalan	Simbol
101	deka	da	10-1	desi	d
102 103	hekto kilo	h k	10-2 10-3	senti mili	c m
106	mega	M	10-6	mikro	µ
109	giga	G	10-9	nano	n
1012	tera	T	10-12	piko	p
1015	peta	P	10-15	femto	f
1018	eksa	E	10-18	atto	a

Contoh 1 :

Problem : “Kumpulan elektron yang bermassa 2 x 10^-7 gram pada prinsipnya dapat melintasi aksektor sepanjang 5 x 10¹⁰ meter selama 2 x 10^-16 sekon.”

Rangkai ulang pernyataan di atas menggunakan angka pembanding pada Tabel 2.

Solusi : “Kumpulan elektron yang bermassa 2 µg pada prinsipnya dapat melintasi aksektor sepanjang 5 Mm selama 2 x 10^-16 fs.”

[Note : pernyataan di atas dimaksudkan untuk mengetahui pembanding, bukan merupakan pernyataan ilmiah].

*Sebagai bahan latihan, rangkai ulang secara bebas kalimat di atas dengan memanfaatkan Tabel 2.

Selain besaran pokok yang telah diuraikan pada Tabel 1, dikenal pula basaran turunan untuk merepresentasikan besaran fisis. Sebagai contoh kecepatan (m/s), percepatan (m/s²), gaya (kg. m/s²) dan sebagainya. 

2. Konversi Satuan

Konversi satuan merupakan perubahan ukuran satuan fisis menjadi satuan lain yang ekuivalen. Factor konversi umumnya bernilai 1. Sebagai contoh 1 mil = 1.61 km, 1m = 39.37 inci, 1 tahun cahaya = 9.461 x 10¹⁵ m, 1 eV = 1.602 x 10^-19 J, 1 hp (horse power) = 746 W dan sebagainya.

Contoh 2: Berapakah nilai ekuivalen dari 90 km/jam dalam meter per sekon dan dalam mil per jam?

Solusi : Penyelesaian kasus ini membutuhkan factor konversi dasar 1000 m = 1 km; 1 jam = 3600 s; 1 mil = 1.61 km

Konversi 90 km/jam ke m/s :

90 km : A m = 1 km : 1000 m           A = 9000 m

90 km / 1 jam = 90000 m / 3600 s = 25 m/s.

Konversi 90 km/jam ke mil/jam :

1 mil : 1.61 km = B mil : 90 km           B = 90/1.61 = 55.9 mil

55.9 mil / 1 jam = 55.9 mil/jam.

3. Aturan Angka Signifikan

Penulisan angka-angka sebagai hasil pengukuran maupun perhitungan dalam sistem fisis memerlukan kaidah angka signifikan atau lazim dikenal dengan angka penting. Jumlah angka signifikan dalam operasi matematika pada sistem fisis tidak boleh lebih besar dari jumlah terkecil angka signifikan yang dilibatkan dalam operasi tersebut.

Contoh 3 :

Hitunglah jumlah dari 1,040 dan 0,2134

Solusi : Bilangan pertama 1,040 mempunyai tiga angka signifikan, sedangkan bilangan kedua 0,2134 mempunya empat angka signifikan yang masing-masing terletak di belakang koma. Dengan menggunakan aturan angka penting, maka hasil penjumlahan kedua bilangan tersebut mempunyai tiga angka signifikan, diperoleh :

1,040 + 0, 2134 = 1,2534 (salah penulisannya)

                          = 1,253   (benar penulisannya)

Read More