Fabrikasi Thin Film SnSe sebagai Bahan Termoelektrik dengan Menggunakan Radio Frequency Sputtering

Faridah, Nurul (2025) Fabrikasi Thin Film SnSe sebagai Bahan Termoelektrik dengan Menggunakan Radio Frequency Sputtering. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6001222001-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2027. Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mempelajari material SnSe dalam bentuk thin film dan mengkarakterisasi sifat termoelektriknya untuk mengeksplorasi potensinya sebagai generator termoelektrik yang efisien. Penelitian ini berkontribusi dalam peran termelektrik di energi alternatif dan energi bersih sesuai goal 7 SDGs. Selain itu, penelitian ini bertujuan untuk memberikan kontribusi pada kemajuan teknologi termoelektrik. Penelitian ini memiliki dua metode yang berbeda dalam membuat thin film, tetapi tetap dalam kondisi sputtering yang berbeda. Metode pertama yaitu metode annealing dengan peralatan berbeda dan metode berkelanjutan dengan substrate heating, sputtering, dan annealing. Metode annealing dengan peralatan berbeda dilakukan dengan melakukan proses sputtering pada substrat polymide selama 60 menit di suhu ruangan. SnSe yang telah di sputtering kemudian di annealing dengan variasi suhu 300℃, 350℃, 400℃, dan 450℃ untuk meningkatkan kristalinitas dan sifat termoelektriknya. Sedangkan pada metode berkelanjutan dengan substrate heating, sputtering, dan annealing dilakukan menggunakan satu alat yang sama dan proses yang berkelanjutan secara langsung. Substrate heating dilakukan selama 30 menit, kemudian dilanjutkan dengan proses sputtering selama 15 menit, dan annealing selama 30 menit dengan suhu yang dibuat tetap. Variasi suhu pada metode kedua yaitu 250℃, 350℃, 450℃, dan 550℃. Kondisi sputtering dilakukan pada kedua metode tersebut yaitu base pressure 2,3 × 10⁻³ Pa dan work pressure 1,1 Pa, flow rate Ar sebesar 40 sccm dan daya RF sputtering yang digunakan adalah 80 W. Struktur kristal dari thin film fleksibel SnSe dianalisis menggunakan teknik X-ray diffraction (XRD). Sifat termoelektrik, yaitu resistivitas listrik (ρ) dan koefisien Seebeck (S), diukur menggunakan metode ZEM-3 untuk menghitung nilai power factor (PF). Hasil karakterisasi (X-ray Diffraction) XRD menunjukkan bahwa material SnSe thin film pada metode pertama bersifat amorf, sedangkan pada metode yang kedua berhasil memunculkan peak. Hasil uji ZEM-3 menunjukkan bahwa nilai power factor tertinggi pada metode pertama yaitu sebesar 0,34 mW/mK² dengan resistivitasnya bernilai 1,26 × 10⁻⁵ mΩ dan koefisien Seebeck sebesar 2,09 μV/K². Hasil uji ZEM-3 pada metode kedua menunjukkan bahwa nilai power factor tertinggi sebesar 0,34 mW/mK² dengan resistivitasnya bernilai 1,21 mΩ dan koefisien Seebeck sebesar 363 μV/K². Hasil analisis menunjukkan bahwa SnSe thin film pada penelitian ini berpotensi sebagai termoelektrik generator yang memiliki tingkat fleksibilitas tinggi karena substrat yang digunakan adalah substrat polymide. Selain itu substrate polymide juga ringan, sehingga sangat cocok untuk digunakan pada berbagai perangkat, seperti perangkat yang memanfaatkan panas tubuh.
===================================================================================================================================
This research was conducted with the aim of studying SnSe material in the form of thin films and characterizing its thermoelectric properties to explore its potential as an efficient thermoelectric generator. This study contributes to the role of thermoelectrics in alternative and clean energy, aligning with Goal 7 of the Sustainable Development Goals (SDGs). Additionally, it aims to contribute to advancements in thermoelectric technology. The research involves two different methods for fabricating thin films, both under varying sputtering conditions. The first method is an annealing method using different equipment, while the second is a continuous method involving substrate heating, sputtering, and annealing. In the annealing method with different equipment, the sputtering process was conducted on a polyimide substrate for 60 minutes at room temperature. The sputtered SnSe was then annealed at varying temperatures of 300°C, 350°C, 400°C, and 450°C to enhance crystallinity and thermoelectric properties. Meanwhile, the continuous method using substrate heating, sputtering, and annealing was performed with the same equipment in a direct and continuous process. Substrate heating was conducted for 30 minutes, followed by sputtering for 15 minutes and annealing for 30 minutes, with fixed temperatures. The temperature variations in the second method were 250°C, 350°C, 450°C, and 550°C. The sputtering conditions for both methods were a base pressure of 2,3 × 10⁻³ Pa, a working pressure of 1,1 Pa, an argon flow rate of 40 sccm, and an RF sputtering power of 80 W. The crystal structure of the flexible SnSe thin films was analyzed using X-ray Diffraction (XRD). Thermoelectric properties, namely electrical resistivity (ρ) and the Seebeck coefficient (S), were measured using the ZEM-3 method to calculate the power factor (PF). XRD characterization results showed that the SnSe thin film produced by the first method exhibited an amorphous structure, while the second method successfully produced distinct peaks. ZEM-3 testing revealed that the highest power factor in the first method was 0,34 mW/mK², with a resistivity of 1,26 × 10⁻⁵ mΩ and a Seebeck coefficient of 2,09 μV/K². In the second method, the highest power factor was also 0,34 mW/mK², with a resistivity of 1,21 mΩ and a Seebeck coefficient of 363 μV/K². The analysis results indicate that SnSe thin films in this study have potential as thermoelectric generators with high flexibility due to the use of polyimide substrates. Moreover, polyimide substrates are lightweight, making them highly suitable for various applications, such as devices that utilize body heat.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	goal 7 SDGs, polymide, RF Sputtering, termoelektrik, thin film, tin telenide, goal 7 SDGs, polymide, RF Magnetron, thermoelectric, thin film, tin selenide
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC320 Heat transfer Q Science > QC Physics > QC 611.97.T46 Temperature effects. Including transition temperature
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Physics > 45101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Nurul Faridah
Date Deposited:	06 Feb 2025 08:49
Last Modified:	06 Feb 2025 08:49
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118480

Actions (login required)

View Item