PERKEMBANGAN TEKNOLOGI SENSOR DAN APLIKASI NY A … · Seiring dengan perkembangan ilmu di bidang...

Hiskia ISSN 0216 - 3128

PERKEMBANGAN TEKNOLOGI SENSOR DAN APLIKASINYA UNTUK DITEKSI RADIASI NUKLIR

HiskiaPusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi, LlPI, JI. Sangkuriang, Kampus LIP!, Bandung

ABSTRACT

Radiation is energy in the form of waves or moving subatomic particles. Radiation can be ionizing or nonionizing radiation, depending on its effect on atomic matter. Because radiation cannot be seen, felt, tasted,heard or smelled, even at lethal levels, radiations detection devices must be used to alert those exposed toradiation. The measurement of radioactivity in the environment is a regulatory requirement around siteswhere significant amounts of radioactive materials are used or stored. Recently, advent in microelectronicsand material technology has enabled to produce small sensor or microsensor, sensitive, accurate, andintegrated in a chip or substrate. Development of radiation sensor technology using thin/thick film andmicromachining technique was described in this paper. Indonesian capabilities in radiation sensor researchand development and oppartunities for commercialization also given.

ABSTRAK

Radiasi dapat diartikan sebagai transmisi energi dalam bentuk gelombang atau partikel dari sebuah sum bel'ke medium atau tujuan sekitarnya. Oleh karena radiasi tidak bisa dirasa, dilihat, tercium dan didengar,meskipun pada level yang berbahaya, maka alat deteksi radiasi atau sensor radiasi harus digunakan un/ukmengetahui keberadaan radiasi atau memberi peringatan kepada mereka yang terkena radiasi. Lebih jauhlagi, pengukuran radiasi merupakan kebutuhan wajib yang harus dilakukan disekitar wilayah dimana bahanradioaktif digunakan atau disimpan. Seiring dengan perkembangan ilmu di bidang bahan danmikroelektronika yang sangat pesat, maka saat ini sudah dapat dihasilkan mikrosensor yang berukurankecil, sensitif, akurat dan terintegrasi dalam sebuah keping chip atau substrat, dengan tujuan untukmempercepat proses analisa serta menekan biaya produksi fTleii]iiarsekecil mungkifi: Pada makalah ini akandibahas perkembangan teknologi sensor untuk diteksi radiasi nuklir. Penggunaan teknologi thick/thin filmdan micromachining dalam pembuatan mikrosensor radiasi, prinsip pengukuran dan cara kerja mikrosensorakan dikemukakan. Kemampuan dalam negeri dan kemungkinan pembuatan mikrosensor radiasi diIndonesia juga akan dibahas.

~Kata kunci: Radiasi, Sensor, Thick Film, Thin Film,jMicromaching

vii-

PENDAHULUAN

R:diasi adalah energi dalam bentuk gelombangtau partikel subatomic yang bergerak(1].Radiasi secara umum dapat dibagi dalam dua jenisyaitu: radiasi elektromagnetik dan radiasi partikel.Radiasi elektromagnetik terdiri dari non-ionisasi(gelombang radio, microwave, infra merah, sinartampak, ultraviolet) dan ionisasi (sinar X dangamma) seperti telihat pada Gambar 1. Adapunradiasi partikel terdiri dari: radiasi alpha, beta danneutron. Radiasi umumnya diartikan sebagai radiasiionisasi. Pengaruh radiasi terhadap tubuh manusiabisa mengakibatkan kerusakan organ karena bersifatkarsiogenik.

Limbah radioaktif adalah jenis limbah yangmengandung bahan/unsur/material radioaktif ataubersifat radioaktif yang tidak mempunyai tujuanpraktis tertentu. Limbah radiaktif biasanyadihasilkan dari sebuah proses nuklir misalnya prosesfissi nuklir. Kebanyakan Iimbah radioaktif adalah

Iimbah radioaktif dengan tingkat rendah, yangartinya mempunyai tingkat radiaoktivitas rendah(baik per massa atau per volume). Limbah radioaktifjenis ini biasanya diisi oleh material pelindungradiasi yang hanya sedikit terkontaminasi.

Oleh karena radiasi tidak bisa dirasakan, dilihat,didengar dan tidak tercium oleh panca indera kita,meskipun pada level yang sangat berbahaya, makadiperlukan suatu alat deteksi radiasi yang biasanyadikenal sebagai sensor radiasi atau detektor radiasiuntuk mengetahui keberadaan radiasi atau memberiperingatan kepada mereka yang terkena radiasi.Lebih jauh lagi, pengukuran radiasi merupakankebutuhan wajib yang harus dilakukan disekitarwilayah dimana bahan radioaktif digunakan ataudisimpan. Penggunaan sensor radiasi sangatdiperlukan· untuk keselamatan kerja atau keamananpengoperasian suatu sumber energi nuklir sertapenanganan limbahnya. Pada tulisan ini akandibahas perkembangan teknologi sensor untukdeteksi atau mengukur kuat radiasi nuklir.

Prosldlng PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN

Yogyakarta, 10 Jull 2007

viii- ISSN 0216 - 3128 Hiskia

4- Increasing Frequency (v)IOn 1020 101' IO'~ (01' (0'1 JOlt. 1O~ 106 104 (01I

IO-It• 10-41

..., ......•- ..• .•- ..••...•. -Iff

Increasing Wavelength (I.) ~

i.(m)

Visible spcctmm

Gambar 1. Spektrum elektromagnetik.

Sekilas Mengena; Sensor

Sensor adalah divais yang digunakan untukmerubah suatu besaran fisika atau kimia menjadibesaran listrik sehingga dapat dianalisa denganrangkaian Iistrik tertentu[2]. Sensor dapat diklasifikasikan sesuai dengan jenis transfer energi yangdapat dideteksi yaitu[3]:

Thermal, contoh: sensor temperatur dan sensorpanas (bolometer, calorimeter).

Electromagnetic (ohmmeter, galvanometer,voltmeter, metal detector, RADAR).

Mekanik, contoh : pressure sensor (altimeter,barometer dan pressure gauge), gas and liquid

flow sensor (anemometer, flow meter, gas meter,water meter), mechanical sensor (accelerationsensor, position sensor, strain gauge)

Kimiawi, contoh: sensor, oksigen, ion-selectiveelectrodes, pH glass electrodes, redox electrodesdan carbon monoxide detectors.

Radiasi optik, contoh: photodetectors, photodiode, CCD dan sensor image, sensor inframerah, scintillometers.

Radiasi lonisasi, contoh: geiger counter,dosimeter, scintillation counter, neutrondetection, particle counter, scintillator, bubblechamber.

Pemantauan lingkungan merupakan suatuproses yang sangat dibutuhkan untuk melindungimasyarakat dan lingkungannya dari ancaman limbahberacun dan pathogen dalam berbagai mediatermasuk udara, tanah dan air. Beberapa jenis unsuryang mencemari udara diantaranya adalah sulfur

PERKEMBANGANSENSOR UNTUKLINGKUNGAN

TEKNOLOGIPEMANTAUAN

dioxide, carbon monoxide, nitrogen dioxide, danvolatile organic compunds dimana sumber utamadari pencemar ini berasal dari emisi gas buangkendaraan bermotor, industri serta laboratoriumproses. Sedangkan faktor-faktor yang mencemaritanah dan air dapat diklasifikasikan sebagai berikut,mikrobiologi, radioaktif (contoh: titrium), inorganic(contoh: arsenic). Organik sintetik (contoh:pestisida) dan volatile organic compunds (contoh:benzene).

Salah satu teknologi yang selama inidikembangkan secara pesat untuk pemantauanlingkungan adalah teknologi sensor. Denganteknologi sensor ini dimungkinkan untuk dilakukanpemantauan dan pengukuran secara otomatis danremote dengan tingkat keakuratan dan kepresisianyang baik.

Kebutuhan akan sistem sensor kimia dan

biologi untuk aplikasi lingkungan, kesehatan danindustri semakin meningkat diseluruh dunia. Pembuatan sistem mikrosensor, terintegrasi dan portablesangat dibutuhkan untuk kemudahan pengoperasiandi lapangan. Manfaat dari sistem sensor yangminiatur (mikro), terintegrasi dan portable adalahpeningkatan efisiensi, kecepatan, perbaikanreliability dari proses analisa, dan mengurangikonsumsi pemakaian sample dan reagent.

Teknologi Planar Silikon

Untuk perkembangan teknologi sensortantangan saat ini adalah bagaimana menghasilkansensor yang lebih sensitif, ukuran kecil, mudahdalam pengoperasian dan relatif murah. Menjawabtantangan tersebut sensor berbasis silikon ataudikenal dengan nama sensor silikon telah banyakdikembangkan untuk berbagai aplikasi (pemantauanlingkungan dan industri), yang menawarkanbeberapa kelebihan seperti, berukuran kecil, akurat,sensitif dan biaya produksi yang murah (low cost).

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2007

Hiskia ISSN 0216 - 3128 Lx

Jenis sensor silikon untuk mendeteksi atau

mengukur sinyal radiasi yang biasa digunakanadalah: photoconductor, photodioda, phototransistordan charged coupled devices (CCD). Untukmeningkatkan sensitifitasnya maka telah dibuatsistem sensor dalam bentuk array untuk deteksi softX-rays[4]. Akhir-akhir ini, telah banyak dikembangkan sensor radiasi berbasis Field Effect Transistor(FET) atau yang lebih dikenal sebagai RadFET[5].

1. Teknologi Mikrosensor

Seiring dengan perkembangan teknologifabrikasi mikroelektronika yang sangat pesat saatini, fabrikasi sensor dapat dilakukan pada tingkatskala mikroskopik yang dikenal sebagai mikrosensorl2•5]. Dalam bidang sensor electrochemical danactuator pada saat ini minituarisasi dan integrasikomponen-komponen suatu sistem sensor sedangdikembangkan di laboratorium-Iaboratorium yangmenuju ke suatu sistem baru, dimana semua komponen terintegrasi secara total yang dikenal dengannama micro Total Analysis System (~TASP-IO].

Teknologi proses yang banyak digunakanuntuk pembuatan mikrosensor atau mikrodevicesadalah silicon-based microfabrication yang dapatmenghasilkan struktur yang berukuran mikrometerdan memungkinkan untuk membuat microsensordalam bentuk array atau multi-sensor pada suatukeping chip. Disamping itu teknologi thin/thick filmjuga banyak digunakan untuk pembuatan chemical/biological sensor, karena prosesnya lebih sederhanadan low cost sangat cocok untuk pembuatandisposable sensor[II-14].

a. Teknologi Thick Film

Teknologi Thick Film (TFT) merupakansalah satu bagian dari teknologi proses mikroelektronika untuk fabrikasi komponen komponenelektronika dan sensor secara screen-printingl&-IO].Sejak petengahan tahun 1960, teknologi proses thick

film telah digunakan untuk meminiaturisasi suaturangkaian elektronika ke dalam sebuah kepingsubstrate, karena kemampuannya menghasilkanjalur konduktor yang sangat keci!. Teknologi ThickFilm telah banyak digunakan secara luas dalampengembangan sensor, contoh: sensor deteksi logamberat, sensor gas dan biosensor[1I-I3]. Salah satucontoh aplikasi teknologi thick film untuk fabrikasisensor radiasi adalah Screen printed CdS/CdTe cellsfor visible-light-radiation sensor[14].

b. Teknologi Thin Film

Teknologi thin film digunakan untukmendeposit material dalam range ketebalanbeberapa nanometer sampai dengan beberapa ratus

nanometer. Diantara material mikroelektronika yangsering diproses sebagai thin film adalah unsurmaterial pada golongan lIllY dan golongan lillY.Hal ini termasuk golongan lIllY: GaAs, InAs, InP,InSb dan campuran dari unsur-unsur tersebut,golongan IIIYI: CdTe dan CMT (Cadmium MercuryTelluride) dan golongan IYIYI: PbSe(SiI5]. Sejauhini sensor thin film banyak dikembangkan untukjenis photodetector dan optical image detectors,material piezoelectric dalam hal ini polymer,semiconducting electrodes, sensor gas dan biosensor.

Peralatan yang biasa digunakan dalam teknikdeposisi thin film adalah sebagai berikut: vacuumevaporation, physical vapour deposition (sputtering), molecular beam epitaxy, chemical vapourdeposition (CYD) dan lain sebagainya. TeknologiThick/Thin Film telah digunakan untuk pengembangan sensor radiasi sinar gamma[16]. PadaGambar 2 terlihat prototipe dari sensor radiasigamma menggunakan teknologi thin/thick film.

Gambar 2. Prototipe dari sensor radiasi gamma.

c. Teknologi Micromachining

Proses micromachining digunakan untukmemproduksi devices 3 (tiga) dimensi yang berukuran micrometer sampai dengan millimeterll7].Proses micromachining dapat diimplementasikansecara effektif untuk menghasilkan satu device atauribuan devices yang uniform dalam sekali proses.Proses fabrikasi Integrated Circuit (IC) merupakanbagian dari proses micromachining yang memegangperanan penting dan dapat digunakan ataukompatible untuk proses micromachining sensor.Saat ini, teknologi micromachining telah menjadisebuah teknologi yang menjanjikan untukminiaturisasi dan integrasi dari sensor, aktuator danelektronik pada satu keping substrat atau chip.Teknologi micromaching ini dikenal juga sebagaiteknologi micro-electromechanical system (MEMS)


Yogyakarta. 10 Juli 2007

x ISSN 0216 - 3128 Hiskia-

Gambar 4. Sistem Intelligent Sensor Array.

Kemampuan untuk dapat melakukan komunikasi, transfer data dan interfacing satu sarna laindengan peralatan lainnya seperti komputer danalat ukur.

Aspek intelligent dalam sistem sensordikategorikan ke dalam tiga bagian utama yaitu,

Self Diagnostic

Merupakan kemampuan sistem dalam mendeteksi kondisi kinerja dari sensor-sensor unitdan mampu untuk memberikan keputusan(decision) apakah sensor unit tersebut perluuntuk dilakukan kalibrasi.

Self Calibrations

Merupakan features dari sistim ini untuk dapatmelakukan kalibrasi sendiri dengan refJerenceyang diberikan seperti pH buffer dan zerooxygen solution. Dengan demikian sensor-sensorunit tersebut dapat dilakukan adjustment secaraotomatis dan meningkatkan kinerja dan akurasipengukuran.

Communications

dan saat ini telah banyak diaplikasikan untuk sensorkirnia dan biosensor. Dengan teknologi MEMS telahberhasil dibuat suatu sistern analisa kirnia untukbidang kesehatan dalarn satu keping chip yangdisebut dengan laboratory in a chip[lS].

d. Sistem Sensor Cerdas

Sistern sensor pada urnurnnya terdiri dari tigabagian besar yang terpisah yaitu sensor, signalconditioning dan data akusisi. Sistern sensor iniberkernbang rnenjadi sistern sensor yang terintegrasidirnana sensor dan signal conditioning digabungkanpada satu keping substrat. Hal ini rneningkatkankecepatan proses sensor dan rnernperkecil ukuransensor. Perkernbangan terkini adalah rnenggabungkan ketiga unsur tadi rnenjadi satu bagiandan dikenal dengan istilah sistern smart sensor atauintelligent sensor. Skernatik dari sistem sensor inibisa dilihat pada Gambar 3. Ada sedikit kebingungan (confusion) yang terjadi di masyarakatmengenai istilah smart sensor dan intelligent sensor.Yang dimaksud dengan smart sensor adalah sensornya harus terintegrasi dan intelligent sedangkan bilasensor tidak terintegrasi maka disebut intelligentsensor saja[19.20].

Smart sensor ini memperbaiki atau meningkatkan performance dari sensor dengan cara menggunakan sensor array yang identik dan dihubungkan dengan sebuah microprocessor. Denganmenggunakan sensor array seperti yang terlihatpada Gambar 4, maka akan dihasilkan reability yanglebih tinggi/besar dan mengurangi/memperbaikikesalahan (fault tolerance). Saat ini sensor arrayyang digunakan bisa sensor yang identik namundapat pula digunakan jenis sensor yang berbeda ataudikenal dengan mu/tisensor array.

Input

(Me=-mr>d) ~lC(DAQ)

Output

(Vt1(1Of}

Non·electrlcallnput

Non-electricallnpul

Non..electri<;allnput

SIGNALCONDITIONING

(A)

Signal conditioning

IS}

Signal Conditioning

IC}

DAQ

ElectricalOul

ElectricalOut

Eleclrical Oul

Garnbar 3. (a) Sistem sensor yang urnurn, (b) Sistem sensor yang terintegrasi,(c). Sistem Smart Sensor atau Intelligent Sensor.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN


Hiskia ISSN 0216 - 3128 xi-SENSOR UNTUK RADIASI NUKLIR

Klasifikasi Sensor Radiasi

Sensor radiasi nuklir adalah sensor yangmampu mendeteksi baik partikle dan radiasielektromagnetik, yang adakalanya disebut detektornuklir. Ada 3 (tiga) tipe sensor radiasi yang umumdigunakan saat ini yaitu: (a) gas-filled detectors, (b)scintillation counters, dan (c) solid-sate detectors[2IJ, dimana hampir semua spektrum elektromagnetik dapat diukur menggunakan sebuah detektor solid-sate atau semikonduktor, seperti siliconphotodiode (X-rays ke NIR) atau pyroelectricdetektor (IR).

Instrument deteksi radiasi yang banyakdigunakan di lapangan adalah gas filled detector,dimana dapat di bagi dalam 3 (tiga) tipe yaitu:

Radi~~ionDetection ~ fAGas hUed Detectors 6!J10':j}j;j

Voll.g~S("rc~ ~

Incl~nt !onlzl~ RadIation

ionization chamber, Geiger-Muller counters (tubes)dan proportional counter dengan beberapa tipevariasinya. Prinsip kerja dari alat adalah ketikaradiasi melalui tabung yang berisi spesifik gas,maka akan terjadi proses ionisasi dan membentukmolekul-molekul dan sepasang ion. Ketika diberitegangan tinggi diantaranya maka ion positif akanbergerak ke katoda dan ion negatif ke anoda, hal iniakan menghasilkan aliran arus yang kecil yangditangkap sebagi sebuah sinyal yang mengindetifikasikan adanya radiasi (Gambar 5).

Sensor radiasi dapat diklasifikasikan sebagaisensor tidak bersentuhan (non-contacting sensors),karena menditeksi radiasi electromagnetic atauemisi partikel dari jarak jauh. Pada Gambar 6terlihat skema klasifikasi sensor radiasi berdasarkan

tipe, prinsip kerjanya dan divais (device) yangdigunakan.

/Air or OlherGu

C>!IlIode·

a) (b)

Gambar 5. (a) Prinsip kerja detektor radiasi gas filled dan (b) produk komerialnya.

Genus: Type:

Nuclear Particlesl

Rays

Principle:

Self-generaling

Modulating

Self-generating

Modulating

Self-generating

Modulaling

Device :

Scintillation Counler

Plastic Films

Solid-state

Thermoluminescent

Photoconductive

Photovoltaic

Pyroelectric

Photoconductive

Pholovoltaic

Gambar 6. Klasifikasi sensor radiasi.



xii ISSN 0216 - 3128 Hiskia

Mikrosensor Radiasi Nuklir

Dengan kemajuan teknologi milcro-elektronika, maka dapat dihasilkan mikrosensorradiasi yang disusun dalam bentuk array dalam 1dimensi atau 2-dimensi dengan biaya produksirendah. Mikrosensor radiasi nuklir terdiri dariscintillation counters dan solid-state detectors.

Sedangkan gas filled detectors merupakan salah satucontoh yang bukan termasuk didalam kelompokmikrosenor.

Scintillation Counters

Scintillation counters merupakan peralatandeteksi radiasi yang sangat sensitif dan telahdigunakan untuk pemantauan lingkungan dan jugasebagai alat laboratorium. Scintillation countersterdiri dari dua bagian utama yaitu: scintillator danphotomultiplier. Didalam scintillator terdapatmaterial aktif yang akan menkonversikan radiasinuklir yang datang kedalam bentuk pulsa cahayamelalui sebuah tabung photomultiplier (PMT),dilengkapi dengan rangkaian penguat elektronikyang berfungsi untuk merubah pulsa cahayamenjadi sinyal listrik. Material aktif yang banyak

digunakan adalah inorganic (Nal(TI), Csl(TI),LiI(Eu) dan CaF2(Eu))atau organic crystal, plasticflour atau Iiquid[2J• Saat ini, scintillator telah dibuatdalam bentuk mikrosensor sedangkan photomultiplier masih menggunakan teknologi konvensional.

Detektor Solid-state

Keinginan menggunakan material semikonduktor atau solid-state di dalam sensor radiasi

nuklir sangat tinggi. Umumnya berpusat pada bahansilikon atau germanium, walaupun demikian bahansemikonduktor lainnya seperti CdTe, Hgl2 danGaAs juga telah banyak dipelajari atau diteliti.

Bahan semikonduktor akan menyerap radiasiyang datang, dimana tingkat daya serapnyabervariasi pada bahan yang digunakan danbergantung pada besarnya energi radiasi. Ada tigaproses utama yang mengarah pada penyerapanradiasi yaitu; pada energi rendah efek photoelectricyang dominan dan pada energi menengah, efekCompton yang dominan sedangkan pada energitinggi pair production yang dominan (Gambar 8).

Gambar 7. Skematik dari tube photomultiplier pada scintillator.

Gambar 8. Interaksi X-rays dan Gamma-rays dengan bahan.


Yogyakarta. 10 Juli 2007

Hiskia ISSN 0216 - 3128

Gambar 9. Diagram skematik p-n photodiodes dan produk komersialnya.

xiii

Dari uraian mengenai tiga proses utamatersebut, jenis mikrosensor radiasi nuklir yang tepatdigunakan adalah photodiodes. Pada dasarnyaphotodiodes merupakan p-n junction yang bekerjadibawah pengaruh reverse bias seperti yangditunjukkan pada Gambar 9.

Mikrosensor radiasi lainnya

Jenis microsensor radiasi lainnya yangbanyak dikembangkan adalah RadFET (Radiationfield-effect transistor) dan Cadmium zinc telluride(CZT) detectors[5]. Adapun prinsip pengukuranRadFET adalah berdasarkan pada radiasi ionisasi

permanen yang menghasilkan mobilitas elektronyang tinggi menjadi mobilitas hole yang rendah.Berikut ini merupakan contoh prototip dari RadFETyang telah dikembangkan oleh Sandia Lab untukpengukuran radiasi gamma yang ditunjukkan padaGambar 10.

Sedangkan prinsip pengukuran CZT adalahberdasarkan pada perubahan tegangan pada gatesebagai akibat pengaruh radiasi sehinggamenghasilkan arus listrik. CZT dapat dibuat dalambentuk array yang berfungsi sebagai spektrometer.Berikut ini merupakan protoip CZT yangdikembangkan oleh Sandia Lab pada Gambar 11.

Gambar 10. Prototipe RadFET.

Gambar 11. Prototipe Sensor CZT untuk deteksi radiasi gamma.

Prosiding PPi - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Jull 2007

xiv ISSN 0216 - 3128 Hiskia

Sensor CZT memiliki keunggulan yaitutingkat sensitifitas yang tinggi namun untukpenggunaanjangka panjang belum teruji.

Mikrosensor Radiasi Ultra-Violet, Visible danNear Infra Red

Untuk range radiasi UV sampai dengan NIRdapat digunakan photoconductive cell sedangkanuntuk range IR material yang digunakan adalah PbScell atau pyroelectric detector. Pada Gambar 12memperlihatkan range radiasi dan jenis mikrosensoryang digunakan.

Photoconductive cell merupakan sensorsemikonduktor yang menggunakan efek photoconductive dalam hal saat sinar menumbuk material

photoconductive yang mengakibatkan perubahanharga resistansi (Gambar 13). Photoconductivematerial yang umum digunakan adalah CadmiumSulfide (CdS).

Selain photoconductive cell, photodiodesdapat diklasifikasikan sebagai sensor radiasi potentiometrik karena menghasilkan tegangan padadaerah pn-junction. Fenomena ini dikenal sebagaiefek photovoltaic. Jenis-jenis photodiodes adalah: pn photodiode, p-i-n photodiode, schottky-typephotodiode, avalanche photodiode (Gambar 14).

r~uv - -'-I~~s-J N~or IR

WQv('!cngth (flm) .. ,--"-r-~-r--T''''''r-0·2 0 r. 0-6 0'8 1

Si ... :=JL_QQ~

G~r Cds I

I R

""""-r-1fI, 6 B 10

120

-----------------~------------~--,_ .._----

L......£;.~ ~[ Pos

[PbSE'

QnA$(Wd [I !oSbP7RTj

M CT{77 K)

C PyrOii'IKtric detet!ors

Gambar 12. Range mikrosensor radiasi.

Photoconductive-material \

'\

v

Gambar 13. Struktur dasar photoconductive cell.



Hiskia

t'I

ISSN 0216 - 3128

(b)P I Ntype (Si)

11)1 f.~:c,'\'" .....<·,·

nO-

xv

(c) Scho\lky typi.'{Gu ,AsP-GaP}

n

Gambar 14. Struktur dari keempat jenis photodiode.

Photodiode banyak digunakan untukdeteksi keberadaan, intensitas dan panjanggelombang dari radiasi UV sampai dengan NIR.Sedangkan keunggulan photodiode dibandingkandengan photoconductive cell adalah: lebih sensitif,waktu respon yang lebihcepat, ukuran lebih kecil,lebih stabil dan linieritas yang sangat baik.Meskipun photodiode lebih sensitif dariphotoconductive cell, sensitifitas dapat lebihditingkatkan dengan menggunakan phototransistor.

Mikrosensor Radiosi Infra Red

Sensor radiasi infra red memiliki tiga jenisprinsip pengukuran yaitu, photoconductive, photovoltaic, pyroelectric. Untuk photoconductive digunakan material PbS, PbSe, HgCdTe dan photovoltaic menggunakan Ge, InAs, InSb sedangkanpyroelectric menggunakan material LiTa03,

Triglicine Su~ate (TGS), Strontium and Bariumniobate(SBN) 26].

Prinsip kerja pyroelectric berbeda denganphotoconductive dan photovoltaic, dimana pyroelectric bekerja berdasarkan perubahan panas(thermal) sedangkan photoconductive dan photovoltaic berdasarkan quantum.

Kemampuan dan Peluang Indonesia

Teknologi sensor merupakan teknologi yangmemegang peranan pentingdalam berbagai bidanguntuk monitoring, proses control dan keamanaan(safety). Meskipun demikian penelitian sensor diIndonesia masih belum banyak diminati hal ini

dibuktikan dengan belurn adanya produksi sensordalam negeri yang dijual secara komersial.

Bila dilihat dari ketersediaan peralatan prosesyang dibutuhkan untuk pembuatan sensor secaraurnurn sudah cukup memadai, namun peralatan initersebar dibeberapa institusi. Sumber daya manusia(peneliti, pakar) dalam bidang sensor juga telahtersedia.

Untuk mempertajam dan membangunkompetensi dibidang sensor, maka diperlukankerjasama penelitian antar institusi dan melibatkanberbagai peneliti dari bidang keilmuan yang berbeda(multi disiplin). Melalui kerjasama inidiharapkan dimasa mendatang akan dihasilkan sensor ataukhususnya sensor radiasi buatan dalam negeri.

KESIMPULAN

Secara umum radiasi terdiri dari radiasielektromagnetik dan radiasi partikel, dimana radiasielektromagnetik terdiri dari non-ionisasi (sepertigelombang radio, microwave, infra merah, sinartampak, ultraviolet) dan ionisasi (sinar-X dangamma). Adapun radiasi partikel terdiri dari: radiasialpha, beta dan neutron. Radiasi umumnya diartikansebagai radiasi ionisasi. Pengaruh radiasi terhadaptubuh manusia bisa sangat berbahaya danmengakibatkan kerusakan organ karena bersifatkarsiogenik dan oleh karena radiasi tidak bisadirasa, dilihat, tercium dan didengar, meskipun padalevel yang berbahaya, maka dibutuhkan sensorradiasi untuk mengetahui tingkat radiasi ataumemberi peringatan kepada mereka yang terkena



xvi ISSN 0216 - 3128 Hiskia

radiasi. Pembuatan mikrosensor radiasi merupakantopik yang sangat menarik dan banyak dikembangkan di laboratorium, disamping itu kebutuhan akansistem mikrosensor radiasi juga semakin meningkat.Pembuatan sensor radiasi nuklir dapat dilakukandengan menggunakan teknologi thick/thin film danmicromachining. Indonesia memiliki potensi untukpembuatan sensor radiasi sehubungan dengantersedianya alat proses dan peneliti dibidang sensoryang tersebar di beberapa institusi, namun sampaisaat ini belum ada produk sensor buatan dalamnegeri. Untuk itu perlu dilakukan kerjasama antarinstitusi dan multi-disiplin untuk membangunkompetensi dalam pembuatan sensor radiasi nuklir.Diharapkan dimasa mendatang akan hadir sensorradiasi produk dalam negeri.

REFERENSI

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Radiation

2. JULIAN W. GARDNER, Microsensors: Principles and Applications, John Wiley & Son,1994.

3. JACOB FRADEN, Handbook of ModernSensors, Springer 1996.

4. SARAH ANNE STEIGERWALD, Highpurity Silicon Soft X-Rays Sensor Arrays, Ph.Dthesis, Technische Universiteit Delft, 1990.

5. CLIFFORD K. HO, ALEX ROBINSON,DAVID R. MILLER, MARY J. DAVIS,Overview of Sensors and Needs for Enviromental Monitoring, Sensors, 5, 4-37, 2005.

6. MANURUNG ROBETH, HISKIA, PenmruhBentuk Geometrik Pada Sensor TemoeraturNTC-2ii4 Thick Film Terhadap ResDonSensitifitas. Proceeding Seminar NasionalPasca Sarjana Teknik Lingkungan III, ITS Surabaya, 2003.

7. HISKIA, ROBETH V MANURUNG,Pembuatan Sensor Temoeratur (NTC-2114)MenfIf!Unakan TeknolofIi Screen Printing,Jurnal Elektronika dan Telekomunikasi,VoUI!. No.1, Edisi Juni - Juli 2003, ISSN:1411-8289.

8. HISKIA, ROBETH V MANURUNG,JUNTAN P., Rancam! Banf!Un MicrosensorKonduktifitas dan Temperatur TerintegrasiUntuk Pemantauan Kualitas Air SunfIaiDengan MenfIwnakan Teknologi ScreenPrintinfI. Proceeding Seminar Nasional"Sistem Monitoring Pencemaran LingkunganSungai dan Teknologi Pengolahannya, 2003.

9. ROBETH V MANURUNG, HISKIA, Disaindan Fabrikasi Sensor Oksigen TerlarutMenggunakan Teknologi Thick Film, JurnalMesin, Elektro, Industri dan Sains. FakultasTeknik, Universitas Katolik Atmajaya, 2006.

10. HISKIA, MASBAH. R.T.SIREGAR,ROBETH V MANURUNG, Development ofan Integrated Miniaturized Muiti-ion FlowCell System for. Water Quality Measurement,Proceeding of IEEE International Conferenceon Semiconductor Electronics, Malaysia. ICSE2006.

II. PRASEK, J.; ADAMEK, M.; SOTTER, E.;LLOBET, E.; BITTENCOURT, C.; FELTEN,A.; PIREAUX, J.J., Thick Film Sensor forHeavy Metals Detection, Electron evices, 2005Spanish Conference on Volume, Issue, 2-4Feb. 2005 Page(s): 611-614.

12. SILBER, A., BISENBERGER, M.,BRAUCHLE, C., AND NAMPP, N., ThickFilm Multichannel Biosensor for SimultaneousAmperometric and Potentiometric Measurement, Sensors and Actuators B, 30, 127-132,1996.

13. HANN S., Sn02 Thick Film Sensors atUltimate Limits: Performance at Low O2 andH20 Concentrations; Size Reduction by CMOSTechnology- DiSSERTATiON, der Fakultat fUrChemie und Pharmazie der Eberhard-KarlsUniversitiit TUbingen, Germany, , 2002.

14. HIROSHI UDA et al., Screen Printed cdslcdteCells for Visible-light-radiation Sensor",Meas. Sci. Techno/. 8,86-91,1997.

15. LARRY A. FRANKS, RALP B. JAMES,LARRY S. DARKEN, Radioactivity Measurement, The Measurement, Instrumentation,and Sensors Handbook 2, John G. Webster,Editor in chief, CRC Press, 66-1-66-27, 1999.

16. KHALIL ARSHAK, Development of aPersonal Gamma-radiation Sensor UsingThin/thick Film Technologies, University ofLimerick -Irish, http://www.irishscientist.ie/2003/03images/03p 133a.gif

17. ANDREAS H., OLIVER B., CHRISTOPH H.,HENR Y B., Micromachining Techniques forChemical/Biosensors, Proceeding of TheIEEE, Vol. 91, No.6, June 2003. pp. 839-863,2003.

18. CURTIS D. CHIN, VINCENT LINDER ANDSAMUEL K. SIA, Lab-on-a-chip Devices forGlobal Health: Past Studies and Future

Opportunities, Journals Lab on a Chip, 2007,1-27.



Hiskia ISSN 0216 - 3128 xvii-19. JULIAN W. GARDNER, Chapter J J: Smart

Sensor, Microsensor Principles andApplications, John Wiley and Sons, 1994.

20. RYOJI OHBA, Intelligent Sensor Technology,John Wiley & Sons, 1992.

21. LARRY A. FRANKS, RALP B. JAMES,LARRY S. DARKEN, Radioactivity Measurement, The Measurement, Instrumentation,and Sensors Handbook 2, John G. Webster,Editor in chief, CRC Press, 66-1-66-27, 1999.

22. C. C. Liu, P. J. Hesketh, and G. W. Hunter,Chemical Microsensors, The ElectrochemicalSociety Interface· Summer 2004, pp. 22-27,2004.

23. A. V. D. BERG AND BERGFELD,Development of mTAS Concepts at the MESAResearch Institute, Presented at AnalyticalMethods and Instrumentation, TAS'96conference, Basel, 1996.

24. G. BLANKENSTEIN and U. D. LARSEN,Modular Concept of a Laboratory on a Chipfor Chemical and Biochemical .Analysis,Biosensors & Bioelectronics, vol. 13, pp. 427438, 1998.

25. A. ARSHAK, S. ZLEETNI, K. ARSHAK,Gamma-radiation Sensor Optical and Electrical Properties of Magnanese Phthalocyanine (McPc) Thick Film, Sensors, 2002, 2,174-184.

26. RAMON PALLAS, JOHN G. WEBSTER,Sensors And Signal Conditioning, John Wiley& Sons, Inc, Second Edition, 2001.

TANYAJAWAB

Tri Mardji Atmono

- Mohon penjelasan, apa keuntungan penggunaanthick film dibandingkan thin film. Bukankahcost-nya lebih menguntungkan pembuatan thinfilm.

- Sensor gas CO yang dibuat PPET, bagaimanaperformance, sensitivitas, efisiensi? Powersupply apa yang digunakan untuk operasional,.karena pada umumnya suhu ambient lebih tinggisuhu ruang.

- Sampai dimana perkembangan penelitian yangtelah dilakukan oleh PPET, sudah secara

komersial dipasarkan? Kapan akan mulaidipasarkan produk-produk dari PPET?

Hiskia

- Thick film menggunakan peralatan yang simpelseperti (printer dan furnace) dan bahan (pasta)yang digunakan lebih murah dibandingkandengan target atau bahan yang digunakan di thinfilm. Untuk pengembangan sensor, teknologithick film banyak digunakan karena lebih simpelprosesnya.

- Sensor CO buatan PPET dikembangkan menggunakan teknik microfabrication dan teknologithick film dan unjuk kerja sensor cukup baikuntuk deteksi gas Co. Power supply yangdigunakan adalah batery 9 V untuk mengaktifkanheater (micro heater) pada suhu 300°C.

- Produk PPET pada umumnya berupa prototipelaboratorium yang masih butuh pengembanganuntuk bisa dikomersilkan. Produk yang ada saatini adalah pemancar TV/radio, antena dankomponen hybrid.

Anwar Budianto

- Apakah Indonesia sudah dapat membuat microchip op amp sendiri?

Apakah LIPI sudah ada produk-produk yangmarketable? Perusahan-perusahan mana yangmenjadi klien LIPI?

Hiskia

- Sepengetahuan saya sampai saat ini Indonesiabelum bisa memproduksi op amp, meskipunpenelitian pembuatan op amp sudah pernahdilakukan di PPET-LiPI.

- Produk yang sudah marketable dari LIP! adalahsebagai berikut : pemancar TV/radio, antena,radio rural, produk pangan, obat-obatan, dsb.Klien LIP! terdiri dari Pemda, Kimia Farma danmasyarakat.

Djoko Hari Nugroho

- Pengertian intelligent sensor terkait dengan(akusisi, modifikasi, komunikasi, pengetahuan)perlu dikonfirmasikan ke Gambar 3 dan 4.

- Aspec self diagnostic, self calibration dsb, apakahbukan merupakan pengertian dari automaticsystem?



xviii ISSN 0216 - 3128 Hiskia

Integrasi antara sensor, signal conditioning danaktuator dalam (JlT AS) apakah tidak lebih baikdidekati dari bidang intelligent material.

H iskia

Gambar 3 dan 4 hanya menjelaskan blokdiagram dari intelligent sensor dibuat, sedangaspek intelligent seperti self diagnostic, selfcalibration dan communication memang tidakdijelaskan pada Gamabr 3 dan 4.

Suatu sensor bisa disebutkan smart sensor bila

mempunyai k£mampuan self diagnostic dan selfcalibration. Pada sistem automatic tidak dik£nal

istilah self calibration.

Pada sistem f.JTAS diintegrasikan sensor, aktuator (pompa, valve) dan rangkaian pengolahsinyalnya dan satu modulo Tidak ada hubungannya dengan intelligent material.



PERKEMBANGAN TEKNOLOGI SENSOR DAN APLIKASI NY A … · Seiring dengan perkembangan ilmu di bidang...

Documents

Transcript of PERKEMBANGAN TEKNOLOGI SENSOR DAN APLIKASI NY A … · Seiring dengan perkembangan ilmu di bidang...