-
Hiskia ISSN 0216 - 3128
PERKEMBANGAN TEKNOLOGI SENSOR DAN APLIKASI-NYA UNTUK DITEKSI
RADIASI NUKLIR
HiskiaPusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi, LIPI, Jl.
Sangkuriang, Kampus LIPI, Bandung
ABSTRACT
Radiation is energy in the form of waves or moving subatomic
p.articLes.Radiation can be ionizing or non-ionizing 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 opportunitiesfor commercialization also given.
ABSTRAK
Radiasi dapat diartikan sebagai transmisi energi dalam bentuk
gelombang atau partikel dari sebuah sumberke 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 untukmengetahui
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 menjadi sekecil mungkin. 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
di/ndonesiajuga akan dibahas.
Kala kunci: Radiasi, Sensor, Thick Film, Thin Film,
Micromaching-------
ix-
PENDAHULUAN
D adiasi adalah energi dalam bentuk gelombang.ftatau partikel
subatomic yang bergerak[lJ.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 limbah radioaktif adalah
limbah 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 kesela~kerja
ata!L..keamananpengoperasian s~umber energi nuklir sertapenanganan
limbahnya. Pada tulisan ini akandibahas perkembangan teknologi
sensor untukdeteksi atau mengukur kuat radiasi nuklir.
Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan -
BAT AN
Yogyakarta, 10 Juli 2007
-
x
(OM
ISSN 0216 - 3128
4- IncrcasingFrcqucncy (v)1(tO 106 104 JO~
Hiskia
"' ..•..Visible spt.'Ctrum
IQ04 I()'"Z loG IOZ 104 106 IO~
__. _ Increu$ing Wavelength (A) -;." ....•. '" .•.. --- ".
Gambar 1. Spektrum elektromagnetik.
SekilasAfengenaiSensor
Sensor adalah divais yang digunakan untukmerubah suatu besaran
fisika atau kimia menjadibesaran Iistrik sehingga dapat dianalisa
denganrangkaian listrik tertentu[2J. Sensor dapat diklasi-fikasikan
sesuai dengan jenis transfer energi yangdapat dideteksi
yaitu[3J:
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, photo-diode, CCD dan
sensor image, sensor inrramerah, scintillometers.
Radiasi Ionisasi, 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 UNTUKLING KUNG AN
TEKNOLOGIPEMANT AUAN
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 compuncb
(contoh:benzene).
Salah satu teknologi yang selama inidikembangkan secara pesat
untuk pemantauanIingkungan 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 danbiologi untuk aplikasi
lingkungan, kesehatan danindustri semakin meningkat diseluruh
dunia. Pem-buatan 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 ~r SiI~k~n
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 xi-Jenis sensor silikon untuk mendeteksi
atau
mengukur sinyal radiasi yang biasa digunakanadalah:
photoconductor, photodioda, phototransistordan charged coupled
devices (CCO). Untukmeningkatkan sensitifitasnya maka telah
dibuatsistem sensor dalam bentuk array untuk deteksi softX-rays[4].
Akhir-akhir ini, telah banyak dikembang-kan sensor radiasi berbasis
Field Effect Transistor
(FET) atau yang lebih dikenal sebagai RadFET[5].
1. Teknologi Mikrosensor--------- -Seiring dengan perkembangan
teknologi
fabrikasi mikroelektronika yang sangat pesat saatini, fabrikasi
sensor dapat dilakukan pada tingkatskala mikroskopik yang dikenal
sebagai mikro-sensor[2,5j.Oalam bidang sensor electrochemical
danactuator pada saat ini minituarisasr
dan-integrasikomponen-komponen suatu sistem sensor
sedangdikembangkan di laboratorium-Iaboratorium yangmenuju ke suatu
sistem baru, dimana semua kom-ponen terintegrasi secara total yang
dikenal dengannama micro Total Analysis System (IlTASP-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. Oisamping itu teknologi
thinlthickfilmjuga banyak digunakan untuk pembuatan
chemical!biological sensor, karena prosesnya lebih sederhanadan low
cost sangat cocok untuk pembuatandisposable sensor[II-14J.
a. Teknologi Thick Film
Teknologi Thick Film (TFT) merupakansalah satu bagian dari
teknologi proses mikro-elektronika untuk fabrikasi komponen
komponenelektronika dan sensor secara screen-printing.6-IOJ•Sejak
petengahan tahun 1960, teknologi proses thick
film telah digunakan untuk meminiaturisasi suaturangkaian
elektronika ke dalam sebuah kepingsubstrate, karena kemampuannya
menghasilkanjalur konduktor yang sangat kecil. Teknologi ThickFilm
telah banyak digunakan secara luas dalampengembangan sensor,
contoh: sensor deteksi logamberat, sensor gas dan biosensor[1I-13].
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 IIIIV.Hal ini termasuk golongan IIIIY: GaAs, InAs,
InP,InSb dan campuran dari unsur-unsur tersebut,golongan IIIYI:
CdTe dan CMT (Cadmium MercuryTelluride) dan golongan IVIYI:
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 bio-sensor.
Peralatan yang biasa digunakan dalam teknikdeposisi thin film
adalah sebagai berikut: vacuumevaporation, physical vapour
deposition (sput-tering), moleculaFOeam epitaxy, chemical
vapourdepOSition (CVOrdan liiin-sebagainya. TeknologiThick/Thin
Film telah digunakan untuk pengem-bangan sensor radiasi sinar
gamma[16J• PadaGambar 2 terlihat prototipe dari sensor radiasigamma
menggunakan teknologi thin/thick film.
Gambar 2. Prototipe dari sensor radiasi gamma.
c. Teknologi Micromachifling--------Proses micromachining
digunakan untuk
memproduksi devices 3 (tiga) dimensi yang ber-ukuran micrometer
sampai dengan millimeter[l7].Proses micromachining dapat
diimplementasikansecara effektif untuk menghasilkan satu device
atauribuan devices yang.uniform-dalam sekali proses.Proses
fabrikasi lritegrated Circuit (IC) merupakan,.-. -~bagian dari
proses mi~ining 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)
Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan -
BATAN
Yogyakarta, 10 Juli 2007
-
xii- ISSN 0216 - 3128 Hiskia
Gambar 4. Sistem Intelligent Sensor Array.
Aspek intelligent dalam sistem sensordikategorikan ke dalam tiga
bagian utama yaitu,
Self Diagnostic
Merupakan kemampuan sistem dalam men-deteksi 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 refferenceyang diberikan seperti pH buffer
dan zerooxygen solution. Dengan demikian sensor-sensorunit tersebut
dapat dilakukan adjustment secaraotomatis dan meningkatkan kinerja
dan akurasipengukuran.
Communications
Kemampuan untuk dapat melakukan komuni-kasi, transfer data dan
interfacing satu sarna laindengan peralatan lainnya seperti
komputer danalat ukur.
dan saat ini telah banyak diaplikasikan untuk sensorkimia dan
biosensor. Dengan teknologi MEMS telahberhasil dibuat suatu sistem
analisa kimia untuk
bidang kesehatan dalam satu keping chip yangdisebut dengan
laboratory in a chip[18J•
d. Sistem Sensor Cerdas
Sistem sensor pada umumnya terdiri dari tigabagian besar yang
terpisah yaitu sensor, signalconditioning dan data akusisi. Sistem
sensor iniberkembang menjadi sistem sensor yang terintegrasidimana
sensor dan signal conditioning digabungkanpada satu keping
substrat. Hal ini meningkatkankecepatan proses sensor dan
memperkecil ukuransensor. Perkembangan terkini adalah
meng-gabungkan ketiga unsur tadi menjadi satu bagiandan dikenal
dengan istilah sistem smart sensor atauintelligent sensor. Skematik
dari sistem sensor inibisa dilihat pada Gambar 3. Ada sedikit
ke-bingungan (confusion) yang terjadi di masyarakatmengenai istilah
smart sensor dan intelligent sensor.Yang dimaksud dengan smart
sensor adalah sensor-nya harus terintegrasi dan intelligent
sedangkan bilasensor tidak terintegrasi maka disebut
intelligentsensor saja[19,20J
Smart sensor ini memperbaiki atau mening-katkan performance dari
sensor dengan cara meng-gunakan sensor array yang identik dan
di-hubungkan 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 multisensor
array.
hpot
(Measumodj fIG
(DAQ)
OvlpA
(Vecto!)
Non·electricallnpu!
Non-e!ectricallnput
Nonoelectricallopul
SIGNALCONDITIONING
(A)
Signal conditioning
(S)
Signal Conditioning
(C)
DAQ
ElectricalOut
ElectricalOul
Electrical Out
Gambar 3. (a) Sistem sensor yang umum, (b) Sistem sensor yang
terintegrasi,(c). Sistem Smart Sensor atau Intelligent Sensor.
Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan -
BAT AN
Yogyakarta, 10 Juli 2007
-
Hiskia ISSN 0216 - 3128 xiii-SENSOR UNTUK RADIASI NUKLIR
Klasijikasi 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-jilled detectors, (b)scintillation
counters, dan (c) solid-sate detec-tors[2\], dimana hampir semua
spektrum elektro-magnetik dapat diukur menggunakan sebuah detek-tor
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:
Radiation DetectionGas 1;'i!led Detectors
a)
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
ini
--akan menghasilkan aliran arus yang kecil yangditangkap sebagi
sebuah sinyal yang meng-indetifikasikan 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.
(b)
Gambar 5. (a) Prinsip kerja detektor radiasi gas filled dan (b)
produk komerialnya.
Genus: Type:
Nuclear Partlclesl
Rays
Principle:
Self-generating
Modulating,-----_.
Self·generating
Modulating
Self-generating
Device :
Plastic Films
Solid-stateI -'------
~ Thermoluminescenl I
~~~l- Photovollaic
Pyroelectric
Modulating
Gambar 6. Klasifikasi sensor radiasi.
I
YPhotoconductive
Photolloltaic
Prosiding PPI - Po/PTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan -
BATAN
Yogyakarta, 10 Juli 2007
-
xiv- ISSN 0216 - 3128 HiskiaMikrosensor Radiasi Nuklir
Dengan kemajuan teknologi mikro-elektronika, maka dapat
dihasilkan mikrosensorradiasi yang disusun dalam bentuk array dalam
1-dimensi 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 terrnasuk 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: scintiIlator 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 (NaI(TI), CsI(TI),LiI(Eu) dan
CaFz(Eu»atau organic crystal, plasticflour atau liquid[Z]. Saat
ini, scintillator telah dibuatdalam bentuk mikrosensor sedangkan
photo-multiplier masih menggunakan teknologi kon-vensional.
Detektor Solid-state
Keinginan menggunakan material semi-konduktor atau solid-state
di dalam sensor radiasi
nuklir sangat tinggi. Umumnya berpusat pada bahansilJ!
-
Hiskia ISSN 0216 - 3128
Gambar 9. Diagram skematik p-n photodiodes dan produk
komersiaInya.
xv
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 Iainnya
Jenis microsensor radiasi lainnya yangbanyak dikembangkan adalah
RadFET (Radiationfield-effect transistor) dan Cadmium zinc
telluride(CZT) detectors[5J. 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 Juli 2007
-
xvi ISSN 0216 - 3128 Hiskia
Sensor CZT memiliki keunggulan yaitutingkat sensitifitas yang
tinggi namun untukpenggunaanjangka panjang belum teruji.
Mikrosensor Radiasi Ultra-Violet, Visible donNear 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.
uv---WQ\,I!'ler'lglt) (fJm)-r:
0'2
Photoconductive cell merupakan sensorsemikonduktor yang
menggunakan efek photo-conductive 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 poten-tiometrik karena menghasilkan tegangan
padadaerah pn-junction. Fenomena ini dikenal sebagaiefek
photovoltaic. Jenis-jenis photodiodes adalah: p-n photodiode, p-i-n
photodiode, schottky-typephotodiode. avalanche photodiode (Gambar
14).
~InA5(jl~1/
! ·roSb_(7_7K_> __MCT{77K)
. I Pyrbt'lectric dete~lors
Gambar 12. Range mikrosensor radiasi.
PhotoconductiVe
material \
Gambar 13. Struktur dasar photoconductive cell.
Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan -
BAT AN
Yogyakarta, 10 Juli 2007
-
Hiskia ISSN 0216 - 3128
Gambar 14. Struktur dari keempat jenis photodiode.
xvii
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 lebih cepat, ukuran lebih
kecil,lebih stabil dan linieritas yang sangat baik.Meskipun
photodiode lebih sensitif dariphotoconductive cell, sensitifitas
dapat lebihditingkatkan dengan menggunakan phototransistor.
Mikrosensor Radiasi Infra Red
Sensor radiasi infra red memiliki tiga jenisprinsip pengukuran
yaitu, photoconductive, photo-voltaic, pyroelectric. Untuk
photoconductive di-gunakan material PbS, PbSe, HgCdTe dan
photo-voltaic 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 pyro-electric bekerja berdasarkan perubahan
panas(thermal) sedangkan photoconductive dan photo-voltaic
berdasarkan quantum.
Kemampuan dan Peluang Indonesia
Teknologi sensor merupakan teknologi yangmemegang peranan
penting dalam berbagai bidanguntuk monitoring, proses control dan
keamanaan(safety). Meskipun demikian penelitian sensor diIndonesia
masih belum banyak diminati hal ini
dibuktikan dengan belum adanya produksi sensordalam negeri yang
dijual secara komersial.
Bila dilihat dari ketersediaan peralatan prosesyang dibutuhkan
untuk pembuatan sensor secaraumum 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 ini diharapkan 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, dili!1at,tercium dan didengar, meskipun padalevel
yang berbahaya, maka dibutuhkan sensorradiasi untuk mengetahui
tingkat radiasi ataumemberi peringatan kepada mereka yang
terkena
Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan -
BATAN
Yogyakarta, 10 Juli 2007
-
xviii- ISSN 0216 - 3128 Hiskiaradiasi. Pembuatan mikrosensor
radiasi merupakantopik yang sangat menarik dan banyak dikembang-kan
di laboratorium, disamping itu kebutuhan akansistem mikrosensor
radiasi juga semakin meningkat.Pembuatansensor 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 muIti-disiplin
untuk membangunkompetensi dalam pembuatan sensor radiasi
nuklir.Diharapkan dimasa mendatang akan hadir sensorradiasi produk
dalam negeri.
REFERENSI
I. http://en.wikipedia.org/wiki/Radiation
2. JULIAN W. GARDNER, Microsensors: Prin-ciples and
Applications, John Wiley & Son,1994.
3. JACOB FRADEN, Handbook of ModernSensors, Springer 1996.
4. SARAH ANNE STEIGERWALD, High-purity 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 Enviro-mental Monitoring,
Sensors, 5, 4-37, 2005.
6. MANURUNG ROBETH, HISKIA, PenffaruhBentuk Geometrik Pada
Sensor TemveraturNTC-2114 Thick Film Terhadap ResvonSensitifitas.
Proceeding Seminar NasionalPasca Sarjana Teknik Lingkungan III, ITS
-Surabaya, 2003.
7. HISKIA, ROBETH V MANURUNG,Pembuatan Sensor Temveratur
(NTC-2114)Menf!ffUnakan Teknologi Screen Printing.Jurnal
Elektronika dan Telekomunikasi,Vol. III. No.1, Edisi Juni - Juli
2003, ISSN:1411-8289.
8. HISKIA, ROBETH V MANURUNG,JUNTAN P., Rancanf! BanffUn
MicrosensorKonduktifitas dan Temveratur TerintertrasiUntuk
Pemantauan Kualitas Air Sunf!aiDengan Menf!ffUnakan Teknolof!i
ScreenPrinting. 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 Atrnajaya,
2006.
10. HISKIA, MASBAH. R.T.SIREGAR,ROBETH V MANU RUNG, Development
ofan Integrated Miniaturized Multi-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.; BITTEN COURT,
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 Measu-rement, 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 flirChemie und Pharmazie
der Eberhard-Karls-
Universitat Tiibingen, Germany, , 2002.
14. HIROSHI UDA et aI., 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 Measu-rement, 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://wwwjrishscientist.ie/2003/03images/03D
I33a.gif
17. ANDREAS H., OLIVER 8., CHRISTOPH H.,HENRY 8., Micromachining
Techniques forChemicallBiosensors, 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.
Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan -
BATAN
Yogyakarta, 10 Juli 2007
-
Hiskia ISSN 0216 - 3128 xix-19. JULIAN W. GARDNER, Chapter 11:
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 Measu-rement, 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. 427-438,
1998.
25. A. ARSHAK, S. ZLEETNI, K. ARSHAK,Gamma-radiation Sensor
Optical and Elec-trical Properties of Magnanese Phthalo-cyanine
(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.
TANYA JAWAB
Tri Mardji Atmono
- Mohon penjelasan, apa keuntungan penggunaanthick film
dibandingkan thin film. Bukankahcost-nya lebih menguntungkan
pembuatan thin
film.
- 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 meng-gunakan 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-LIP1.
- 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)perIu dikonfirmasikan ke Gambar
3 dan 4.
- Aspec self diagnostic, self calibration dsb, apakahbukan
merupakan pengertian dari automaticsystem?
Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan -
BATAN
Yogyakarta, 10 Juli 2007
-
ISSN 0216 - 3128 Hiskia-Integrasi antara sensor, signal
conditioning danaktuator dalam (IlT AS) apakah tidak lebih
baikdidekati dari bidang intelligent material.
Hiskia
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 kemampuan self diagnostic dan selfcalibration. Pada
sistem automatic tidak dikenalistilah self calibration.
Pada sistem fLTAS diintegrasikan sensor, aktu-ator (pompa,
valve) dan rangkaian pengolahsinyalnya dan satu modul. Tidak ada
hubungan-nya dengan intelligent material.
Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan -
BATAN
Yogyakarta, 10 Juli 2007