KAJIAN SENSITIVITAS SENSOR GIANT MAGNETORESISTANCE (GMR) BERBASIS SATU DAN DUA LAPISAN TIPIS SPIN VALVE

TAUFIKUDDIN A, Dr. Eng. Edi Suharyadi, S.Si., M.Eng.

2020 | Tesis | MAGISTER FISIKA

Pada penelitian ini telah dikaji sensitivitas sensor Giant Magnetoresistance (GMR) berbasis metode jembatan wheatstone dengan satu dan dua lapisan tipis spin valve. Lapisan tipis spin valve berstruktur IrMn(10 nm)/CoFe(3 nm)/Cu(2.2 nm)/CoFeB(10 nm) di fabrikasi dengan metode DC magnetron sputtering. Nanopartikel Fe3O4 dan Fe3O4/PEG sebagai sampel deteksi disintesis dengan metode kopresipitasi. Untuk mengkarakterisasi nanopartikel Fe3O4, digunakan XRD, TEM, dan VSM. Pola difraksi sinar-X dan gambar TEM menunjukkan bahwa kristal Fe3O4 berstruktur inverse cubic spinel dengan ukuran kristalit sebesar 11,3 ± 0,1 nm. Dan terlihat bahwa Fe3O4/PEG lebih sedikit teraglomerasi dibandingkan Fe3O4 saja. Kurva histerisis nanopartikel Fe3O4 dan Fe3O4/PEG memperlihatkan nilai magnetisasi saturasi (Ms), magnetisasi remanen (Mr), koersifitas (Hc) sebesar 77,7 emu/gr, 7,7 emu/gr, 50,0 Oe dan 49,6 emu/gr, 6,4 emu/gr, 61,5 Oe. Pendeteksian nanopartikel Fe3O4 dengan sensor GMR dengan satu lapisan tipis spin valve menunjukkan perubahan tegangan keluaran, perubahan resistivitas dan rasio magnetoresistansi meningkat seiring bertambahnya konsentrasi nanopartikel Fe3O4 (dari 0 mg/mL hingga 20 mg/mL). Sedangkan pada pendeteksian nanopartikel Fe3O4 menggunakan sensor GMR dengan dua lapisan tipis spin valve, pada konsentrasi 0 mg/mL hingga 10 mg/mL perubahan tegangan keluaran, perubahan resistivitas dan rasio magnetoresistansi mengalami peningkatan. Namun pada konsentrasi 15 mg/mL dan 20 mg/mL, perubahan tegangan keluaran, perubahan resistivitas dan rasio magnetoresistansi mengalami penurunan. Sensor GMR dengan dua lapisan tipis spin valve memiliki sensitivitas sebesar 0,139 mV/konsentrasi lebih tinggi daripada sensor dengan satu lapisan tipis spin valve yaitu 0,090 mV/konsentrasi. Berdasarkan hasil penelitian ini menunjukkan bahwa sensor GMR dengan dua lapisan tipis spin valve lebih bagus digunakan sebagai biosensor untuk mendeteksi biomolekul karena memiliki sensitivitas yang tinggi.

The Sensitivity of Giant Magnetoresistance (GMR) sensor based on wheatstone bridge method with one and two spin valve thin film was studied in this research. Spin valve structure consisting of IrMn(10 nm)/CoFe(3 nm)/Cu(2.2 nm)/CoFeB(10 nm) was fabricated by DC magnetron sputtering method. Fe3O4 nanoparticle and Fe3O4/PEG-4000 as sample of detection were synthesized by co-precipitation method. To characterize the Fe3O4 nanoparticle, X-ray Diffractometer (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM), and Vibrating Sample Magnetometer (VSM) were used. The X-Ray diffraction (XRD) patterns and TEM images showed that the Fe3O4 crystal has inverse spinel structure with crystallite size about 11,3 ± 0,1 nm and Fe3O4/PEG less agglomerate than Fe3O4 nanoparticle. Hysterisis curve of Fe3O4 nanoparticle and Fe3O4/PEG exhibited a soft magnetic behavior with saturation magnetization (Ms), remanent magnetization (Mr), coercivity (Hc) were 77,7 emu/gr, 7,7 emu/gr, 50,0 Oe and 49,6 emu/gr, 6,4 emu/gr, 61,5 Oe. The detection of Fe3O4 nanoparticle by GMR sensor with one spin valve thin film showed that the change of output voltage, resistivity dan GMR ratio were increased with the increasing of Fe3O4 concentration (from 0 mg/mL to 20 mg/mL). But at two spin valve, from 0 mg/mL to 10 mg/mL, the change of output voltage, resistivity dan GMR ratio were increased with the increasing of Fe3O4 concentration and decreased at 15 mg/mL, 20 mg/mL concentration. The GMR sensor with two spin valve thin film has sensitivity of 0,139 mV/concentration was higher than one spin valve thin film sensitivity of 0,090 mV/concentration. Based on the result, the GMR sensor with two spin valve thin film was better used as a biosensor to detect biomolecules. Keywords: Giant Magnetoresistance (GMR) , Spin valve thin film, Fe3O4 nanoparticle, Sensitivity of sensor

Kata Kunci : Sensor Giant Magnetoresistance (GMR), Lapisan tipis spin valve, Nanopartikel Fe3O4, Sensitivitas sensor