KARAKTERISTIK DARI THIN FILMDalam pelapisan tipis, beberapa sifat dan karakter penting :

A. KETEBALAN LAPISAN TIPIS Biasanya diukur dengan vibrasi kristal didalam vakum. Alat ukur

ketebalan ini juga dipakai untuk memonitor dan mengatur laju deposisi.Lebih teliti daripada kuarsa ini adalah INTERFERENSI OPTIK.

B. KEKERASAN LAPISAN TIPISBiasanya diukur dengan cara Mikrohardness tester dengan intender

vickers (VHN) = Vickers Hardness Number. Kekerasan lapisan tipis initergantung dari substratnya. Kekerasan inilah yang penting dalam pelapisan tools, karena makin keras suatu bahan makin baik dapat dipakai untuk memotong dan mengebor dan makin besar pula daya tahannya, artinya tidak mudah aus.

C. DAYA LEKAT LAPISAN TIPIS Suatu lapisan tipis dapat saja mempunyai kekerasan yang besar

mendekati kekerasan intan, namun jika daya lekatnya kecil, ke ausannya

menjadi besar pula, sehingga tidak dapat dipakai untuk tools. Daya lekat

Thin Film tergantung pada bahan substrat yang dilapisi. TiN misalnya mempunyai daya lekat yang sangat besar pada HSS, sehingga cocok

sebagai Wear resistant coating

D. KETAHANAN TERHADAP KOROSIE. SIFAT LISTRIK DAN MAGNETF. KELELAHAN : Perubahan berulang kali baik secara mekanis maupun suhu sering

menyebabkan kelelahan pada benda. Dalam hal lapisan tipis ketebalan dapat terlihat dengan adanya keretakan – keretakan mikro.

G. SIFAT OPTIS : 1. Reflektansi, absorbsi, Transmitansi dll. Sifat inipenting sebagai bahan optik. 2. Umpamanya TiN sering dipakai untukmelapisi frame kacamata, jam tangan karena mempunyai warna ke Emasan, juga coating pada kaca jendela dan kaca mata untuk meneruskan atau merefleksikan suatu warna.

H. KEKERASAN PERMUKAAN : yang berperan agar benda yang dibor misalnyadengan mata bor yang dilapisi tidak terdeformasi dan tidak menjadi

terlalupanas. Dengan demikian kecepatan putar bor dapat dipertinggi danpengerjaan pengeboran / pembubukan dapat diperbesar sampai 3 kali

lipattanpa mengganggu hasil pengeboran.

KEADAAN VAKUM

1. Vakum rendah : 1000 – 1 mbar 2. Vakum sedang : 1 – 10-3 mbar3. Vakum tinggi : 10-3 – 10-7mbar4. Vakum sangat tinggi : < 10-7

Law Vacum : 700 – 25 TorrMedium Vacum : 25 – 10-3 Torr High Vacum : 10-3 – 10-6 TorrUltra High Vakum : Below 10-9 Torr

1 atm = 1,013 x 105 N/m2 = Pa1 atm = 1,013 bar1 torr = 1 mmHg

= 1 / 760 atm

II. SUMBER– SUMBER RESISTIVITAS PADA KONDUKTOR METAL

A. TemperaturTeori elektronik quantum modern konduksi listrik pada metal

disebabkan oleh elektron – elektron, sementara resistivitas listrik dihasilkan

oleh hamburan elektron – elektron tersebut oleh kisi.

Resistivitas : adalah derajat ketidaksempurnaan kisi metal tetapi bagaimanapun tak ada kisi yang sempurna, elektron selalu mengalami hamburan padasaat melewati zat padat. Kisi yang tidak mempunyai cacat struktur dan tidakmempunyai atom asing pun, tidak dapat teratur sempurna diam, tetapi akanmengalami vibrasi sekitar posisi rata – ratanya. Hal ini tepat bila digunakanTEMPERATUR DEBYE dalam menerangkan interaksi antara elektron –elektron dan mode vibrasi yang bermacam – macam dari kisi (phonon).Temperatur Debye θD didefenisikan

θD = hυ max./k

Pada temperatur rendah (T<<θD) resistivitas bervariasi dengan Tn (n

mendekati 5) dan pada temperatur tinggi (T>>θD), resistivitasnya

bervariasi secara linier terhadap T. Untuk sebagian besar metal temperaturdebye berharga mendekati atau di bawah temperatur kamar, maka dari ituvariasi temperatur terhadap resistansi di atas 250C mendekati linier.

Hal ini membuat mungkin untuk mendefenisikan temperatur koefisien resisitansi (TCR), α

α =

R = Resistansi (Ω)

B. CACAT TITIK (POINT DEFECT)Atom impuritas yang menyelusup masuk dalam metal umumnya akan

membawa muatan listrik efektif yang berbeda dengan logam induknya. Hal

ini akan membuatnya berkelakuan sebagai sumber dari hamburan elektron,

resistivitas bertambah dengan naiknya konsentrasi impuritas dan mencapai

maksimal pada komposisi. Alloy mendekati 50% impuritas sistem perak –

emas . LIHAT GAMBAR DIBAWAH.

T

R

R 1

Resistivity

Komposisi (%)

Resistivity

Komposisi (%)

C. KETIDAKSEMPURNAAN STRUKTUR (STRUCTURAL IMPERFECT)

Kontribusi resistivitas disebabkan kekosongan dan penyisipan (intertisial).1.Material bulk pada suhu mutlak T mempunyai ketidaksempurnaan dalam orde e -w/kT dimana w adalah energi aktivasi untuk pembentukan ketidaksempurnaan.2.Pada thin film pada ketebalan yang cukup besar dibentuk pada kondisi vakum yang baik dan bersih menjukkan resistivitas > beberapa % dari ρ bulknya3.Phase insulating dapat hadir/timbul bila impuritas yang cukup besar dan terkonsentrasi pada batas butir.

D. Hukum Matthiessen (Matthiessen rule)

Hukum ini menyatakan bawa resistivitas sampel akanmerupakan penjumlahan dari masing – masing kontribusiyang dibuat oleh semua sumber – sumber resistivitas,resistivitas residual adalah jumlah resistivitas diluarpengaruh temperatur, yang ditulis,

residualtempT

strPoTempT

Pengukuran Resistivitas Film1. Four Point Probe(FPP)

Metode 4 titik Probe ini adalah salah satu jenis alat yang bisa dilakukanuntuk mengukur resistansi dari thin film. Four point probe (FPP) terdiri dari4 buah probe dengan 2 Probe berfungsi untuk mengalirkan arus listrik danprobe lain untuk menukut tegangan listrik saat dikenakan sampel.

I

V

Substrat

Thin Film

Skema Four Point Probe

21 3 4

Amperemeter

Voltmeter

Tekhnologi Film Tipis

Dimana ke empat probe dapat digerakkan naik-turun untuk mengenai permukaan thin film, Gerak naik untuk melepaskan sentuhan dari thin film. Susunan FPP yang digunakan terdiri dari 4 metal Tungsten yang sama jaraknya antar ujungnya dengan radius terbatas. Ujungnya berbentuk bulat. Dalam pengukuran resistansi thin Film dengan metode FPP dapat digunakan untuk menentukan Specific resistivity ρ dari bahan thin Film.

Dimana V dan I di dapat di pengukuran sehingga resistivity ρ dapat dihitung dengan persamaan

ρ = Rs . d

d = Ketebalan Rs = Resistansi

Rs = Resistansi Sheet

Tekhnologi Film Tipis

2. Two Point Probe (TPP) juga dapat dilakukan untuk pengukuran Resistansi thin Film, dalam pengukuran ini di lakukan dua kali dengan 2 alat : alat ukur tegangan (Voltmeter) dan alat ukur arus (Amperemeter) secara terpisah namun hasil Resistansi sama dengan pengukuran resistansi dengan alat FPP. I

V

Substrat

Thin Film

Tekhnologi Film Tipis

Dalam perhitungan resistansi thin Film dengan metode ini dapat digunakan untuk menghitung specific resistivity dari bahan thin Film.

Jika L = b (di buat)

Rs = resistansi sheet t = ketebalan ρ = resistansi

b

Lt

Thin Film

Tekhnologi Film Tipis

3. Metode Van der Pauw

Metode Van der Pauw dapat digunakan untuk menentukan specific resistivity thin film.

Iab

Vcd

a

b c

d

Thin Film

Substrat

Tekhnologi Film Tipis

Dimana 4 kontak yaitu A, B, C, D yang diletakkan pada permukaan sampel. Pengukuran dilakukan dengan memberikan arus pada titik A, B dan mengukur tegangan pada titik C, DKEMUDIANArus diberikan pada titik B, C dan tegangan di ukur pada titik A, D (lihat gambar)

Tekhnologi Film Tipis

Kemudian untuk menentukan specific resistivity ρ dengan menggunakan pers :

Dimana f = faktor loreksi Van der pauw

RAB , cd f = --------------------- RBC , AD

d = Ketebalan