Teknologi Lapisan Tipis

5/17/2018 Teknologi Lapisan Tipis - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/teknologi-lapisan-tipis 1/9

Meli Muchlian Teknologi Lapisan Tipis Hal 1

UJIAN AKHIR SEMESTER

TEKNOLOGI LAPISAN TIPIS

1. Tentukan proses deposisi lapisan tipis yang sesuai (evaporasi, sputtering, dsb.,

sumber, target, dsb.) untuk aplikasi beriut ini.

a. Melapisi sebuah cermin teleskop yang besar dengan Rh

b. Deposisi interkoneksi lapisan tipis Al-Cu-Si untuk rangkaian terintegrasi (IC)

c. Deposisi multilayer TiO2-SiO2 pada mutiara buatan untuk meningkatkan kuliatas

warna dan reflektivitas

Jawab:

a. Melapis cermin teleskop yang besar dengan Rh

Metode yang sesuai adalah evaporasi dengan target Rhodium (Rh) dan sumber

adalah electron beam.

b. Deposisi interkoneksi lapisan tipis Al-Cu-Si untuk rangkaian terintegrasi (IC)

Metode yang sesuai adalah sputtering dengan target Al-Cu-Si, dan sumber

adalah ion.

c. Deposisi multilayer TiO2-SiO2 pada mutiara buatan untuk meningkatkan kualitas

warna dan reflektivitas

Metode yang sesuai adalah sputtering dengan target TiO2 dan SiO, dan sumber

adalah ion.

2. Suatu lapisan Al dideposit pada laju 1µm/menit di dalam vakum pada temperatur

25°C. Diperkirakan oksigen pada film sebesar 10-3

, berapa tekanan parsial oksigen

di dalam sistem?

Jawab:




Untuk gas Oksigen dalam lapisan tipis sebesar 10-3

, maka tekanannya adala:

3. a. Jelaskan tentang metode evaporasi, elektrodeposisi, XRD, XRF, dan plasma

induktif, bagaimana prinsip keja alatnya?

b. Jelaskan tentang sifat mekanik dan sifat listrik lapisan tipis, bagaimana metodeuntuk menentukan sifat-sifat tersebut?

c. Jelaskan metode pengukuran ketebalan lapisan tipis yang anda ketahui!

Jawab:

a. 1. Metode Evaporasi

Metode evaporasi adalah salah satu cara mendeposisi lapisan tipis

berbahan dasar logam dengan proses penumbuhannya yang dilakukan di

ruang vakum. Dalam ruang vakum tersebut terdapat molekul-molekulgas baik yang berasal dari gas sisa maupun yang berasal dari sumber

evaporasi yaitu bahan logam yang diuapkan.




Prinsip kerja alat:

Dalam proses evaporasi, substrat ditempatkan di dalam ruang vakum

tempat material sumber yang akan dievaporasi diletakkan. Kemudian

bahan sumber tersebut dipanaskan sampai titik mendidih dan menguap.

Kondisi vakum diperlukan untuk memungkinkan molekul untuk

menguap bebas di ruangan, dan mengembun pada semua permukaan

logam.

a. 2. Elektrodeposisi

Elektrodeposisi adalah proses pelapisan bahan dalam bahan elektrolit

pada suatu substrat dengan pemberian arus listrik eksternal. Komponen

utama pada proses elektrodeposisi terdiri dari sumber arus searah (DC),

larutan elektrolit, dan elektroda. Elektroda tersebut terdiri dari anoda dan

katoda. Pada anoda akan terjadi reaksi oksidasi dan pada katoda terjadi

reaksi reduksi.

Prinsip kerja alat:

Lapisan tipis yang akan di deposisi dimasukkan dalam larutan elektrolit

dengan kadar molar tertentu, lalu dihubungkan pada sumber arus DC(anoda (+) dan katoda (-)), selanjutnya diatur waktu, kuat arus dan

tegangannya, dengan tujuan untuk mengatur ketebalan lapisan tipis yang

akan di buat.




a. 3. XRD

XRD adalah instrumen yang digunakan untuk mengidentifikasi material

kristalit maupun non-kristalit, sebagai contoh identifikasi struktur

kristalit (kualitatif) dan fasa (kuantitatif) dalam suatu bahan dengan

memanfaatkan radiasi gelombang elektromagnetik sinar X.

Prinsip kerja alat:

Sinar-X dihasilkan di suatu tabung sinar katode dengan pemanasan

kawat pijar untuk menghasilkan elektron-elektron, kemudian elektron-

elektron tersebut dipercepat terhadap suatu target dengan memberikan

suatu voltase, dan menembak target dengan elektron. Ketika elektron-

elektron mempunyai energi yang cukup untuk mengeluarkan elektron-

elektron dalam target, karakteristik spektrum sinar-X dihasilkan. Ketika




geometri dari peristiwa sinar-X tersebut memenuhi persamaan Bragg,

interferens konstruktif terjadi dan suatu puncak di dalam intensitas

terjadi. Detektor akan merekam dan memproses isyarat penyinaran ini

dan mengkonversi isyarat itu menjadi suatu arus yang akan dikeluarkan

pada printer atau layar komputer.

a. 4. XRF

XRF adalah alat dalam aplikasi teknik analisis unsur suatu material

dengan dasar interaksi sinar-X dengan material analit.

Prinsip kerja alat:

Pada teknik XRF, menggunakan sinar-X pada tabung pembangkit sinar-

X digunakan untuk mengeluarkan electron dari kulit dalam sehinggamenghasilkan sinar-X baru dari sample yang di analisis.

Gambar Peristiwa pada tabung X-ray

5. Plasma induktif

Metode Inductively Coupled Plasma (ICP) adalah metoda untuk

meningkatkan penumbuhan kristal menggunakan plasma yang berasal




dari gas dengan atom terionisasi.

Prinsip kerja alat:

Perangkat ICP dirancang untuk menghasilkan plasma dari gas yang

atomnya dalam keadaan terionisasi. ICP terdiri dari tiga tabung

konsentris, paling sering dibuat dari silika. Tabung tersebut, loop luar,

loop menengah, dan loop dalam, secara kolektif membentuk obor ICP.

Obor terletak dalam kumparan air pendingin generator frekuensi radio

(rf). Gas mengalir ke obor lalu medan rf diaktifkan dan gas pada

kumparan dibuat konduktif elektrik. Ini adalah proses urutan

terbentuknya plasma. Cahaya yang dipancarkan oleh atom-atom unsur

dalam ICP harus dikonversikan ke sinyal listrik dengan memancarkanradiasi dan kemudian intensitas cahaya diukur menggunakan

photomultiplier untuk mengetahui panjang gelombang yang sesuai.




b. 1. Sifat Mekanik

Sifat mekanik lapisan tipis adalah tegangan (gaya/luas penampang) dan

regangan (perubahan panjang/panjang awal). Perbedaan koefisien

ekspansi termal antara film dan substrat biasanya akan menyebabkan

stres mekanik. Efek stress dan adhesi, serta efek film intrinsik lainnya

dapat menyebabkan wafer membungkuk dan retak, terbentuk celah, dan

film terangkat yang semuanya dapat merusak kualitas film.

Metode menentukan sifat mekanik dengan difraksi Sinar-X:

Menggunakan metode difraksi Sinar-X. Sebagai contohnya pada film

tipis polycristalin yang diberi stress pada sumbu x dan y, maka akan

timbul koefisien epitaksial film sesuai dengan persamaan:

Dengan mengukur jarak kisi dalam film yang tertekan dan juga

bulk kisi tanpa tekanan dengan Sinar-X kita dapat menentukan

secara langsung , dimana . Karena

,sehingga :

Akurasi dari pengukuran dengan teknik Sinar-X ini diperluas dengan

penentuan ketepatan kisi parameter, serta penentuan dan yang

disebabkan ukuran butir, dislokasi, kesamaan, susunan, dan ketidak

seragaman tegangan mikro.

b. 2. Sifat Listrik

Beberapa sifat listrik thin film diantaranya adalah resistivitas,

konduktivitas, mobilitas pembawa muatan, konsentrasi pembawa

muatan, arus-tegangan, kapasitansi-tegangan. Dengan mengetahui sifat-

sifat elektris dari material kita secara langsung dapat mengetahui adanya

cacat kimia dan fisika dari kristal tersebut. Sebagai contoh, jika tipe

semikonduktor (carrier ) dari material diketahui maka tahanan jenisnya

dapat digunakan untuk mencari konsentrasi rataan dari carrier




mayoritas.

Metode menentukan sifat listrik dengan Four-Point Probe:

Four-Point Probe (probe 4 titik) adalah salah satu jenis alat yang

digunakan untuk mengukur nilai resistivitas suatu lapisan bahan

semikonduktor seperti Silikon (Si), Germanium (Ge), Gallium Arsenide

(GaAs), juga bahan logam dalam bentuk thin film (lapisan tipis) yang

dipergunakan dalam pembuatan piranti elektronika. Alat ukur ini

didasarkan pada 4 buah probe dimana 2 probe berfungsi untuk

mengalirkan arus listrik dan 2 probe yang lain untuk mengukur tegangan

listrik sewaktu probe-probe tersebut dikenakan pada bahan (sampel).

Untuk menentukan serta mengkaji sifat-sifat bahan tersebut dapatdilakukan dengan menentukan nilai resistivitas untuk suatu luasan dan

ketebalan tertentu. Beberapa parameter lain yang dapat diperoleh dari

pengukuran bahan dengan menggunakan peralatan ini antara lain adalah

mengetahui jenis doping suatu bahan semikonduktor (positif atau

negatif), mobilitas elektron dari suatu bahan.

Konfigurasi utama four point probe

c. Salah satu metode untuk mengukur ketebalan lapisan tipis adalah dengan

metode interferometri menggunakan perangkat interferometer. Penggunaan

suatu interferometer memungkinkan untuk mengukur ketebalan film tipis.

Metode ini menggunakan suatu sumber radiasi, sehingga memiliki skala

ukur dengan limit orde panjang gelombang sinar laser. Interferometer juga

dapat dapat digunakan untuk mengukur panjang atau perubahan panjang




berdasarkan penentuan garis-garis interferensi karena alat ini menggunakan

sebuah sumber radiasi (laser) dengan panjang gelombang λ tertentu, serta

terdiri dari berbagai elemen optik sehingga memerlukan pengaturan yang

tepat dalam pengoperasiannya.

Pengukuran lapisan tipis. garis-garis interferensi dihasilkan oleh refleksi

sinar dari permukaan film dan permukaan substrat.

Keterangan:

F = Film

d = ketebalan FilmLS = sumber cahaya monokromatik

BS = prisma pemecah berkas cahaya (beam-splitting prism

M = cermin datar

MS = mikroskop

S = subtrat

t = lapisan udara

Documents

Teknologi Lapisan Tipis