1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

PHYSICAL VAPOR DEPOSITION ( PVD )

DEPOSISI

Deposisi adalah sebuah proses di mana gasberubah menjadi padat (juga dikenal sebagaidesublimasi).

Deposisi merupakan proses yang melepaskanenergi atau eksotermik saat berubah fasa.

Proses Deposisi bisa diamati saat pembentukansalju di awan.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

2

DEPOSISI UAP

Deposisi Uap adalah proses yang digunakansecara luas dalam semikonduktor danindustri bioteknologi untuk menyimpanlapisan tipis dari berbagai material untukmemodifikasi permukaan suatu benda.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

3

JENIS DEPOSISI UAP

PVD ( Physics Vapor Deposition)

Lapisan dibentuk oleh atom yang secara langsungdipindahkan dari sumber ke substrat pada saatfase gas.

CVD (Chemical Vapor Deposition)

Lapisan dibentuk dari reaksi kimia yang terjadipada permukaan substrat.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

4

JENIS DEPOSISI UAP

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

5

PHYSICS VAPOR DEPOSITION

( PVD )

Physics Vapour Deposition (PVD) adalah teknikdasar pelapisan dengan cara penguapan, yangmelibatkan transfer material pada skalaatomik. PVD merupakan proses alternatif darielektroplating.

4/4/2011

6

TUGAS ELEKTROKIMIA

CARA KERJA PVD

Proses PVD terjadi pada kondisi vakum.

Proses PVD meliputi :

1. Evaporasi

2. Transportasi

3. Reaksi

4. Deposisi

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

7

EVAPORASI

Pada tahap ini, sebuah target yangmengandung material yang ingindiendapkan, dibombardir menjadi bagian-bagian kecil akibat sumber energi yang tinggiseperti penembakan sinar elektron. Atom–atom yang keluar tersebut akhirnyamenguap.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

8

TRANSPORTASI

Proses ini secara sederhana merupakanpergerakan atom-atom yang menguap daritarget menuju substrat yang ingin dilapisidan secara umum bergerak lurus.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

9

REAKSI

Pada beberapa kasus, pelapisan mengandunglogam Oksida, Nitrida, Karbida dan materialsejenisnya. Atom dari logam akan bereaksidengan gas tertentu selama proses perpindahanatom. Untuk permasalahan di atas, gas reaktifyang mungkin adalah Oksigen, Nitrogen danMetana.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

10

DEPOSISI

Merupakan proses terjadinya pelapisan padapermukaan substrat.

Beberapa reaksi terjadi antara logam targetdan gas reaktif mungkin juga terjadi padapermukaan substrat yang terjadi serempakdengan proses deposisi.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

11

KRITERIA PEMILIHAN

PROSES PVD

Jenis material yang akan diendapkan

Tingkat pengendapan

Keterbatasan yang dimiliki oleh substrat, sepertitemperatur deposisi maksimum, ukuran dan bentuk.

Adhesi dari deposisi ke substrat.

Kekuatan lompatan (tingkat dan distribusi ketebalanproses deposisi, contohnya semakin tinggi kekuatanlompatan, semakin baik kemampuan proses untukmelapisi benda-benda yang berbentuk tidak beraturandengan ketebalan seragam).

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

12

KRITERIA PEMILIHAN

PROSES PVD

Kemurnian bahan pelapis

Persyaratan peralatan dan ketersediaan

Biaya

Pertimbangan ekologi

Kelimpahan bahan endapan

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

13

JENIS JENIS PVD

Penguapan ( Evaporation ) Pemercikan ( Sputtering )

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

14

EVAPORASI

Thermal Evaporation

Electron Beam Evaporation

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

15

THERMAL EVAPORATION

Meletakkan material targetyang ingin diendapkan padasebuah kontainer.

Panaskan kontainer tersebuthingga suhu yang tinggi.

Material target menguap

Uap dari material targettersebut bergerak danmenempel pada permukaansubstrat.

Uap pelapis mendingin danmelekat di permukaansubstrat.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

16

THERMAL EVAPORATION

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

17

Wafers

Aluminum Charge Aluminum Vapor

High Current SourceTo Pump

10-6 Torr

1 Torr = 133.322 Pa = 1 mmHg

THERMAL EVAPORATOR

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

18

THERMAL EVAPORATION

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

19

Foil Dimple Boat Alumina Coated Foil Dimple Boat

Cr Coated Tungsten Rod

ELECTRON BEAM

EVAPORATION

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

20

Teknik ini menyebabkanpenguapan dari material olehtembakan sinar elektron yangdipusatkan pada permukaandari material. Uap darimaterial tersebut akan teruraidan akan menuju permukaandari substrat

Dipanaskan pada tekanan uapyang tinggi oleh penembakanelektron pada keadaan vakum

ELECTRON BEAM

EVAPORATION

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

21

Wafers

Aluminum Charge

Aluminum Vapor

Power SupplyTo Pump

10-6 Torr

Electron Beam

1 Torr = 133.322 Pa = 1 mmHg

ELECTRON BEAM

EVAPORATION

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

22

E-BEAM EVAPORATOR

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

23

E-BEAM EVAPORATOR

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

24

PERBANDINGAN EVAPORASI

THERMAL DAN E-BEAM

Evaporasi Material Jenis Evaporan Pengotor RangeSuhu

Biaya

Thermal Logam ataumaterial dengan titiklebur rendah

Au, Ag, Al, Cr, Sn, Sb, Ge, In, Mg, GaCdS, PbS, CdSe, NaCl, KCl, AgCl, MgF2, CaF2, PbCl2

Tinggi ~ 1800 0C Rendah

E-Beam Logam danDielektrik

Logam-logam di atas, ditambah :Ni, Pt, Ir, Rh, Ti, V, Zr, W, Ta, MoAl2O3, SiO, SiO2, SnO2, TiO2, ZrO2

Rendah ~ 3000 0C Mahal

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

25

MASALAH STOIKIOMETRI

PROSES EVAPORASI

Beberapa senyawa material rusak padatemperatur tinggi.

Masing-masing komponen memiliki tekanan uapyang berbeda-beda, sehingga laju deposisi yangdihasilkan pada lapisan substrat berbeda dengansumber material.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

26

JENIS-JENIS WADAH

PROSES EVAPORASI PVD

Logam Refraktori

Material Titik Lebur (0C) Suhu ketika TekananUap 10 mTorr (0C)

Tungsten (W) 3380 3230

Tantalum (Ta) 3000 3060

Molybdenum (Mo) 2630 2530

Keramik Refraktori

Karbon Grafit 3799 2600

Alumina (Al2O3) 2030 1900

Boron Nitrida (BN) 2500 1600

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

27

SPUTTERING

Sputtering diperolehdengan melewatkan ioninert (Ar+) menggunakanarus DC atau RF di dalamplasma melalui gradienpotensial untukmenghancurkanpermukaan logam yangditargetkan.

Lalu material targettersebut terpercik danterdeposisi pada substratyang diletakkan di anoda.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

28

SPUTTERING

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

29

Ar+

DC DIODE SPUTTERING

DC Diode sputtering, sering dikenal sebagaicathode sputtering, terjadi sebagai hasilsputtering dari elektrode negatif oleh gas ionpositif karena adanya beda potensial yang tinggiantara 2 elektrode yang dipisahkan oleh gas padatekanan 1 – 10 Pa.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

30

DC DIODE SPUTTERING

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

31

Target

Argon Plasma

Wafer Chuck

- V

WaferMetal film

COLLIMATED SPUTTERING

Digunakan untuk deposisi Ti dan TiN

Collimator membuat atom logam atau molekuluntuk tetap bergerak pada arah vertikal

Mencapai celah yang sempit di bawah / melaluilubang

Meningkatkan cakupan permukaan bawah

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

32

COLLIMATED SPUTTERING

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

33

Plasma

Collimator

Magnets

Target

Film

Via holes

PERBANDINGAN THERMAL

EVAPORATION DAN SPUTTERING

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

34

---DERSUN---

35 ENDURA® PVD SYSTEM

PVD Target

PVDChamber

CVDChamber

KEGUNAAN PELAPISAN PVD

Alasan utama penggunaan pelapisan PVD adalahuntuk:

Meningkatkan kekerasan dan ketahananterhadap aus

Mengurangi gesekan

Meningkatkan ketahanan oksidasi

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

36

KEGUNAAN PELAPISAN PVD

Penggunaan pelapisan seperti ini bertujuanmeningkatkan efisiensi melalui kinerja yangmeningkat dan masa pemakaian komponen yanglebih lama.

Pelapisan ini juga memungkinkan komponenyang dilapis untuk beroperasi pada lingkungan dimana komponen yang tidak dilapis tidak bisabekerja.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

37

KEUNTUNGAN PROSES PVD

Material yang telah dilapisi memiliki sifat yanglebih baik jika dibandingkan dengan materialsebelumnya.

Prosesnya lebih ramah lingkungan daripadaproses electroplating.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

38

KERUGIAN PROSES PVD

Sulit untuk medapatkan permukaan lapisan yangseragam.

Biaya produksi yang tinggi.

Beberapa prosesnya beroperasi pada kondisivakum dan temperatur yang tinggi sehinggamemerlukan operator yang terampil.

Prosesnya memerlukan panas dalam jumlah yangbesar dan sistem pendinginan yang tepat.

Laju pengendapan pelapisannya biasanya lambat.

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

39

TEKNIK PENGUKURAN PVD

Calo tester : pengujian ketebalan pelapisan

Scratch tester : pengujian adhesi pelapisan

Pin on disc tester: pengujian koefisien aus dangesekan

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

40

CALO TESTER

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

41

PIN ON DISC TESTER

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

42

SCRATCH TESTER

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

43

APLIKASI PVD

Aerospace

Otomotif

Alat-alat medis

Cetakan untuk pemrosesan material

Alat pemotong

Senjata api (Fire Arms)

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

44

PERBANDINGAN

PVD DAN CVD

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

45

PVD CVD

Tidak ada reaksi kimia padapermukaan.

Terjadi reaksi kimia padapermukaan.

Kualitas lebih baik karenalapisan yang dihasilkan lebihmurni.

Selalu terdapat pengotor padalapisan yang dihasilkan.

Konduktivitas lebih baik. Konduktivitas rendah.

Mudah untuk mengendapkanalloy.

Sulit mengendapkan alloy.

REFERENSI

http://en.wikipedia.org/wiki/Deposition

http://en.wikipedia.org/wiki/Deposition_physics

http://en.wikipedia.org/wiki/Physical_vapor_deposition

http://www.yieldengineering.com/default.asp?page=232

http://www.azom.com/Details.asp?ArticleID=1558

http://205.153.241.230/P2_Opportunity_Handbook/1_5.html

Semua sumber diakses pada tanggal 30/10/2009

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

46

4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA

47