Physical Vapor Deposition

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.


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

JENIS DEPOSISI UAP


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


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.


8

TRANSPORTASI

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


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.


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.


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).


12

KRITERIA PEMILIHAN

PROSES PVD

Kemurnian bahan pelapis

Persyaratan peralatan dan ketersediaan

Biaya

Pertimbangan ekologi

Kelimpahan bahan endapan


13

JENIS JENIS PVD

Penguapan ( Evaporation ) Pemercikan ( Sputtering )


14

EVAPORASI

Thermal Evaporation

Electron Beam Evaporation


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.


16

THERMAL EVAPORATION


17

Wafers

Aluminum Charge Aluminum Vapor

High Current SourceTo Pump

10-6 Torr

1 Torr = 133.322 Pa = 1 mmHg

THERMAL EVAPORATOR


18

THERMAL EVAPORATION


19

Foil Dimple Boat Alumina Coated Foil Dimple Boat

Cr Coated Tungsten Rod

ELECTRON BEAM

EVAPORATION


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


21

Wafers

Aluminum Charge

Aluminum Vapor

Power SupplyTo Pump

10-6 Torr

Electron Beam

1 Torr = 133.322 Pa = 1 mmHg

ELECTRON BEAM

EVAPORATION


22

E-BEAM EVAPORATOR


23

E-BEAM EVAPORATOR


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


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.


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


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.


28

SPUTTERING


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.


30

DC DIODE SPUTTERING


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


32

COLLIMATED SPUTTERING


33

Plasma

Collimator

Magnets

Target

Film

Via holes

PERBANDINGAN THERMAL

EVAPORATION DAN SPUTTERING


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


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.


37

KEUNTUNGAN PROSES PVD

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

Prosesnya lebih ramah lingkungan daripadaproses electroplating.


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.


39

TEKNIK PENGUKURAN PVD

Calo tester : pengujian ketebalan pelapisan

Scratch tester : pengujian adhesi pelapisan

Pin on disc tester: pengujian koefisien aus dangesekan


40

CALO TESTER


41

PIN ON DISC TESTER


42

SCRATCH TESTER


43

APLIKASI PVD

Aerospace

Otomotif

Alat-alat medis

Cetakan untuk pemrosesan material

Alat pemotong

Senjata api (Fire Arms)


44

PERBANDINGAN

PVD DAN CVD


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


46




47

Physical Vapor Deposition

Documents

Transcript of Physical Vapor Deposition