Teknologi Vakum
-
Upload
rizki-dwi-herdianti -
Category
Documents
-
view
269 -
download
1
description
Transcript of Teknologi Vakum
Sistem & Teknologi Vakum
Pendahuluan♣ Vacuum: ruang dimana tekanan gas lebih rendah dibandingkan
keadaan normal (tekanan atmosfir)
♣ Tingkat vakum sangat penting dalam proses pembentukan lapisan tipis.
♣ Spesifikasi tingkat vakum diidentifikasi dengan tekanan yang memiliki
satuan internasional Pascal (Pa)= 1 N/m2
♣ Keadaan vakum yang sesuai untuk berbagai aplikasisnya tidak hanya
ditentukan oleh tekanan, tetapi juga oleh jumlah molekul persatuan
volum.
p = nkT
♣ Satuan tekanan yang digunakan dalam teknologi lapisan tipis adalah
millibar (mbar) atau torr
1 atm = 760 torr =1013 mbar = 1,013 x 105 Pa
Pada kondisi temperatur dan tekanan standar (T = 0oC = 273 K dan
tekanan atmosfir, p = 101,3 kPa):
1 cm3 gas mengandung 2,5 x 1019 molekul
n = 2,5 x 1025 molekul/m3
Pada kondisi vakum dengan tekanan 15x lebih kecil dari tekanan
atmosfir terdapat n = 2,5 x 1010 molekul/m3 (nilai ini masih cukup
besar, vakum tidak berarti sama sekali kosong)
Kondisi vakum terendah dengan n dalam orde 107 molekul/m3.
Kondisi vakum sempurna hanya sebagai keadaan ideal yang abstrak.
Mengapa diperlukan :
- Untuk memperoleh lapisan tipis dengan kontaminan rendah
- Mempertahankan discharge plasma pada proses sputering
- Memperoleh jalan bebas rata-rata besar
Klasifikasi tingkat vakum
• Low (rough) vacuum : 1000 mbar – 1 mbar
• Medium vacuum : 1 mbar – 10-3 mbar
• High vacuum (HV) : 10-3 mbar- 10-7 mbar
• Ultra-high vacuum (UHV) : 10-7 mbar- 10-14 mbar
• Extreme high vacuum (XHV): < 10-14 mbar
Deposisi lapisan tipis memerlukan tingkat vakum tinggi.
Sifat yang menentukan tingkat vakum tinggi: terdapat sedikit partikel
(atom, molekul, elektron) yang bergerak bebas dari satu tempat ke
tempat lain.
Hal itu ditentukan oleh jalan bebas rata-rata (mean free paths)
Teori kinetik gas ideal
Gas berada pada tekanan rendah
Gas terdiri dari atom-atom (molekul) yang bergerak terus
menerus /gerak konstan (bergantung pada temperatur)
Memenuhi hukum Newton
Ukuran molekul diabaikan dibanding dengan dimensi tempat/
wadah molekul
Tumbukan elastik:
antar molekul,
molekul - dinding tabung
Kuantitas gas pada tekanan p, temperatur T danvolume V dinyatakan dalam persamaan gas ideal
pV = nRTDengan n = kuantitas gas dalam mol (m/M)
R = konstanta gas universal = 8,314 J/K.mol
Distribusi kesetimbangan kecepatan molekul:
pers. Maxwell-Boltzman
Tumbukan kontinu
&
Pertukaran energi kinetik
Kecepatan rata-rata:
Kecepatan rms:
transfer
momentum
molekul dinding tabung
Gaya (F) Tekanan (P)
Pada temperatur tertentu, tekanan hanya
bergantung pada konsentrasi molekul
Jalan bebas rata-rata
Elektron:
Ion:
Molekul:
Fluks molekul yang mengenai permukaan
dengan, P dalam torr
geometri sistem
tekanan
temperatur
jenis gas
Jenis aliran gas:
1. Molecular flow
2. Intermediate flow
3. Fluid/viscous flow
Aliran gas dalam sistem vakum
Bilangan Knudsen:
Molecular flow (high & ultrahigh vacuum):
- Kn > 1 (l > L)
- Kerapatan gas rendah
- Jarak rata-rata tumbukan molekul > dimensi sistem
Viscous flow (low vacuum):- Kn < 0,01
- Kerapatan gas tinggi
- Jarak rata-rata tumbukan molekul < dimensi sistem
Intermediate/Knudsen flow: transisi antara viscous
dan molecular flow- 1 > Kn > 0,01 (l ≈ L )
Sifat aliran gas:
a. Difusi : laju aliran massa
b. Viskositas: laju aliran momentum
c. Konduksi panas: laju aliran energi
Persamaan umum aliran gas:
(fluks A) = - (faktor pembanding) x gradien A
Sistem vakum
• Sistem vakum sederhana terdiri darichamber, pompa dan pipa yangmenghubungkan keduanya
• Chamber biasanya terbuat dari gelas ataustainless stell
• Pompa yang digunakan bergantung padatingkat vakum yang diinginkan
P1
tabungpompa
S2, P2S1Q
C
Konduktansi:kemampuan objek mentransport
gas ke daerah yang memiliki perbedaan
tekanan
Q (gas throughput) adalah kuantitas gas
(volume gas pada tekanan tertentu) yang
melalui suatu bidang/pipa/valve/nozle dalam
waktu tertentu
Konduktansi efektif (ukuran kapasitas)pompa untuk menghilangkan gas dari tabungdinyatakan sebagai kecepatan pemompaan(pumping speed ):
S = Q/P
• Kecepatan pemompaan dalam tabung:
Jenis pompa dan mekanisme kerja
• Mekanik : kompresi gas
• Sorption : absorpsi secara fisika low-medium
atau kimia vacuum
• Difusi : tumbukan antar molekul
• Turbo : tumbukan molekul dengan
permukaan
• Ion : ionisasi dan implantasi gas high-
• Cryo : solidifikasi gas menggunakan ultrahigh
He cair vacuum
• Sublimasi: traping molekul oleh
lapisan reaktif