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:
5/17/2018 Teknologi Lapisan Tipis - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/teknologi-lapisan-tipis 2/9
Meli Muchlian Teknologi Lapisan Tipis Hal 2
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.
5/17/2018 Teknologi Lapisan Tipis - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/teknologi-lapisan-tipis 3/9
Meli Muchlian Teknologi Lapisan Tipis Hal 3
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.
5/17/2018 Teknologi Lapisan Tipis - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/teknologi-lapisan-tipis 4/9
Meli Muchlian Teknologi Lapisan Tipis Hal 4
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
5/17/2018 Teknologi Lapisan Tipis - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/teknologi-lapisan-tipis 5/9
Meli Muchlian Teknologi Lapisan Tipis Hal 5
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
5/17/2018 Teknologi Lapisan Tipis - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/teknologi-lapisan-tipis 6/9
Meli Muchlian Teknologi Lapisan Tipis Hal 6
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.
5/17/2018 Teknologi Lapisan Tipis - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/teknologi-lapisan-tipis 7/9
Meli Muchlian Teknologi Lapisan Tipis Hal 7
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
5/17/2018 Teknologi Lapisan Tipis - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/teknologi-lapisan-tipis 8/9
Meli Muchlian Teknologi Lapisan Tipis Hal 8
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
5/17/2018 Teknologi Lapisan Tipis - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/teknologi-lapisan-tipis 9/9
Meli Muchlian Teknologi Lapisan Tipis Hal 9
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
Top Related