MakalahPROSES PRODUKSI IITEKNOLOGI SPUTTERINGOleh :Bagus Purnomo(1215021021)Nur Wakhid(1215021062)Muhammad Iqbal(1215021054)

TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMPUNG 2014BAB IPENDAHULUAN

Teknologi Sputtering merupakan suatu teknologi untuk membuat lapisan tipis dan modifikasi permukaan (surface treatment). Sputtering merupakan salah satu teknik dalam PVD (Physical Vapor Deposition) yang bertujuan memecahkan ikatan antar atom pada target sehingga atom-atom tersebut dapat tersusun pada substrat dan membentuk lapisan baru. Proses pelepasan ikatan antar atom pada target terjadi melalui peristiwa tumbukan yang dilakukan oleh ion-ion dari arus plasma. Plasma adalah atom-atom yang kehilangan elektronnya pada suhu dan tekanan tertentu. Salah satu jenis zat yang dapat digunakan sebagai plasma adalah gas argon. Keunggulan dari metode ini ialah sifat kimia dan sifat fisika dari lapisan ini dapat dikontrol ataupun dioptimasi melalui parameter sputtering. Salah satunya adalah untuk aplikasi dalam bidang sensor magnet. Dengan memanfaatkan efek perubahan tahanan listrik dari lapisan tipis oleh adanya medan magnet luar maka medan magnet tersebut bisa diukur dengan cara kalibrasi resistansi sebagai fungsi medan (pada daerah linier). Teknik ini merupakan pengembangan dari teknik coating yang sudah lazim digunakan Teknologi plasma maupun Sputtering telah menjamah diberbagai bidang seperti kesehatan, lingkungan, kedokteran, kimia maupun otomotif. Kedua teknologi tersebut telah digunakan oleh para peneliti di lingkungan PTAPB maupun luar PTAPB seperti PTBN, STTN dan banyak digunakan untuk tugas akhir mahasiswa. Teknologi lapisan tipis merupakan program utama BATAN yang harus dapat segera digunakan dalam pelapisan material dan kunci keberhasilan penguasaan pengembangan teknologi lapisan tipis akan terus dilakukan inovasi lebih lanjut.

BAB IIPEMBAHASANA. Teknologi Sputtering Teknologi Sputtering adalah suatu teknologi untuk membuat lapisan tipis dan modifikasi permukaan (surface treatment). Teknik ini merupakan pengembangan dari teknik coating yang sudah lazim digunakan. Kelebihan dari teknik Sputtering ini dibanding teknik coating adalah bahan yang akan dilapiskan/dideposisikan tidak harus dipanaskan sampai meleleh, sehingga sangat menguntungkan untuk mendeposisikan bahan-bahan yang mempunyai titik leleh tinggi. Hal ini sangat sulit dilakukan dengan teknik coating. Lebih kuat melekat karena atom-atomnya dapat masuk lebih dalam pada permukaan substrat, dengan demikian umur pakai semakin lama. Beberapa aplikasi teknologi Sputtering untuk fabrikasi lapisan tipis yang telah dilakukan : pembuatan piranti elektronika, pelapisan komponen mekanik, pembuatan komponen optik, pembuatan transduser (sensor gas dan sensor magnet).B. Prinsip Dasar SputteringPada dasarnya peralatan Sputtering terdiri dari beberapa komponen, yaitu tabung plasma yang dilengkapi dengan elektrode, sistem sumber tegangan tinggi DC atau RF, sistem vakum, sistem masukan gas, sistem pemanas substrat dan pendingin target seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema diagram peralatan SputteringJika antara elektrode (anode dan katode) dalam suatu tabung bertekanan rendah dipasang beda tegangan, maka dalam ruangan antara elektrode akan dihasilkan suatu plasma. Dalam teknik Sputtering, pada anode dipasang substrat dan pada katode dipasang target (suatu bahan padat yang akan didepositkan pada permukaan substrat). Dalam teknik Sputtering pada umumnya digunakan gas argon sebagai sputter gas. Ketika ion-ion argon energi tinggi yang terbentuk dalam plasma bergerak ke arah target (katode) dan membombardir permukaan target, atom-atom bahan target akan terpercik keluar. Atom-atom hasil percikan tersebut akan memancar ke segala arah dan selanjutnya terdeposisi pada permukaan substrat.

Bila ion-ion ditembakkan dengan energi tinggi terhadap suatu permukaan zat padat maka akan terjadi banyak fenomena. Energi kinetik partikel penembak sangat menentukan kejadian yang timbul. Pada energi yang sedikit melebihi energi ikat atom-atom (energi sublimasi target) secara fisik akan hanya merusak permukaan target. Untuk energi yang sangat tinggi yaitu sekitar 4 kali energi sublimasi target, maka partikel akan tertanam didalam target, dan fenomena ini merupakan das implantasi ion. Dua kejadian penting yang merupakan prinsip dasar sputtering. Pertama yaitu terlemparnya atom-atom dari permukaan target akibat adanya perpindahan energy oleh ion-ion penumbukan berenergi tinggi. Terjadinya pertukaran momentum antara ion penumbuk dengan atom-atom target pada sputtering merupakan kejadian yang dapat menjelaskan proses terlemparnya atom-atom tersebut. Kedua, dalam tabung akan terlihat adanya suatu kilapan cahaya (glow discharge) yang merupakan terjadinya Plasma secara kontinyu. Hal ini mennjukkan proses pendeposisian/pelapisan sedang berlangsung dalam tabung tersebut.C. Tujuan Metode Sputtering.Sputtering merupakan salah satu teknik dalam PVD (Physical Vapor Deposition) yang bertujuan memecahkan ikatan antar atom pada target sehingga atom-atom tersebut dapat tersusun pada substrat dan membentuk lapisan baru. Proses pelepasan ikatan antar atom pada target terjadi melalui pristiwa tumbukan yang dilakukan oleh ion-ion dari arus plasma. Plasma adalah atom-atom yang kehilangan elektronnya pada suhu dan tekanan tertentu. salah satu jenis zat yang dapat digunakan sebagai plasma adalah gas argon.

Gambar 2. Proses Sputtering

Keunggulan dari metode ini ialah sifat kimia dan sifat fisika dari lapisan ini dapat dikontrol ataupun dioptimasi melalui parametter Sputtering. Salah satunya adalah untuk aplikasi dalam bidang sensor magnet. Dengan memanfaatkan efek perubahan tahanan listrik dari lapisan tipis oleh adanya medan magnet luar maka medan magnet tersebut bisa diukur dengan cara kalibrasi resistansi sebagai fungsi medan (pada daerah linier).D. Tahap SputteringProses sputtering dilakukan pada mode operasi RF Sputtering, dengan tekanan awal (base pressure) berkisar antara 10-5-10-6 Torr. Setelah tercapai kondisi tersebut dimasukkan gas argon (Ar), sampai mencapai tekanan konstan sekitar 4 mTorr. Daya yang diberikan ialah 100 watt. Deposisi material konduktor dapat dilakukan dengan RF-Sputtering. Sebelum dilakukan proses deposisi, terlebih dulu dilakukan proses etsa dari substrat yang akan dilapisi. Caranya ialah dengan membalik arah ion penumbuk menuju substrat dengan energi rendah, sehingga hanya cukup untuk membersihkan partikel-partikel pengotor tanpa harus merusak permukaan substrat. Cara ini dapat menaikkan daya adhesif film pada permukaan substrat. Proses deposisi dilakukan menggunakan target yang diinginkan. Pada alat sputtering yang digunakan disini, dapat dipasang 3 macam target, yang digunakan secara bergantian. Alat Sputtering yang digunakan disini sudah dilengkapi dengan monitor pengukur ketebalan (Thickness monitor), Prinsip kerja dari alat pengukur ketebalan ini ialah adanya kristal osilator yang frekuensi getarnya akan berubah sesuai dengan ketebalan film yang dihasilkan. Semakin banyak partikel hasil proses deposisi yang menempel pada kristal, getaran kristal osilator akan semakin rendah. Perbedaan frekuensi ini dikonversikan sebagai perbedaan ketebalan, yang langsung tampil pada layar monitor.E. Macam-macam Sputtering1. DC (direct current)SputteringDC (direct current)Sputtering adalah sebuah proses deposisi material yang digunakan untuk melapisi substrat dengan lapisan tipis dari material lain. Proses ini melibatkan penembakan material donor dengan ionisasi molekul gas, sehingga menyebabkan perpindahan atom donor. Atom-atom ini kemudian akan bereaksi dengan bahan penerima yang bermuatan negative menciptakan lapisan tipis di permukaannya. DC Sputtering digunakan secara luas di dunia industry elektronika untuk membangun komponen semikonduktor dan pembuatan PCB. DC Sputtering mampu mendeposisi bahan yang sangat akurat dan terkontrol pada berbagai permukaan substrat2. Frekuensi radio (RF) SputteringFrekuensi radio (RF) Sputtering adalah teknik yang digunakan untuk membuat lapisan tipis, seperti yang ditemukan di komputer dan industri semikonduktor. Seperti arus searah (DC) Sputtering, RF Sputtering melibatkan gelombang energik berjalan melalui gas inert untuk menciptakan ion positif. Bahan target, yang pada akhirnya akan menjadi lapisan film tipis, ditumbuk oleh ion dan dipecah menjadi penyemprotan halus yang menutupi substratpada dasar lapisan tipis. RF Sputtering berbeda dari DC Sputtering dalam tekanan, sistem tegangan, pola sputter deposisi, dan tipe ideal dari bahan target. Selama proses RF Sputtering, bahan target, substrat, dan elektroda RF dimulai dalam ruang vakum. Selanjutnya, gas inert, yang biasanya argon, neon, kripton atau tergantung pada ukuran molekul bahan target, diarahkan ke dalam kamar.3. Magnetron SputteringMagnetron Sputtering adalah teknik pelapisan yang sangat fleksibel yang dapat digunakan untuk melapisi hampir bahan apapun. Sputtering pada dasarnya adalah penghapusan bahan atomis dari padat oleh penembakan energik lapisan permukaannya oleh ion atau partikel netral.Sebelum proses pelapisan Sputtering keadaan vakum kurang dari satu harus tercapai. Setelah tekanan yang sesuai telah mencapai aliran dikontrol dari gas inert seperti argon diperkenalkan. Hal ini menimbulkan tekanan untuk jumlah minimum yang diperlukan untuk mengoperasikan magnetron, meskipun masih hanya beberapa sepersepuluh ribu tekanan atmosfer.Sistem magnetron Sputering menggunakan medan magnet bersama-sama dengan permukaan katoda untuk membentuk perangkap elektron. gerakan elektron akan terkurung di sekitar katoda sehingga dapat meningkatkan efesiensi ionisasi. Prinsip ini disebut dengan metode Sputtering target berhadapan ( Opposed Sputtering (OTS) method target )Pada OTS dipakai magnet seimbang akibat konfigurasi magnet plasma yang terbentuk dekat dengan substrat sehingga lapisan yang sudah terbentuk sering meluas ditengah-tengah antara substrat dan target sehingga lapisan yang terbentuk oleh ion+atom dan Ar+terkikis kembali, inilah yang disebut dengan re-Sputtering. Untuk mengatasi permasalahan reSputtering digunakan konfigurasi unbalanced magnetron, konfigurasi ini bertujuan untuk megarahkan plasma jauh dari subtract sehingga mampu mengurangi efek re-Sputtering itu sendiriF. Aplikasi Teknologi SputteringAplikasi Teknologi Sputtering di PTAPB adalah sebagai berikut :1. ElektronikBahan piezoelektrik : ZnO dan AlNElektrode, konektor : Al, Cr, Au, Cu.2. Pemanfaatan Energi SuryaSel Surya : a-Si:H, CuInSe, CuInS,Lapisan Elektrode Transparan : ZnOAl.3. OptikCermin : Al, Ag, Cu, Au.Shadowmask: Cr4. MekanikKekerasan dan Ketahanan aus: TiN dan TiC.Anti korosi : Cr.5. TransduserSensor gas : SnO2, TiO2Sensor magnet : Fe-Ni dan Fe-Si-Al

BAB IIIKESIMPULAN

Teknologi Sputtering merupakan suatu teknologi untuk membuat lapisan tipis dan modifikasi permukaan (surface treatment). Teknik Sputtering bertujuan untuk memecahkan ikatan antar atom pada target sehingga atom-atom tersebut dapat tersusun pada substrat dan membentuk lapisan baru. Proses pelepasan ikatan antar atom pada target terjadi melalui pristiwa tumbukan yang dilakukan oleh ion-ion dari arus plasma. Plasma adalah atom-atom yang kehilangan elektronnya pada suhu dan tekanan tertentu. Teknologi ini telah digunakan oleh para peneliti di lingkungan PTAPB maupun luar PTAPB seperti PTBN, STTN dan banyak digunakan untuk tugas akhir mahasiswa. Aplikasi dari teknologi Sputtering di PTAPB diantaranya ; Elektronik, Pemanfaatan Energi Surya, Optik, Mekanik dan tranduser.Sistem magnetron Sputering menggunakan medan magnet bersama-sama dengan permukaan katoda untuk membentuk perangkap elektron. gerakan elektron akan terkurung di sekitar katoda sehingga dapat meningkatkan efesiensi ionisasi. Prinsip ini disebut dengan metode sputtering target berhadapan ( Opposed Sputtering (OTS) method target ).Pada OTS dipakai magnet seimbang akibat konfigurasi magnet plasma yang terbentuk dekat dengan substrat sehingga lapisan yang sudah terbentuk sering meluas ditengah-tengah antara substrat dan target sehingga lapisan yang terbentuk oleh ion+atom dan Ar+terkikis kembali, inilah yang disebut dengan re-sputtering. Untuk mengatasi permasalahan resputtering digunakan konfigurasi unbalanced magnetron, konfigurasi ini bertujuan untuk megarahkan plasma jauh dari subtract sehingga mampu mengurangi efek re-sputtering itu sendiri

Teknik metode Sputtering terdapat berbagai macam yaitu DC Sputtering,RF Sputtering dan magnetron Sputtering. Spuuttering DC material yang digunakan adalah material berjenis konduktor dan semi konduktor. Sistem tabung vakumnya terpasang sepasang elektroda saling berhadapan. Elektroda tersebut dihubungkan dengan catu daya tegangan DC. Pada bagian bawah terpasang pemanas agar material target hasil pelapisan dapat merekat dengan baik. Proses pelapisan pada Sputtering DC adalah dengan memasang target pada katoda dan substrat pada anoda. Kemudian dilakukan pemvakuman tabung hingga mencapai orde 10-1mBar. Saat gas argon mulai mengalir, katoda dan anoda diberi tegangan DC agar timbul medan listrik. Saat medan yang timbul besar, maka akan ada elektron yang terlepas dan menuju anoda. Energi elektron diserap oleh gas argon dan akan menghasilkan ion-ion argon. Kecepatan elektron pada saat menumbuk sangat besar sehingga akan membangkitkan muatan secara bergantian dan terus menerus. Pada saat seimbang, keadaan lecutan tersebut disebut glow discharge.Pembuatan lapisan tipis menggunakan metode RF sputering ialah metode Sputtering dengan menggunakan metode radio frekuensi 13,56 MHz. Frekuensi ini dipakai karena telah disepakati secara internasional dan juga agar tidak mengganggu komunikasi, disamping juga merupakan frekuensi optimal agar plasma yang terbentuk diantara elektroda dapat menghasilkan tegangan self-bias maksimal pada katoda. Secara umum semua material target ditempatkan padakatoda yang bertegangan negatif (self-bias)sehingga ion-ion argon (+) menembakinya,sedangkan substrat pada anoda (ground) tempatpenyusun/ partikel lapisan tipis dikumpulkan.Untuk meng-optimalkan daya dari generator RF yang digunakan pada proses pembentukan lapisan

Sistem magnetron Sputering menggunakan medan magnet bersama-sama dengan permukaan katoda untuk membentuk perangkap elektron. gerakan elektron akan terkurung di sekitar katoda sehingga dapat meningkatkan efesiensi ionisasi. Prinsip ini disebut dengan metode Sputtering target berhadapan ( Opposed Sputtering (OTS) method target )Pada OTS dipakai magnet seimbang akibat konfigurasi magnet plasma yang terbentuk dekat dengan substrat sehingga lapisan yang sudah terbentuk sering meluas ditengah-tengah antara substrat dan target sehingga lapisan yang terbentuk oleh ion+atom dan Ar+terkikis kembali, inilah yang disebut dengan re-Sputtering. Untuk mengatasi permasalahan reSputtering digunakan konfigurasi unbalanced magnetron, konfigurasi ini bertujuan untuk megarahkan plasma jauh dari subtract sehingga mampu mengurangi efek re-Sputtering itu sendiri.

DAFTAR PUSTAKA

Anonimus.2013.Teknologi plasma Sputtering dan aplikasinya. Dapat di unduh :http://www.batan.go.id/ptapb/Sputtering.php 2013. diakses pada:tanggal 06 Mei 2014;jam 21:10.Anonimus.2014.Teknologi plasma Sputtering. Dapat di unduh: http://www.batan.go.id/pusdiklat/j254inter/index.php/daftar-kategori/kategori-prospektus-pelatihan/155-2014-teknologi-plasma-Sputtering. diakses pada:tanggal 07 Mei 2014;jam 08:10.Defiaryanto.2013. Pembuatan Lapisan Tipis dengan Menggunakan MetodeSputtering. Dapat di unduh; http://defiaryanto.wordpress.com/2013/10/24/pembuatan-lapisan-tipis-dengan-menggunakan-metode-Sputtering. diakses pada:tanggal 07 Mei 2014;jam 08:00. Kusnanto.2012.Macam Sputtering. Dapat di unduh :http://kusnantomukti.blog.uns.ac.id/2012/10/macam-Sputtering/. diakses pada:tanggal 06 Mei 2014;jam 21:30.