PENDAHULUAN Salah satu metode yang digunakan untuk memperoleh lapisan tipis adalah Evaporasi. Proses penumbuhan lapisan pada metode ini dilakukan dalam ruang vakum. Lapisan tipis pada substrat diperoleh dengan kondensasi-kondensasi dari uap-uap logam yang berasal dari sumber evaporasi. Sumber evaporasinya menggunakan bahan tertentu dimana kemudian tekanan uapnya cukup untuk mendesak keluar uap-uap sumber kedalam suatu ruang vakum yang mengelilinginya. Dalam bidang elektronika saat ini, perkembangan penelitian tentang penumbuhan lapisan tipis semakin maju. Pada umumnya lapisan tipis mempunyai ketebalan antara orde 10-6 sampai orde 10-9 meter sehingga ketebalan lapisan ini tidak dapat dilihat dengan mata biasa . Lapisan tipis banyak digunakan dalam pabrik-pabrik yang membuat komponen elektronika. Untuk membuat lapisan tipis ini suatu bahan pelapis dilapiskan pada suatu bahan yang disebut substratyang berbentuk keping. Beberapa metode yang dipakai dalam penumbuhan lapisan tipis adalah Evaporasi, Sputtering, dan Chemical Vapor Deposition. Pemakaian metode-metode tersebut mempunyai tujuan yang sama yaitu untuk menghasilkan lapisan
tipis yang memiliki kualitas yang baik dengan biaya produksi rendah. Metode
evaporasi dapat menutupi kelemahan yang ada pada metode sputtering
yang dapat
menimbulkan kerusakan lapisan, yaitu yaitu terjadinya bombardir ion . Hal ini tidak terjadi pada evaporasi karena pendeposisisan nya tidak dibantu oleh ionisasi .
1
PEMBAHASAN Metode evaporasi merupakan salah satu metode yang tertua dalam pendeposisian lapisan tipis logam, dimana proses penumbuhannya dilakukan diruang vakum. Disini gunakan pompa vakum. Jenis-jenis dari pompa vakum ini antara lain : a. Pompa Vakum “Rotary” (The Rotary Vacuum Pump)
Gambar 1.10 Skema susunan pompa vakum rotary Pemvakuman Sistem Sebelum menggunakan pompa rotary untuk menvakumkan alat distilasi, penting meyakini bahwa zat-zat volatil yang ada dalam sistem hanya dalam jumlah yang kecil, lalu dihubungkan dengan aspirator air untuk mengeluarkan zat-zat volatil tersebut. Perangkap yang dingin dapat saja mengakumulasikan zat-zat volatil dalam jumlah yang kecil, tapi tidak aman untuk membiarkan zat-zat tersebut terakumulasi dalam perangkap air karena berpotensi resiko ledakan pada saat pengisian udara kembali di akhir distilasi. Setelah zatzat volatil dikeluarkan dari sistem dengan menggunakan aspirator air, selanjutnya pemakuman dilakukan dengan pompa vakum rotary . Perhatikan Gambar 1.10, isolasi pompa dari alat distilasi dengan metutup kran D, dari udara luar dengan menutup kran C, dan dari manometer dengan menutup kran B. Dengan posisi demikian itu dimaksudkan untuk terjadinya pemakuman pada perangkap. Jangan menambahkan zat pendingin ke dalam perangkap, tapi kalau menggunakan aseton-CO2 padat, perangkap boleh diisi sepertiga bagian dengan aseton (lihat Gambar 1.10, a). Nyalakan pompa dan
2
segera tambahkan CO padat atau nitrogen cair ke dalam aseton secara hatihati untuk menghindari percikan pendingin ke tubuh sendiri. Setelah kurang lebih 1 menit, periksa kualitas kevakuman dengan menggunakan manometer, kembalikan kran manometer ke posisi horizontal setelah memperoleh hasil pembacaan. Jika tarikan pompa sudah mencapai kevakuman yang memuaskan (paling kurang 1,0 mmHg), buka secara pelan-pelan kran D untuk memakumkan alat (gunakan pelindung!). Biarkan beberapa menit untuk menghilangkan zat-zat volatil yang tersisa dalam contoh sampai tekanan dalam sistem menjadi stabil, kemudian periksa ulang kevakuman dengan menggunakan manometer. Jika tekanan sudah memuaskan maka distilasi dapat dimulai.
Jangan
lupa
memeriksa
tekanan
secara
berkala
selama
berlangsungnya distilasi, dan memastikan apakah perangkap tidak perlu penambahan pendingin lagi (umumnya tidak perlu kecuali jika distilasi pernah dihentikan). Mengakhiri Kevakuman Pada akhir distilasi, tutuplah kran D untuk mengisolasi alat dari pompa dan tunggu hingga labu distilasi menjadi dingin. Pastikan manometer berada pada posisi horizontal dan putar kran C sedemikian sehingga perangkap terisolasi tetapi pompa terbuka ke udara luar. Anda akan mendengarkan desisan udara yang melewati saluran keluar. Matikan pompa tanpa penangguhan. Jangan mematikan pompa selagi saluran masih dalam keadaan vakum, karena hal itu dapat menyebabkan minyak dari pompa akan tersedot ke dalam saluran. Akhirnya buka kran D pelan-pelan. Untuk membiarkan udara masuk ke dalam alat. b. Pompa difusi Pompa vakum difusi biasanya digunakan oleh bahan yang tekanan penguapannya sangat rendah sekali. Prinsip kerja dari pompa difusi ini adalah dengan cara mengalirkan uap sangat cepat yang diperoleh dari mendidihkan minyak organik atau merkuri kemudian termampatkan ketika bertumbukan dengan dinding pompa yang didinginkan.
3
Pompa vakum difusi ini berguna untuk menguapkan cairan dan untuk menambah tingkat kevakuman. Cara kerja pompa difusi adalah sebagai berikut: Bagian bawah dari pompa ini adalah reservoir oli. Pada ujung cerobong atas ditutup dengan suatu bentuk payung dan membentuk celah yang disebut nozzle. Oli dipanaskan dengan filament sehingga menguap. Uap oli yang mempunyai besar itu akan melalui cerobong karena di bagian atas tertutup oleh payung, maka uap akan terpancar ke bawah sesuai dengan bentuk paying tersebut. Karena pengaruh pendinguinan (cooling water), uap yang terpancarkan ke bawah itu akan mengembun dan kembali ke reservoir. Bersamaan dengan terpancarnya uap oli dengan nozzle momentum uap oli itu akan mendesak gas yang ada disekitar nozzle. Pompa mekanik yang dihubungkan dengan saluran gas dari pompa difusi dan dapat berfungsi memperbesar momentum uap oli. Tanpa pompa depan ini, pompa difusi tidak dapat berfungsi karena tidak dapat mengeluarkan gas yang telah terdifusi, karena pompa mekanik inilah yang membuat berfungsinya pompa utama. Dalam ruang vakum tersebut terdapat molekul-molekul gas baik yang berasal dari gas sisa maupun yang berasal dari sumber evaporasi yaitu bahan logam yang diuapkan. Keadaan vakum tidak dapat langsung dilihat oleh mata, karena pengisi ruang berupa gas. Untuk itu diperlukan besaran fisis lain yag memiliki aitan erat dengan tingkat kevakuman agar kevakuman dapat diukur atau dapat diketahui dengan mudah. Keberhasilan dalam proses evaporasi sangat dipengaruhi oleh jumlah molekul gas sisa dalam ruang vakum.
Bentuk filamen yang biasa digunakan dalam evaporator antara lain: a. Hair source b. Wire helix c. Wire basket d. Dimpled Foil Dan yang digunakan pada alat ini adalah Wire Basket.
4
Gambar. Bentuk wire basket
Lapisan tipis/ target
High voltage
pemvakuman
Gambar. Evaporator Lab Pusat MIPA
5
Sistem Vakum evaporasi Sistem evaporasi terdiri dari ruang hampa, pompa mekanik, pompa difusi, katupkatup dan lain-lain. Jika dibutuhkan kehampaan hanya pada orde 10-3 Torr, maka dapat digunakan pompa mekanik. Pengoprasian pompa difusi yang dibantu dengan gas nitrogen cair. Nitrogen cair ini berfungsi untuk mencegah kontaminasi dari oli dari pompa difusi dan pompa mekanik. Namun yang digunakan dalam alat yang ada di Laboratorium Pusat FMIPA UNS adalah pompa Turbo Jet Pump. Serta perlu diketahui bahwa jika menggunakan Rotary Pump maksimal pemvakumannya adalah 10-2 Torr sedangkan untuk Difution Pump maksimal 10-6 Torr. Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam teknik evaporasi adalah sumber evaporasi (evaporan). Evaporan yang biasa digunakan adalah diantaranya evaporasi filamen (filamen evaporation) dan evaporasi pancaran elektron (elektron beam evaporation). Pada evaporasi filamen, material sumber evaporasi diletakan dekat atau pada filamen yang dibentuk. Kelemahan evaporasi filamen adalah sulit mengambil ketebalan film. Banyak jenis dan bentuk filamen sehingga harus disesuaikan dengan evaporan
untuk
menghindari kemungkinan terjadinya reaksi. Pada sistem evaporasi pancaran elektron , filamen bersuhu tinggi ditempatkan bersama dengan pengarah elektron. Pancaran elektron berintensitas tinggi (dengan tegangan mencapai 15kV) difokuskan pada material sumberyang ditempatkan pada krusibel air dingin. Tenaga dari pancaran elektron ini melelehkan target sehingga material tadi terevaporasi pada substrat sehingga terbentuk lapisan tipis. Bahan-bahan tahanan yang dipanasi harus meemenuhi persayaratan sebagai berikut: 1. Dapat menghasilkan panas pada suhu evaporasi dengan bentuk stabilitas strukturnya tetap tidak berpengaruh 2. Memiliki tekanan penguapan bahan yang lebih rendah sehingga hanya sejumlah kecil saja dari bahan tersebut ikut terevaporasi 3. Bisa menampung bahan-bahan yang ingin dievaporasi 4. Tidak bereaksi dengan bahan yang ingin dievaporasikan
6
Proses Pelapisan pada Evaporasi Sistem evaporasi menyediaka sebuah sumber pemanas untuk mengoprasikan material logam yang diinginkan. Pada pemanas (heater) ini dilewatkan arus yang cukup tinggi untuk membawa material sumber ke suhu evaporasinya, yaitu dimana tekanan uapnya cukup untuk mendesak ke luar uap-uap material sumber. Dalam proses ini digunakan padat, sedangkan untuk cair tidak bisa, karena jika menggunakan cair akan bereaksi dengan elemen pemanasnya. Material sumber yang telah dievaporasikan ini selanjutnya bergerak meninggalkan sumber panas dalam bentuk gas. Sifat transport zat berperan dalam peristiwa ini, sifat transport zat didefinisikan sebagai kemampuan zat itu untuk memindahkan materi, energi atau sifat yang lainnya dari suatu tempat ke tempat yang lain. Pada saat itu atomatom,bergerak dengan energi kinetik yang besarnya kira-kira 3/2 KT. Arah geraknya ke segala arah dan bergantung pada jenis sumber yang digunakan. Akhirnya proses pelapisan terbentuk setelah atom-atom tersebut mengalami proses kondensasi pada setiap permukaan substrat yang ditimpa atom-atom. Kecepatan evaporasi bergantung pada tekanan uap dari bahan yang dievaporasikan.
REFERENSI Mahmudi.(2000). Studi Tentang Uniformitas Lapisan Tipis Alumunium pada Substrat Kaca Terhadap Jarak Deposit Menggunakan Metode Evaporasi Termal Tipe Ladd Research. Surakarta : Jurusan Fisika FMIPA UNS. Dr. Firdaus, M. S. 2011.Teknik Dalam Laboratorium Kimia Organik. Makasar : Universitas Hassanudin.
7
