Prosiding Pertemuanlbniah llmu Pengetahuandun TeknologiBahan 2002 Serpong,22 -23 Oktober2002
ISSN1411-2213
PERKEMBANGAN MIKROSTRUKTURAL DAN SIFAT TCR LAPISAN TIPIS Ag HASIL DEPOSISI DENGAN TEKNIK SPUTTERING DENGAN VARIASI DAYA Moh. Toifur, Sriyanto1, Tono Wibowo2, Wiryoadi2 daDBambang Siswanto2 IPusat.Studi Fisika Terapan (PUSFIT) -Universitas Ahmad Dahlan JI. Kapas No.9 Semaki Yogyakarta 2pusatPenelitian dan Pengembangan Teknologi Maju (p3TM) -BATAN JI. Babarsari, Kotak Pas 8 : Yogyakarta 5500
ABSTRAK PERKEMBANGAN MIKROSTRUKTURAL DAN SIFATTCR LAPISAN TIPIS Ag BASIL DEPOSISIDENGAN TEKNIK SPUTTERING DENGAN VARIASI DAYA. Telah dibuat lapisan tipisAg dengan teknik sputtering DC pada variasi daya dengantujuan untuk mengamati pengaruh variasi daya dan suhu lingkungan terhadap resistivitas keping BertaTCR lapisan. Mesin sputtering di set pactatekanan operasi7 xl 0-2torr, jarak elektroda 3 cm, suhu ruang, waktu deposisi2 menit daDdaya kerja mulai 15 sampai 30 watt. Struktur mikro dianalisis menggunakan spektrometer XRD, resistansidikarakterisasi dengan probe 4 titik. Untuk mengamati tingkat kemumian lapisan Ag sebagai resistor digunakan rangkaian seri R-Lapisan Ag dengan tegangan profil input daD output diamati melalui layar CRO. Dari uji struktur mikro diketahui adanya kecenderungan semakin besardaya kerja semakin baik struktumya. Lapisan basil depqsisi pactadaya 30 watt memiliki struktur paling teratur dengan tipe fcc dan pertumbuhan bidang ke arab [111]. Dari kurva R vs P diperoleh bahwa lapisan tersebutjuga memiliki R terkecil yaitu 0,4395 0; hal mana paling sesuai untuk konektor. Dari profil TCR pactarentang suhu 56-250°C diperoleh bahwa lapisan yang dipreparasi pactadaya 15 watt memiliki TCR terbesaryaitu -0,0022 sehingga paling sesuai untuk sensorsuhu sedanglapisan yang dipreparasi pactadaya 30 watt memiliki TCR terkecil yaitu -0,0003 yang paling sesuai untuk buffer atau spacer. Dari tampilan V; daD Vo rangkaian R-Lapisan Ag pactaCRO diperoleh bahwa lapisan Ag brwatak sebagai resistor mumi.
Kata kunci
Japisantipis, teknik sputering,resistivitaskeping,XRD, TCR
ABSTRACT THE IMPROVEMENT OF MICROSTRUCTURAL AND TCR PROPERTIES OF AGTHIN FILM PREPARED WITH DC SPUTTERING TECHNIQUE AT VARIED POWER. Ag thin film had been prepared on varied power with DC sputtering technique to know the effect of the varied power and invironment temperatures on the sheet resistivity and TCR protile. Sputtering machine was set-up on operation vacuum of 7 x 10-2torr, electrode distance of 3 cm. Deposition was done at room temperature, with time of 2 minutes and varied power from 15 up to 30 watt.. Microcrystalline structure was analyzed with XRD spectrometer and sheet resistivity was characterized with four point probe equipment. The series of R and Ag thin film circuit was setto reach the puritivity of Ag thin film as resistor with displaying of input (V;) and output (Vo) voltages through CRO. From XRD spectrum showed that the increasing of power give the improving of crystalline structure ordering. The best structure was for film deposited with input power of 30 watt with structure fcc and growth orientation of [I II]. From R-P curve show that film also provided the minimum resistance i.e. 0.4395 .Q wich most suitable for connector material. From TCR with range of 56 up to 250 °C showed that film prepared with 15 watt of power provided the maximum value i.e. 0.0022 wich most suitable for temperature sensor, meanwhile film prepared with 30 watt of power was provided the minimum value i.e. 0.0003 wich most suitable tor buffer and spacerlayers. From V; and Vo of R-Ag thin film series circuit showed the properties of Ag film as pure resistor. Key words: Thin layer, sputtering technique, sheet resistivity, XRD, TCR
PENDAHULUAN Perak (Ag) merupakan bahan yang digunakan pacta berbagai macam keperluan diantaranya untuk sensor suhu, dekorasi serta untuk konektor. Ag juga berpotensi untuk dijadikan lapisan seta (spacer)dalam susunan multilapisan magnetik daD non magnetik (M/NM) yang akan menentukankekuatankopling antara kedua lapisan magnetik. Multilapisan M/NM ini
70
umumnya digunakanpada peralatan sensormedan magnetlemah hingga saat ini masih sangatsedikit ilmuwanyangmenelitinya[1]. Pada bidang industri persyaratanbagi bahan yang akan dijadikan sensorsuhusehinggamemenuhi parameterkualitas, keamanandaD kelayakanseperti memiliki waktutanggap(time response) singkat,stabil
PerkemhanganMikrostruktural dan Sifat TCR Lapisan Tipis Ag Hasil DeposisidenganTeknik Sputtering dengan VariasiDaya (Moh. Tiofur)
dalam waktu yang lama, cepat tanggap terhadap panas, ukuran kecil, watak linierisasi sederhana dan tahan terhadap getaran dan pembahan suhu yang mendadak. Untuk keperluan lapisanpenyangga (buffer) atauspacer maka Ag hams menampakkan sifat kestabilannya terhadap pembahan suhu. Untuk keperluan konektor maka Ag hams mudah dipatri serra menampakkan sifat kontaknya yang baik dengan logam lain. Salah satu sifat unggul daTi Ag adalah resistansinya tidak terlalu bergantung pada suhu lingkungan udara luar, lingkungan sulfida, lingkungan hidrogen sulfida dan karbonil sulfida[2]. Dengan keadaan ini maka Ag mempakan bahan yang sangat berpotensi dipakai sebagailapisan spacer pada susunan multi1apisan (multilayer) dan sebagailapisan buffer. Jika Ag akan dijadikan sebagaispacer atau buffer maka hams dipersiapkandalam bentuk lapisan tipis (thin fi 1m).Peran Ag sebagaispacer pada sistem multilapisan permalloy (lazim dituliskan sebagaiPy/ Ag) adalah ikut menentukan besamya jarak antar bidang dari permalloy (dPy)' Untuk mengatur besar kecilnya dAgsalah satan parameter yang berpengaruh pada proses deposisi lapisan tipis adalah daya (P). Dengan memperbesar P maka energi atom-atom Agyang terpercik akan semakin besar sehingga pada proses pembentukan lapisanjarak antara suatu lapisan atom dengan lapisan berikutnya akan semakin kecil daD sebaliknya. Pada makalah ini ditampilkan hasil penelitian mengenai perubahan stmkturmikro serta resistansi lapisan tipis Ag yang disiapkan pada variasi daya (P) yaitu 15, 20, 25 dan 30 Watt. Dari karakteristik kurvaR terhadap P dapat diketahui pengamh daya terhadap resistansi. Nilai R yang paling kecil paling sesuaiuntuk bahan kontak ohmik (ohmic contact). Selain itu juga diteliti pengaruh suhulingkungan (1) terhadapresistansi masing-masing sampel. Dari karakteristik R terhadapT dapat diketahui nilai catu daya mesin sputtering yang menghasilkan lapisan Ag yang berwatak sebagaisensor suhu dan lapisan Ag yang berwatak sebagai lapisan buffer atauspacer.Untuk lebih meyakinkanwatak lapisan Ag sebagai resistor mumi (bukan impedansi) maka ditampilkan pula bentuk tegangan input dan output rtlngkaianR-LapisanAg melalui layar CRO. Dari tampilan gambar dapat diketahui waktu tanggapnya terhadap gelombang tegangan input AC.
LANDASANTEORI PerananDaya Masukan (Input Power) Pada mesin sputtering daya diperoleh dengan mengalikan tegangantinggi (HV) dengan arus listrik (1). Tegangan tinggi deposisi berfungsi untuk memberikan calli daya pada kedua elektroda mesin sputtering. Jika daya diperbesaratom-atom dalam kamar sputtering akan mudah terionisasi. Selain itu laju elektron-ion menuju ke anoda-katodaakan semakinbesar.PadaHV yang semakin
besar,ion akan menuju ke katoda dengan laju yang besar sehinggaakan semakinmemudahkanterjadinya percikan atom-atomtarget. Karena transfer energi dan momentum antara ion argon daD atom target maka sputteran (atom yang disputter kan) akan memiliki laju yang besarpula [3]. Hal ini akan semakin mempercepat terbentuknya lapisan pada substrat. Selain itu diharapkan struktur lapisan untuk berbagai daya juga akan berbeda karena semakjn cepatgerakansputterakan semakjnmemperkecil jarak antar bidang atom-atom lapisan Ag. Perlakuan Panas Pada Ag Untuk dapat menjadikan Ag layak digunakan sebagai sensor suhu maka Ag dibuat dalam bentuk lapisan tipis sehingga waktu tanggapnya (time response) akan lebih singkat. Perlakuan panas pada lapisan Ag, merupakan pasokan energi aktivasi secara termal pada atom-atom lapisan,sehingga memungkinkan atom-atom tersebutberdifusi ke lapisan yang lebih dalam menempati celah-celah yang kosong diantara struktur atom Ag, sehingga struktur atomnya akan menjadi lebih tertata. Dari perumusan yang diungkapkan oleh Boltzmann [4] hubungan antara difusifitas (D) dan suhu (7) dinyatakan dengan: D = Do .e-E I kT
(I)
dengan Do dan k konstanta, E energi panas. Untuk Ag dalam bentuk kristal masing-masing besamya adalah 0,4xlO.4m2/dt, 13,8 x 10-24 J/atomK dan44100 kal/mol. PadaGambar 1 ditampilkan profil difusifitas tergantung suhu untuk Tmulai dari suhu 50 sampai dengan 300°C.
400
Gambar 1. Grafik difusifitas atom-atom Ag sebagai fungsi suhu.
Tampak bahwa difusi atom-atom bahan akan berjalan pesatpada suhu di atas250°C. Diharapkan pada suhu 250°C sifat listrik (R) dari Ag menampakkan perubahan yang cukup signiftkan. Temperature Coefficient ofResi.uance (TCR) TCR (Temperature Coefficient of Resistance) merupakan perubahan maksimum nilai resistansi akibat
71
Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002 Serpong, 22 -23 Oktober 2002
perubahan suhu. Perubahan resistansi ini disebabkan oleh terjadinya perubahan amplitudo gelombang fonon serta cacat pada kristal sehingga elektron-elektron konduksi yang melewatinya akan mengalamipembahan jarak bebas rata-rata (A). Rumus untuk TCRadalah: fiR
a=-=
Rr -Ro
Rol1T
(2)
Ro(T-To)
dengan Ro dan Rr adalah resistansi pada suhu referensi daD pada suhu T. TCR menjadi penting jika dikaitkan dengan kegunaan bahan sebagai thermistor (thermally.\'ensitive-re.\'i.\'tor)yaitu resistor yang nilainya berubah terhadap suhu. Ada dua tipe thermistor yaitu NCR daD PCR. NCR (Negative Coefficient of Resistance) menampilkannilai resistansiyang semakinkecil terhadap kenaikan suhu, sementara PCR (Positive Coefficent of Re.sistance)menampilkan keadaan yang sebaliknya. Padabidang indUStribiasanya~ daDRr padapersamaan (2) diambil pada suhu 0 dan 100 DCdan dalam dalam praktek sering rumus tersebut dikalikan dengan 106sehingga persamaan(2) menjadi: ,
6 RIOO
-Ro
a = 10
ISSN1411-2213
batas ukur 400 °C. Trafo jenis step down merek ERA dengan spesifikasi arus dan frekuensi adalah lOA/60 Hz daD batas tegangan keluaran dipilih 64 volt. Pemanas tetbuatdari pelatniklin selebar1 mm yang dililitkan pada kertas isolator tahan panas hingga mencapai resistansi :1:50ohm. Dengan resistansisebesarini dapat dihasilkan panas :1:300 °c. Pembacaan tegangan pada thermo-controller dilakukan dengan voltmeter dan nilai resistansi lapisan yang dipanasi dibaca melalui ohmmeter.Ruanganmerupakantabung yang terbuatdari keramik berdiameter:I:15cm dan padabagian dindingnya diisolasi dengan kertas perak untuk mengurangi hilangnya panas yang menembus melalui dinding ruangan. I
1
D
ppm/
c ".'.."""".'
(3)
IOORo Jika kuIVa R terhadap Ttidak linier maka TCR diperoleh daTi .slope grafik antara dua titik yang ditinjau. Pada eksperimen ini karena pengukuran R(1) dimulai pada suhu 50 sampai 250 DCmaka nilai R(7) pada suhu 0 DC dapat diperoleh dengan mengkekstrapolasikan kuIVa masing-masing pada untuk T = 0 DC sehingga nilai a yang diperoleh adalah a ekstrapolasi (a.xIT)'
TATA KERJA DAN PERCOBAAN Percobaanini dilaksanakanmengikutitahapan sebagaiberikut:
Persiapan SubstratGelas
Gambar 2. Skema sistem pengukur resistansi pada ruanganyang dapat diatur suhunya.
Secara ringkas Gala kerja thermocontro//er sebagai berikut: tegangan PLN (220V) dipasok ke thermocontro//er. Besar tegangan PLN yang diberikan ke trafo dikendalikan oleh thermocontro//er sedemikian rupa sehingga tegangan yang keluar daTi trafo masih dalam barnslayak untuk dipasokkan ke sistempemanas sehingga dapatmenimbulkan panas sesuaidenganyang dikehendaki. Panas yang timbul di pemanas dapat diketahui dengan mengukur hecla potensial antara ujung-ujung termokopel yang terhubung ke thermocontro//er mengingat watak termokopel yang memiliki hubungan linier antaraT clan v: Dari data-data T clan V yang diperoleh kemudian dibuat grafik sebagairnanaditunjukkan pada Gambar 3.
Disiapkan kaca preparat berokuran 1 x 2 cm2 kemudian dibel5ihkan denganair, deteIjen,alkohol dalam ultrasonic cleaner selama 30 menit. Setelah substrat dikeringkan pada udara bebas kemudian dioven pada suhu 125 DC selama 1 jam. Sebagai gas .\'puttering digunakan argon teknis serta digunakan target Ag setebal3 mm, diameter 60 mm sesuaidengan bentuk dan ukuran katoda. Sistem Pengendali Suhu Lapisan Ag. Sistem pengendali suhu lapisan Ag terdiri dari beberapa komponen utama: thermocontro//er, transformator (trafo) dan ruangan yang akan diatur suhunya. Skema rangkaiannya ditunjukan pada Gambar2. Tipe thermocontro//er yang digunakan IL-800N produksi TEW Electric Heating Equipment Co. dengan
72
Gambar 3 merupakan kurva kalibrasi T-V daTi thermocontro//er yang dipakai pada penelitian ini.
~L./
PerkemhanganMikrostruktural dun Sifat TCR Lapisan TipisAg Hasil DeposisidenganTeknik Sputtering dengan VariasiDaya (Moh. Tiofur)
DenganmencocokkandataT daDv menurntgarislurns makadiperolehpersamaan: T=28,699V+53,397
(3)
dengan reliabilitas sebesar R2=O,9735. Dengan persamaan(3) maka subu pacta berbagai V dapat diketahui.
daTi suhu-tegangan (T -II) maka dibuat kurva kalibrasi suhu (7) terhadaptegangan (¥). Tegangan V diukur dengan voltineter. Kurva yang diperoleh dicocokkan (fitting)menurut garis turns. Kurva ini dapat dipakai untuk menentukan suhu ruangan pada beda potensial yang ditunjukkan.
TataKelja
BASIL DAN PEMBABASAN
Deposisi Ag pada substratgelas (kaca preparat) dilakukan mengikuti prosedur sebagai berikut. Target ditempatkanpada fasilitas pemegangtarget padakatoda. Substrat dimasukkan dalam tabling lucutan dan diletakkan pada pemegang substratpada anoda. Tempat substrat dilengkapi dengan pemanas dan pengontrol suhu yang dapat diatur melalui panel kontrol suhu beIjangkau 450°C. Jarak antara katoda dan anoda diatur 3 cm. Tahap berikutnya, tabling reaktor plasma
Struktur Kristal LapisanAg
diharnpakanmenggunakanpompa turbo mekanik hingga mencapaitekanan6,5 x 10-6torr. Setelahtekanan tersebut dicapai maka gas .~putt.ering(gas Ar) dialirkan hingga mencapai tekanan keIja 7 x 10-2torr dengan memutar kran aliran gas. Sistem catudaya DC dihidupkan hingga gas argon dalam tabling terionisasi dengan memutar pengaturdaya sesuaidengandayakeIja yang diinginkan yaitu 15,20,25 dan 30 watt. Proses deposisi dilakukan selama 2 menit dan setelah selesai kamar deposisi ditunggu hingga dingin dalam waktu :t 10 menit dan setelah itu sampel dapat diangkat daTi kamar deposisi.
U ntuk
mengetahui
struktur
kristal
serta
data-data tentang intensitas puncak difraksi,
lebar
setengah puncak maksimum (FWHM), jarak antar bidang (d), arah pertumbuhan kristal serta ukuran Dari karakterisasi
intensitas puncak difraksi
b.
"""""""'~iV... -.::::::j3 ' C.:.:=::::~ ~,\~::=:~
600 400 500
'"
r
2
'in c
==..~~ w"'
300
/
200
1~l 10
/
~
I
,.
,.( (b) 15
20
J 25
30
35
Daya (watt) Gambar 4. (a) Sp~ktrum XRD daTi lapisan Ag yang dideposisi dengan variasi daya, (b) Grafik inten.~ita..,puncak diirak..,i XRD pada 28=38,040 terbadap daya.
ini dapat dip/of graftk dan jarak antar bidang
serta ukuran butir sebagai fungsi daya. Untuk mengetahui lapisan Ag, yang paling baik sebagai kontak, dilakukan pengukuran resistansi pacta suhu ruang pacta sampel yang disiapkan pacta beIbagai daya (P). Pengukuran ini dilakukan dengan alat probe 4 titik. Dari grafik R terhadap P n1aka dipilih sampel yang memiliki persyaratan terjadinya
.,,~..
E
perkembangannya pacta berbagai daya dilakukan uji struktunnikro dengan XRD (X-Ray Diffraction). Dari difraktogram yang dihasilkan dapat diperoleh
butirnya.
"".
OJ
Analisis Data
a
PadaGambar4 ditampilkandifraktogramXRD dari
lapisanAg yang dideposisidenganvariasi daya.
resistansi terkecil ohmic contact.
sebagai
Untuk menentukan besarnya resistansi pacta variasi suhu dilakukan pengukuran resistansi secara langsung di dalam ruang tertutup yang dapat diatur suhunya dengan alat thermocontro//er. Karena dikehendaki bahwa nilai resistansi dapat diketahui untuk perubahan suhu yang kecil, sedangkan skala thermocontro//er hanya menyediakan sohu setiap 5 derajat serta mengingat
perubahan suat linier
Dari gambar tersebut tampak bahwa daya mempengaruhi ketinggian puncak intensitas difraktogram XRD. Makin tinggi puncak makin teratur struktur kristalnya. lntensitas tertinggi dimiliki oleh lapisan Ag hasil deposisi pada daya 30 Watt yaitu sebesar478 cps sebagaimana pada Gambar 4(b) pada sudut 28 sebesar38,040 dengan strukturfcc daD arab pertumbuhan [Ill]. Adanyaketergantungan struktur kristal pada variasi daya ini diperkirakan berhubungan denganbesamya gaya antar atom yang diperlukan untuk membentuk formasi stabil karena gaya antar atom berhubungan dengan energi potensial interatomik.
ResistivitasKeping LapisanAg pada SuhuRuang Pada Gambar 5 (a) ditampilkan grafik antara ':" daD I pada berbagai daya daD pada Gambar 5 (b) ditampilkan grafik resistivitas keping lapisan Ag (R.)
73
Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002 Serpong, 22 -23 Oktober 2002
pada berbagai daya kerja yang diukur dengan probe 4 titik. Dari gambar tersebuttampak nilai R, cenderung menurun dengan semakin bertambahnya daya. Harga R terkecil bersesuaiandengan sampelyang dipreparasi p~da daya 30 watt yaitu sebesar0,4395 ohm. Sampel dengan sifat seperti ini sesuai untuk konektor.
ISSN1411-2213
13~
11
e ~ -9..
.~ 9
~
.~
250
~7
200 :;-
g
150
!
100
!"
s+50
SO
0
Gambar 6. Kurva Resistansiterhadapsuhu lingkungan untuk deposisiselama2 menit dengandaya 15, 20, 25 dan 30 watt. Garis putus-putus untuk menunjukkan kelinearandari kurva Cd)
(a)
~ 2.5
].£,
2
gJJ
'g. 1,5
~ S
';;, ..,
I
~"
.~ 0.5
0 10
15
25 20 Daya (vatt)
30
(b) Gambar 5. (a) Graflk Teganganterhadaparus pada berbagaidaya. (b) Gratlk Resistivitaskeping lapisan Ag padaberbagaidaya kerja
Pengaruh Suhu Lingkungan pada Resistansi LapisanAg PactaGambar6 ditampilkan kurva resistansi terhadapsuhulingkungan (Kurva R-1) untuk sampel basil deposisipadadaya15,20,25 daD30 Wattselama 2 menit. Secaraumum tampak bahwa semakin besarsuhu semakin kecil resistansinya sehingga lapisan seperti ini digolongkan padajenis NCR (Negative Coefficient of Resi.'itor).Pada gambar tampak adanyapuncak-puncak resistansi di sekitar suhu 200°C. Diperkirakan ini disebabkanoleh munculnya cacatkristal yang terbangun sejalan dengan kenaikan suhu lapis an sehingga elektron-elektron konduksi mengalami hambatanyang besarpada keadaantersebut.Jika suhu lapisan dinaikkan lagi maka stmktur atom-atomlapisanmenjadi lebih tertata lagi sehingga electron-elektron konduksi akan menga.lir
74
lebih lancar. Dengan demikian maka resistansinya akan menumn. Padakurva (b) kenaikan terjadi dua kali yaitu pada suhu 140 °C dan 194 °C sehingga ada dua suhu yang menjadikan struktur atom lapisannya tidak tertata. Selanjutnya pada kurva (a) yaitu lapisan Ag basil deposisi pada daya 15 Watt menampakkan tingkat kecuramannya paling besar dibanding dengan kurva-kurva yang lain. lni artinya sampel tersebut memiliki pembahan nilai R yang besar terhadap pembahan suhu, sehinggalapisan jenis ini sangatsesuai digunakan sebagai sensor suhu Sampel yang disiapkan pada daya 30 Watt memiliki profil yang hampir landai dan persamaannyaR terhadap t berbentuk linier : R (t)= 0,0003t+ 6.72
(7)
dengan R(t) resistansi pada suhu t (dalam °C) .Dari pers. (7) besarnyakoefisien t adalah 0,0003 (suatuangka yang cukup kecil) sehingga kurvanya hampir mendatar. Lapisan jenis ini tidak mudah berubah terhadap perubahan suhu sehingga sesuai untuk dimanfaatkan sebagailapisan spacer atau lapisan buffer pada susunan multilapisan. Nilai R yang relatif stabil terhadap perubahan suhu sebagaimana pada kurva (d) menunjukkan stmktur atom-atom lapisan tidak mudah bembahkarena pengamh pasokanenergi aktivasi tern1al. Dalam preparasimultilapisan magnetik dan non magnetik (M/NM) hal ini sangat penting agar lapisan magnetik yang dideposisikan di atasnya selalu mengikuti pola stmkturmikro lapian Ag yang bersifat non magnetik. Untuk lebih memperjelas mengenai sampelyang sesuaiuntuk sensor suhu daD sampel yang sesuaiuntuk lapisan bJJJerdaD space!; pada Gambar 7 ditampilkan grafik TCR pada berbagai daya deposisi dengan mengambil suhu To= 56 °C sebagaisuhu referensi (suhu ruang minimal yang dapat direspon oleh thermocontroller) daD T = 250 °C. Grafik di gambar mengikuti persamaan(2). .
T
PerkembanganMikrostruktural dan Sifat TCRLapisan TzpisAg Hasil Deposi.\"idenganTeknik Sputtering dengan Varia.\"iDaya {Moh. Tiofur}
4000
0,0025r0.002 ~
u
~ 371283
3000 in ro
0,0015
"8- 2000
A 196368
~
f-
"'iiI
.0,001
~
Q)
~
0,0005
1000
o+15
10
,
,
20
25
..
31.77
~
0
15
30
35
25
30
3
-1000
Daya(watt)
Daya (watt) Gambar 9. Grafik TCR terekstrapolasi terhadap variasi daya.
Gambar 7. Grafik TCR pada berbagai daya deposisi dengan To = 56 .C dan T = 251,4 .C.
Sampel yang memiliki TCR paling besar sesuai untuk sensor suhu dan sampel yang memiliki TCR paling ka:il sesuaiuntuk lapisan buffer atauspacer.Dari graflk diatas tampak bahwa semakin besar dayanya semakin ka:il TCRnya. TCR paling besarberlaku untuk sampel yang preparasi pada daya 15 Watt dan TCR paling kecil untuk sampel yang dipreparasi pactadaya 30 Watt. Untuk lebih mendekatkan TCR lapisan Ag dengan pemakaian di industri berikut ini ditampilkan TCR lapisan Ag untuk rentang suhu antara 0 -100 or. Nilai R pacta suhu 100 °c telah diketahui dari data sedangkan R pacta suhu 0 °c belum diketahui. Sebagai upaya pendekatan maka data-data R yang telah diperoleh pacta rentang suhu 56 -250 °c dicocokkan (titting) sesuai dengan bentuk ka:enderung kurvanya. Untuk kurva (a), (b) daD(c) pactaGambar 6 dicocokkan menurut persamaan kuadrat dan untuk kurva (d) dicocokkan menurut garis lurus. Dari persamaan kurva yang telah diperoleh kemudian dimasukkan harga-harga suhu daTi 56 °C sampai () or. Bentuk kurva keseluruhanmulai dari suhu () °c ampai 250 °c ditampilkan pactaGambar8 sedangkan nilai TCR yang dihitung menurut persamaan (3) ditampilkan pactaGambar 9. Ternyata nilai TCR pacta rentang suhu 0 °c sampai 56 °c mengalami pergeseran. Pacta suhu-suhu rendah kurva 8(b) menampakkan
~ 20
perubahan resistansi yang besar dibanding kurva-kurva yang lain terrnasuk kurva 8(a) yang semula memiliki perubahan resistansi yang besar terhadap perubahan suhu. Nilai TCR sampel ini adalah 3712,83/oC sehingga untuk suhu-suhu rendah sampel ini sesuai untuk digunakan sebagai sensor suhu. TCR terendah tetap dimiliki oleh sampel yang hasilkan pada daya 30 Watt sebesar 30,50/oC sehingga sampel ini tetap sesuai digunakan sebagaispacer atau buffer pada suhu rendah. Watak Lapisan Tipis Ag Sebagai Resistansi Mumi Lapisan tipis dicurigai memiliki sifat resistif, kapasitif ataukeduanya sehinggaresistansinya menjadi komplek (sebagaiimpedansi). Jika lapisan tipis memiliki watak resistor sebagai impedansi maka nilai impedansinya akan tergantung pactafrekuensi. Untuk mengetahui watak lapisan tipis Ag apakah sebagai resistor murni ataukah sebagai impedansi maka dibuat rangkaian sepertipactaGambar 10. Jika lapisan berwatak impedatif maka impedansi (Z) merupakan fungsi frekuensi.
I
+
~
Vi
1
Va
t
13
--E
11
~5watt
J:.
e.o; c ~
Gambar 10. Skemarangkaian penentuanwatak resistif lapisan tipis Ag. Kotak yang diarsir merupakanlapisan tipis Ag yang diduga mengandungwatak kapasitif
"
9
1;; '0;
Resistor 50.0. disusun seri dengan lapisan tipis basil deposisi pada daya 25 watt, dihubungkan dengan sumberteganganyang dapat diatur frekuensinya (AFG). Pengamatan tegangan input ~ dan tegangan output T"'o dilakukan melalui osiloskop pada mode gelombang sinus dan gelombang kotak. Pada osiloskop skala tegangan input dan output masing-masing dipasang pada 0,1 volt/div dan 50 mV/div sedangkanuntuk skala waktu dipasangpada 0,5time/div. HasilnyaditampilkanpadaGambar 11.Skala
;~;;;~~~:~
Q)
0:
I
I
5
0
50
100
150 Suhu
200
250
(OC)
Gombar 8. Grafik resistansi terekstrapolasi variasi suhu lingkungan
pacta
75
3.
Prosiding Pertemuan 1lmiah 1lmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002 Serpong, 22 -23 Oktober 2002
vi',daD Vamasing-masing 6,7 div daD5,1 div sehingga diperoIehpenguatan (gain) [5] sebesarO,O4. Dari Gambar 11(a)tampak tidak adabedaraseantara V, daDV a.Hal ini menunjukkan bahwa geIombang input dapat direspon dengan sempurna oIeh Iapisan tipis tanpa ada seIisih waktu. Dernikian pula jika frekuensinya divariasi mulai daTi ()hingga 1 MHz hasilnya tetap tidak ada perubahan rase. Selain itu daTi mode geIombang kotak diperoIeh tidak ada peIbedaanbentuk antara geIombanginput daD output. Yang berbeda hanya ketinggiannya saja. Hal ini membuktikan bahwa sifat lapisan tipis Ag adaIah resistor murni
ISSN 1411-2213
untuk suhu-suhu tinggi (56-250 °C) dengan nilai TCRjenisNCR sebesarO,00218/oCsedanguntuk suhu-suhurendah (0 -56°C) diperkirakan lapisan basil deposisipada daya 20 Watt memiliki kualitas paling baik dengan nilai TCR sebesar 3712,83 ppm/°C. Sementaraitu lapisan hasil deposisipada daya 30 Watt paling sesuai untuk lapisan L"pacer daD buffer pada susunan multilapisan antara lapisan magnetik daD non magnetik. Dari tampilan output rangkaian R-Lapisan tipis melalui layar CRO diketahui bahwa lapisan Ag bersifat resistor murni.
DAFTAR PUSTAKA [I].
[2].
[3].
[4].
[5].
Gambar 11. Gambar tegangan input dan output lapisan tipis Ag yang disiapkan pada daya 25 Watt selama 2 menit. (a) Mode gelombangsinus,(b) Mode gelombang kotak
KESIMPULAN Dari pembahasandi alas dapat disimpulkan halhal sebagaiberikut: 1. Daya berpengamh pada pertumbuhan struktur mikro atom-atom lapisan Ag. Struktur yang paling bagus adalah lapisan Ag basil deposisi dengan daya 30 Watt yang terjadi pada sudut 28 sebesar 2.
38,040dengan strukturfcc danarahbidang [Ill]. Parameter daya daD suhu lingkungan sangat berpengaruh dalam menentukan kualitas Iapisan tipis Ag. Lapisan yang paling bagus untuk kontak ohmik adalah lapisan basil deposisi pada daya30 wattdengannilairesistivitasO,4395ohm, sedangkan lapisan yang paling bagus untuk sensor suhu adalah lapisan basil deposisi pada daya 15 Watt
76
STOBIECKI, T, GLADYSZEWSKI, G.,CHOCYK, D.,CZAPKlEWlCZ,M, WRONA,J.,ZARDECKI, D. "Structure and Oscillatory Coupling in NiFe/ Ag Multilayers with Low Coercivity". Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 215-216 (2000)570-572. BUTTS, A. SILVER Economics, Metallurgy and Use,Robert E. Krieger Pub. Co, Malabar, Florida, (1982). KIM, H.T., CHAE, C.S., HAN, D. H. and PARK, D.K., "Effect of SubstrateTemperature and Input Power on TiN Film Deposition by Low-Frequency (60 Hxz) PECVD", Journal of TheKorean Physical Society,37, (3) (2000)319-323. VLACK, L. V and SRIATI DJAPRIE. 1992. Ilmu dan Teknologi Bahan, Terjemahan, Ed. 5, Erlangga, Jakarta. WIDI SETIAWAN. "Digital Signal processing", Tutorial Digital Signal processing dan Aplikasinya dalam lndustri, Jumsan Teknik Elektro UII, (2002).
TANYA JAWAB Irzaman,JurusanFisikaFMIPA-IPB
Pertanyaan 1. Mohon dije1askanpenerapanfilm tipis Ag untuk sensorsaku. Jawaban 1. PrinsipnyadenganTCR(Temperature Coeficientof Resistance)yaitu pernbahannilai resistansilapisan terhadappernbahansuhu.Aplikasinya tergantung padasuhulingkunganyangakandiukur. Padasuhu0-50 °c Ag thin film yang di preparasi padadaya 15 Watt lebih sesuaisedangkan Padasuhu50-250°c Ag thinfilmyangdipreparasi padaclara20 Watt lebih sesuai
PerkembanganMikrostruktural dun Sifat TCR Lapisan TipisAg Hasil DeposisidenganTeknik Sputtering dengan VariasiDaya (Moh. Tiofur)
Melvi Hespariyanti, UNll..A Pertanyaan 1. Bagaimana jika dilakukan dengan elektrolisis, daD apa keuntungan dengan menggunakanprosesteknik sputtering daD elektrolisis Jawaban
1. Pacta prinsipnya sarna saja yaitu untuk membuat lapisan tipis. Keuntungan sputtering, target dan substrat tidak hams logarn. Tegangan elektroda mudah diatur sehingga menjamin terbentuknya lapisan melalui terbentuknya plasma pacta kamar sputtering. Juga lebih banyak variasi parameteryang dapatdilakukan.
Rahmawati Maulina,UNll.A Pertanyaan
1. Apakahyangmempengaruhiketeba1an bahan Jawaban 1. Besar kecilnya clara (P), karena terkait dengan laju pembentukanlapisan pada substrat.Jika P diperbesar maka lapisan semakin cepatterbentuk.
Ke Daftar Isi 77
