1
PKNDAIIl'IAIAN
1.1.
f yatar l i e l a k a n g Pada
10
taluin
l e r a k l i i r pei kcuihangati
menggunakan e l e k l i o d a setnakin b e r k e m b a n g pemakaian
industri
kimia
dan
elektronik
suiriber plasma
densilas t i n g g i
yang
pesat dan m e n j a d i p i l i h a n p e i l a m a d a l a m scpcrti
polimer
dan
proses-proses
pada
permukaan l o g a m |1 j . IJnIuk m e m e n u l i i k e l i u l u h a n proses i n d u s t r i , p e n y e l i d i k a n plasma pada tekanan almosJir (erus b c r l a n j u l .
Beravval
dari
ditemukannya
plasma
i 99<"o
dari m a t e r i d i d a l a m k o s m o s ,
plasma
selanjutn\ a d i p e l a j a r i dan d i k e m b a n g k a n hingga lelah d i g u n a k a n d a l a m i n d u s t r i - i n d u s t r i modern didunia ( ( i r a h a m ,
Fi., 2 0 0 1 ) . Penggunaan
plasma
d a l a m beberapa
industri,
diantaranya industri p e r a k i l a n . m i i l a i dari i n d u s t r i p e r a k i l a n elemen l i s t r i k sampai i n d u s t r i peneiangan
y a n g d a l a m proses p e i a k i t a n n y a
k o m p o n e n kapal terbang
dari e l e k t r o n i k m i k r o sampai
perakitan
m e m a k a i ptoses y a n g berbasis plasma. Selain i t u plasma y a n g
d i g u n a k a n d a l a m i n d u s l r i - i n d u s i r i letsebut
digunakan untuk memotong,
menyambung,
dan melapisi bahan khususnva l o g a m dan k e r a m i k . H a l i n i d i j u m p a i pada
perusahaan
penyediaan alat-alal o p l i s y a n g m e m a k a i j t c l i n d u n g ( a n i i gores) pada lensa dari plasma dan sebagai lapisan anli karal pada kubah cmas K a t e d r a l C r i s t d i M o s c o w .
Teknologi
berbasis plasma banyak d i a p l i k a s i k a n pada p c r i s l i w a ionisasi, k l i u s u s n y a pada peristivva pemisahan
gas, n a m u n tidak scmna a t o m y ; i n g terionisasi atau terlepas d a r i ikatannya
d i k a t e g o r i k a n plasma.
Secara teknis plasma
m o l e k u l dan p a r f i k e l n e d a l .
terdiri dari ion-ion, atom-atom, m o l e k u l -
Partikel n c l r a l dapaf b c m p a m o l c k i i l - m o l e k u l gas i t u s c n d i i i , i t i o l e k u l y a n g terpisah, dan m o l e k u l h a m y a n g I c r b e n i n k dari rcaksi k i t n i a . h i l c r a k s i p a r l i k e l antara gas netral dengan permukaan sekal pknsma akan m c t i g h a s i l k a n parameter-parameter
ftsis d a n k i m i a dalam
h n g k u n g a n pK'isma ( d r a h a m , U . , 2001).
Plasma pada tekanan atinosJir m e m i l i k i k e u n t u n g a n dan k e n i g i a n . K e u n t u n g a r m y a adalah proses y a n g dapat d i l a k u k a n pada area y a n g luas, t i d a k m e n g g u n a k a n sehingga mudahnya
prosesnya
bisa
sumher
untuk
kontiniu.
Keuntungan
membangkitkan
lain
plasma
adalah tersebut.
ruang v a k u m
hiaya yang Namun
murah dan
d e m i k i a n , ada
beberapa k e n i g i a n . M e d a n l i s t r i k y a n g d i b u l u h k a n c u k u p t i n g g i u n t u k mGnn-hreakdownkan gas. Harus dibuat sualu daerah tertenlu d i m a n a medan l i s h i k h a m s
terkonsentrasi
pada
pemasalahan
daerah
tersebut.
D i s a m p i n g i t u adanya
k o m j ^ l i k a s i gas sehingga
terbentuknya plasma akan semakin s u l i l . Plasma j u g a t i d a k d a p a l d i l i a s i l k a n langsung j i k a medan
listrik
yang
diperhikan
dihitung
tidak
t e r l e b i l i d a h u l u disesuaikan
dengan
perancangan y a n g d i s i a p k a n . Perhitungan medan l i s t r i k u n t u k m e n g l i a s i l k a n bisa l e b i h k e c i l dari y a n g d i b u t u h k a n dalam eksperimen.
I'lasma I n d u s t r i dapal d i b a g i d a l a m dua j e n i s . n o n - t e r m a l d a n t e n n a l plasma [ 2 ] . N o n t e m i a l plasma d i h a s i l k a n secara kinisus pada tekanan rendah, k i r a - k i r a l e b i l i k e c i l d a r i l O m B a r . l i p e i n i m e m i l i k i e n c r g i e l e k l r o n lebih t i n g g i d a r i i o n d a n energi t e r m a l netral. T i p e i n i bukan d a l a m keselimbangan elektron bukan merupakan
l e r m o d i n a m i k l o k a l ( L I E ) , d a n femperatur k i n e t i k
sualu k a r a k t e r i s l i k d e f i n i l i l
plasma.
N o n temial
m e m i l i k i t e m p e r a l u r e l e k l r o n dalam range p a l i n g s e d i k i l salu order besaran.
plasma
Kegunaan
plasma pada Ickanan teiulah adalah sangal luas dan gukup b e r k e m b a n g seperti d a l a m proses
pelapisan
peimukaan.
modilikasi
permukaan,
pembersilian,
etching
s e m i k o n d u k l o r dan m i c i o r n a c h i n i n g . I'roscs-proses i n i , b a g a i m a n a p u n tetap
memiliki
suatu r u a n g v a k u m dengan beberapa j c n i s sislem p c n g i r i m a n gas d a n m e k a n i s m e n y a dalam
menggunakan
daya
listrik.
Penggunaan
ini
dalam
sisi
bisnis
kurang
m e n g u n t u n g k a n . Semenlara i(u. tetinal plasma, sebagaimana y a n g akan d i d i s k u s i k a n k e m u d i a n , hadir d a l a m tekanan
l i n g g i (Ickanan a t m o s H r ) .
Temperalur e l e k l r o n dari
tennal plasma c e n d e r u n g d a l a m ordei lebih d a i i 1 e V atau s e d i k i l l e b i l i t i n g g i d a n pada ams sekitar 5 0 A . Dengan lambahan. arus arcs berada d a l a m range 3 5 - 5 0 A [ 2 ] . E n e r g i i n i cukup b e n n a n f a a l pada proses industri >ang sama n a n n i n dengan b i a y a y a n g r e l a t i f murah.
D i s a m p i n g i l u kotidisi
elektroda) telah
afterglow dalam
p u l a d i h a s i l k a n dan
tennal
plasma
m e m p e r l i h a t k a n efek
(melalui pelucutan
distribusi
muatan
pada
permukaan plasma dan pernuikaan l o g a m [.^|. l e n o m e n a i n i akan d i l i h a t pada p e m b a h a n jarak elektroda, tekanan, legangati dan s p e k l n u n cahaya.
Plasma n i t r o g e n banyak d i g u n a k a n d a l a m i n s h u m e n peralatan p a b r i k i n d u s t r i
yang
d i a p l i k a s i k a n untuk penambalan dan p c m o l o n g a n lapisan p e n n u k a a n l o g a m pada i n d u s t r i rakilan e l e k t r o n i k . Paticaran nilr(\gen plasma i n i pada tekanan atmosfii" l e b i h dalam biaya p r o d u k s i ,
lebih m i i d a l i
sumbcr
kclersediaatmya
hernat
dan l e b i l i besar energi
pancarannya. D a l a m industri p e n g o n l i o l a n d i s l r i b u s i spesies n i t r o g e n sangat d i p e n g a m h i o l e h densilas dan temperalur l i a p spesies y a n g sangal berbeda,
temtama temperalur
eleklron y a n g r e l a l i l sangal l i n g g i d i b a n d i n g i o n - i o n berat l a i n n y a . D i s t r i b u s i kecepatan y a n g n o n - M a x w e l l i a n m e n y e b a b k n n persoalan pengaturan plasma akan sukar karena
lintasan l u n i b u k a n clan fVckucnsi l i n n b i i k a n \ang berbeda p u l a . Semua i n i terjadi pada tekanan rendah y a n g selalu d i b a n g k i l k a n d i n i a n g l a b o r a t o r i u n i .
Oerlainan dengati gas ionisasi Ickannn rendah. gas ionisasi pada tekanan t i n g g i (tekanan a t m o s f i r ) m e m i l i k i densilas p a i l i k c l y a n g besar m a k a proses y a n g t e r j a d i juga m e m i l i k i densilas plasma y a n g c u k u p besar pula (cksponen'orde 2 2 - 2 4 ) , K o n d i s i pla.sma y a n g akan dihasilkan m e m i l i k i jarak
anlai
nuialan > ang sangal dekal sehingga b e r l a k u k o n d i s i
keselimbangan t e m i a l l o k a l dan M a x w e l l i a n . K e j a d i a n i n i m e m p e r l i h a t k a n b a h w a plasma y a n g lerbentuk m e m i l i k i (ermperalur sama dan sangat c o c o k d a l a m p e n g e n d a l i a n muatan
unluk
keperluan
m e m b a n g k i t k a n plasma
induslii.
Unluk
itu perlu
n i l r o g e n pada tekanan
dikaji
energi
gerak
m i n i m u m untuk
a t m o s f i r dan d i u k u r besaran
fisisnya.
Karena usia plasma r e l a t i f singkat ( o n l e d c l i k ) dan f i c k u e n s i t u m b u k a n t i n g g i m a k a p e r l u d i h i t u n g besaran densilas plasma n i t r o g e n lersebut. tekanan
a t m o s f i t ; perubahan
D a l a m d u n i a i n d u s t r i bila
densilas dan d i s l r i b u s i t e m p e r a l u r bisa t e r k e n d a l i
plasma maka
plasma akan m u d a h d i g u n a k a n sebagai i n s l i u m e n d a l a m proses p r o d u k s i y a n g selama i n i m e n g g u n a k a n tekanan rendah.
1.2
T u j u a n F'cnelilan
A d a p u n tujuan dari p e n e l i l i a n i n i adalah 1.
M e n e n l u k a n tegangan hreakJcnvn
densilas n i l r o g e n
2.
M e n g i d e n l i f i k a s i p r o f i l k e l i s l r i k a n (legangan. arus dan energi).
3.
M e n e n l u k a n densilas dan temperalur plasma.
1.3.
Batasan Masalali Dalam
penelifian
i n i . p c t u i l i s hanva
mcinhahas
tnengenai
plasma
nihogen
(ekanan 46, 56, 66 dan 76 c m l l ! ! ( I A t t n ) . I ' c n e l i l i a n itii dilaksanakan d i [ . a b o r a l o r i u m Fisika M o d e r n pada F'akullas M a l e t n a l i k a dan Iltiut I'engetahuan A l a m U n i v e r s i t a s R i a u Pekanbaru.
