RANCANG BANGUN SPIN COATER UNTUK PENUMBUHAN MATERIAL LAPISAN TIPIS
SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persy Persyaratan aratan Mencapai Derajat Sarjana
OLEH LA ARFAD F1B1 12 039
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI OKTOBER 2016
i
ii
KATA PENGANTAR
Alhamdululilahirobil’alamin. Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wata’ala,, karena berkat limpahan rahmat, hidayah dan karunia-Nya maka penulis dapat menyelesaikan tugasi akhir ini dengan judul “Rancang Bangun Spin Coater Untuk Penumbuhan Material Lapisan Tipis” ini dengan tepat waktu. Shalawat dan salam selalu tercurahkan kepada junjungan Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan jalan dan menuntun umatnya dari jalan yang gelap menuju jalan yang terang yang disinari oleh nur iman dan Islam. Penulis menyadari bahwa di dalam pelaksanaan penulisan tugas akhir ini banyak mengalami kesulitan-kesulitan dan hambatan, namun berkat bimbingan, dorongan, arahan, serta petunjuk dari berbagai pihak, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas akhir ini. Melalui kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini, Teristimewa buat Ayahanda La Biho dan Ibunda Wa Hasima yang telah memberikan limpahan cinta, kasih sayang, perhatian, pengorbanan, dan doa restu, serta dukungan moril dan materi yang tak terhingga kepada penulis sehingga penulis mampu menyelesaikan studi dan penulisan tugas akhir ini, juga kepada saudara-saudaraku (Bil Hamra S.Pd, Bihafni S.P., Bihaelan S.Pd., Marwah S.H., La Ardan dan Haisa) dan seluruh keluarga besarku terima kasih atas dukungan,
iii
doa dan perhatian yang sangat besar yang selalu mendukungku dan memberikan dorongan semangat kepada penulis selama mengikuti perkuliahan hingga menyelesaikan tugas akhir ini. Penyampaian ucapan terima kasih dan rasa hormat penulis sampaikan pula kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ir. H. Usman Rianse, M.Si. selaku Rektor Universitas Halu Oleo. 2. Bapak Dr. Muh. Zamrun F., S.Si., M.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Halu Oleo. 3. Bapak Dr. Eng I Nyoman Sudiana., S.Pd.,M.Sc. selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Halu Oleo. 4. Yang terkhusus Bapak Dr. Ida Usman, M.Si. selaku pembimbing I dan Ibu Dr. Wa Ode Sukmawati Arsyad, M.Si. selaku pembimbing II yang telah meluangkan waktu dan pikiran di dalam memberikan bimbingan, nasehat dan saran, kepada penulis dalam menyelesaikan tulisan ini. 5. Bapak Dr. La Aba, S.Si., M.Si., Bapak Al Harun Taate, S.Si., M.Sc., Dan Ibu Yumnawati, S.Pd., M.Sc. selaku tim penguji yang memberikan saran dan kritikan yang bermanfaat. 6. Bapak Dr. Ida Usman, M.Si. selaku Penasehat Akademik. Seluruh Dosen dan Staf di lingkungan F-MIPA khususnya Jurusan Fisika yang telah banyak memberikan bimbingan dalam perkuliahan. 7. Teristimewa buat sahabat-sahabat terbaikku: Edison Grup (Gusti Eric Sandra, Purwo Adi Setyo, Rasap, Ulpiani, Endang Safitri, Yustin Biringallo), yang
iv
telah menyemangatiku dalam suka maupun duka
dan selalu memberikan
motivasi dan bantuan dalam menyelesaikan studi dan tugas akhir ini. 8. Rekan-rekan mahasiswa jurusan Fisika dari angkatan 2009 sampai 2015, khususnya angkatan 2012, Mijar, Ali Hae, Firman Suhanda, Desna Anggara, Alif, Lely, Safril, Angga Anugrah, Day, Tetty, Lina, Irna, Once, Wiwin, Hilda, Susiana, Dina, Rotul, Amira, Leni, Nila, Reski, Yuli, Kakak- Kakak Senior: K Refly, K Risna, K Dewi, K Ummi, K Aslan, K Justina, K Syahrul, Adik-adik junior: Andrianto, Qorih, Yana, Yani, Vivin, Rian Julianto, Ikhwan, Januari dan seluruh teman-teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu terima kasih atas segala kebersamaan dan kebaikan selama ini. Dengan keterbatasan ilmu dan pengetahuan yang penulis miliki, penulis menyadari bahwa penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan dan masih terdapat kekurangan dan kelemahan. Atas segala kekurangan dan ketidaksempurnaan skripsi ini, penulis sangat mengharapkan masukan, kritik dan saran yang bersifat membangun kearah perbaikan dan penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak dan semoga amal baik yang telah diberikan kepada penulis mendapat balasan dari Allah SWT. Wassalamu ’alaikum Wr. Wb.
Kendari, Oktober 2016 Penulis
v
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL ................................................................................. i HALAMAN PENGESAHAN .................................................................... ii KATA PENGANTAR ................................................................................ iii DAFTAR ISI ............................................................................................. vi DAFTAR TABEL ...................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .................................................................................. ix DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. x ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN .................................................... xi ABSTRAK .................................................................................................. xiii ABSTRACT .............................................................................................. xiv BAB I PENDAHULUAN A. B. C. D.
Latar belakang ........................................................................... Perumusan masalah ................................................................... Tujuan Penelitian ...................................................................... Manfaat Penelitian ....................................................................
1 5 5 6
BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Teori Spin coating ..................................................................... 7 B. Rangkaian Regulator ................................................................. 9 C. Pembuatan Lapisan ................................................................... 16 BAB III METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian .................................................... B. Jenis Penelitian .......................................................................... C. Alat dan Bahan Penelitian .......................................................... D. Prosedur Penelitian ....................................................................
21 21 21 22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Prinsip Kerja .............................................................................. 26 B. Perancangan dan pembuatan Alat Spin coater ............................ 28 C. Hasil Uji Alat Spin Coater ......................................................... 31 BAB V PENUTUP A. Kesimpulan ............................................................................... 34 B. Saran ......................................................................................... 34
vi
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 35 LAMPIRAN ............................................................................................. 37
vii
DAFTAR TABEL
Nomor
Teks
Halaman
1
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian
21
2
Hubungan nilai rpm terhadap tegangan yang diberikan
25
3
Hubungan antara daya tahan rangkaian serta nilai
25
konsistensi terhadap hasil yang diberikan 4
Hasil perhitungan nilai rpm terhadap tegangan yang
31
diberikan 5
Hasil uji daya tahan untuk tegangan 6 volt, 12 volt, dan 15 volt
viii
31
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Teks
Halaman
1
Prinsip penumbuhan lapisan dengan spin-coating
9
2
Keluaran dari penyearah gelombang penuh
11
3
Penyearah gelombang penuh model jembatan
13
4
Penyearah keluaran ganda
14
5
Diagram Alir Penelitian
22
6
Desain spin coater
23
7
Desain rangkaian regulator
24
8
Desain spin coater tampak dari dalam
25
9
Desain spin coater
28
10
Desain rangkaian yang telah dibuat
29
11
Spin coater yang telah dibuat
30
12
Grafik hubungan antara tegangan ggl terhadap
32
kecepatan putar
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Teks
Halaman
1
Perhitungan untuk mencari hubungan antara
37
tegangan ggl terhadap kecepatan putar 2
Dokumentasi Pelaksanaan Penelitian
x
38
ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN
LED
Light Emiting Doide
PVD
Physical Vapour Deposition
CVD
Chemical Vapour Deposition
ZnO
Zinc Oksida
AC
Alternating Current
DC
Direct Current
Rpm
Rotation Per minutes
CSD
chemical solution deposition
MOCVD
Metal Organic Chemical Vapor Deposition
MBE
Molecular Beam Epitaxy
PLD
Pulsed Laser Deposition
F
Gaya
m
massa
ω
laju anguler
r
jarak /jari-jari
Ta2O3
keramik oksida
CT
center-tap
Hz
Hertz
µm
mikrometer
vo
tegangan output
vi
tegangan input
V
volt
xi
dB
decibel
%
Persen
µF
mikrofarad
SEM
Scanning Electron Microscope
SM
Sebelum Masehi
HCP
Hexagonal Closed Paked
°C
derajat celcius
θ
teta
α
alpha
β
beta
γ
gama sigma delta
xii
RANCANG BANGUN SPIN COATER UNTUK PENUMBUHAN MATERIAL LAPISAN TIPIS
OLEH: LA ARFAD F1B1 12 039
ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang rancang bangun spin coater untuk penumbuhan material lapisan tipis. Penelitian ini bertujuan untuk membuat spin coater yang akan digunakan untuk menumbuhkan material lapisan tipis dan mengidentifikasi performa, daya tahan rangkaian serta nilai konstan putaran spin coater yang dibuat. Rangkaian regulator yang digunakan untuk membuat spin coater adalah rangkaian penyearah gelombang penuh model jembatan dan stroboskop digunakan untuk menghitung kecepatan spin (rpm) serta daya tahan rangkaian diuji hingga 40 menit. Spin coater dibuat dengan tiga variasi tegangan yaitu 6 volt,12 volt dan 15 volt dengan kecepatan masing-masing 1230 rpm, 2500 rpm, dan 3200 rpm. Hasil uji menunjukkan rangkaian spin coater mampu bertahan hingga 40 menit dengan nilai putaran tetap konstan sesuai tegangannya masing-masing, yang menunjukkan spin coater layak untuk digunakan.
Kata kunci: Spin coater, rangakain regulator, stroboskop, kecepatan putar (rpm)
xiii
A SPIN COATER DESIGN THAT WAS USEFULL FOR DEPOSITIONING A THIN FILM MATERIALS
BY
LA ARFAD F1B1 12 039
ABSTRACT We have conducted research on making a spin coater design that was usefull for depositioning a thin film materials. We identified the perform, the circuit durability , and also the stability of the rotation of the driver motor. Regulated circuit that was used in this design was full wave model bridge circuit. Stroboscope was used to calculated the rotation of the driver motor. While the durability of the circuit was tested 40 minutes non-stop operational. Spin coater was mode with three voltage variation, namely 6 volt, 12 volt and 15 volt, with velocity of the rotation were 1230 rpm, 2500 rpm, dan 3200 rpm respectively. The test results showed that the spin coater circuit was able to maintain its stability until 40 minute, with the constant velocity according to the voltage that was used. This result indicated that the spin coater that we built was stable and can be used for material deposition.
Key word: Spin coater, regulated circuit, stroboscope, velocity of the rotation (rpm)
xiv
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pada saat ini, ilmu dan teknologi material lapisan tipis telah berkembang sangat pesat dan memainkan peranan yang penting dalam industri elektronika. Awalnya, tujuan utama dari pengembangan teknologi material lapisan tipis adalah untuk memenuhi kebutuhan akan rangkaian terintegrasi (integrated circuit) dalam industri elektronika. Permintaan yang terus mengalami peningkatan akan divais dengan ukuran yang semakin kecil dan kecepatan yang semakin maksimal, sehingga akan material dan teknik pemrosesan yang baru juga terus dikembangkan. Lapisan tipis padat (thin solid films) pertama kali diperoleh melalui proses elektrolisis pada tahun 1838. Bunsen dan Grove pada tahun 1852 kemudian memperoleh lapisan logam (metal film) melalui proses reaksi kimia dan glowdischarge sputtering, Faraday pada tahun 1857 kemudian memperoleh lapisan logam
melalui penguapan termal pada ledakan sebuah kawat logam yang
membawa arus listrik (Chopra, 1969). Kegunaan dari sifat optik lapisan logam, dan keingintahuan yang mendalam mengenai sifat dari zat padat dua dimensi telah menyebabkan peningkatan ketertarikan para peneliti untuk menginvestigasi ilmu dan teknologi pembuatan lapisan tipis tersebut. Lapisan tipis merupakan lapisan dari material yang sangat tipis yakni dalam skala antara skala nanometer hingga millimeter. Dalam perkembangan fabrikasinya telah banyak dilakukan upaya untuk mendapatkan lapisan tipis
xv
1
2
dengan kualitas yang baik. Lapisan tipis memiliki manfaat yang sangat banyak dalam perkembangan teknologi masa kini, khususnya dalam bidang material. Lapisan tipis banyak dimanfaatkan sebagai pelapisan bahan untuk menutupi kelemahan dari bahan yang dilapisi seperti anti korosi, persiapan material baru sebelum difabrikasi serta dalam pengembangan material baru. Sedangkan dalam dunia optik, lapisan tipis umumnya digunakan dalam teknologi laser, LED, dan sel surya (Huda, 2015). Karena kegunaannya yang sangat luas, maka beberapa metode penumbuhan lapisan tipis telah banyak dikembangkan dan disempurnakan oleh para peneliti untuk mendapatkan kualitas lapisan tipis yang baik. Diantara beberapa metode untuk penumbuhan lapisan titpis adalah PVD (Physical Vapour Deposition) yang meliputi evaporasi, sputtering dan ion plating, CVD (Chemical Vapour Deposition) yang meliputi Thermal CVD, Plasma-Activated CVD, Photon- Activated CVD, dan Laser-Induced CVD, deposisi elektro-kimia, deposisi dari emulsi atau pasta yang meliputi teknik mekanik, termal, dan semprotan (spray) serta teknik pelapisan (plating) yang meliputi teknik casting (spin coating dan dip coating), teknik screen printing dan doctor blade. CVD dan PVD yang merupakan teknik deposisi berbasis gas, memang dapat menghasilkan film dengan kualitas yang tinggi. Namun kebutuhan akan penggunaan clean room menyebabkan biaya produksi yang tinggi. Disisi lain, spray pirolisis menawarkan proses yang lebih mudah namun juga mempunyai keterbatasan
seperti
ketebalan
permukaan
yang
tidak
dapat
dikontrol,
kemungkinan terdapat retak (crack) pada film yang dihasilkan, dan kesulitan
2
3
untuk mengontrol suhu deposisi. Oleh karena itu, diantara beberapa metode untuk penumbuhan lapisan tipis, pembuatan lapisan tipis dengan cara spin coating, merupakan teknik yang cukup mudah untuk dilakukan, terutama untuk bahan yang berbentuk larutan. Teknik spin coating dapat menghasilkan lapisan yang sangat tipis dengan memanfaatkan gaya sentrifugal, tegangan geser linear (linear shear stress) dan penguapan yang uniform dari larutan pada piringan atau substrat yang berputar (Meyerhofer, 1978; Hall et al., 1998). Lapisan tipis yang dihasilkan dengan metode spin coating memiliki tingkat kehomogenan yang cukup tinggi. Ketebalan dan kualitas lapisan yang diinginkan dapat dikontrol berdasarkan viskositas atau kekentalan larutan, kandungan material, waktu dan kecepatan putaran dari alat spin coater (Huda, 2015). Selain mudah, teknik ini juga melibatkan proses yang sederhana dengan tingkat keberhasilan yang tinggi dalam menghasilkan film yang sangat tipis dan uniform, utamanya ketika larutan yang digunakan bersifat Newtonian (viskositasnya tidak berubah dengan laju aliran), tidak terlalu cepat menguap dan permukaan substratnya halus. Ketika larutan yang digunakan mempunyai kekentalan yang tinggi, atau terlalu mudah atau susah menguap, maka kesuksesan dari proses spin coating kemudian membutuhkan kombinasi yang tepat antara formulasi untuk casting, desain dan kondisi pemrosesan. Teknik deposisi dengan spin coating ini, selain menawarkan kemudahan dalam proses deposisinya juga mempunyai kelebihan lain, yaitu alatnya dapat dibuat secara sederhana menggunakan komponen – komponen listrik yang cukup murah.
3
4
Beberapa peneliti telah mencoba membuat sendiri rancang bangun dari alat spin coater ini untuk kepentingan penelitian mereka dan berhasil menggunakannya. Erus Rustami, 2008 membuat alat spin coater berbasis mikrokontroler ATmega 8535 dengan kecepatan
putar hingga 2000 rpm.
Kemudian Huda, dkk., 2013, mengembangkan rancang bangun sistem mini spin coating berbasis mikrokontroler ATmega 8535 untuk pelapisan sensor qcm (quartz crystal microbalance), spin coater yang dibuatnya menggunakan dua buah catu daya yaitu catu daya 5 volt untuk memberi daya pada mikrokontroller dan catu daya 12 volt dengan arus maksimum 2A untuk memberikan daya pada motor melalui penggerak motor. Ferdaus, dkk., 2014, melakukan desain dan pembuatan spin coater yang sederhana dan murah menggunakan motor dengan tegangan 12 V dan putaran 3000 rpm yang kemudian digunakan untuk mendeposisikan larutan ZnO. Suhandi dan Yuyu, 2014. Mengembangkan alat spin coater yang terdiri dari sebuah rotor yang menggunakan motor AC sebagai penggerak dengan laju putaran maksimum 3000 rpm. Berdasarkan hal tersebut maka dalam penelitian ini akan dilakukan rancang bangun spin coater untuk penumbuhan lapisan tipis. Spin coater yang akan dibuat dalam penelitian ini tidak menggunakan power supply namun menggunakan transformator 3A sebagai pengganti power supply, sehingga tidak bergantung pada power supply dalam penggunaannya, selain itu pengubah tegangan AC menjadi DC telah digandeng dalam rangkaian spin ini. Untuk kecepatan maksimum yang akan dicapai dalam pembuatan spin ini adalah hingga 3000 rpm. Pemilihan topik penelitian ini didasarkan pada pertimbangan bahwa
4
5
salah satu kendala yang dihadapi dalam pengembangan kelompok bidang keahlian (KBK) Fisika Material di Jurusan Fisika FMIPA UHO adalah belum tersedianya sarana dan prasana penunjang di dalam laboratorium riset untuk kepentingan penelitian mahasiswa pada saat menyelesaikan tugas akhirnya. Sampai saat ini proses penelitian mahasiswa yang mengambil bidang keahlian ini sebagian besar masih dilakukan di lembaga-lembaga riset di luar Jurusan Fisika FMIPA UHO yang bersedia menyediakan berbagai fasilitas untuk melakukan riset mereka. Keadaan ini menyebabkan kurang efisiensinya waktu yang digunakan dalam melaksanakan penelitian dan peningkatan biaya penelitian yang diperlukan.
B. Perumusan Masalah
Dalam penelitian ini akan dikaji tentang bagaimana merancang dan membuat spin coater hingga dapat digunakan untuk menumbuhkan material lapisan.
C. Tujuan Penelitian
Tujuan utama penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Membuat spin coater yang akan digunakan untuk menumbuhkan material lapisan tipis. 2. Mengidentifikasi performa, daya tahan rangkaian dan nilai konstan putaran spin coater yang dibuat.
5
6
D. Manfaat Penelitian Alat spin-coating yang akan dihasilkan dari penelitian ini dapat dimanfaatkan untuk
kegiatan
penelitian
mahasiswa
yang
mengambil
konsentrasi fisika material, khususnya yang berkaitan dengan pembuatan lapisan tipis.
6
7
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Teori Spin coating
Teknik
spin-coating dan
teknik-teknik
penumbuhan
lapisan
tipis
semikonduktor lainnya telah dikembangkan sejak orientasi kebutuhan akan bentuk semikonduktor berubah dari bulk menjadi lapisan. Perubahan orientasi ke arah bentuk lapisan tipis ini ditujukan pada miniaturisasi divais-divais maupun
optoelektronik.
Bersama-sama
dengan
elektronik
teknik nebulized
spray
pyrolisys dan chemical solution deposition (CSD), teknik spin-coating ini tergolong metode sol-gel, karena
bahan yang akan dideposisi dipreparasi
dalam bentuk gel. Pada umumnya penumbuhan lapisan tipis semikonduktor untuk aplikasi divais optoelektronik dilakukan dengan menggunakan metode-metode seperti MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE (Molecular Beam Epitaxy), Sputtering dan PLD (Pulsed Laser Deposition), yang telah terbukti dapat menghasilkan lapisan tipis dengan kualitas tinggi. Jarang sekali yang menggunakan metode sol-gel seperti spin-coating. Dibanding dengan metodemetode penumbuhan lainnya, sol-gel merupakan metode penumbuhan yang paling sederhana dan paling murah biaya operasionalnya, sehingga keberhasilan penumbuhan lapisan tipis dengan kualitas baik dengan menggunakan metode solgel akan sangat menguntungkan dari segi ekonomi. Meskipun tidak sebaik kualitas lapisan tipis yang dihasilkan dengan metode-metode canggih seperti tersirat di atas, dengan penanganan yang baik ternyata metode sol-gel seperti
77 7
8
nebulized spray pyrolisys (Raju, 2001), chemical solution deposition (Parala, 2001), dan spin coating (Sardar, 2003), telah dilaporkan berhasil digunakan untuk menumbuhkan lapisan tipis semikonduktor dengan kualitas cukup baik, yang ditandai dengan morfologi yang homogen dengan ketebalan cukup tipis (0,5-1,5 µm), lapisan epitaksial dengan orientasi kristal tunggal, dan sifat optik yang cukup memadai untuk aplikasi devais optoelektronik. Apalagi sebenarnya untuk aplikasi divais optoelektronik, tidak terlalu mempersyaratkan kualitas kekristalan dan morfologi yang sangat baik, bahkan bahan dengan struktur amorf pun bisa diaplikasikan (Lee, 2005). Spin-coating dapat diartikan sebagai pembentukan lapisan melalui proses pemutaran (spin). Bahan yang akan dibentuk lapisan dibuat dalam bentuk larutan (gel) kemudian diteteskan di atas suatu substrat yang disimpan di atas piringan yang dapat berputar. Karena adanya gaya sentripetal ketika piringan berputar, maka bahan tersebut dapat tertarik ke pinggir substrat dan tersebar merata. Besarnya gaya sebar ini akan ditentukan oleh laju rotasi dari putaran piringan, menurut persamaan (Halliday dan Resnick, 1986) :
=
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (1)
dimana Fsp adalah gaya sentripetal, m adalah massa partikel, ω adalah laju anguler piringan dan r adalah jarak yang diukur dari pusat piringan secara radial ke arah luar, seperti pada Gambar 1 berikut:
9
Gambar 1. Prinsip penumbuhan lapisan dengan spin-coating
Selain untuk penumbuhan bahan semikonduktor, teknik spin-coating juga dapat dipergunakan untuk menumbuhkan lapisan tipis dari bahan lainnya seperti bahan polimer maupun bahan keramik oksida.. Darmasetiawan dkk. (2002) telah melaporkan keberhasilannya menumbuhkan lapisan tipis keramik oksida Ta2O3 dengan menggunakan teknik spin-coating. Sementara itu Breeze dkk. (2004) telah melaporkan keberhasilannya menumbuhkan bahan polimer untuk aplikasi sel surya dengan spin-coating.
B. Rangkaian Regulator
Rangkaian catu daya berfungsi untuk menyediakan arus dan tegangan tertentu sesuai dengan kebutuhan beban dari sumber daya listrik yang ada. Untuk mencukupi kebutuhan beban DC dari jala-jala, diperlukan suatu rangkaian catu daya yang mengubah tegangan AC ke DC. Biasanya dilakukan dengan suatu rangkaian penyearah yang tergandeng dengan trafo untuk mendapatkan tegangan yang sesuai. Kemudian untuk mengkompensasi perubahan tegangan jala-jala dan
10
beban, rangkaian catu daya dilengkapi dengan suatu regulator atau pengatur tegangan.
1.
Penyearah Dioda Gelombang Penuh
Terdapat cara yang sangat sederhana untuk meningkatkan kuantitas keluaran positif menjadi sama dengan masukan (100%). Ini dapat dilakukan dengan menambah satu dioda pada rangkaian seperti terlihat pada gambar 2. Pada saat masukan berharga negatif maka salah satu dari dioda akan dalam keadaan panjar maju sehingga memberikan keluaran positif. Karena keluaran berharga positif pada satu periode penuh maka rangkaian ini disebut penyearah gelombang penuh. Pada Gambar 2 terlihat bahwa anoda dihubungkan
dengan
ujung-ujung
rangkaian
pada masing-masing sekunder
dari
dioda
transformer.
Sedangkan katoda masing-masing dioda dihubungkan pada titik positif keluaran. Beban dari penyearah dihubungkan antara titik katoda dan titik center-tap (CT) yang dalam hal ini digunakan sebagai referensi atau “tanah”.
11
Gambar 2. Keluaran dari penyearah gelombang penuh
Mekanisme terjadinya konduksi pada masing-masing dioda tergantung pada polaritas tegangan yang terjadi pada masukan. Keadaan positif atau negatif dari masukan didasarkan pada referensi CT. Pada Gambar 2 nampak bahwa pada setengah periode pertama misalnya, v1 berharga positif dan v2 berharga negatif, ini menyebabkan D1 berkonduksi (berpanjar maju) dan D2 tidak berkonduksi (berpanjar mundur). Pada setengah periode ini
arus I D2
mengalir dan menghasilkan keluaran yang akan nampak pada hambatan beban. Pada setengah periode berikutnya, v2 berharga positif dan v1 berharga negatif, menyebabkan D2 berkonduksi dan D1 tidak berkonduksi. Pada setengah periode ini mengalir arus 2 D1 dan menghasilkan keluaran yang akan nampak pada hambatan beban. Dengan demikian selama satu periode penuh hambatan beban akan dilewati arus 1 D1 dan 2 D1 secara bergantian dan menghasilkan tegangan keluaran DC.
12
2.
Penyearah Gelombang Penuh Model Jembatan
Penyearah gelombang penuh model jembatan memerlukan empat buah dioda. Dua dioda akan berfungsi sebagai isyarat positif dan dua dioda akan berfungsi sebagai isyarat negatif. Untuk model penyearah jembatan ini kita tidak memerlukan transformator yang memiliki center-tap. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3. empat bagian masukan AC dihubungkan pada sambungan D1-D2 dan yang lainnya pada D3-D4. Katode D1 dan D3 dihubungkan dengan keluaran positif dan anode D2 dan
D4 dihubungkan dengan keluaran negatif (tanah).
Misalkan masukan AC pada titik A berharga positif dan B berharga negatif, maka
dioda D1 akan berpanjar maju dan D2 akan berpanjar mundur. Pada
sambungan bawah D4 berpanjar maju dan D3 berpanjar mundur. Pada keadaan ini elektron akan mengalir dari titik B melalui D4 ke beban, melalaui D1 dan kembali ke titik A. Pada setengah periode berikutnya titik A menjadi negatif dan titik B menjadi positif. Pada kondisi ini D2 dan D3 akan berpanjar maju sedangkan D1 dan D4 akan berpanjar mundur. Aliran arus dimulai dari titik A melalui D2, ke beban, melalui D3 dan kembali ke titik B. Perlu dicatat di sini bahwa apapun polaritas titik A atau B, arus yang mengalir ke beban tetap pada arah yang sama.
13
Gambar 3. Penyearah gelombang penuh model jembatan
Rangkaian jembatan empat dioda dapat ditemukan di pasaran dalam bentuk paket dengan berbagai bentuk. Secara prinsip masing-masing bentuk mempunyai dua terminal masukan AC dan dua terminal masukan DC.
3. Penyearah Keluaran Ganda
Pada berbagai sistem elektronika diperlukan sumber daya dengan keluaran ganda sekaligus, positif dan negatif terhadap referensi (tanah). Salah satu bentuk rangkaian penyearah gelombang penuh keluaran ganda diperlihatkan pada Gambar 4. Perhatikan bahwa keluaran berharga sama tetapi mempunyai polaritas yang berkebalikan. Dioda D1 dan D2 adalah penyearah untuk bagian keluaran positif. Keduanya dihubungkan dengan ujung transformator. Dioda D3 dan D4 merupakan penyearah untuk keluaran negatif. Titik keluaran positif dan negatif diambil terhadap CT sebagai referensi atau tanah.
14
Gambar 4. Penyearah keluaran ganda
Misalkan pada setengah periode titik atas transformator berharga positif dan bagian bawah berharga negatif. Arus mengalir lewat titik B melalui D4, RL 2 , RL 1, D1dan kembali ke terminal A transformator. Bagian atas dari 1 RL menjadi positif sedangkan bagian bawah RL 2 menjadi negatif. Pada setengah periode berikutnya titik atas transformator berharga negatif dan bagian bawah berharga positif. Arus mengalir lewat titik A melalui D3, RL 2,RL 2, D2 dan kembali ke terminal B transformator. Bagian atas dari 1 RL tetap akan positif sedangkan bagian bawah RL 2 berpolaritas negatif. Arus yang lewat RL 1 dan RL 2 mempunyai arah yang sama menghasilkan tegangan keluaran bagian atas dan bagian bawah pada RL 1 dan RL 2 (https://.files.wordpress.com.penyearah.pdf). Regulator linier melalui transistor yang terpasang secara seri mengalihkan daya dari tegangan masukan (Vi) menjadi tegangan keluaran (Vo) secara kontinyu, dimana dalam operasi tersebut, regulator linier akan mengurangi daya masukan. Semakin besar perbedaan Vi dan Vo maka akan semakin besar daya yang berkurang, sehingga hal ini membatasi efisiensi regulator linier. Regulator pensaklaran menggunakan transistor daya dalam ragam switching (sebagai saklar)
15
untuk menyimpankan energi ke dalam induktor dan kapasitor yang kemudian disalurkan kepada beban. Catu daya dengan regulator pensaklaran yang beroperasi frekuensi tinggi lebih efisien, lebih ringan, dan mempunyai volume yang lebih kecil dibanding catu daya dengan regulator linier yang tergandeng trafo 50 Hz. Namun regulator pensaklaran mempunyai riak yang lebih besar pada keluarannya bila dibandingkan dengan regulator linier. Hal ini disebabkan operasi switching di dalam rangkaian itu sendiri. Regulator Linier mempunyai keluaran dengan tegangan riak yang kecil namun mempunyai efisiensi yang rendah. Regulator pensaklaran (switching) beroperasi dengan efisiensi tinggi namun mempunyai tegangan riak yang besar. Disini dirancang suatu catu daya dua tahap regulasi. Regulator pensaklaran (switching) topologi konverter forward dua saklar (MOSFET daya) dengan pengendalian lebar pulsa ragam arus (IC UC3844) sebagai regulator awal (preregulator) bertujuan untuk mengumpankan tegangan (2V + tegangan output) bagi regulator akhir agar beroperasi dengan efisiensi. Regulator linear dengan komponen utama rangkaian terpadu regulator linier dengan dropout rendah (LDO) LT1083 sebagai regulator akhir (post regulator). Hasil pengujian pada tegangan keluaran diatur 24 V menunjukkan bahwa regulator linier dapat melemahkan tegangan riak keluaran regulator pensaklaran sebesar 58,387 dB (–40,31 dB menjadi –98,702 dB). Efisiensi rata-rata regulator pensaklaran = 84,978 %, regulator linier = 92,304 %, dan efisiensi catu daya keseluruhan = 78,457 %. Tegangan keluaran catu daya dapat diatur, namun baik regulator pensaklaran dan linier mempunyai efisiensi tertinggi pada tegangan
16
keluaran 24 V beban maksimal. Disamping dapat melemahkan tegangan riak, regulator linier sebagai regulator akhir memberikan perbaikan pada regulasi beban (dari 1,365 % menjadi 0,599 %) dan regulasi saluran (dari 0,16 % menjadi 0,022 %) dari regulator pensaklaran (Zuli Istataqomawan, 2004).
C. Pembuatan Lapisan
Proses spin coating dibagi menjadi empat yaitu tahap deposisi, spin-up, spin-off, dan evaporasi. Tahap pertama dimulai saat diteteskan atau dialirkannya cairan pelapis berupa gel di atas substrat. Pada tahap deposisi substrat belum diputar. Kemudian pada tahap berikutnya substrat mulai diputar. Akibat gaya sentrifugal cairan menjadi tersebar secara radial keluar dari pusat putaran menuju tepi piringan. Pada tahap ini substrat mengalami percepatan. Sedangkan pada kedua tahap berikutnya laju putaran mulai konstan, artinya tidak ada percepatan sudut pada substrat. Pada tahap spin-off sebagian cairan yang berlebih akan menuju ke tepi substrat dan akhirnya terlepas dari substrat membentuk tetesan tetesan. Semakin menipis lapisan yang terbentuk semakin berkurang tetesantetesan yang terbuang. Hal ini dipengaruhi oleh adanya penambahan hambatan alir dan viskositas pada saat lapisan semakin tipis. Tahap terakhir, evaporasi, merupakan mekanisme utama dari proses penipisan lapisan. Ketebalan lapisan yang terbentuk ditentukan oleh dua parameter utama yaitu viskositas dan laju putaran (angular speed) disamping parameter - parameter lainnya seperti waktu dan kerapatan cairan (Asrorudin, 2004).
17
Spin coating tampak merupakan cara sederhana dan berhasil dalam memproduksi sebuah
lapisan seragam yang sangat saat cairan casting atau
coating bersifat newtonian dan tidak begitu menguap dan substrat yang hendak dilapisi. Namun dalam banyak dalam aplikasi cairan casting tidak hanya mengandung banyak pelarut volatile (mudah menguap) namun juga pelarut dengan volatilitas lebih rendah sebagai polimer terlarut atau padatan suspensi atau keduanya. Dalam kasus tersebut, keberhasilan dari spin casting bisa membutuhkan kombinasi yang tepat dari formulasi casting, desain, dan urutan dari pemprosesan. Spin casting (coating) adalah sekumpulan proses yang berarti suatu kombinasi dari proses berbeda. Hasil akhir dari spin casting adalah penerapan (atau cairan seperti slurry) pada lempengan padat yang tipis atau substrata atau bentuk lain. Lapisan cair dapat terpadatkan dan dapat tak terpadatkan pada saat proses ,yaitu selama operasi spinning. Variabel dasar yang berperan penting selama putaran coating adalah : (1) kecepatan atau rpm (2) waktu putaran casting (3) arah spin (4) kecepatan deposisi (5) kebersihan substrat. Proses spin casting dapat dibagi menjadi empat tahap utama: pengendapan, spin-up , spin off dan evaporasi pelarut.
18
1. Pengendapan
Tahap ini merupakan tahap pertama dari proses spin coating untuk membawa kelebihan dari polimer cair ke permukaan substrat . Selama proses ini cairan yang tiba mengganti seluruh udara atau gas yang awalnya menutupi permukaan substrat. Cairan dapat diendapkan dengan cara yang berbeda : (a) Seperti hujan deras yang menggenangi atau menutupi seluruh permukaan substrat . (b) Sebagai penuangan kontinyu pada bagian tengah dan sekitar parameter di seluruh substrat, cairan kemudian menyebar ke seluruh subtrat yang sedang berputar, atau (c) Sebagai suatu aliran kontinue port yang bergerak secara radial di atas seluruh substrat, sehingga sebuah lempengan yang berputar menerima gundukan spiral cairan yang kemudian mengaliri seluruh lempengan selama proses spinning. 2. Spin –up
Tahap ini merupakan tahap kedua dari spin coating, Untuk menutupi atau membasahi seluruh permukaan substrat cair dengan melebihkan putarannya. Cairan mengalir ke lokasi radial di bawah pengaruh gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh putaran disk. Biasanya tahap transisi ini menghasilkan sebuah putaran spin yang konstan, kecepatan sudut disk yang rendah. Secara mekanika cairan mengalir dapat didiamkan selama proses pencampuran ini.
19
3. Spin –off Tahap ini adalah bentuk ketiga dari spin coating, untuk menghilangkan cairan yang tidak diperlukan dari permukaan substrat. Dari kecepatan putaran sekitar beberapa puluh ribu rpm, cairan bergerak menuju ke tepian atau batas dari substrat, berhamburan ke atas dalam bentuk percikan. Lapisan yang ketebalannya hampir merata bahkan akan semakin seragam saat lapisannya semikin tipis, lapisan menipis kembali secara lambat, setelah keseimbangan ketebalan tercapai. Kecenderungan lapisan tipis terbentuk secara merata saat lapisan tersebut mengalami penipisan oleh gerakan melingkar secara sentrifugal pada inti proses spin coating. Kecendrungan ini dapat menjadi rumit atau terganggu oleh teologi non-newtonnian, oleh kesalahan bentuk pengiriman dari cairan selama proses spin –off, dan oleh penguapan yang tidak seragam dari larutan, atau akibat -akibat lainnya.
4. Tahap Penguapan Tahap ini adalah yang keempat atau yang terakhir dari proses spin coating, dimana pembekuan cairan bergantung pada penguapan bahan pelarut, penguapan bahan pelarut adalah proses pemfokusan atau penyatuan, peleburan polimer, dan solusi lain dari penguapan rendah di dalam material atau solusi untuk mengembalikannya sebagai lapisan. Kecepatan penguapan dari sebuah pelarut dari cairan coating bergantung pada dua faktor. Pertama adalah perbedaannya atau variasinya dalam tekanan parsial atau setiap tipe larutan antara permukaan kosong dari lapisan cairan dan bulk gas yang mengalir di sekitarnya. Difusi luasan
20
bergantung pada berbagai macam factor namun yang paling terpenting adalah bagaimana gas mengalir ke atas berputar melingkar yang juga gas bergerak acak secara alami. Penguapan dari larutan sempurna saat melewati tahap ketiga ( Emslileetal, 1958).
21
III. METODE PENELITIAN
E. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April hingga Agustus 2016 bertempat di Laboratorium Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Halu Oleo.
F. Jenis Penelitian
Jenis Penelitian ini adalah penelitian eksperimental dengan bidang kajian Fisika Instrumentasi dan Fisika Material yang berjudul “Rancang Bangun Spin coater untuk Penumbuhan Material Lapisan Tipis”.
G. Alat dan Bahan Penelitian Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 1. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Alat dan Bahan Trafo Dioda Kapasitor Motor Pemutar(Dinamo) Kabel Penghubunng Piringan cakram Plat Besi Plat Aluminium Saklar
Spesifikasi 3 Ampere 4700 µF 35 Volt
Fungsi Untuk Menurunkan Tegangan Sebagai Penyearah arus Sebagai penyimpan muatan
-
Sebagai pemutar Spin coating Sebagai penghubung komponen dalam rangkaian Sebagai tempat dudukan sampel Sebagai rangka body spin coating Sebagai body spin coating Untuk memutus dan menghubungkan arus listrik
Stainless -
21
22
10 10. Stroboskop 11 11. Timah solder dan solder 12. 12. Obeng 13. 13. Sekrup 14.1 14. Cat
-
Untuk menghitung nilai rpm
-
Sebagai perekat dalam menyolder
-
Sebagai pemutar sekrup Untuk merapatkan body spin Untuk mewarnai body spin
H. Prosedur Penelitian
Desain yang digunakan dalam penelitian ini digambarkan dalam diagram
alir seperti berikut ini :
Perancangan alat spin coater
dilanjutkan pembuatan spin coater menggunakan rangkaian regulator
Uji coba penggunaan selanjutnya alat spin-coater
alat spin-coater siap digunakan
Gambar 5. Diagram Alir Penelitian
akan dirancang kembali apabila hasilnya belum sesuai
23
1. Perancangan Alat Spin coating Sederhana
Perancangan ini dilakukan dengan mendesain model spin coating yang dibuat seperti Gambar 6 berikut.
Gambar 6. Desain spin coater
Setelah mendapat model yang diinginkan menentukan jenis rangkaian regulator yang cocok dengan desain yang dirancang sebelumnya.
2. Pembuatan Spin coater dengan Menggunakan Rangkaian Regulator
Pada tahap ini, rangkaian regulator yang digunakan yaitu rangkaian regulator yang paling sederhana seperti Gambar 7 berikut:
24
Gambar 7. Desain rangkaian regulator
Trafo yang digunakan adalah trafo 3 Ampere yang menurunkan tegangan dengan beberapa variasi, tetapi yang akan digunakan pada penelitian ini adalah tegangan 6 volt, 12 volt dan 15 volt. Kemudian menghubungkan masing-masing variasi tegangan pada saklar yang dihubung langsung ke dioda zener yang disiapkan. Sedangkan untuk tegangan 0 volt dihubung langsung ke dioda zenernya. Dioda ini akan menyearahkan arus listrik bolak-balik (AC) menjadi arus listrik searah (DC). Kemudian kutub positif dan kutub negatif dihubungkan ke trafo elko 4700 µF 35 Volt yang diparalelkan motor pemutar (dynamo) sebagai pemutarnya. Pada ujung motor dipasang piringan sebagai media spin. 3. Uji Coba Alat Spin coater
Skema alat spin coater yang dibuat ditunjukkan pada Gambar 8 berikut. Selanjutnya dilakukan uji coba melalui dua pengamatan yaitu uji nilai rpm dan uji performa rangkaian.
25
Gambar 8. Desain spin coater tampak dari dalam
Tabulasi data hubungan antara nilai rpm terhadap tegangan yang diberikan pada Tabel 2 kemudian data hubungan antara daya tahan rangkaian serta nilai konsistensi terhadap hasil yang diberikan ditampilkan pada Tabel 3.
Tabel 2. Hubungan nilai rpm terhadap tegangan yang diberikan Kuat Arus Tegangan Kecepatan putar keterangan (Ampere) (volt) (rpm) 3 Ampere 6 volt 3 Ampere 12 volt 3 Ampere 15 volt
Tabel 3. Hubungan antara daya tahan rangkaian serta nilai konsistensi terhadap hasil yang diberikan waktu (sekon)
kondisi ranngkaian Normal panas
10 detik 20 detik 30 detik Sampai 2400 detik
kondisi kecepatan (rpm) rusak
26
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Prinsip Kerja
Prinsip kerja alat ini adalah membagi tegangan listrik AC yang masuk dengan menggunakan trafo menjadi beberapa variasi, setelah itu
dikonversi
menjadi Listrik DC dengan menggunakan dioda yang diteruskan ke dinamo melewati kapasitor selaku penyimpan muatan. Pada dinamo, arus listrik akan diubah menjadi energi gerak dengan memanfaatkan gaya Lorentz. Pada bagian dinamo prinsip kerjanya hampir sama dengan motor listrik yaitu gaya dorong pada kawat angker motor listrik dc merupakan salah satu bentuk gaya Lorentz. Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh adanya arus listrik yang berada di dalam sebuah medan magnet. Perhitungan besar gaya Lorentz adalah sesuai dengan rumus berikut:
=
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (2)
Dimana F adalah Gaya Lorentz (Newton), B adalah Medan magnet (Tesla), I adalah Arus listrik (Ampere) , dan L adalah Panjang kawat yang dialiri listrik (Meter). Besarnya gaya Lorentz berpengaruh langsung terhadap kecepatan putaran serta gaya torsi motor listrik. Sesuai dengan persamaan (2) di atas, maka kecepatan putaran serta torsi motor tergantung dari medan magnet, arus listrik, serta panjang kawat. Ketiga komponen tersebut dapat diatur sehingga diperoleh karakteristik motor listrik yang sesuai dengan yang diinginkan. Jumlah lilitan
26
27
kawat angker serta besar arus listrik yang masuk ke kawat tersebut menjadi dua komponen yang paling mudah dimodifikasi pada sebuah motor listrik (artikelteknologi.com). Berbeda dengan yang telah disebutkn di atas, pada penelitian ini kami memvariasikan tegangan dan arus masukan pada dinamo spin sementara medan magnet dan panjang kawat dianggap konstan, sehingga diperoleh hubungan tegangan ggl terhadap kecepatan putar spin coater seperti persamaan berikut:
= … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (3)
adalah besar tegangan ggl (volt),
Dimana magnet (tesla) dan
adalah besar medan
adalah kecepatan translasi (m/s). Kemudian diketahui
hubungan antara kecepatan translasi dengan kecepatan rotasi / putar adalah sebagai berikut:
=
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (4)
Sehingga persamaan (3) dapat dituliskan kembali dalam bentuk berikut:
= … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (5)
Dimana ω adalah kecepatan putar poros dinamo (rpm),dan r adalah jari-jari poros dynamo. Jika Vggl diperbesar maka kecepatan putar poros dynamo (rpm) semakin
28
besar, sehingga gaya sentripetalnya semakin besar. Jadi sesuai dengan tahapan spin coating tegangan ini sangat berperan pada proses spin up dan proses spin down, karena pada proses ini yang akan menentukan tingkat kehomogenan lapisan tipis.
B. Perancangan dan pembuatan Alat Spin coater
Perancangan ini telah dilakukan dengan mendesain model spin coating yang dibuat seperti gambar berikut.
Gambar 9. Desain spin coater
Adapun jenis rangkaian yang digunakan adalah dengan menggunakan rangkaian penyearah gelombang penuh model jembatan. Di bawah ini merupakan gambar rangkaian penyearah gelombang penuh model jembatan dibuat dengan tiga saklar
29
saklar
AC 220 V Dioda
kapasitor
dinamo
trafo Gambar 10. Desain rangkaian yang telah dibuat
Pada saklar dibuat dengan menggunakan rangkaian paralel yang bertujuan agar tiap saklar tidak saling mempengaruhi. Hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan rangkaian ini adalah tidak boleh menggunakan saklar secara bersamaan, karena akan merusak rangkaian itu sendiri terutama saklar yang terhubung langsung dengan trafo 3 Ampere Setelah semua rangkaian telah selesai maka dibuat tampilan body spincoater sehingga tampilan alat tersebut tampak lebih bagus. Di bawah ini adalah gambar spin coater yang telah dibuat.
30
Gambar 11. Spin coater yang telah dibuat
31
C. Hasil Uji Alat Spin Coater Setelah perancangan dan pembuatan alat Spin Coater selesai, selanjutnya dilakukan pengujian alat. Tahapan pengujian alat terdiri dari pengujian nilai rpm, performa rangkaian dan uji penumbuhan lapisan. Perhitungan nilai rpm dilakukan dengan menggunakan stroboskop, dengan memanfaatkan rpm tembakan cahaya yang dipancarkan oleh stroboskop sampai frekuensi tembakan cahaya setara dengan frekuensi putar oleh spin coater. Sedangkan pengujian performa rangkaian diakukan dengan mengamati kondisi rangkaian saat spin coater dijalankan. Hasil uji coba alat spin coater yang telah dibuat ditampilkan pada Tabel 4 dan 5 berikut.
Tabel 4. Hasil perhitungan nilai rpm terhadap tegangan yang diberikan Kuat Arus (Ampere) 3 Ampere 3 Ampere 3 Ampere
Tegangan (volt) 6 volt 12 volt 15 volt
Kecepatan putar (rpm) 1230 2500 3200
keterangan Lambat Sedang Cepat
Tabel 5. Hasil uji daya tahan rangkaian untuk tegangan 6 volt, 12 volt dan 15 volt waktu (sekon) 10 detik 30 detik 1 menit 5 menit 10 menit 20 menit 30 menit 40 menit
kondisi ranngkaian Normal -
panas -
rusak -
-
-
-
-
-
-
-
-
kondisi kecepatan (rpm) Konstan Konstan Konstan Konstan Konstan Konstan Konstan Konstan
32
Dari Tabel 4 berikut dapat dilihat bahwa untuk spin coater yang dibuat menggunakan trafo dengan kuat arus listrik sebesar 3 Ampere dan setelah dilakukan perhitungan nilai rpm dengan stroboskop diperoleh bahwa nilai rpm untuk tegangan 6 volt sebesar 1230 rpm, untuk tegangan 12 volt adalah 2500 rpm dan untuk tegangan 15 volt adalah 3200 rpm. Dari hasil ini dapat dilihat bahwa kenaikan tegangan yang diberikan selalu diikuti oleh kenaikan nilai rpm-nya. Hal ini konsisten dengan persamaan (3) di atas. Bahwa tegangan berbanding lurus dengan kecepatan putaran. Hal ini mengindikasikan bahwa alat spin coater yang dibuat ini sudah sesuai dengan teori. Dari data tegangan ggl dan kecepatan putar dapat dibuat suatu grafik hubungan antara keduanya yang ditampilkan pada Gambar 12 berikut.
Kecepatan putar (rpm)
Hubungan antara tegangan ggl terhadap kecepatan putar 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
y = 217.8x - 86.42 R² = 0.999
0
3
6
9
12
15
18
Tegangan ggl (volt)
Gambar 12. Grafik hubungan antara tegangan ggl terhadap kecepatan putar
33
Dari grafik pada Gambar 12 ini, diperoleh data kalibrasi untuk spin coater yang telah dibuat. Misalnya untuk mengetahui berapa tegangan ggl yang dibutuhkan untuk menghasilkan kecepatan putar sebesar 2000 rpm, maka dari proyeksi sumbu y terhadap sumbu x
yaitu: = 217.86
86.429. Maka
diperoleh besar tegangan yang butuhkan untuk menghasilkan kecepatan putar sebesar 2000 rpm adalah 9,57 volt. Berdasarkan hasil uji coba terhadap daya tahan rangkaian dan stabilitas nilai rpm, yang datanya ditampilkan pada Tabel 5, dimana pengujian dilakukan pada masing-masing tegangan, yaitu pada tegangan 6 volt, 12 volt dan 15 volt, rangkaian diuji hingga 40 menit. Pemilihan waktu uji coba ini didadasarkan pada pertimbangan bahwa rata-rata waktu terlama untuk pemakaian spin coater dalam satu kali proses deposisi adalah 90 detik. Sehingga, waktu 40 menit untuk menguji coba kestabilan alat yang dibuat dirasa sudah mencukupi. Dari hasil pengujian, secara umum diperoleh keadaan rangkaian yang tetap dalam kondisi baik hingga menit ke-40 namun pada menit ke-30 trafo mulai panas hingga menit ke-40. Hal ini menunjukkan system kerja trafo yang membuang sebagian energinya dalam bentuk kalor, semakin lama penggunaan trafo maka trafo akan semakin panas. Hal ini bukan menunjukkan kerusakan pada rangkaian, namun kondisi rangkaian tetap stabil dan kecepatan putar (nilai rpm) yang dimiliki oleh spin tetap konstan hingga menit ke-40. Hal ini menujukkan spin coater yang telah dibuat memiliki nilai performa yang cukup baik dan siap untuk digunakan.
34
V. PENUTUP
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan maka dapat ditarik kesimpulan bahwa: 1. Telah dilaksanakan pembuatan spin coater dengan menggunakan rangkaian regulator penyearah gelombang penuh model jembatan. 2. Telah diuji performa dan daya tahan rangkaian hingga 40 menit dan diperoleh
nilai konstan putaran spin coater yang tetap, serta hasil
pengujiannya spin coater ini mempunyai kemampuan berupa tegangan berturut-turut yaitu 6 volt, 12 volt dan 15 volt menghasilkan kecepatan masing-masing 1230 rpm, 2500 rpm dan 3200 rpm.
B. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka dapat disaran kepada peneliti lain yang juga mengambil tema mengenai spin coater untuk bisa mengembangkan lagi atau menyempurnakan spin coater yang telah dibuat ini.
34
35
DAFTAR PUSTAKA
A.G. Emslie, F. T Bonner and L. G. Peck, 1958. Flow of a Viscous liquid on a rotating disk, J. Appl. Phys. 29, 858-862. A, Zafarana, dkk., 2008. Transient frequency modulation: A new approach to beat-frequency current sharing issues in multiphase switching regulators, STMicroelectronics / IP&C Division; Italy. Asrofi, Khoirul Huda, dkk., 2015, Penerapan Spin coating untuk Pembuatan Lapisan Tipis dengan MMA, Laporan fisika laboratorium instrumentasi elektronika. Asrorudin , U. 2004. Perancangnan Alat Deposisi Spin coating [Skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Dierich meyerhofer ,1978. Characteristics of resist films produced by spinning, J. Appl. Phys.49,3993. Hall D B, Underhill P, Torkelson J M, 1998, Spin Coating of thin and ultrathin polymer Engineering and Science 38 (12) 2039-2045. Henryranu. 2007.https://.files.wordpress.com.penyearah.pdf. Diakses 23/06/2016 http://dx doi .org/10.106 3/1.325357. Diakses 23/06/2016 Hudha, Lalu Sahrul. 2013, Rancang bangun mini system spin coating untuk pelapisan sensor qcm (quartz crystal microbalance) , physics. Student journal. ub.ac.id. Istataqomawan, Zuli, dkk. 2004. Catu Daya Tegangan DC Variabel dengan Dua Tahap Regulasi (Switching dan Linier). Teknik Elektro Universitas Diponegoro; Semarang Meftahul, Mohammad, dkk., 2014, Design and Fabrication of a Simple Cost Effective Spin Coater for Deposition of Thin Film, Advances in Environmental Biology. Onny.(2006). Prinsip Kerja Motor Listrik DC. http://artikelteknologi.com/prinsip-kerja-motor-listrik/htm. 15 Juli 2016. Rustami, Erus.2008. Sistem Kontrol Kecepatan Putar Spin Coating Berbasis Mikrokontroler ATmega8535. Institut Pertanian Bogor ; Bogor.
36
Sugianto, M. Budiman dan P. Arifin, 2005. A comparative study of the electrical characteristics of metal-aemiconductor-metal (MSM) photodiodas based on GaN grown on silicon; Applied Surface Science. Suhandi, Andi dan Yuyu R. Tayubi.2014.Pengembangan Spincoater untuk Deposisi Lapisan Tipis Semikonduktor dan Penggunaannya dalam SpincoatingFilm Tipis GaN, Universitas Pendidikan Indonesia; Bandung. Y. C. Lee, Z. Hassan,,dkk.2004. Catu Daya Tegangan DC Variabel dengan Dua Tahap Regulasi (Switching dan Linier). Teknik Elektro Universitas. Tembalang; Semarang.
37
LAMPIRAN
Lampiran 1. Perhitungan untuk mencari hubungan antara tegangan ggl terhadap kecepatan putar Menentukan tegangan yang dibutuhkan untuk menghitung kecepatan putar sebesar 2000 rpm = 217.86
86.429
2000 = 217,86 – 86,429 217,86 = 2000 + 86,429 217,86 = 2086,429
=
, ,
= 9,57 volt
38
Lampiran 2. Dokumentasi Pelaksanaan Penelitian
-
Tahap percobaan rangkaian pada papan rangkaian
Gambar 13. Sedang menguji komponen
-
Tahap pembuatan rangkaian pada papan PCB
Gambar 14. menghubungkan komponen satu dengan yang lain
39
-
Tahap pemasangan body spin
Gambar 15. Pemasangan body spin
-
Tahap perhitungan rpm
Gambar 16. Menghitung nilai rpm dari spin coater
40
-Spin Coater siap digunakan
Gambar 17. Spin coater yang telah dibuat
