Ke Daftar Isi
MANGKUK
FARADAY
KESERAGAMAN
BANYAK KOLEKTOR ARUS BERKAS
UNTUK PENGUKURAN
ION AKSELERATOR
Sutadji Sugiarto Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta ABSTRAK
Keseragaman tergantung pada
distribusi ion terimplantasi pada sasaran keseragaman arus berkas ion akselerator.
Telah dibuat sebuahmangkuk Faraday yang dilengkapi 9 kolektor untuk pengukuran keseragaman arus berkas ion akselerator. Kolektor mencakup luasan 45 x
disusun dalam larikan 3 x 45 mm2• Model kolektor
3 yang adalah
lingkaran dengan garis tengah luar 12,5 mm dibuat dari
baja
tahankarat dan diisolasi dengan PVC. Arus berkas ion pada kolektor dikonversi menjadi tegangan dan ditampilkan bergantian pada sebuah penampil analog.Pengujian" simulasi menunjukkan
ketidakseragaman pengukuran kurang
dari
ketidaklinieran kurang dari 0,87.dan ketidakstabilan dari 0,27.untuk 1 jam.
0,97., kurang
ABSTRACT
Uniformity of implanted ions distribution in a target depends on the uniformity of accelerator ion beam c~rrent. A Faraday cup completed with 9 collectors for measuring uniformity of accelerator ion beam current was constructed. The collectors are arranged in a 3 x 3 array covering an area of 45 x 45 mm2• The collector model is circular 12.5 mm in outer diameter made of stainless steel and isolated with
PVC.
The
ion beam current
at
the
collectors
are
converted to voltage and displayed alternately at an analog display. Simulation test shows that nonuniformity in measurement is less than 0.97.,nonlinearity less than 0.87. and instability is less than 0.27.for 1 hour•
., 52
53
I.
PENDAHULUAN
Dalam pembuatan ion
beberapa
bersama-sama tasi
ion
terfokus sasaran.
piranti
fisika dengan tekn1k implantasi
piranti dalam seperti
sebuah
terlihat
pada gambar
pada sasaran adalah disapu
horisontal
sasaran
LV-
1. Langkah
: berkas ion
dan
diimplantasi
vertikal
LH
implan-
terseleksi
dan
disasarkan
pada
S
B~~
Gambar
1.
Pembuatan ion.
piranti fisika dengan teknik
BI-berkas
ion, LV-lempeng
lempeng horisontal, Untuk menjamin distribusi hanya
dapat
seragam.
dicapai apabila
LH-
karakteristik
seragam,
pada sasaran harus seragam yang arus
berkas
Ada 3 cara untuk mengukur
ion akselerator
vertikal,
S-sasaran.
piranti mempunyai
ion terimplantasi
implantasi
yaitu dengan(1~2)
:
ion
keseragaman
akselerator arus
berkas
54
1. Probe putar 2. Lempeng pendar 3. Mangkukk Faraday banyak kolektor. / Dalam makalah ini disajikan uraian tentang mangkuk Faraday yang dilengkapi 9 kolektor yang dirancang untuk pengukuran keseragaman arus berkas ion akselerator 90 keV/l0 uA di Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta (PPNY)-BATAN. II. A.
TATA KERJA Teori operasi Mangkuk
Faraday
adalah
alat
untuk
pengukuran
arus
berkas ion akselerator, spektrometer massa, radiator elektron dan lain sebagainya. Untuk pengukuran arus total suatu mangkuk Faraday cukup dilengkapi dengan sebuah kolektor. Untuk pengukuran keseragaman arus berkas ion mangkuk Faraday harus dilengkapi dengan lebih dari satu kolektor. Mangkuk Faraday yang dibuat dilengkapi 9 kolektor disusun dalam larikan 3 x 3 untuk pengukuran arus berkas ion pada lokasi : tengah-tengah, samping kanan, kiri, atas~ bawah, pojok Kanan atas, kiri atas, kanan bawah dan kiri bawah seperti terlihat pada gambar 2. Arus berkas ion yang terkoleksi pada masing-masing kolektor dikonversi menjadi tegangan untuk ditampilkan pada suatu penampil analog secara bergantian seperti terlihat pada gambar 3. Dengan mengamati pergeseran simpangan jarum penampil analog dapat diketahui keseragaman arus berkas ion akselerator.
55
Gambar 2.
'Df]1
I
.•.
I
Mangkuk Faraday 9 kolektor tampak depan:K-kolektor, I-isolator.
-
I
Gambar 3.
s
Skematik
penampilan arus terukur.
K-kolektor
buah, KAT-konverter arus tegangan 9 sakelar penyambung 9 bbuah, PT-penguat M-penampil jalur.
analog,
PP-pengendali
9
buah, Stegangan,
penampilan
9
kolektor ar isolator
56
B. Rincian
1. "Feedthr-ough" kolektorModel gambar-
4.
tahankar-at dengan PVC.
"feedthr-ough" kolektor- seper-ti ter-lihat Elektr-oda diisolasi
kolektor ter-hadap
K
dibuat
dinding
Sistem hampa diisolasi
sistem
baja hampa
dar-i atmosfer- dengan
ring 0 yang dibuat dar-i viton. Ukur-an kolektor- adalah : M.6 27,5 12,5 tengah elektroda kolektor15,0 mm garis luar el~ktr-oda kolektor
"feedthr-ough"
·
·
·
dar-i
pada
L
~I !Ef!
lm1~1
Gambar 4.
Model
"feedthr-oughll kolektor.
isolator,
O-r-ing·0.
K-kolektor,
1-
57
Lokasi kolektor (0;0),
titik pusat lingkaran
adalah:
(-15;15),
(15;0), (-15;-15),
penarnpang
elektroda
(0;15), (15;15),
(0;-15), dan
(-15;0),
(-15; 15)
dengan
elektroda tengah-tengah pada lokasi (0;0) diberi notasi nornor 0 dan elektroda lainnya dari kiri bawah searah jarum
jam
berturut-turut
nornor 1, 2, 3, 4,
5,
6,
7
dan 8.
2. Konverter
arus tegangan
Untuk konverter integrasi
arus tegangan
penguat operasional
pada gambar 5. Uk = - IR~
Tegangan
digunakan
LM-4250
keluaran
untai ter-
seperti
konverter
terlihat
:
(1)
dengan I : arus berkas ion, R~ : tahanan balik. 90 keV/l0 uA Arus berkas ion akselerator 10
uA untuk luasan 45 x 45 = 2025 rnm2•
elektroda
kolektor
garis tengah
12,5 mm
122,7 mm2 arus berkas ion terdeteksi
Untuk
sebuah
atau
seluas
:
I = (122,7) (10)/(2025) = 605,9 nA
>
adalah
(2)
-.
+1,5
I
-1,5
Gambar 5.
s
10K
Konverter
arus
tegangan.
R~-tahanan
balik, RE-tahanan
I-arus kerja.
berkas
ion,
. ----- -----. - - ---- -------. - -----
--.--- -- -- -- --untuk MOhm 1 maka R-F skala penuh 750 Dengan nA. tegangan arusdirancang tegangan
Konver-ter
Uo = -(750 nA) (1 MOhm) = -0,75 volt Dengan
I.
tahanan
= (1,5-0,5)/(10
yang
3. Pengendali
kerja R. 10 MOhm maka arus kerja MOhm) = 0,1 uA
memberikan
Dengan demikian kesalahan 1~.
arus bias
tengah
(pendekatan)
penampilan
bergantian
sebagai
acuan
seperti
nA(3).
memberikan
arus terukur
dengan
dibangun
terlihat
kolektor suatu.
pada 9 tengah-
pengendali
pada gambar 6.
S
o
0,75
penampilan
secara
penampilan
(4)
pada 1/10 skala penuh akan
Untuk mengendalikan kolektor
(3)
D
G
r
A
I
_I
I
I
I
_-I
Gambar 6.
Skematik
pengendali
G-gerbang, D-pencatat, penampil
penampilan.
P-pengnadali S-skelar,
analog.
gerbang, A-penguat
O-osilator, C-pencacah, balik,
M-
59
Suatu gelobang kotak dari osilator 0 dilewatkan gerbang G yang dapat dibuka dan -ditutup dengan pengendali gerbang P. Dalam hal gerbang G terbuka gelombang kotak yang dilewatkan dicacah oleh pencacah (counter) C biner 4 bit dan dicatat oleh pencatat (decoder) D 4-16 jalur. genap
0,
Keluaran pencatat jalur
2, 4, 6, 8, 10, 12 dan
14
digunakan
nomor untuk
° sedang
mengendalikan sakelar nomor 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 dan
15
jalur nomor ganjil digunakan untuk me-
ngendalikan sakelar nomor 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 nomor sakelar sesuai dengan nomor kolektor.
dan 8, Sakelar
menghubungkan 9 konverter arus tegangan ke panguat balik secara bergantian. Keluaran penguat balik ditampilkan pada penampil analog M. Penguat balik dirancang dengan tetapan penguatan4 sehingga tegangan keluaran skala penuh : (5) Uo 7 (-4)(-0,75) = 3 volt Untuk penampil analog digunakan ampermeter dengan skala penuh 1 mA sehingga diperlukan tahanan depan : Rd =
(3 volt)/(l mA) = 3 KOhm
\
(6)
termasuk
tahanan dalam ampermeter.
lengkap gambar7.
pengendali
penampilan
Gambar
dapat
elektronik
dilihat
pada
III. HASIL DAN PEMBAHASAN Untuk mengetahui ketidakseragaman pengukuran, ketidaklinieran dan ketidakstabilan dilakukan pengujian simulasi
dengan
arus
dari
°
sampai
dengan
750
nA.
Hasil pengujian lengkap dapat dilihat pada lampiran 1, sedang hasil pengujian yang telah dihitung ni1ai ratarata dan deviasinya terlihat pada tabel 1.
10
._.
:A
I-
.
1 " . ,,4- 5o--"I 5Vrl~ 10K L -I]- 1 CJmA I 74154~
... x m '"15 I8 TIN914 ILfI r:1 j I~-III A r o88 ( ~W (LI•... I~ ( ~~tQ 11 L~ -J 12 5V 14 5V:1-1--' 5V K " 555 13 h 9....•..•••• •• x•.. -'" 29K JiI358 A ••• ~ ,S211E -10 to.. 100~
J.
I 11 ,
-.<-
&I
L
0
400K
r:/
1
J9
f'-'
&:.&
,....
T ~T'\T
C~
-.rt rt •...--I~
, ~ (~
,~
~
]I9
_r1
5"
,
9 x AC x r1 470
I-
5V
KAT 0
•••••
1fl: 5V
8
5V
10
r
K
o
fL
Gambar
7. Rangkaian
pengendali
pen3nmpilan
(j\
0'
I
61
Tabel
1.
Hasil pengujian simulasi 0-750 nA 9 . kolektor dihitung rata-rata dan deviasinya
arus (nA) tegangan keluaran (mV) -----------------------------------------
°
:! 0,407.. :t 0, 0,207.. 0,147.. 177.. .:t 0,507.. 0,347.. 0,247.. 0,257..
1:
!:1:1:1:LSB 0,377.. 0,367.. 0,887..
2972 2676 2379 2083 2969 1787 1489 1188 593,6 893,9 1,0 294,7
75225 150 300
-----------------------------------------
*-
se&udah
1 jam
Dari hasil pengujian 1. Ketidakseragaman
telah dihitung
pengukuran
terbesar
: 0,88X
(kurang
dari
0,97..)
2. Ketidaklinieran 3. Ketidakstabilan
IV.
untuk
0,741. (kurang dari 0,81.)
1 jam 0,141. (kurang dari 0,21.).
KESIMPULAN Telah
dengan arus
terbesar
9
dibuat kolektor
berkas
menunjukkan
sebuah mangkuk Faraday
ion
dirancang
untuk
akselerator
kelakuan
yang
pengukuran
yang
telah
dilengkapi keseragaman
diuji
simulasi
cukup baik.
SPESIFIKASI Mangkuk
Faraday
banyak kolektor
jumlah kolektor luasan terpantau
· · ·
9 0,9 0,8 nA mm2 7.. 3 x 3 larikan
2025 12,5 750 mm
garis tengah luar kolektor arus berkas ion skala penuh ketidakseragaman ketidaklinieran
··
pengukuran
m---------------
62
- ketidakstabilan
1 Jam
0,2
- penampil
Yo
analog
: 63
flange
ISO-F
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis Margono, membantu
mengu~apkan
Sumaryadi
terima
kasih kepada saudara
dan Bambang Wido
dalam pengkonstruksian
Untung telah yang
Purwanto
dan pengujian.
ACUAN 1. Ryssel, York,
H., ilIon Implantation
A~ademi~
J.F.,
ilIon Implantation
Press,
3. ---------,
Sc:ien~e and Te~hnology",
Data
Book II ,
Semic:ondu~tor
1
ARUS SIMULASI
TEGANGAN
MASUKAN
Arus
KELUARAN
K2
9 KOLEKTOR
SEBAGAI
FUNGSI
0-750 nA. Tegangan
keluaran
K3
K4
Ke
<mV)
K.
----------------------------------------------------------------1 598 596 594 150 179 267 208 237 238 237 11 295 294 592 51?2 2 298 296 292 21?2 592 91 594 1 896 119 11B 892 890 119 89B 893 11B 892 119 149 149 148 149 178 178 180 180 297 208 238 268 267 209 239 208 238 268 297 297
Corp.,
1976.
DATA PENGAMATAN
0
New
New York, 1984
"Linear
California,
(nA)
Spinger,
1982
2. Ziegler,
LAMPIRAN
Te~hniques",
.
Ke
--
63
LAMPIRAN
2
PERBANDINGAN SEBAGAI
NILAI TEORI DAN PENGAMATAN
FUNGSI ARUS SIMULASI
Nilai teori dihitung
berdasar
Arus
nilai terendah
Teori
o --------------
KELUARAN
0-75 nA.
Tegangan
(nA)
TEGANGAN
dan tertinggi
keluaran
(mV) Deviasi
Pengamatan
1485 2376 2672 2078 1188 1782 0 4 5' 2676 1188 2083 1787 2379 1489 + + +'3 5 1 -----------296,9 890,7 593,8 294,7 593,6 893,9 ++ 2,2 3,2 0,2
1 ---
2969
TANYA JAWAB 1. Budiono a. Apakah rangkaian rangkaian b. Apakah
pengendali
osilator
rangkaian
tidak memerlukan
kristal?
tidak perlu suatu komputer
untuk proses
image
dalam penampilannya? Sutadji tidak karena frekuensi a. Tidak untuk perlu Dapatdigunakan dilakukan dan akan lebih baik. b.
Ke Daftar Isi
