Interaksi Ion Gas Pembentukan Lapisan Tipis S

12 Gambar 2.2. Interaksi ion dengan atom target Proses tumbukan partikel-partikel gas dengan permukaan atom target dalam lucutan pijar ini menggunakan tegangan tinggi dc, tegangan dc ini diberikan pada dua elektroda katoda dan anoda. Adanya beda potensial antara kedua elektroda tersebut menyebabkan gas Argon terionisasi dan ion-ion Argon bergerak bebas menuju katoda. Elektron-elektron pada atom target, dapat tereksitasi menuju ke tingkat energi yang lebih tinggi akibat penyerapan sejumlah energi ion penumbuk. Jika energi yang dipindahkan melebihi ambang ionisasi, maka elektron dapat terlepas dari ikatannya dan menjadi bebas. Dalam masalah ini dapat dikatakan bahwa atom terionisasi Wong, 1984. Ionisasi gas adalah proses terlepasnya elektron suatu partikel gas dari ikatannya. Ionisasi ini akan menghasilkan ion-ion positif dan ion-ion negatif. Ion-ion positif yang dihasilkan dari peristiwa ionisasi akan bergerak menuju elektroda negatif katoda, sedangkan ion-ion negatifnya akan bergerak menuju elektroda positif anoda. Dalam pergerakannya menuju katoda, ion-ion positif tersebut akan dipercepat oleh medan listrik karena adanya beda tegangan diantara kedua elektroda, 13 sehingga ion-ion positif yang mendapat percepatan dari gaya yang ditimbulkan oleh medan listrik, akan bergerak menuju katoda dan menumbukinya dengan energi yang cukup tinggi, dengan diikuti tumbukan berikutnya secara terus menerus. Proses tumbukan ini merupakan peristiwa penting mengawali proses pembentukan lapisan tipis pada permukaan bahan cuplikan Wasa dan Hayakawa, 1992. Ada beberapa fenomena yang mungkin terjadi sebagai akibat interaksi berkas ion gas sputter dengan atom target. Fenomena-fenomena tersebut diantaranya adalah : 1. Ion gas sputter terpantul dan dapat menjadi netral dengan menangkap elektron Auger. Elektron Auger merupakan sebuah elektron yang dibebaskan dari sebuah atom tanpa disertai pancaran foton sinar-X atau sinar gamma, akibat deeksitasi sebuah elektron tereksitasi di dalam atom tersebut. Transisi jenis ini berlangsung dalam jangkauan sinar-x dari spektrum pancaran. Energi kinetik elektron yang dibebaskan sama dengan energi foton sinar-x tersebut dikurangi energi ikat elektron Auger 2. Atom target akan terpental keluar yang dapat disertai dengan elektron sekunder. 3. Ion gas sputter yang mempunyai energi tinggi dapat terimplantasitertanam ke dalam target dan dapat mengakibatkan perubahan sifat-sifat permukaan targetlapisan permukaan target menjadi rusak. 14 4. Elektron-elektron dalam plasma dapat terpantul oleh permukaan target. Fenomena terlepasnya atom tersebutlah yang mendasari dari pemanfaatan plasma sputtering untuk pendeposisian suatu atom-atom di atas permukaan suatu material untuk membentuk lapisan tipis.

2.1.4. Sputter Yeild S, AtomIons

Banyaknya atom yang terlepas dari permukaan target untuk setiap ion datang didefinisikan dengan apa yang dinamakan sputter yield S atomion datang dan dapat dituliskan sebagai : Wasa dan Hayakawa, 1992 penumbuk ion terlepas yang rata rata atom jumlah S . . . . . − = …………………………4 Nilai sputter yield dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah : 1. Energi ion penumbuk; 2. Jenis target; 3. Sudut datang ion penumbuk dengan normal dan 4. Struktur kristal. Sputter yield dapat diukur dengan beberapa metode, diantaranya adalah : 1. Penimbangan pengurangan berat 2. pengukuran pengurangan ketebalan 3. Pengumpulan dari material yang tersputter kemudian menimbangnya. Banyaknya bahan yang terpercik per satuan luas katoda secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut : 15 A N e A t S j w . . . + = .....................................................5 dengan : j + = rapat arus berkas ion mAcm 2 S = sputter yield atomion t = waktu sputtering detik A = berat atom amu e = muatan elektron 1,6 x 10 -19 coulomb N A = bilangan Avogadro 6,021 x 10 23 atommol Jumlah partikelatom tersputter yang menempel pada permukaan material persatuan luas adalah Wasa dan Hayakawa, 1992 : d p w k W . . = ...........................................................6 dengan : k = konstanta r c r a dengan r c dan r a masing-masing adalah jari-jari katoda dan anoda, bernilai 1 untuk sistem planar w = banyaknya partikel yang terpercik dari satuan luas katoda p = tekanan gas lucutan Torr d = jarak antar elektroda m

2.1.5. Energi Ion Gas

Sputter Pada prinsipnya ion memiliki ukuran yang sama dengan atom, sehingga ketika ion menumbuk permukaan, dapat dikatakan sebagai tumbukan antar atom datang ion dengan atom permukaan. Dalam tumbukan itu terjadi proses pemindahan energi. Agar terjadi proses sputtering, energi ion harus lebih besar daripada energi ikat antar atom-atom permukaan. Besarnya energi yang