Karakteristik Laser Nd:Yag Q-Smart 850 Dan Aplikasi Pld

KARAKTERISTIK LASER PULSA Nd:YAG Q-SMART 850 DAN

APLIKASI PLD

SKRIPSI

NOVA PRATIWI BARUS

110801009

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015

KARAKTERISTIK LASER PULSA Nd:YAG Q-SMART 850 DAN APLIKASI PLD

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

NOVA PRATIWI BARUS 110801009

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2015

PERSETUJUAN

Judul : Karakteristik Laser Nd:Yag Q-Smart 850

Dan Aplikasi Pld

Kategori : Skripsi

Nama : Nova Pratiwi Barus

Nim : 110801009

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika

Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, 12 Agustus 2015

Disetujui oleh :

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing :

Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang Dr. Bisman Parangin

Angin,M.Eng.Sc

PERNYATAAN

KARAKTERISTIK LASER PULSA Nd:YAG Q-SMART 850 DAN APLIKASI PLD

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di dalamnya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, 12 Agustus 2015

NOVA PRATIWI BARUS 110801009

PENGHARGAAN

Kita tahu sekarang, bahwa Allah turut bekerja dalam segala sesuatu untuk mendatangkan kebaikan bagi mereka yang mengasihi Dia, yaitu bagi mereka yang

terpanggil sesuai dengan rencana Allah. (Roma 8 : 28)

Dalam penulisan Tugas Akhir penulis ini karena campur tangan Tuhan melewati banyak proses dengan banyak mendapatkan masukan, arahan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis banyak mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang terlibat didalam penulisan Tugas Akhir ini.

Ucapan Terimakasih penulis sampaikan kepada :

1. Bapak DR. Bambang Widiyatmoko, M.Eng selaku Kepala Pusat Penelitian

Fisika (P2F) LIPI Kawasan PUSPITEK Serpong , Tanggerang yang telah memberikan izin untuk melaksakan penelitian.

2. Para peneliti di LIPI Serpong, Banten, yang telah banyak membantu saya

diantaranya Ibu DR. Maria M.Suliyanti, M.T yang selaku menjadi pembimbing dosen saya di LIPI selama 3 bulan penelitian. Juga kepada seluruh dosen Group Laser :Pak Isnaeni, Pak Suryadi, Bu Affi, Bu Yuli yang juga membantu penulis selama menyelesaikan penelitian penulis.

3. Bapak Prof. Masno Ginting dan Prof. Pardamean Sebayang dan seluruh

staf/karyawan P2F LIPI Serpong yang tidak dapat saya sebutkan namanya satu per satu, saya mengucapkan terimakasih.

4. Bapak Dr.Bisman Perangin Angin, M.Eng,Sc selaku dosen pembimbing saya

yang telah memberikan banyak masukan, waktu dan pikiran untuk membantu menyelesaikan Tugas akhir saya, saya ucapkan banyak terimakasih.

5. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang sebagai Ketua Jurusan Fisika sekaligus

menjadi dosen penguji saya. Dan Bapak Dr. Nasruddin M.N, M.Eng. Sc dan Dr. Takdir Tamba, M.Eng. Sc sebagai dosen penguji yang telah memberi kritik dan saran yang membangun demi skripsi penulis. Serta seluruh dosen, staf/karyawan Departemen Fisika, saya mengucapkan terimakasih.

6. Ayah terkasih A. Barus dan Ibu tercinta D. Pardede dan Keluarga besar saya yang senantiasa mendukung dalam doa dan semangat yang sangat berpengaruh dan menolong bagi penulis disaat-saat sedih atau senang.

7. Prolix 2011 teman – teman seperjuangan selama perkuliahan yang membuat

penulis banyak belajar secara akademis dan moril membangun dan membentuk karakter penulis secara pribadi dan berharap yang terbaik untuk kita semua kedepannya meraih cita – cita bersama Tuhan secara luar biasa.

8. Keluarga Jehovah Jireh (Bg Andes, Desi, Misael dan David) penolong dalam

kehidupan baruku didalan Kristus melalui Kelompok Tumbuh Bersama, mendukung dan mengajar dalam penulisan skripsi ini dalam doa dan pergumulan bersama – sama.

9. Kepada adik-adik Rohani Eva, Lena, Tina dan Junita, Thesa, Sallye,

yang menjadi kuat, dan yakin didalam Dia ada pengharapan didalam Kristus membuat penulis tetap berkomitmen dalam kesibukan penulis untuk tetap bersama-sama kelompok kecil.

10. Kepada teman-teman sepelayanan koordinasi UP FMIPA tahun 2014 dan 2015 yang selalu menompang didalam doa dalam jarak jauh sekalipun penulis mengucapkan terimakasih, kiranya kita semua tetap setia dalam Tuhan.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari yang diharapkan dari kata sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca agar dapat menjadi acuan untuk penulisan selanjutnya. Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

ABSTRAK

Dalam penelitian ini, dilakukan karakterisasi laser Nd:YAG Q-Smart 850 yaitu pengamatan spektrum panjang gelombang, pengukuran beam profile, dan pengukuran besar energy laser Nd:YAG tersebut. dan dilakukan salah satu aplikasi dari kemampuan laser ini adalah PLD (pulsed laser deposition) dengan melakukan pelapisan alumina pada plat Al dan Silicon Wafer. Pada pengamatan spektrum panjang gelombang menggunakan HR2000, pengukuran beam profile menggunakan sensor CCD dan software Laser Beam Analizer. Dengan dimulai variasi energy laser terendah maka didapati diameter dari berkas laser Nd:YAG yaitu untuk 532 nm sebesar 2,606 mm dan untuk 1064 nm ialah sebesar 2,549 mm. Juga telah dilakukan pengukuran energy laser Nd:YAG dengan menggunakan Energy Meter Coherent.Dan telah berhasil melakukan pelapisan Alumina pada plat Al dan silicon wafer melalui teknik PLD (pulsed laser position) dan dianalisis menggunakan SEM dengan perbesaran hingga 3500 kali juga dibuktikan dari hasil mapping dan point analysis.

CHARACTERISTICS OF LASER PULSE Nd:YAG Q-SMART 850 AND APPLICATION PLD

ABSTRACT

In this research, carried out the characterization of laser Nd:YAG Q-Smart 850 is the observation wavelength spectrum, measurements of beam profile, and a large measurement laser energy Nd:YAG them, and carried out one of the applications of these lasers is the ability of the PLD (pulse laser deposition) by making alumina coating on the plate AL and Silicon Wafer. In observation wavelength spectrum using HR2000, beam profile measurements using CCD sensors and software Laser Beam analyszer. By starting low laser energy variation then found the diameter of the laser beam Nd:YAG is to 532 nm at 2,606 mm and for 1064 nm is of 2,549 mm. It has also been carried out measurements of laser energy Nd:YAG using Coherent. And Energy Meter has been successfully Alumina coating on the plate Al and Silicon Wafer by techniques PLD (pulsed laser position) and analyzed using SEM with a magnification up to 3500 times os also proved from the results of mapping and point analysis.

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan i

Pengesahan ii

Pernyataan iii

Penghargaan iv

Abstrak vi

Abstract vii

Daftar isi viii

Daftar table x

Daftar gambar xi

BAB 1 Pendahuluan

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 2

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Metode Penelitian 3

1.7 Sistematika Penulisan 4

BAB 2 Tinjauan Pustaka

2.1 Spektrum Elektromagnetik 5

2.2 Laser 6

2.2.1 Proses Terjadinya Laser 6

2.2.1.1 Proses Absorbsi 6

2.2.1.2 Emisi Spontan 7

2.2.1.3 Emisi Stimulasi 8

2.2.2 Kompenen Laser 8

2.2.3 Karakteristik Sinar Laser 9

2.3 Laser Pulsa 10

2.4 Laser ND – YAG 12

2.5 PLD (Pulsed Laser Deposition) 13

2.6 Scanning Electron Microscope (SEM) 17

2.7 Laser Nd-Yag Q-Smart 850 18

2.7.1 Perangkat Sistem Laser Pulsa Nd-Yag Q-Smart 850 18 2.7.2 Sistem Pengoperasian Sistem Laser Pulsa

Nd-Yag Q-Smart 850 26

BAB 3 Metodologi Penelitian

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 27

3.1.1 Tempat Penelitian 27

3.2 Perangkat dan Prosedur Pengamatan Spektrum

Panjang Gelombag Sinar Laser 27

3.2.1 Perangkat Pengamatan Spektrum Panjang

3.2.2 Gelombang Sinar Laser 27

3.2.3 Prosedur Pengamatan Spektrum Sinar Laser 28

3.3 Perangkat dan Prosedur Pengamatan Beam Profiler

Sinar Laser 29

3.3.1 Perangkat Pengamatan Spektrum Beam Profiler

Sinar Laser 29

3.3.2 Prosedur Pengamatan Beam Profil Sinar Laser 30

3.4 Perangkat dan Prosedur Pengukuran Energi Laser 31

3.4.1 Perangkat Pengukuran Energi Laser 31

3.4.2 Prosedur Pengamatan Beam Profil Sinar Laser 32

3.5 Perangkat dan Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis

dengan teknik Pulsed Laser Deposition (PLD) 33

3.5.1 Perangkat Pembuatan Lapisan Tipis dengan

teknik Pulsa Laser Deposition (PLD) 33

3.5.2 Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis dengan

Teknik Pulsa Laser Deposition (PLD) 36

3.6 Diagram Kerja 39

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Laser 40

4.2 Hasil Pegukuran Beam Profile 41

4.3 Hasil Pengukuran Energy Laser Nd-YAG 45

4.4 Hasil Film Tipis 48

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 57

5.2 Saran 58

Daftar Pustaka Lampiran

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Jenis – Jenis Karakteristik Laser Pulsa 7

Tabel 4.1 Beam Profilex sinar laser pulsa Nd-YAG

Q-Smart 850 panjang gelombang 532 42

Tabel 4.2 Beam Profilex sinar laser pulsa Nd-YAG

Q-Smart 850 panjang gelombang 1064 nm 44

Tabel 4.3 Pengukuruan energi laser Nd-YAG Q-Smart 850 45

Tabel 4.4 Elemen hasil SEM lapisan alumina pada Al 52

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Gelombang Elektromagnetik 5

Gambar 2.2 Proses absorbs 7

Gambar 2.3 Proses emisi spontan 7

Gambar 2.4 Proses emisi stimulasi 8

Gambar 2.5 Dasar komponen sebuah laser 9

Gambar 2.6 Empat Level secara khas sistem Neodymium 9

Gambar 2.7 Sistem PLD 13

Gambar 2.8 Proses atomik berefek ke 3 dimensi pertumbuhan pada lapisan tipis dengan teknik PLD 15

Gambar 2.9 Pergerakan dari muka plasma terhadap waktu dengan target kaca silica dan laser XeC 16

Gambar 2.10 Model pembangkitan laser-plasma dengan gelombang kejut 16

Gambar 2.11 Laser Head 18

Gambar 2.12 ICE Power Supplay 20

Gambar 2.13 Q-pad 21

Gambar 2.14 Gambar tampilan screen Q-pad 21

Gambar 3.1 Spektrometer HR 2000 Ocean Optic 28

Gambar 3.2 Diagram blok pengamatan panjang gelombang laser pulsa Nd-YAG Q-smart 850 28

Gambar 3.3 Filter 30

Gambar 3.4 Diagram blog pengamatan beam profilex sinar Laser 31

Gambar 3.5 Diagram blog pengukuran energy sinar Laser 32

Gambar 3.6 Chamber (9cm x 9cm x 12cm) 34

Gambar 3.7 Pirani Meter Diavac Limited PT-9P 34

Gambar 3.8 Pompa Vakum ULVAC GLD-136C 35

Gambar 3.9 Target Substrat Alumina 36

Gambar 3.10 Plasma dalam chamber 37

Gambar 3.11 Set-up sistem PLD 38

Gambar 4.1 Spektrum panjang gelombang laser pulsa Nd-YAG Q-smart 850 41

Gambar 4.2 Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang 1064 nm. 47

Gambar 4.3 Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang 532 nm. 48

Gambar 4.4 Target yang digunakan yaitu Alumina setelah irradiasi dengan laser pulsa Nd-YAG q-smart 850 secara repetisi 10 Hz. Target berputar. 49

irradiasi laser Nd:YAG q-smart 850 49

Gambar 4.6 Sample hasil lapisan pada plat Al dan Silicon

Wafer 50

Gambar 4.7 Foto Hasil Pelapisan 50

Gambar 4.8 Hasil SEM Film Alumina pada AL 51

Gambar 4.9 Point Analysis Alumina pada Al 52

Gambar 4.10 Hasil Mapping Alumina pada Al 53

Gambar 4.11 Foto Hasil Pelapisan Pada Plat Silicon Wafer 54

Gambar 4.12 Hasil SEM permukaan lapisan Alumina pada

Silicon wafer 54

Gambar 4.13 Hasil Mapping Alumina pada Silicon wafer 55

CHARACTERISTICS OF LASER PULSE Nd:YAG Q-SMART 850 AND APPLICATION PLD

ABSTRACT

In this research, carried out the characterization of laser Nd:YAG Q-Smart 850 is the observation wavelength spectrum, measurements of beam profile, and a large measurement laser energy Nd:YAG them, and carried out one of the applications of these lasers is the ability of the PLD (pulse laser deposition) by making alumina coating on the plate AL and Silicon Wafer. In observation wavelength spectrum using HR2000, beam profile measurements using CCD sensors and software Laser Beam analyszer. By starting low laser energy variation then found the diameter of the laser beam Nd:YAG is to 532 nm at 2,606 mm and for 1064 nm is of 2,549 mm. It has also been carried out measurements of laser energy Nd:YAG using Coherent. And Energy Meter has been successfully Alumina coating on the plate Al and Silicon Wafer by techniques PLD (pulsed laser position) and analyzed using SEM with a magnification up to 3500 times os also proved from the results of mapping and point analysis.

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan i

Pengesahan ii

Pernyataan iii

Penghargaan iv

Abstrak vi

Abstract vii

Daftar isi viii

Daftar table x

Daftar gambar xi

BAB 1 Pendahuluan

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 2

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Metode Penelitian 3

1.7 Sistematika Penulisan 4

BAB 2 Tinjauan Pustaka

2.1 Spektrum Elektromagnetik 5

2.2 Laser 6

2.2.1 Proses Terjadinya Laser 6 2.2.1.1 Proses Absorbsi 6

2.2.1.2 Emisi Spontan 7

2.2.1.3 Emisi Stimulasi 8

2.2.2 Kompenen Laser 8

2.2.3 Karakteristik Sinar Laser 9

2.3 Laser Pulsa 10

2.4 Laser ND – YAG 12

2.5 PLD (Pulsed Laser Deposition) 13 2.6 Scanning Electron Microscope (SEM) 17

2.7 Laser Nd-Yag Q-Smart 850 18

2.7.1 Perangkat Sistem Laser Pulsa Nd-Yag Q-Smart 850 18 2.7.2 Sistem Pengoperasian Sistem Laser Pulsa

Nd-Yag Q-Smart 850 26 BAB 3 Metodologi Penelitian

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 27

3.1.1 Tempat Penelitian 27

3.2 Perangkat dan Prosedur Pengamatan Spektrum

Panjang Gelombag Sinar Laser 27 3.2.1 Perangkat Pengamatan Spektrum Panjang

3.2.2 Gelombang Sinar Laser 27 3.2.3 Prosedur Pengamatan Spektrum Sinar Laser 28 3.3 Perangkat dan Prosedur Pengamatan Beam Profiler

Sinar Laser 29

3.3.1 Perangkat Pengamatan Spektrum Beam Profiler

Sinar Laser 29

3.3.2 Prosedur Pengamatan Beam Profil Sinar Laser 30 3.4 Perangkat dan Prosedur Pengukuran Energi Laser 31 3.4.1 Perangkat Pengukuran Energi Laser 31 3.4.2 Prosedur Pengamatan Beam Profil Sinar Laser 32 3.5 Perangkat dan Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis

dengan teknik Pulsed Laser Deposition (PLD) 33 3.5.1 Perangkat Pembuatan Lapisan Tipis dengan

teknik Pulsa Laser Deposition (PLD) 33 3.5.2 Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis dengan

Teknik Pulsa Laser Deposition (PLD) 36

3.6 Diagram Kerja 39

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Laser 40 4.2 Hasil Pegukuran Beam Profile 41 4.3 Hasil Pengukuran Energy Laser Nd-YAG 45

4.4 Hasil Film Tipis 48

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 57

5.2 Saran 58

Daftar Pustaka Lampiran

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Jenis – Jenis Karakteristik Laser Pulsa 7 Tabel 4.1 Beam Profilex sinar laser pulsa Nd-YAG

Q-Smart 850 panjang gelombang 532 42 Tabel 4.2 Beam Profilex sinar laser pulsa Nd-YAG

Q-Smart 850 panjang gelombang 1064 nm 44 Tabel 4.3 Pengukuruan energi laser Nd-YAG Q-Smart 850 45 Tabel 4.4 Elemen hasil SEM lapisan alumina pada Al 52 Tabel 4.5 Elemen hasil SEM lapisan alumina pada silicon wafer 56

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Gelombang Elektromagnetik 5

Gambar 2.2 Proses absorbs 7

Gambar 2.3 Proses emisi spontan 7

Gambar 2.4 Proses emisi stimulasi 8

Gambar 2.5 Dasar komponen sebuah laser 9

Gambar 2.6 Empat Level secara khas sistem Neodymium 9

Gambar 2.7 Sistem PLD 13

Gambar 2.8 Proses atomik berefek ke 3 dimensi pertumbuhan pada lapisan tipis dengan teknik PLD 15

Gambar 2.9 Pergerakan dari muka plasma terhadap waktu dengan target kaca silica dan laser XeC 16

Gambar 2.10 Model pembangkitan laser-plasma dengan gelombang kejut 16

Gambar 2.11 Laser Head 18

Gambar 2.12 ICE Power Supplay 20

Gambar 2.13 Q-pad 21

Gambar 2.14 Gambar tampilan screen Q-pad 21

Gambar 3.1 Spektrometer HR 2000 Ocean Optic 28

Gambar 3.2 Diagram blok pengamatan panjang gelombang laser pulsa Nd-YAG Q-smart 850 28

Gambar 3.3 Filter 30

Gambar 3.4 Diagram blog pengamatan beam profilex sinar Laser 31

Gambar 3.5 Diagram blog pengukuran energy sinar Laser 32

Gambar 3.6 Chamber (9cm x 9cm x 12cm) 34

Gambar 3.7 Pirani Meter Diavac Limited PT-9P 34

Gambar 3.8 Pompa Vakum ULVAC GLD-136C 35

Gambar 3.9 Target Substrat Alumina 36

Gambar 3.10 Plasma dalam chamber 37

Gambar 3.11 Set-up sistem PLD 38

Gambar 4.1 Spektrum panjang gelombang laser pulsa Nd-YAG Q-smart 850 41

Gambar 4.2 Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang 1064 nm. 47

Gambar 4.3 Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang 532 nm. 48

Gambar 4.4 Target yang digunakan yaitu Alumina setelah irradiasi dengan laser pulsa Nd-YAG q-smart 850 secara repetisi 10 Hz. Target berputar. 49 Gambar 4.5 Foto plasma dari target Alumina dengan

irradiasi laser Nd:YAG q-smart 850 49 Gambar 4.6 Sample hasil lapisan pada plat Al dan Silicon

Wafer 50

Gambar 4.7 Foto Hasil Pelapisan 50 Gambar 4.8 Hasil SEM Film Alumina pada AL 51 Gambar 4.9 Point Analysis Alumina pada Al 52 Gambar 4.10 Hasil Mapping Alumina pada Al 53 Gambar 4.11 Foto Hasil Pelapisan Pada Plat Silicon Wafer 54 Gambar 4.12 Hasil SEM permukaan lapisan Alumina pada

Silicon wafer 54 Gambar 4.13 Hasil Mapping Alumina pada Silicon wafer 55 Gambar 4.14 Point Analysis Alumina pada Silicon wafer 56