4
titanium adalah 2 : 1 dan 1.5 : 1, hasilnya meningkatkan ketahanan dan kemampuan kecepatan pemotongan lebih tinggi dan ini merupakan paduan yang luar biasa Destefani, 2002.
Stabilitas thermal pada sputtering dengan lapisan tipis titanium nitride sebagai diffusion barrier untuk kapasitor-dasar elektrode. Dimana tampilan dari sifat elektrik pada RuTiNPoly-SiSi kontak
sistem lebih kecil dibanding dengan Ru OxTiNPoly-SiSi kontak sistem. Metodenya yaitu menambahkan oksigen membentuk lapisan tipis pada Ru Ox dan ikatan kimianya sangat kuat Dong,
2003
Metode sputtering sangat baik untuk meningkatkan sifat keras, tahan aus, tahan korosi dan tahan suhu tinggi. Metode sputtering telah terbukti mampu meningkatkan kekerasan permukaan
logam dengan beberapa keuntungan antara lain; dapat melapisi lapisan tipis dari bahan dengan titik leleh tinggi, dapat melapisi bahan logam, paduan, semikonduktor dan bahan isolator, daya rekat
tinggi, ketebalan lapisan dapat dikontrol, dan penghematan bahan yang dideposisikan Sujitno, 2003.
Penelitian deposisi lapisan tipis TiN pada ujung mata bor dengan teknik implantasi ion. Berdasarkan hasil uji kekerasan terjadi peningkatan kekerasan 51.61 dan laju pengeboran
meningkat rata-rata sebesar 10 Yuniarto, dkk., 2003.
Pelapisan permukaan alat potong dengan Titanium Nitrida TiN sekitar 2-4 μm, mampu
meningkatkan kekuatan sisi potong, tendensi terbentuknya BUE built up edge pada permukaan pahat menjadi lebih kecil dan gesekan antara pahat dan benda kerja dapat diturunkan Kalpakjian,
2003. Penelitian deposisi lapisan tipis TiN pada substrat HSS dengan teknik sputtering DC, hasil penelitiannya menunjukkan peningkatan kekerasan sebesar 61.6 dan umur pemakaiannya
meningkat 17 Ibrahim, 2004. Penelitian deposisi lapisan tipis TiNAlN pada pahat bubut HSS dengan teknik sputtering DC, hasil penelitian menunjukkan bahwa lapisan tipis TiNAlN mampu
meningkatkan kekerasan sebesar 107 dan umur pahat meningkat 80~100 Supriyanto, 2005.
D. Landasan Teori
1. Plasma Sputtering
Dengan teknologi plasma sputtering maka atom-atom yang akan dideposisikandilapiskan pada permukaan benda kerja dibombardir dengan ion-ion berenergi dari gas mulia gas sputter
seperti Xe, He, Ar, Ne dan Kr. Akibat transfer momentum dari ion gas sputter ke atom-atom target, maka atom-atom target akan terlepas dari induknya dan sebagian bergerak menuju benda kerja yang
selanjutnya bereaksi dengan permukaan benda kerja untuk membentuk lapisan tipis Suyitno, 2003.
Keunggulan pembuatan lapisan tipis dengan teknologi plasma sputtering dibanding dengan teknik evaporasi adalah bahwa 1 dapat menghasilkan lapisan tipis dari bahan yang mempunyai titik
leleh tinggi yang dengan metode evaporasi tidak mungkin dapat dilakukan, 2 hampir semua bahan padat seperti semikonduktor, logam, paduan, keramik, maupun isolator dapat dideposisikan, 3
penghematan bahan yang akan dideposisikan, 4 mempunyai daya lekat yang lebih kuat, sehingga dapat memperpanjang umur pemakain komponen, dan 5 ketebalan lapisan dapat dikontrol dengan
akurat.
Parameter yang mempengaruhi proses plasma sputtering adalah jenis ion nomor atom dan nomor massa, energi ion keV, arah ion datang dengan normal , dan jenis target nomor atom dan
5
nomor massa yang akan dideposisidilapisi. Energi untuk proses ionisasi gas-gas sputter dapat diperoleh dengan tegangan DC ataupun RF. Hanya kalau menggunakan tegangan DC tidak dapat
diterapkan untuk target yang bersifat nonkonduktif misalnya isolator dan ini hanya dapat dilakukan dengan RF.
Proses tumbukan ion dengan atom target dapat ditunjukkan sebagai berikut :
Gambar 1. Sputter Deposition Process Prinsip tumbukan ion inilah yang mendasari dari pemanfaatan plasma sputtering untuk
mendeposisikan lapisian tipis pada permukaan bahan. Ada beberapa fenomena yang mungkin terjadi sebagai akibat interaksi berkas ion sputter dengan material target :
1. Ion gas sputter terpantul dan dapat menjadi netral dengan menangkap elektron auger. 2. Atom target akan terpental keluar dapat disertai dengan elektron sekunder.
3. Ion gas sputter yang mempunyai energi tinggi dapat ter implantasi tertanam ke dalam target dan
dapat mengakibatkan perubahan-perubahan sifat-sifat permukaan target. 4. elektron-elektron dalam plasma dapat terpantul oleh permukaan target.
Target Substrat
Elektroda Katup
Variabel Regulator
Gauge DC
Katup Utama
Katup
Sistem Pendingin
Sistem Pemanas
Pompa Rotari
Pompa Difusi
6
Gambar 2 Rangkaian peralatan Sputtering DC Skema alat sputtering DC ditunjukkan dalam Gambar 2. Pada teknik ini, bahan target yang
digunakan untuk melapisi substrat yaitu Al dan Ti ditembak oleh atom Argon energi tinggi, sehingga atom permukaan bahan target tersebut akan memperoleh energi yang cukup untuk melepaskan dari
permukaannya. Atom yang terhambur dari permukaan akibat sputtering ini dapat digunakan untuk pendeposisian lapisan tipis pada substrat Stuart, 1983.
Terjadinya proses sputtering yang pertama kali diawali oleh adanya tumbukan ion dengan atom-atom pada permukaan target diikuti oleh tumbukan kedua dan ketiga antar atom-atom yang
berada di permukaan target, sehingga terjadi perpindahan atom-atom dan suatu tumbukan yang berhasil akan mengeluarkan pada permukaan target.
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, Sujitno,
2003. Energi kinetik rata-rata ion gas sputter yang menumbuk material diperoleh dari energi
potensial listrik yang terpasang diantara elektroda. Saat menumbuk permukaan target, maka energi ion gas sputter yang datang kepermukaan target misalkan Ei, maka energi yang ditransfer ke atom-
atom target adalah sebesar, Sujitno, 2003.
1 dengan,
E
i
= energi kinetik rata-rata ion gas sputter E
t
= energi yang ditransfer M
i
= massa atom ion gas sputter Ө = sudut datang ion gas sputter dengan normal
Bila arah ion datang tegak lurus permukaan target berarti = 0, maka energi yang ditransfer adalah maksimum dan besarnya Sujitno, 2003 adalah;
2 Dalam hal ini bila :
1 M
i
M
s
maka gas ion sputter akan dipantulkan kembali kepermukaan target. 2 M
i
= M
s
maka E
i
= T
m
dengan kata lain energi ion gas sputter seluruhnya diberikan ke atom-atom target.
3 M
i
M
s
maka keduanya akan meninggalkan tempat tumbukan dan menuju ke arah bagian dalam permukaan material.
Dengan M
i
adalah massa ion, M
s
adalah massa atom target, dan E adalah energi ion. Jumlah atom yang lepas dari permukaan target per ion penumbuk dinyatakan sebagai produksi sputter S
dirumuskan sebagai berikut Sujitno, 2003 3
i s
i s
i
E M
M Cos
E M
M k
S
2
2 2
4 Cos
M M
M M
E
s i
s i
t
i s
i s
i t
E M
M M
M E
2
4
7
dengan k adalah kosntanta yang nilainya tergantung pada bahan target, adalah jejak bebas rata-rata tumbukan elastik di sekitar permukaan target dan adalah sudut antara permukaan normal
target dan arah ion datang. Jejak bebas rata-rata Sujitno, 2003 4
dengan n
o
adalah jumlah atom-atom kisi persatuan volume dan R adalah jari-jari tumbukan. Untuk bola tegar R dirumuskan Sujitno, 2003 sebagai;
5 Dengan E’=M
i
EM
i
+M
s
, C adalah suatu konstanta, a
n
adalah jari-jari atom hydrogen, e adalah muatan electron,
o
adalah konstanta dielektrikum dalam vakum, Z
1
e dan Z
2
e adalah muatan untuk M
i
dan M
s
. Persamaan 2 memberikan informasi kuantitatif mengenai produksi sputter, sedangkan Almen merumuskan produksi sputter S secara empiris sebagai berikut, Sujitno, 2003 :
6 dengan E
b
adalah energi ikatan bahan target. Jumlah partikelatom yang tersputterterpecik persatuan luasan katoda target dapat
dituliskan oleh persamaan Sujitno, 2003:
7
dengan, J
+
= rapat arus berkas ion orde mAcm
2
e = muatan elektron 1,6 x 10
-19
Coulomb S = sputter yield atomions
A = berat atom target amu N
A
= bilangan Avogadro 6,021 x 10
23
atommol Jumlah partikelatom ter-sputter yang menempel pada permukaan material persatuan luas Sujitno,
2003 adalah; 8
dengan, k
1
= r
c
r
a
, r
c
dan r
a
masing-masing adalah jari-jari katode dan anode untuk sistim planar k
1
= 1. p = tekanan torr
d = jarak antar elektrode t = lamanya proses deposisi
Sedang laju deposisinya diberikan oleh persamaan, Sujitno, 2003 2.9
2. Aluminium dan Titanium Nitrida
