Deposisi lapisan tipis aluminium [AL] pada substrat kaca dengan teknik evaporasi dan karakterisasi optiknya - USD Repository

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DEPOSISI LAPISAN TIPIS ALUMINIUM (Al)

PADA SUBSTRAT KACA DENGAN TEKNIK EVAPORASI

DAN KARAKTERISASI OPTIKNYA

SKRIPSI

  

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

Program Studi Fisika

  

Oleh :

Theresia Erni

NIM : 023214003

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN FISIKA

  

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DEPOSITION OF ALUMINUM (Al) THIN LAYER

ON THE GLASS SUBSTRATE USING EVAPORATION

TECHNIQUE AND OPTICAL CHARACTERISATION

SKRIPSI

  

Precented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the

Sarjana Sains Degree

In Physics

  

By

Theresia Erni

NIM : 023214003

  

PHYSICS STUDY PROGRAM

PHYSICS DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Ku persembahkan karya sederhana ini unt uk :

Tuhan Yesus Kristus yang selalu menjadikan semuanya baik pada waktunya...

Bunda Maria penolong hidupku....

Ayah dan ibuku tercinta, yang selalu mencintai dan menyayangiku tanpa batas

Bibi Yatim yang selalu mendukung dan menyayangiku Mas Andri yang telah memberi warna dalam hidupku Seluruh keluarga besarku Universitas Sanata Dharma almamaterku

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

HALAMAN MOTTO

  

“Mintalah, maka akan diberikan kepadamu; carilah, maka kamu akan mendapat;

ketoklah, maka pintu akan dibukakan bagimu. Karena setiap orang yang meminta,

menerima dan setiap orang yang mencari, mendapat dan setiap orang yang

mengetok baginya pintu dibukakan”

  

(Matius 7: 7-8)

“Jangan berdoa supaya engkau mendapat tugas yang sesuai dengan tenagamu,

tetapi berdoalah supaya engkau mendapat kekuatan yang sesuai dengan tugasmu”

  

(Philip Brooks)

“Pengalaman membuat engkau mampu untuk mengenal sebuah kesalahan

bilamana engkau melakukannya lagi”

  

(Franklin P. Jones )

”Jangan bimbang menghadapi bermacam – macam penderitaan, karena semakin

dekat cita – cita kita tercapai semakin berat penderitaan yang harus kita alami”

  

(Jenderal Sudirman)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ABSTRAK

Telah dilakukan deposisi lapisan tipis aluminium pada substrat kaca dengan

teknik evaporasi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengamati sifat – sifat optik

dari lapisan tipis yang dideposisikan pada substrat kaca. Deposisi lapisan tipis

• 5

  

dilakukan pada kondisi tekanan vakum 1,1 x 10 Torr, jarak substrat dengan benda

yang diuapkan 10,5 cm dan lama proses evaporasi 2 s/d 3 jam dengan berat

aluminium divariasi dari 0,0003 gr hingga 0,0006 gr.

  Proses evaporasi dilakukan dengan menggunakan alat evaporasi hampa,

Edward Vacuum Coater Model E610, milik PTAPB-BATAN. Sedang karakterisasi

sifat optik yang meliputi reflektansi, transmitansi dan absorbansi dilakukan

menggunakan UV-Vis Spectrophotometer milik laboratorium Biologi UNS,

Surakarta. Sementara itu indeks bias lapisan tipis dihitung dari data reflektansi.

Ketebalan lapisan tipis untuk masing – masing berat aluminium yang dilapiskan

dihitung dari data berat aluminium yang terlapiskan, massa jenis aluminium dan

luasan substrat yang terlapisi.

  Dari hasil percobaan dan pengukuran maupun perhitungan yang telah

dilakukan diperoleh hasil bahwa; ketebalan lapisan bervariasi yaitu 57,40752 nm;

76,54336 nm; 95,6792 nm dan 114,815 nm. Pada ketebalan 95,6792 nm dan 114,815

nm absorbsinya sebesar 99,9975 %, tidak ada cahaya yang direfleksikan dan

diteruskan. Ini berarti pada ketebalan tersebut semua cahaya tampak diserap oleh

lapisan tipis. Reflektansi untuk ketebalan 57,40752 nm dan 76,54336 nm masing-

masing berkisar antara 3,03 % s/d 8,23 % dan 0,02 % s/d 0,06 %. Tranmitansinya

berkisar 3,0 % s/d 8,14 % dan 0,04 % s/d 0,07 %. Sedangkan absorbansinya berkisar

antara 27,39 % s/d 38,735 % dan 97,8325 % s/d 99,9975 %. Indek bias pada

ketebalan tersebut masing-masing adalah berkisar antara 1,262 s/d 1,330; 1,224 s/d

1,225 dan 1,224. Sedangkan koefisien absorbsi pada keempat ketebalan tersebut

  5 -1 5 -1

  5 - 5 -1

  

berturut-turut 1,9 x 10 cm s/d 2,7 x 10 cm ; 4,9 x 10 cm 1 s/d 5,2 x 10 cm , 4,1 x

  5 -1 5 -1 5 -1 10 cm s/d 4,2 x 10 cm dan 3,4 x 10 cm .

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ABSTRACT

Deposition of aluminum thin layer on the glass substrate using evaporation

technique has been done. The aim is the research is to observe the optical properties

aluminum thin film on glass substrate. Deposition thin film has been done for the

• 5

  

following parameters ; vacuum pressure in order of 1,1x10 Torr, boat and substrate

distance in order of 10,5 cm, deposition time in order of 2-3 hour, while the number

(gr) of aluminum to be coated was varied from 0,0003 gr up to 0,0006 gr.

  Coating process was carried out using Edward Vacuum Coater Model E610 at

PTAPB-BATAN, Yogyakarta. The optical properties such as abrorbance, reflectance

and transmittance of thin film was measured using UV-Vis spectrophotometer at

Departement of Biology FMIPA UNS, Surakarta. While the refractive index of thin

film was calculated from the reflectance of thin film data. The thickness of thin film

was calculated from coated aluminum weight, density of aluminum and dimension of

the substrate.

  It was found that the thickness of thin film for various of aluminum

weight are 57,40752 nm; 76,54336 nm; 95,6792 nm dan 114,815 nm. For the

thickness of thin film in order of 95,6792 nm dan 114,815 nm, the absorbance is in

order of 99,9975 %, there is no reflected and transmitted light. It meant that all

ancidence light are absorbed by the thin film. The reflectance of thin film for the

thickness of 57,40752 nm dan 76,54336 nm is in order of 3,03 % up to 8,23 % and

0,02 % up to 0,06 % respectively. The transmittance is in order of 3,0 % up to 8,14 %

and 0,04 % up to 0,07 %. While its absorbance is in order of 27,39 % up to 38,735 %

and 97,8325 % up to 99,9975 %. The calculated of refravtive index is 1,262 up to

1,330; 1,224 up to 1,225 and 1,224 respectively. The coefficient absorption is 1,9 x

  5 -1 5 - -1

  5 5 -1 5 -1

  

10 cm up to 2,7 x 10 cm ; 4,9 x 10 cm 1 up to 5,2 x 10 cm , 4,1 x 10 cm up to

  5 -1 5 -1 4,2 x 10 cm and 3,4 x 10 cm respectively.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat

dan kasih-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul

DEPOSISI LAPISAN TIPIS ALUMINIUM PADA SUBSTRAT KACA DENGAN

TEKNIK EVAPORASI DAN KARAKTERISASINYA. Penyusunan skripsi ini

merupakan syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains di Jurusan Fisika

Universitas Sanata Dharma.

  Penullis menyadari bahwa penulisan ini dapat selesai dengan baik karena

bantuan dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan

terima kasih yang sebesar-besarnya dan setulus-tulusnya kepada:

  1. Ibu Ir. Sri Agustini Sulandari M.Si selaku Kaprodi Fisika dan pembimbing di kampus yang telah banyak memberikan masukan, arahan dan yang selalu sabar membimbing penulis selama penulisan skripsi ini.

  2. Bapak Drs. B.A. Tjipto Sujitno, M.T selaku pembimbing di PTAPB-

BATAN yang selalu membantu penulis bila mengalami kesulitan

  3. Bapak Dr. Agung Bambang S.U., SU yang telah bersedia menguji dalam ujian skripsi.

  4. Bapak Dr. Ignatius Edi Santosa M.S. selaku dosen pembimbing akademik atas bantuan dan bimbingannya selama masa studi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

5. Segenap Dosen Jurusan Fisika, FST Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta, yang telah mendidik dan memberikan pengajaran selama masa studi.

  

6. Segenap Dosen dan Karyawan FST Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta, yang telah banyak membantu selama masa studi.

  

7. Selulruh staf karyawan dilingkungan PTAPB-BATAN, yang telah banyak

membantu selama penelitian, khususnya bapak Sumaryadi selaku teknisi

di bagian coating yang tiada lelah membantu pelaksanaan penelitian.

  

8. Bapak Susilo karyawan di laboratorium Biologi UNS yang telah

membantu dan mengijinkan penulis untuk menggunakan alat Spektrofotometer UV-VIS untuk karakterisasi lapisan tipis.

  

9. Ayah dan ibuku tercinta, yang selalu memberikan dukungan, doa dan

biaya selama masa studi.

  

10. Bibi Yatim, yang selalu memberikan semangat dan dukungan moral

maupun material.

  

11. Mas Andri yang selalu setia menemaniku dan selalu memberiku semangat

dalam menyelesaikan skripsi ini.

  12. Bapak, ibu, mas Yuni, Nur dan Adi, atas segala kebaikannya selama ini.

  

13. Teman-teman fis’02 (Lori, Ima (makasih untuk printernya), Kia, Ingke,

Hanik, Gita, Frida, Iman, Ridwan, Adit, Adet, Try, O’ok, Basil, Yuda,

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Danang, Ratna, Dian) yang telah berjuang selama bertahun-tahun bersamaku. Terimakasih untuk persahabatannya selama ini.

  14. Teman-teman Komunitas Sant’ Egidio yang telah banyak mengajarkanku banyak hal (buat Heri dan Mayoes, makasih ya karena selalu memberiku tumpangan kalau pergi ke BATAN. Buat Echa makasih untuk printernya).

  15. Teman-teman kos palem (Siska, Reta, Tika, Citra, Ema, Rini, Ani, Ana, Melda, Jessi dan Tante, Aprin, Alin, Mita, Cici, Nia, Gusti), terima kasih atas persahabatannya selama ini.

  16. Teman-teman kos Dewi (Corry, Fitri(makasih untuk komputernya), Era, Eka, Amoy, Sim, mbak Mul) yang telah menerimaku dengan baik dan juga teman-teman kos Wirata atas bantuannya selama ini.

17. Teman-teman lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberi bantuan baik secara moral atau material.

  Penulis juga menyadari bahwa penyusunan skripsi ini tidaklah sempurna,

maka semua saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan dan semoga

skripsi ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa/mahasiswi dan para pembaca lainnya.

  Yogyakarta , September 2007 Penulis

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR ISI

  

HALAMAN JUDUL…………………………………………………………………..i

HALAMAN JUDUL.....................................................................................................ii

HALAMAN PERSETUJUAN……………………………………………………….iii

HALAMAN PENGESAHAN………………………………………………………..iv

HALAMAN PERSEMBAHAN....................................................................................v

HALAMAN MOTTO....……………………………………………..........................vi

HALAMAN PERNYATAAN.….…………………………………………………..vii

ABSTRAK......……………………………………………………………………...viii

ABSTRACT…..………………………………………………………………….....…ix

KATA PENGANTAR………………………………………………………………...x

DAFTAR ISI……………………………………………………………………......xiii

DAFTAR GAMBAR ……......………………………………………………….....xvii

DAFTAR TABEL ...…………………………………………………………….…..xx

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang…………………………………………………………..1

  1.2 Perumusan Masalah……………………………………………………..3

  1.3 Batasan Masalah………………………………………………………...3

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  1.4 Tujuan Penelitian………………………………………………………..3

  1.5 Manfaat Penelitian………………………………………………………4

BAB II DASAR TEORI

  2.1 Deposisi Lapisan Dengan Teknik Evaporasi……………………………5

  2.2 Evaporasi Termal………………………………………………………..7

  

2.3 Sistem Vakum………..………………………………………………...9

  2.3.1 Tingkat Kevakuman……………………………………………..10

  2.3.2 Pompa Valum……………………………………………………12

  a. Pompa Rotari………………………………………………….12

  b. Pompa Difusi………………………………………………….14

  2.4 Pembentukan Lapisan Tipis……………………………………………16

  2.5 Sifat Optik………….…………………………………………………..19

  2.5.1 Refraksi dan Refleksi Gelombang Datar dan Permukaan Datar...19

2.5.3 Reflektansi, Transmisi dan Absorbansi………………………….21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  3.1 Tempat dan Waktu Penelitian…………………………………………26

  3.2 Bahan dan Alat Penelitian……………………………………………..26

  3.2.1 Bahan dan Alat Untuk Preparasi Sampel………………………..26

  3.2.2 Bahan dan Alat Untuk Pembuatan Lapisan Tipis……………….27

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3.2.3 Bahan dan Alat Untuk Karakterisasi Sifat Optik………………..27

  

3.3 Diagram Alir Penelitian……………………………………………….28

  

3.4 Pelaksanaan Penelitian………………………………………………...29

  3.4.1 Penyiapan Substrat dan Target…………………………………..29

  3.4.2 Pembuatan Lapisan Tipis Aluminium…………………………...29

  3.4.3 Karakterisasi Lapisan Tipis……………………………………...30

  

3.5 Metode Analisis………………………………………………………..33

  BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

  

4.1 Hasil Penelitian………………………………………………………...34

  4.1.1 Pembuatan Lapisan Tipis………………………………………...34

  4.1.2 Karakterisasi Optik Lapisan Tipis Al Hasil Deposisi Menggunakan Spektropotometer UV-VIS………….…………...35 a. Reflektansi…………………………………………………….35

  b. Transmitansi…………………………………………………..38

  c. Absorbansi…………………………………………………….40

  

4.2 Analisis Data dan Pembahasan.…………...…………………………...42

  4.2.1 Proses Pembuatan Lapisan Tipis……..………………………….42

  4.2.2 Karakterisasi Optik Lapisan Tipis Al .…………………….……43

  a. Cuplikan1…………………………………………………..….44

  b. Cuplikan2…………………………………….………………..46

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

c. Cuplikan3………………………………………………..…….49

  d. Cuplikan4……………………………………………………...50

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan…………………………………………………………….52

  5.2 Saran...…………………………………………………………………53 DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………………54 LAMPIRAN

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Model peralatan coatingGambar 2.2. Prinsip kerja pompa rotariGambar 2.3. Penampang pompa difusiGambar 2.4. Tingkat pembentukan lapisan tipisGambar 2.5. a. Gambar yang menunjukan refleksi dan refraksi pada permukaan batas udara-air.

  b. Penggambaran dengan menggunakan sinar-sinar Gambar 3. Sistem Elektrik UV-1601PC

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara reflektansi R dengan panjang pelombang

  λ untuk kaca biasa (standar)

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara reflektansi R dengan panjang pelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 57,40752 nm

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara reflektansi R dengan panjang pelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 76,54336 nm

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara reflektansi R dengan panjang pelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 95,6792 nm

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara reflektansi R dengan panjang pelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 114,815 nm

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara transmitansi T dengan panjang pelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 57,40752 nm

Gambar 4.14 Grafik hubungan antara absorbansi A dengan panjang gelombang

  λ untuk kaca biasa

Gambar 4.13 Grafik hubungan antara absorbansi A dengan panjang gelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 114,815 nm

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara transmitansi T dengan panjang pelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 95,6792 nm

Gambar 4.6 Grafik hubungan antara indeks bias lapisan tipis dengan reflektansi R untuk ketebalan lapisan

  57,40752 nm f n

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara transmitansi T dengan panjang pelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 57,40752 nm

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara transmitansi T dengan panjang pelombang

  λ untuk kaca biasa (standar)

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara transmitansi T dengan panjang pelombang

  76,54336 nm f n

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara indeks bias lapisan tipis dengan reflektansi R untuk ketebalan lapisan

  λ untuk ketebalan lapisan 76,54336 nm

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 4.15 Grafik hubungan antara absorbansi A dengan panjang gelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 76,54336 nm

Gambar 4.16 Grafik hubungan antara absorbansi A dengan panjang gelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 95,6792 nm

Gambar 4.17 Grafik hubungan antara absorbansi A dengan panjang gelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 114,815 nm

Gambar 4.18 Grafik hubungan antara reflektansi R, transmitansi T dan absorbansi A dengan panjang gelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 57,40752 nm

Gambar 4.19 Grafik hubungan antara reflektansi R, transmitansi T dan absorbansi A dengan panjang gelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 76,54336 nm

Gambar 4.20 Grafik hubungan antara reflektansi R, transmitansi T dan absorbansi A dengan panjang gelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 95,6792 nm

Gambar 4.21 Grafik hubungan antara reflektansi R, transmitansi T dan absorbansi A dengan panjang gelombang

  λ untuk ketebalan lapisan 114,815 nm

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil deposisi lapisan tipisTabel 4.2 Hasil analisis dari hasil deposisi lapisan tipis

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Lapisan metal tipis pertama kali ditemukan oleh Bunsen dan Grove pada tahun 1852, ketika mereka melakukan penelitian lucutan dalam gas bertekanan rendah dalam suatu sistem vakum, yang menampakkan gejala terbentuknya lapisan metal tipis pada dinding tabung disekitar elektrode negatif (Sudjatmoko, 2003).

  Sejak penemuan itu, penelitian mengenai lapisan tipis berkembang terus sampai sekarang. Saat ini aplikasi lapisan tipis telah menjangkau hampir di semua bidang. Pada bidang elektronik lapisan tipis digunakan dalam pembuatan piranti elektronika seperti kapasitor, transistor, fotodetektor, sel surya, rangkaian hibrid maupun teknologi mikroelektronika. Dalam bidang mekanika lapisan tipis digunakan untuk pembuatan lapisan keras sebagai bahan pelindung terhadap keausan dan anti korosi. Dalam bidang optik digunakan untuk pembuatan lapisan antirefleksi, filter interferensi, cermin reflektor tinggi, kaca-mata pelindung cahaya dan transmisi daya tinggi. Untuk mengetahui karakteristik bahan lapisan tipis perlu dikarakterisasi struktur kristal, keadaan permukaan, tebal lapisan, sifat termal, sifat optik, sifat listrik dan sebagainya.

  Pada penelitian ini akan dilakukan karakterisasi sifat optik antaralain

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  terdeposisi pada substrat kaca, dengan menggunakan spektrofotometer UV- VIS.

  Aluminium merupakan logam yang sering digunakan dan

dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Aluminium mempunyai massa

  2

  

jenis yang cukup kecil, yaitu 2,7 gr/cm (sepertiga massa jenis baja),

merupakan salah satu sifat yang baik (Alonso dan Finn, 1990). Oleh karena

itu kegunaan aluminium menjadi sangat luas. Aluminium murni bersifat

lunak dan mudah ditempa, tetapi kekuatannya dapat ditingkatkan melalui

proses pengerasan. Sifatnya yang ringan, kuat (bila dipadukan), tahan

korosi, daya hantar listrik dan panas yang baik, membuat aluminium cocok

untuk berbagai keperluan.

  Ada beberapa cara yang digunakan untuk mendeposisikan lapisan

tipis, yaitu dengan teknik evaporasi, chemical vapour deposition (CVD),

implantasi ion dan sputtering (percikan). Masing-masing metode

mempunyai kelebihan dan kekurangan. Misalnya, pada metode sputtering

mempunyai daya rekat yang lebih kuat, tetapi dibutuhkan peralatan yang

lebih rumit. Pada metode penguapan atau evaporasi membutuhkan alat yang

cukup sederhana, tetapi atom-atom yang datang ke permukaan bahan

(substrat) daya tempelnya tidak terlalu kuat. Dalam penelitian ini akan

digunakan metode evaporasi untuk membuat lapisan tipis Al pada substrat

kaca.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

1.2 Rumusan Masalah

  Dalam penelitian ini rumusan masalah yang akan dikemukakan adalah:

  1. Bagaimana cara menumbuhkan lapisan tipis Al pada bahan kaca dengan teknik evaporasi.

  2. Bagaimana mengetahui sifat-sifat optis dari lapisan tipis Al?

  1.3 Batasan Masalah Dalam penelitian masalah utamanya adalah proses pembentukkan lapisan tipis dengan teknik evaporasi dalam ruang vakum pada substrat kaca.

  Pembahasan penelitian ini di batasi pada masalah karakterisasi sifat-sifat optik dari lapisan tipis Al yang meliputi : reflektansi, absorbansi dan transmitansinya.

  1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah :

  1. Mendapatkan lapisan tipis Al pada substrat kaca dengan teknik evaporasi.

  2. Mengetahui sifat optis dari lapisan tipis Al khususnya, reflektansi, absorbansi dan transmitansisinya.

  3. Menentukan indeks bias lapisan tipis.

  4. Menentukan koefisien absorbsi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

1.5 Manfaat Penelitian

  Manfaat penelitian ini adalah :

  1. Memberikan pengetahuan atau masukan bagi peneliti tentang penumbuhan lapisan tipis Al dengan teknik evaporasi.

  2. Memberikan pengetahuan bagi peneliti bagaimana karakterisasi sifat- sifat dari lapisan tipis Al.

  3. Penelitian ini diharapkan bisa memberikan sumbangan informasi untuk penelitian sejenis dan pengembangan lebih lanjut.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II DASAR TEORI

2.1 Deposisi Lapisan Tipis Dengan Teknik Evaporasi

  Lapisan tipis adalah suatu lapisan yang sangat tipis dari bahan organik, inorganik, metal maupun campuran metal-organik (organometalic) yang memiliki sifat-sifat konduktor, semikonduktor, superkonduktor maupun isolator. Pada umumnya lapisan tipis dibuat dengan cara deposisi atom-atom suatu bahan pada permukaan substrat dengan ketebalan sampai dengan orde mikro. Dengan melakukan beberapa variasi, misalnya variasi ketebalan lapisan dan variasi waktu deposisi dalam proses deposisi maupun modifikasi sifat-sifat lapisan tipis selama deposisi, dapat diperoleh suatu sifat-sifat khusus dari lapisan tipis tersebut.

  Teknik evaporasi merupakan cara yang paling sederhana yang merupakan proses thermal dari pembentukan suatu lapisan tipis. Prosesnya melalui dua tahapan yaitu, penguapan dari material padat dengan cara pemanasan sampai mencapai suhu tinggi kemudian mengembunkan (condensing) di atas substrat. Evaporasi ini biasanya efektif digunakan pada bahan-bahan logam yang mempunyai titik leleh yang rendah. Untuk material-material yang mempunyai titik leleh tinggi, metode evaporasi tidak

dapat digunakan sehingga harus menggunakan metode deposisi yang lain.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Lapisan tipis dalam penelitian ini diperoleh dengan teknik

penguapan dalam ruang vakum. Pada penelitian ini digunakan peralatan

“coating” jenis Edward Vacuum Coater model E610, yang secara skematis

seperti yang disajikan pada Gambar 2-1. c d a b e f g h i

j

keterangan gambar a.

  Tabung hampa (bejana) b.

  Batang tembaga c. Tempat substrat (kaca) d.

  Substrat (kaca) e. Shutter

  f. Material pelapis

  g. Filamen (evaporation source)

  h. Pompa difusi i. Pompa rotari j. Regulator

Gambar 2.1. Model peralatan coating

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.2 Evaporasi Termal

  

Penguapan (evaporation) adalah perubahan keadaan zat cair menjadi

uap pada suhu di bawah titik didih zat cair. Penguapan terjadi pada permukaan zat cair, beberapa molekul dengan energi kinetik yang paling besar melepaskan diri ke fase gas. Titik didih suatu bahan sangat tergantung pada tekanan di sekitarnya. Pada tekanan yang kecil titik didihnya lebih rendah (Giancoli, 1998).

  Saat sebuah material bahan pelapis dipanaskan pada temperatur uapnya, pada tekanan rendah maka material tersebut akan menguap. Pada penelitian ini material bahan pelapis yang akan diuapkan adalah aluminium. Aluminium akan menguap apabila suhu filamen penguapnya sudah mencapai titik didih aluminium.

  Agar bahan pelapis menempel pada substrat maka dilakukan pendinginan yaitu dengan cara menurunkan arus pemanasnya. Pendinginan ini dilakukan agar bahan pelapis yang sudah menguap akan mengembun dan menempel pada substrat. Pedinginan tersebut dilakukan kalau seluruh bahan pelapis sudah menguap.

  Sumber evaporasi yang berisi bahan pelapis (metal) memperoleh kalor dari energi listrik sebesar (Yahya, 1995)

  2 E = R I t …………………………………………………..…(2)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  dengan R = Hambatan listrik ( Ω) I = Arus yang mengalir pada sumber evaporasi (A) t = waktu proses evaporasi

Energi yang dibutuhkan untuk memisahkan atom-atom dari bahan asalnya

disebut kalor penguapan (Q)

  Q = m L ………………………………………………………..(3) dengan m = massa bahan pelapis

  L = kalor uap laten

Energi ini berupa kalor yang diberikan bahan tersebut untuk mengubah fase

padat menjadi fase gas pada suhu titik didihnya (T ) d

  Dengan anggapan bahwa tidak ada energi yang hilang maka energi kinetik atom-atom yang meninggalkan sumber penguapan sama dengan :

  2

  2

  1 = − =

  E R I t Q m v ………………………………………(4) kin

  2

• 3

  

Karena berada dalam vakum yang cukup tinggi (< 10 Torr) maka dianggap

bahwa atom-atom tersebut tidak bertumbukan dengan atom-atom dalam

bejana, tetapi langsung menumbuk substrat di atasnya dengan kecepatan

  2 2 ( R I t − Q ) v ………………………………………….(5)

  = m

  Dari rumus diatas dapat diketahui bahwa kecepatan tumbukan

tergantung pada arus yang diberikan sumber penguapan, bila arus yang

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  berbentuk lapisan. Kalaupun terbentuk lapisan pada substrat tersebut, lapisan tersebut tidak kuat atau kurang baik karena daya melekatnya kecil.

  Tetapi sebaliknya bila arus yang diberikan besar maka kecepatan tumbukannya juga besar sehingga atom-atom bahan pelapis menempel kuat pada substrat dan terbentuklah lapisan tipis yang baik.

2.3 Sistem Vakum

  Pembuatan lapisan tipis dengan cara penguapan sebenarnya dapat dilakukan di ruang terbuka, tetapi pertumbuhan lapisan tipis yang dihasilkan tidak bagus, karena pada saat pembuatan banyak gas-gas atau molekul- molekul lain yang ikut andil didalamnya. Oleh karena itu untuk mengurangi molekul-molekul yang mempengaruhinya maka pembuatan lapisan tipis dilakukan dalam ruang vakum.

  Keadaan vakum berarti adalah dimana suatu ruangan yang mempunyai kerapatan gas di dalamnya sangat rendah. Suatu keadaan vakum tidak dapat dilihat langsung dengan mata, karena pengisi ruangannya berupa gas. Untuk mengetahui tingkat kevakuman, biasanya dengan mengukur tekanannya. Dari teori kinetik gas ditunjukkan bahwa besar tekanan gas adalah (Yahya, 1995)

2 P = ½ n m v …………………………………………………(1)

  dimana : P = tekanan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  m = massa satu molekul gas v = kecepatan rata-rata Dari hubungan di atas dapat dilihat bahwa besarnya tekanan

sebanding dengan banyaknya partikel atau molekul gas. Jadi semakin kecil

tekanan, molekul gas juga semakin kecil, sehingga tingkat kevakuman

semakin tinggi. Dalam satuan internasional (SI) satuan tekanan dinyatakan

  2

  

dalam pascal (Pa) atau Newton/m . Dalam teknologi vakum lebih banyak

digunakan satuan Torr/mmHg dan mbar.

2.3.1 Tingkat Kevakuman

  Keadaan vakum dapat membuat tekanan dalam suatu sistem menjadi

jauh dibawah tekanan atmosfir, sehingga molekul-molekul gas letaknya

saling berjauhan. Ini berarti jarak bebas rata-ratanya sangat panjang dan

aliran gas tidak dipengaruhi lagi oleh kemungkinan tumbukan gas yang lain,

tetapi dipengaruhi oleh kemungkinan terjadinya tumbukan-tumbukan

molekul gas dengan dinding sistem vakum tersebut.

  Kevakuman suatu sistem dapat diklasifikasikan menurut tingkat kevakumannya yaitu (Suprapto,1998) : a.

  Vakum rendah mempunyai tekanan kira-kira sampai dengan 1 Torr.

• 3

  b. Vakum sedang mempunyai tekanan kira-kira 1 Torr sampai dengan 10 Torr.

• 3 -7

  c. Vakum tinggi mempunyai tekanan lira-kira 10 Torr sampai dengan 10

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

• 7 d.

  Torr sampai Vakum sangat tinggi mempunyai tekanan kira-kira 10

• 16 dengan 10 Torr.

  Berdasarkan cara menvakumkan sistem vakum (hampa), maka dapat

dibedakan sebagai berikut : sistem vakum statis dan sistem dinamis. Sistem

vakum statis yaitu suatu sistem vakum yang mana untuk mencapai

kevakuman tertentu dengan menvakumkan sistem tersebut sampai

kevakuman yang diinginkan kemudian ditutup/disumbat. Jadi sistem harus

bebas dari kebocoran dan hal-hal yang menyebabkan penurunan kevakuman.

  

Sebagai contoh sistem vakum statis adalah seperti thermos. Sedangkan

sistem vakum dinamis yaitu suatu sistem vakum yang mana untuk mencapai

kevakuman tertentu dengan menvakumkan sistem tersebut secara terus

menerus untuk mempertahankan tingkat kevakuman yang telah dicapai.

  

Sebagai contoh sistem vakum dinamis adalah : sistem coating, akselerator,

spektometer massa dan sebagainya.

  Pada metode evaporasi, untuk melakukan proses penguapan pada

• 5

  

coatingnya tingkat kevakumannya sudah di atur minimal 10 Torr. Jika

• 5

  

tingkat kevakumannya kurang dari 10 Torr, maka proses penguapan belum

siap dilakukan karena masih ada partikel-partikel lain yang akan

mengganggu. Semakin tinggi tingkat kevakumannya maka lapisan tipis yang

dihasilkan akan semakin bagus. Proses evaporasi bisa dilakukan pada

• 5

  

tingkat kevakuman lebih tinggi dari 10 Torr, tetapi memerlukan waktu

yang lebih lama.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.3.2 Pompa Vakum

  Untuk membuat ruang vakum dipermukaan bumi, usaha yang

dilakukan oleh manusia adalah dengan cara memompa keluar udara dari

suatu ruangan tertutup dengan pompa vakum. Telah diketahui bahwa vakum

merupakan sarana atau alat dalam melakukan suatu proses, oleh karena itu

tingkat kevakuman yang dibuat juga sesuai dengan kebutuhan. Agar

diperoleh kevakuman yang tinggi, maka diperlukan sistem vakum yang

terdiri dari sebuah pompa rotari dan pompa difusi. Tingkat kevakuman yang

• 3

  

dicapai oleh pompa rotari sekitar 10 Torr dan pompa difusi dapat mencapai

• 8 tingkat kevakuman hingga 10 Torr.

a. Pompa rotari

  Proses penghampaan tingkat tinggi tidak dapat dilakukan secara

sekaligus, karena tidak ada pompa apapun yang dapat mencapai tingkat

kehampaan yang tinggi secara langsung. Untuk mencapai tingkat

kehampaan yang tinggi diperlukan pompa pendahuluan, dalam hal ini

digunakan pompa rotari.

  Jenis pompa rotari yang dipakai adalah jenis mekanik katub sorong.

Bagian utama dari pompa rotari ini adalah stator dan rotor yang dapat

diputar dengan menggunakan sebuah motor listrik. Katub sorong dilengkapi

dengan sebuah pegas yang selalu menyinggung dinding stator dalam

putarannya dan berfungsi sebagai sket antara kedua ruang dalam rongga

stator. Bagian rotor akan menggerakkan dan menghisap udara keluar dari

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Prinsip kerja pompa rotari ini adalah sebagai berikut : mula-mula udara dihisap dari ruang yang akan divakumkan oleh katub sorong (Gambar 2-2.a) . Pegas dari rotor menekan katub sorong kedinding bejana (stator), sehingga merupakan penyekat antara ruang vakum dan udara yang akan dibuang (Gambar 2-2.b). Udara yang dihisap akan dikeluarkan melalui saluran keluar yang sempit. Karena tekanan udara yang akan dibuang semakin besar, maka katub saluran pembuang akan terbuka sehingga udara bisa keluar (Gambar 2-2.c).

  Sistem vakum katub

  (a) (b) (c)

Gambar 2.2. Prinsip kerja pompa rotari : a) penghisapan udara. b) pemampatan udara.

  

c) pengeluaran udara

Pompa rotari dapat dioperasikan mulai dari tekanan udara luar

• 3

  sampai dengan vakum rendah sekitar 10 Torr. Sedangkan pada vakum tinggi pompa rotari berfungsi sebagai pompa depan, yaitu pompa yang

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

b. Pompa difusi

  Pompa difusi untuk mencapai tingkat kehampaan yang tinggi,