Sintesis film diamond pada substrat Cu F (1)
Sintesis film diamond pada substrat Cu, Fe dan Si melalui Proses In-Liquid
Microwave Plasma CVD
Diamond merupakan substansi paling keras yang ada dipermukaan bumi dan
material yang memilikiketahanan aus paling baik. Selain itu diamond juga memiliki
konduktivitas termal yang tinggi, wide band gap, dispersi optikal yang tinggi dan secara
natural merupakan lipofilik dan hidrofobik. Dikarenakan sifanya itu banyak dikembangkan
film diamond untuk substansi yang relatif murah dalam berbagai macam aplikasi seperti
heat sink, ketahanan abrasif dan aus serta coating untuk tool steel. Saat ini metode baru
untuk mensintesis film diamond pada substrat material yang disebut in- liquid microwave
plasma CVD (IL-MPCVD) sedang dikembangkan sebagai alternatif fasa gas MPCVD
konvensional. Keuntungan IL-MPCVD adalah mudah untuk mensintesis diamond pada
material dengan ketahanan panas yang rendah, efek pendinginan IL-MPCVD lebih besar
dibandingkan dengan metode konvensional dikarenakan reaksi kimia yang terbuat dari
liquid yang memungkinkan mendepositkan pada substrat dengan ketahanan panas yang
rendah. Keuntungan lainnya adalah laju pembentukannya yang cepat. Plasma dihasilkan
dalam gelembung dari penguapan liquid dan sintesis diamond pada substrat. Dikarenakan
liquid lebih padat dibandingkan dengan gas, activated species dari karbon dan hidrogen
dengan densitas tinggi memberikan laju pertumbuhan diamond yang lebih tinggi. Selain itu
penggunaan Vacuum Chamber bisa dikurangi didalam IL-MPCVD.
Alat yang digunakan untuk proses IL-MPCVD adalah seperti gambar berikut :
Reaktor terbuat dari quartz glass tube, larutan yang digunakan merupakan campuran
metanol dan etanol yang dituang kedalam reaktor. Tekanan didalam reaktor dikurangi
menggunakan aspirator. Gelombang Mikro disinari kedalam reaktor dari elektroda tungsten
yang ditingkatkan dengan resonator dan plasma dihasilkan pada ujung elektroda tersebut.
Gelombang mikro berfungsi untuk menjaga temperatur substrat (650 - 750 oC) Substrat Cu,
Fe dan Si disiapkan. Berdasarkan percobaan sebelumnya, pada substrat Fe terjadi
delamination film yang salah satunya disebabkan oleh thermal stress yang terjadi akibat
koefisien ekspansi linear tidak cocok antara substrat logam dan film diamond. Sehingga
untuk mengatasi delamination film tersebut, peneliti menambahkan Si Interlayer antara
substrat baja dengan film diamond.
Bubuk diamond dicampur dengan metanol sampai
terbentuk aqueous colloid. Kecocokan koefisien ekspansi termal diantara diamond dan
substrat material merupakan faktor penting untuk menentukan apakah film diamond dapat
tumbuh pada substrat dengan baik atau tidak. Si memiliki koefisien ekspansi termal yang
relatif rendah, titik lebur yang tinggi dan membentuk lapisan karbida yang terlokalisasi.
Diamond memiliki koefisien ekspansi termal (α) yang paling rendah dibandingkan material
lain. Kedekatan nilai antara substrat Si dengan diamond menjadikan film diamond tumbuh
dengan baik. Pada gambar 1. Terlihat perbandingan antara substrat Cu, Si dan Fe hasil dari
percobaan. Gambar tersebut diambil pada titik dimana karbon melekat pada substrat. Pada
hasil penelitian, waktu untuk membentuk diamond film untuk Cu, Si dan Fe adalah 2.5, 3.5
dan 5 menit. Cu memerlukan waktu yang lebih sedikit dikarenakan atom C sulit untuk
berdifusi kedalam substrat Cu dan pada akhirnya atom karbon bertindak sebagai film
diamond pada substrat. Fe memerlukan waktu yang lebih lama dikarenakan karbon dengan
mudah berdifusi kedalam substrat Fe. Si merupakan substrat terbaik untuk membentuk film
diamond dikarenakan Si dapat membentuk lapisan karbida seperti SiO 2, quartz dan Si3N4.
Film diamond dengan daya lekat yang tinggi bisa didapatkan ketika material tersebut dapat
membentuk film karbida yang berperan sebagai lem untuk membantu penumbuhan
Diamond CVD dan dapat melepaskan tegangan pada interface selama pelekatan.
Atomic layer deposition (ALD) merupakan teknik untuk melapisi permukaan dengan
film tipis. Coating merupakan deposit lapisan atomic melalui lapisan atomic sehingga
komposisi kimia dan ketebalan coating bisa ditetapkan. Teknik plasma Atomic layer
deposition (ALD) digunakan untuk aplikasi pada temperatur berkisar 100°C dan tidak
membutuhkan pretreatment pada permukaan dikarenakan sudah adanya inisiasi aktivasi
permukaan plasma. Jika dibandingkan dengan in-liquid microwave plasma CVD, temperatur
pada aplikasi plasma atomic layer deposition temperatur aplikasi nya lebih rendah
dibandingkan dengan metode in-liquid microwave plasma CVD sehingga metode atomic
layer deposition cocok untuk material seperti plastik. Keuntungan lain dari metode atomic
layer deposition adalah ketebalan coating homogen, komposisi kimia pada film jelas,
memungkinkan untuk mencoating bagian produk dengan hasil yang setiap bentuk homogen,
sedikit cacat yang ada pada coating. Sedangkan kerugiannya atomic layer deposition
dibandingkan dengan chemical Vapor Depotition adalah biaya produksi lebih tinggi untuk
gas coating dan penyimpanannya serta membutuhkan waktu proses yang lebih lama untuk
menghasilkan ketebalan coating yang sama.
Lampiran :
Gambar 1. Hasil SEM pada sintesis film diamond pada substrat Cu, Fe dan Si
Microwave Plasma CVD
Diamond merupakan substansi paling keras yang ada dipermukaan bumi dan
material yang memilikiketahanan aus paling baik. Selain itu diamond juga memiliki
konduktivitas termal yang tinggi, wide band gap, dispersi optikal yang tinggi dan secara
natural merupakan lipofilik dan hidrofobik. Dikarenakan sifanya itu banyak dikembangkan
film diamond untuk substansi yang relatif murah dalam berbagai macam aplikasi seperti
heat sink, ketahanan abrasif dan aus serta coating untuk tool steel. Saat ini metode baru
untuk mensintesis film diamond pada substrat material yang disebut in- liquid microwave
plasma CVD (IL-MPCVD) sedang dikembangkan sebagai alternatif fasa gas MPCVD
konvensional. Keuntungan IL-MPCVD adalah mudah untuk mensintesis diamond pada
material dengan ketahanan panas yang rendah, efek pendinginan IL-MPCVD lebih besar
dibandingkan dengan metode konvensional dikarenakan reaksi kimia yang terbuat dari
liquid yang memungkinkan mendepositkan pada substrat dengan ketahanan panas yang
rendah. Keuntungan lainnya adalah laju pembentukannya yang cepat. Plasma dihasilkan
dalam gelembung dari penguapan liquid dan sintesis diamond pada substrat. Dikarenakan
liquid lebih padat dibandingkan dengan gas, activated species dari karbon dan hidrogen
dengan densitas tinggi memberikan laju pertumbuhan diamond yang lebih tinggi. Selain itu
penggunaan Vacuum Chamber bisa dikurangi didalam IL-MPCVD.
Alat yang digunakan untuk proses IL-MPCVD adalah seperti gambar berikut :
Reaktor terbuat dari quartz glass tube, larutan yang digunakan merupakan campuran
metanol dan etanol yang dituang kedalam reaktor. Tekanan didalam reaktor dikurangi
menggunakan aspirator. Gelombang Mikro disinari kedalam reaktor dari elektroda tungsten
yang ditingkatkan dengan resonator dan plasma dihasilkan pada ujung elektroda tersebut.
Gelombang mikro berfungsi untuk menjaga temperatur substrat (650 - 750 oC) Substrat Cu,
Fe dan Si disiapkan. Berdasarkan percobaan sebelumnya, pada substrat Fe terjadi
delamination film yang salah satunya disebabkan oleh thermal stress yang terjadi akibat
koefisien ekspansi linear tidak cocok antara substrat logam dan film diamond. Sehingga
untuk mengatasi delamination film tersebut, peneliti menambahkan Si Interlayer antara
substrat baja dengan film diamond.
Bubuk diamond dicampur dengan metanol sampai
terbentuk aqueous colloid. Kecocokan koefisien ekspansi termal diantara diamond dan
substrat material merupakan faktor penting untuk menentukan apakah film diamond dapat
tumbuh pada substrat dengan baik atau tidak. Si memiliki koefisien ekspansi termal yang
relatif rendah, titik lebur yang tinggi dan membentuk lapisan karbida yang terlokalisasi.
Diamond memiliki koefisien ekspansi termal (α) yang paling rendah dibandingkan material
lain. Kedekatan nilai antara substrat Si dengan diamond menjadikan film diamond tumbuh
dengan baik. Pada gambar 1. Terlihat perbandingan antara substrat Cu, Si dan Fe hasil dari
percobaan. Gambar tersebut diambil pada titik dimana karbon melekat pada substrat. Pada
hasil penelitian, waktu untuk membentuk diamond film untuk Cu, Si dan Fe adalah 2.5, 3.5
dan 5 menit. Cu memerlukan waktu yang lebih sedikit dikarenakan atom C sulit untuk
berdifusi kedalam substrat Cu dan pada akhirnya atom karbon bertindak sebagai film
diamond pada substrat. Fe memerlukan waktu yang lebih lama dikarenakan karbon dengan
mudah berdifusi kedalam substrat Fe. Si merupakan substrat terbaik untuk membentuk film
diamond dikarenakan Si dapat membentuk lapisan karbida seperti SiO 2, quartz dan Si3N4.
Film diamond dengan daya lekat yang tinggi bisa didapatkan ketika material tersebut dapat
membentuk film karbida yang berperan sebagai lem untuk membantu penumbuhan
Diamond CVD dan dapat melepaskan tegangan pada interface selama pelekatan.
Atomic layer deposition (ALD) merupakan teknik untuk melapisi permukaan dengan
film tipis. Coating merupakan deposit lapisan atomic melalui lapisan atomic sehingga
komposisi kimia dan ketebalan coating bisa ditetapkan. Teknik plasma Atomic layer
deposition (ALD) digunakan untuk aplikasi pada temperatur berkisar 100°C dan tidak
membutuhkan pretreatment pada permukaan dikarenakan sudah adanya inisiasi aktivasi
permukaan plasma. Jika dibandingkan dengan in-liquid microwave plasma CVD, temperatur
pada aplikasi plasma atomic layer deposition temperatur aplikasi nya lebih rendah
dibandingkan dengan metode in-liquid microwave plasma CVD sehingga metode atomic
layer deposition cocok untuk material seperti plastik. Keuntungan lain dari metode atomic
layer deposition adalah ketebalan coating homogen, komposisi kimia pada film jelas,
memungkinkan untuk mencoating bagian produk dengan hasil yang setiap bentuk homogen,
sedikit cacat yang ada pada coating. Sedangkan kerugiannya atomic layer deposition
dibandingkan dengan chemical Vapor Depotition adalah biaya produksi lebih tinggi untuk
gas coating dan penyimpanannya serta membutuhkan waktu proses yang lebih lama untuk
menghasilkan ketebalan coating yang sama.
Lampiran :
Gambar 1. Hasil SEM pada sintesis film diamond pada substrat Cu, Fe dan Si