SNFP UM 2016 HANDOYO SAPUTRO
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2015
Perubahan Nilai Kekerasan, Resistivitas, dan Konduktivitas Substrat
Alumunium dengan Metode Sputtering Terhadap Variasi Tekanan
HANDOYO SAPUTRO
Prodi Pendidikan Fisika JPMIPA Universitas Sarjanawiyata Tamansiswa. Jl. Batikan UH III/
1043 Yogyakarta,
E-mail: hansputra13@yahoo.com
TEL: 085643412067
ABSTRAK: Artikel ini membahas tentang pendeposisian besi pada subtrat aluminium dengan
metode sputtering terhadap variasi tekanan. Variasi yang dilakukan dengan interval tekanan
0,030 Torr sampai 0,042 dengan deposisi waktu 3 jam. Hasil sputtering dari variasi suhu
menunjukkan perubahan warna yaitu sebagian kuning keemasan bercampur merah, biru, dan
sebagian lagi berwarna keabu-abuan tergantung lamanya waktu pendeposisian. Untuk
mengetahui tingkat kekerasan dilakukan uji dengan alat uji kekerasan mikro model MXT70,
sedangkan penentuan resistivitas jenis atau konduktivitas dengan metode probe empat titik.
Diperoleh hasil tingkat kekerasan maksimum pada tekanan 0.034 Torr adalah 112 %. Pada
tekanan 0.042 Torr mengalami penurunan tingkat kekerasan 13 %, penurunan resisitivitas
dan peningkatan konduktivitas
. Pendeposisian lapisan
tipis pada subtrat aluminium dengan metode sputtering variasi tekanan mengalami pengukuran
terbaik pada tekanan 0.034 Torr dan penurunan kekerasan pada suhu tekanan 0.042 Torr
sedangkan nilai konduktivitas mengalami peningkatan dengan grafik cenderung linier.
Kata Kunci : sputtering, aluminium, kekerasan, resistivitas, konduktivitas
PENDAHULUAN
Karakteristik suatu bahan dapat ditinjau dari sifat fisisnya diantaranya kekerasan,
resistivitas, konduktifitas, porositas bahan tersebut. Untuk substrat bahan jenis logam
mempunyai sifat ketahanan terhadap deformasi yaitu deformasi plastic atau deformasi
permanen. Sifat tersebut selanjutnya disebut sebagai kekerasan suatu bahan, antara
lain kekerasan goresan (scratch hardness), kekerasan lekukan (identation hardness) dan
kekerasan pantulan (rebound).
Bahan yang mempunyai sifat unggul diantaranya lapisan tipis. Aplikasi lapisan
tipis di bidang mekanika bertujuan untuk meningkatkan kekerasan (hardness),
ketahanan terhadap keausan dan anti korosi. Dalam pembuatan lapisan tipis terdapat
sejumlah metode yang teah dikembangkan hingga saat ini yaitu implantasi ion,
penyulutan ion (surface coating) serta sputtering (Ohring et.all, 1992).
Penggunaan metode sputtering untuk pendeposisian akan mudah menghasilkan
dan lapisan yang
lapisan tipis dari bahan yang mempunyai titik leleh tinggi 1345
terbentuk akan mempunyai komposisi yang serupa dengan bahan pelapis (Konuma,
1992). Dan agak sulit jika dibentuk dengan metode implantasi ion, penyulutan ion
(surface coating). Disamping itu pada metode sputtering dapat divariasi waktu, tekanan,
dan suhu.
Untuk bahan logam hanya kekerasan goresan lekukan yang banyak dipakai karena
tidak merusak bahan. Angka kekerasan knoop (KHN) menunjukkan nilai beban dibagi
luas proyeksi lekukan yang tidak akan kembali ke bentuk semula (persamaan 1).
(1)
Dengan P bahan yang diterapkan, L panjang diagonal dan C konstanta penumbuk.
ISBN 978-602-71279-1-9
FM-45
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Gambar 2. Metode probe elektrik empat titik (Looke, 1999)
Pada Penentuan konduktivitas listrik bahan, pengukuran yang digunakan bersifat
tidak merusak bahan, cepat dan efisien. Pengukuran resistivitas bahan tersebut
menggunakan Metode Probe empat titik (gambar 2).
Secara umum dirumuskan seperti dalam konsep konfigurasi Wenner (M.Toifur,
2014):
K
V
I
(2)
dengan K faktor geometri, I arus mengalir antara probe bagian luar dan V tegangan
terukur antara probe bagian dalam. Resistansi (Rs) probe bentuk garis untuk arus yang
mengalir paralel dengan permukaan dapat dinyatakan dengan persamaan 3 (Na Peng
Bo, 1995) yaitu:
Rs
π V
ln 2 I
(3)
Jika ketebalan batuan (x) terhadap jarak probe (s) mempunyai perbandingan (x/s)
kurang dari 0,4 makaresistivitasnya dinyatakan dengan :
ρ Rs x 4,5324
V
x
I
(4)
Jadi, jika pengukuran resistivitas suatu bahan dengan menggunakan probe elektrik
empat titik, maka harus dikoreksi dengan faktor koreksi sebesar 4,5324 (Sujatmoko
et.all, 1992). Pada penelitian sebelumnya diketahui terjadi penurunan yang lebih tajam
untuk lapisan SiN yang dihasilkan melalui proses sputtering pada tekanan 9,5.10-2 torr,
yaitu menjadi sebesar 0,59 mpy (Tri Mardji et.all, 2002)
Pada penelitian terdahulu juga dikatakan bahwa parameter suhu terkait dengan
bahan substrat mempengaruhi struktur lapisan (Tono Wibowo et.all, 2000).
Pada penelitian ini dilakukan mendeposisian besi pada subtrat alumunium terhadap
variasi tekanan. Selanjutnya dilakukan uji kekerasan mikro, penentuan resistivitas
jenis atau konduktivitas lapisan tipis besi pada subtrat alumunium hasil sputtering.
METODE PENELITIAN
Dalam penelitian ini akan digunakan metode sputtering untuk mendeposisian
lapisan tipis besi pada subtrat alumunium terhadap variasi tekanan pada interval 0.030
Torr sampai 0.042 Torr dan waktu deposisi 3 jam. Pendeposisian dengan metode
tersebut ditunjukkan pada gambar 3.
Pada alat (Gambar 3) terlebih dahulu dilakukan setting alat yaitu menggunakan
tekanan 6.10-2 torr, arus (I) 13,8 mA, tegangan (V) 1200 V dan waktu deposisi 3 jam.
Selanjutnya dilakukan Uji Kekerasan Mikro (persamaan 1) dan uji resistivitas atau
konduktivitas keeping (persamaan 3 dan 4).
ISBN 978-602-71279-1-9
FM-46
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Gambar 3. Skema pendeposisian lapisan tipis dengan metode sputtering
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pendeposisian lapisan tipis besi pada permukaan subtrat alumunium melalui
proses sputtering akan mempengaruhi perubahan nilai kekerasan. resistivitas, dan
konduktivitas bahan.
Tabel 1. Data hasil uji kekerasan dan resistivitas untuk
variasi tekanan
No
Cuplikan
1
2
3
4
5
6
7
8
B
C
D
E
F
G
H
0,030
0,032
0,034
0,036
0,038
0.040
0.042
107
190
202
227
180
16
144
120
2
4
2
2
4
5
5
2
78
89
112
68
53
37
13
397
280
192
164
154
138
124
114
2
5
4
4
5
3
5
2
252
357
521
609
649
725
806
50
20
25
25
20
33
20
50
Terlihat, bahwa subtrat alumunium yang telah dideposisi mengalami perubahan
warna sebagian kuning keemasan, bercampur merah, hijau, biru, dan sebagian lagi
berwarna keabu-abuan. Dengan menggunakan persamaan 1 dan 4 diperoleh data hasil
seperti ditunjukan pada table 1.
Uji Kekerasan
Gambar 3. Grafik angka kekerasan mikro subtrat alumunium pada variasi tekanan
Pada gambar 3 terlihat terjadi peningkatan nilai kekerasan yang bervariasi yaitu
tingkat kekerasan maksimum terjadi pada subtrat yang dideposisi pada tekanan 0.034
ISBN 978-602-71279-1-9
FM-47
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Torr, dengan nilai 227
, peningkatanya 112 %. Pengukuran ini merupakan
pengukuran yang terbaik. Terlihat juga pada tekanan 0.042 Torr, terjadi penurunan
nilai kekerasan terkecil 120
dengan dengan prosentase 13 %.
Uji Resistivitas atau Konduktivitas
Pada gambar 4 dan 5, terlihat peningkatan nilai konduktivitas maksimum yang
terjadi pada tekanan 0.042 Torr dengan nilai 877
resistivitasnya mengalami penurunan dengan nilai 114
sedangkan nilai
dan pada kondisi inilah
pengukuran konduktivitas opimal. Gambar 5 juga menunjukkan grafik konduktivitas
terhadap suhu cenderung linier.
Gambar 4. Grafik resistivitas subtrat alumunium terhadap variasi tekanan
Gambar 5. Grafik konduktivias subtrat alumunium pada variasi tekanan
KESIMPULAN
Pendeposisian lapisan tipis pada subtrat aluminium dengan metode sputtering
terhadap variasi tekanan mengalami penurunan kekerasan pada tekanan 0.042 Torr,
sedangkan nilai konduktivitas mengalami peningkatan dan grafik menunjukan linier.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini dilakukan di BATAN, oleh karena itu penulis mengucapkan banyak
terimakasih kepada pihak tersebut atas kepercayaannya.
ISBN 978-602-71279-1-9
FM-48
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
DAFTAR RUJUKAN
Bevington, Philip, R., 1969. Data reduction and Error Analysis, for the Physical. New
York: McGraw-Hill
Konuma, M., 1992. Film Deposition, by Plasma Techniques, Springer-Veriag. Berlin.
M. H. Looke, 1999. Electrical Imaging Survey for Environemental and Engineering
Studies, A Practical Guide to 2-D and 3-D Surveys. Malaysia: Penang
Na Peng Bo. 1995. Penelitian dan Penerapan Teknologi Lapisan Tipis Yang Di Buat
Dengan PVD Untuk Pembangunan. Jakarta: Jurusan Fisika FMIPA Universtas
Indonesia,
Ohring, Milton, 1992. The Materinal Science Thin Films. New York: Academic Press.
Sayono, Suprapto, Sunardi, 2006. Pembuatan Lapisan Tipis SnO2 dengan Metode
Sputtering DC untuk Sensor Gas CO, Prosiding PPI PDIPTN-BATAN, Yogyakarta.
Sudjadmoko, Darsono, Djasmin, 1992. Fluks Neutron 14 MeV dari Generator Neutron
sebagai Fungsi Arus Deutron, dalam Prosiding Peresentasi dan Pertemuan Ilmiah
PPNY-BATAN, Yogyakarta.
Toifur, M, 2014, Memahami Resistivitas Berbagai Jenis Probe Arus-Tegangan, Prosiding
Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI, Jateng-DIY.
Tri Mardji, A, Elin, N, Sahat, S, 2002, Deposisi Lapisan Tipis SiN Menggunakan Teknik
Sputtering untuk Pelindung Korosi pada Logam Besi, Prosiding Pertemuan Ilmiah,
P3TM-BATAN, Yogyakarta.
Wibowo, T.,dkk., 2002. Pengaruh Parameter Sputtering terhadapn Perubahan Struktur
Lapisan Tipis ZnO. Yogyakarta: Proceding P3TM, hal 166-171- BATAN
ISBN 978-602-71279-1-9
FM-49
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
ISSN 1234-5678 2016 JURUSAN FISIKA UM
F-M-50
Perubahan Nilai Kekerasan, Resistivitas, dan Konduktivitas Substrat
Alumunium dengan Metode Sputtering Terhadap Variasi Tekanan
HANDOYO SAPUTRO
Prodi Pendidikan Fisika JPMIPA Universitas Sarjanawiyata Tamansiswa. Jl. Batikan UH III/
1043 Yogyakarta,
E-mail: hansputra13@yahoo.com
TEL: 085643412067
ABSTRAK: Artikel ini membahas tentang pendeposisian besi pada subtrat aluminium dengan
metode sputtering terhadap variasi tekanan. Variasi yang dilakukan dengan interval tekanan
0,030 Torr sampai 0,042 dengan deposisi waktu 3 jam. Hasil sputtering dari variasi suhu
menunjukkan perubahan warna yaitu sebagian kuning keemasan bercampur merah, biru, dan
sebagian lagi berwarna keabu-abuan tergantung lamanya waktu pendeposisian. Untuk
mengetahui tingkat kekerasan dilakukan uji dengan alat uji kekerasan mikro model MXT70,
sedangkan penentuan resistivitas jenis atau konduktivitas dengan metode probe empat titik.
Diperoleh hasil tingkat kekerasan maksimum pada tekanan 0.034 Torr adalah 112 %. Pada
tekanan 0.042 Torr mengalami penurunan tingkat kekerasan 13 %, penurunan resisitivitas
dan peningkatan konduktivitas
. Pendeposisian lapisan
tipis pada subtrat aluminium dengan metode sputtering variasi tekanan mengalami pengukuran
terbaik pada tekanan 0.034 Torr dan penurunan kekerasan pada suhu tekanan 0.042 Torr
sedangkan nilai konduktivitas mengalami peningkatan dengan grafik cenderung linier.
Kata Kunci : sputtering, aluminium, kekerasan, resistivitas, konduktivitas
PENDAHULUAN
Karakteristik suatu bahan dapat ditinjau dari sifat fisisnya diantaranya kekerasan,
resistivitas, konduktifitas, porositas bahan tersebut. Untuk substrat bahan jenis logam
mempunyai sifat ketahanan terhadap deformasi yaitu deformasi plastic atau deformasi
permanen. Sifat tersebut selanjutnya disebut sebagai kekerasan suatu bahan, antara
lain kekerasan goresan (scratch hardness), kekerasan lekukan (identation hardness) dan
kekerasan pantulan (rebound).
Bahan yang mempunyai sifat unggul diantaranya lapisan tipis. Aplikasi lapisan
tipis di bidang mekanika bertujuan untuk meningkatkan kekerasan (hardness),
ketahanan terhadap keausan dan anti korosi. Dalam pembuatan lapisan tipis terdapat
sejumlah metode yang teah dikembangkan hingga saat ini yaitu implantasi ion,
penyulutan ion (surface coating) serta sputtering (Ohring et.all, 1992).
Penggunaan metode sputtering untuk pendeposisian akan mudah menghasilkan
dan lapisan yang
lapisan tipis dari bahan yang mempunyai titik leleh tinggi 1345
terbentuk akan mempunyai komposisi yang serupa dengan bahan pelapis (Konuma,
1992). Dan agak sulit jika dibentuk dengan metode implantasi ion, penyulutan ion
(surface coating). Disamping itu pada metode sputtering dapat divariasi waktu, tekanan,
dan suhu.
Untuk bahan logam hanya kekerasan goresan lekukan yang banyak dipakai karena
tidak merusak bahan. Angka kekerasan knoop (KHN) menunjukkan nilai beban dibagi
luas proyeksi lekukan yang tidak akan kembali ke bentuk semula (persamaan 1).
(1)
Dengan P bahan yang diterapkan, L panjang diagonal dan C konstanta penumbuk.
ISBN 978-602-71279-1-9
FM-45
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Gambar 2. Metode probe elektrik empat titik (Looke, 1999)
Pada Penentuan konduktivitas listrik bahan, pengukuran yang digunakan bersifat
tidak merusak bahan, cepat dan efisien. Pengukuran resistivitas bahan tersebut
menggunakan Metode Probe empat titik (gambar 2).
Secara umum dirumuskan seperti dalam konsep konfigurasi Wenner (M.Toifur,
2014):
K
V
I
(2)
dengan K faktor geometri, I arus mengalir antara probe bagian luar dan V tegangan
terukur antara probe bagian dalam. Resistansi (Rs) probe bentuk garis untuk arus yang
mengalir paralel dengan permukaan dapat dinyatakan dengan persamaan 3 (Na Peng
Bo, 1995) yaitu:
Rs
π V
ln 2 I
(3)
Jika ketebalan batuan (x) terhadap jarak probe (s) mempunyai perbandingan (x/s)
kurang dari 0,4 makaresistivitasnya dinyatakan dengan :
ρ Rs x 4,5324
V
x
I
(4)
Jadi, jika pengukuran resistivitas suatu bahan dengan menggunakan probe elektrik
empat titik, maka harus dikoreksi dengan faktor koreksi sebesar 4,5324 (Sujatmoko
et.all, 1992). Pada penelitian sebelumnya diketahui terjadi penurunan yang lebih tajam
untuk lapisan SiN yang dihasilkan melalui proses sputtering pada tekanan 9,5.10-2 torr,
yaitu menjadi sebesar 0,59 mpy (Tri Mardji et.all, 2002)
Pada penelitian terdahulu juga dikatakan bahwa parameter suhu terkait dengan
bahan substrat mempengaruhi struktur lapisan (Tono Wibowo et.all, 2000).
Pada penelitian ini dilakukan mendeposisian besi pada subtrat alumunium terhadap
variasi tekanan. Selanjutnya dilakukan uji kekerasan mikro, penentuan resistivitas
jenis atau konduktivitas lapisan tipis besi pada subtrat alumunium hasil sputtering.
METODE PENELITIAN
Dalam penelitian ini akan digunakan metode sputtering untuk mendeposisian
lapisan tipis besi pada subtrat alumunium terhadap variasi tekanan pada interval 0.030
Torr sampai 0.042 Torr dan waktu deposisi 3 jam. Pendeposisian dengan metode
tersebut ditunjukkan pada gambar 3.
Pada alat (Gambar 3) terlebih dahulu dilakukan setting alat yaitu menggunakan
tekanan 6.10-2 torr, arus (I) 13,8 mA, tegangan (V) 1200 V dan waktu deposisi 3 jam.
Selanjutnya dilakukan Uji Kekerasan Mikro (persamaan 1) dan uji resistivitas atau
konduktivitas keeping (persamaan 3 dan 4).
ISBN 978-602-71279-1-9
FM-46
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Gambar 3. Skema pendeposisian lapisan tipis dengan metode sputtering
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pendeposisian lapisan tipis besi pada permukaan subtrat alumunium melalui
proses sputtering akan mempengaruhi perubahan nilai kekerasan. resistivitas, dan
konduktivitas bahan.
Tabel 1. Data hasil uji kekerasan dan resistivitas untuk
variasi tekanan
No
Cuplikan
1
2
3
4
5
6
7
8
B
C
D
E
F
G
H
0,030
0,032
0,034
0,036
0,038
0.040
0.042
107
190
202
227
180
16
144
120
2
4
2
2
4
5
5
2
78
89
112
68
53
37
13
397
280
192
164
154
138
124
114
2
5
4
4
5
3
5
2
252
357
521
609
649
725
806
50
20
25
25
20
33
20
50
Terlihat, bahwa subtrat alumunium yang telah dideposisi mengalami perubahan
warna sebagian kuning keemasan, bercampur merah, hijau, biru, dan sebagian lagi
berwarna keabu-abuan. Dengan menggunakan persamaan 1 dan 4 diperoleh data hasil
seperti ditunjukan pada table 1.
Uji Kekerasan
Gambar 3. Grafik angka kekerasan mikro subtrat alumunium pada variasi tekanan
Pada gambar 3 terlihat terjadi peningkatan nilai kekerasan yang bervariasi yaitu
tingkat kekerasan maksimum terjadi pada subtrat yang dideposisi pada tekanan 0.034
ISBN 978-602-71279-1-9
FM-47
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Torr, dengan nilai 227
, peningkatanya 112 %. Pengukuran ini merupakan
pengukuran yang terbaik. Terlihat juga pada tekanan 0.042 Torr, terjadi penurunan
nilai kekerasan terkecil 120
dengan dengan prosentase 13 %.
Uji Resistivitas atau Konduktivitas
Pada gambar 4 dan 5, terlihat peningkatan nilai konduktivitas maksimum yang
terjadi pada tekanan 0.042 Torr dengan nilai 877
resistivitasnya mengalami penurunan dengan nilai 114
sedangkan nilai
dan pada kondisi inilah
pengukuran konduktivitas opimal. Gambar 5 juga menunjukkan grafik konduktivitas
terhadap suhu cenderung linier.
Gambar 4. Grafik resistivitas subtrat alumunium terhadap variasi tekanan
Gambar 5. Grafik konduktivias subtrat alumunium pada variasi tekanan
KESIMPULAN
Pendeposisian lapisan tipis pada subtrat aluminium dengan metode sputtering
terhadap variasi tekanan mengalami penurunan kekerasan pada tekanan 0.042 Torr,
sedangkan nilai konduktivitas mengalami peningkatan dan grafik menunjukan linier.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini dilakukan di BATAN, oleh karena itu penulis mengucapkan banyak
terimakasih kepada pihak tersebut atas kepercayaannya.
ISBN 978-602-71279-1-9
FM-48
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
DAFTAR RUJUKAN
Bevington, Philip, R., 1969. Data reduction and Error Analysis, for the Physical. New
York: McGraw-Hill
Konuma, M., 1992. Film Deposition, by Plasma Techniques, Springer-Veriag. Berlin.
M. H. Looke, 1999. Electrical Imaging Survey for Environemental and Engineering
Studies, A Practical Guide to 2-D and 3-D Surveys. Malaysia: Penang
Na Peng Bo. 1995. Penelitian dan Penerapan Teknologi Lapisan Tipis Yang Di Buat
Dengan PVD Untuk Pembangunan. Jakarta: Jurusan Fisika FMIPA Universtas
Indonesia,
Ohring, Milton, 1992. The Materinal Science Thin Films. New York: Academic Press.
Sayono, Suprapto, Sunardi, 2006. Pembuatan Lapisan Tipis SnO2 dengan Metode
Sputtering DC untuk Sensor Gas CO, Prosiding PPI PDIPTN-BATAN, Yogyakarta.
Sudjadmoko, Darsono, Djasmin, 1992. Fluks Neutron 14 MeV dari Generator Neutron
sebagai Fungsi Arus Deutron, dalam Prosiding Peresentasi dan Pertemuan Ilmiah
PPNY-BATAN, Yogyakarta.
Toifur, M, 2014, Memahami Resistivitas Berbagai Jenis Probe Arus-Tegangan, Prosiding
Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI, Jateng-DIY.
Tri Mardji, A, Elin, N, Sahat, S, 2002, Deposisi Lapisan Tipis SiN Menggunakan Teknik
Sputtering untuk Pelindung Korosi pada Logam Besi, Prosiding Pertemuan Ilmiah,
P3TM-BATAN, Yogyakarta.
Wibowo, T.,dkk., 2002. Pengaruh Parameter Sputtering terhadapn Perubahan Struktur
Lapisan Tipis ZnO. Yogyakarta: Proceding P3TM, hal 166-171- BATAN
ISBN 978-602-71279-1-9
FM-49
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
ISSN 1234-5678 2016 JURUSAN FISIKA UM
F-M-50