TINJAUAN PUSTAKA
2.6. Metode Sol-gel
2.7.2. Pelapisan Putaran (Spin Coating)
Spin-coating berasal dari dua kata yaitu ‘spin’ dan ‘coating’. Bila diterjemahkan dalam bahasa Indonesia, ‘spin’ berarti putaran, dan ‘coating’
berarti pelapisan. Maka secara singkat spin coating diartikan sebagai suatu metode pelapisan dengan menggunakan putaran. Spin coating merupakan prosedur yang digunakan untuk menerapkan film tipis seragam untuk substrat datar. Sejumlah bahan pelapis ditempatkan pada substrat, kemudian diputar dengan kecepatan tinggi untuk menyebarkan cairan dengan gaya sentrifugal. Sejumlah mesin yang digunakan untuk coating spin disebut coater spin atau spinner seperti Gambar 2.8.
Metode spin coating adalah suatu proses yang mudah dan umum dilakukan untuk pelapisan polimer atau photoresist pada wafer silicon. Setelah penetesan pelapisan pada wafer, tingkat pelapisan dikendalikan oleh gaya sentrifugal dari putaran yang tegak lurus dengan wafer. Pada kecepatan putaran yang rendah, bahan pelapis menyebar pada wafer, pada kecepatan putaran yang tinggi (2000 - 6000 rpm) akan membentuk film tipis. Metode spin coating adalah suatu cara yang sederhana dan efektif untuk membuat film tipis dengan variasi ketebalan yang dikendalikan parameter waktu dan kecepatan putaran juga kekentalan dan kerapatan dari bahan pelapis yang digunakan. Semakin tinggi kecepatan sudut putar, lapisan yang diperoleh akan semakin tipis. Ketebalan film ini juga tergantung pada konsentrasi larutan. Spin coating secara luas digunakan dalam microfabrication, dimana dapat digunakan untuk membuat film tipis dengan ketebalan lapisan dibawah 10 nm. Hal ini digunakan secara intensif dalam photolithography, untuk lapisan photorisest dengan tebal sekitar 1 mikrometer.
Gambar 2.8.Spincoater
2.7.2.1. Preparasi Pre Coating
Proses pre coating terdiri dari dua jenis, yaitu mechanical cleaning dan chemical cleaning.
1. Mechanical cleaning, yaitu dengan menggunakan material abrasif untuk menghilangkan kotoran pada permukaan. Proses mechanical yang digunakan umumnya yaitu grinding, sand blasting, dan lain-lain.
Kontaminan yang dapat dibersihkan antara lain scale, produk korosi, maupun sisa coating sebelumnya dengan mengikis permukaan material substrat tersebut.
2. Chemical cleaning, yaitu proses pembersihan dengan menggunakan bahan kimia. Cara pengaplikasiannya dapat diusapkan, disemprot, diuapkan, dan dicelupkan. Ada beberapa jenis chemical cleaning, antara lain :
a. Emulsion cleaning, yaitu dengan menggunakan larutan berbahan dasar organik (surfactant) yang dapat membersihkan kotoran dari minyak seperti detergent atau emulsifier.
b. Alkaline cleaning, yaitu dengan menggunakan larutan garam alkali untuk membersihkan kotoran dan minyak. Larutan yang umum digunakan antara lain sodium hydroxide (NaOH) dan sodium carbonate (Na2 CO3). Biasanya garam tersebut dilarutkan dengan air hangat sebanyak 80-40%. Setelah proses alkaline cleaning, semua zat alkaline harus dibersihkan dengan air atau uap agar tidak mengganggu kinerja coating.
c. Pickling atau Acid cleaning, yaitu dengan menggunakan larutan asam untuk membersihkan scale dan korosi. Larutan asam yang biasa digunakan yaitu asam sulfat (H2SO4) yang akan melarutkan oksida pada permukaan.
2.7.2.2. Proses Spin coating.
Secara umum proses spin coating terdiri dari tiga tahap, yaitu : a. Tahap penetesan cairan (dispense)
Pada bagian ini cairan dideposisikan di atas permukaan substrat seperti pada Gambar 2.9, kemudian diputar dengan kecepatan tinggi. Kemudian lapisan yang telah dibuat akan dikeringkan sampai pelarut pada lapisan tersebut benar-benar sudah menguap. Proses ini dibagi menjadi dua macam, yaitu: Static dispense merupakan proses disposisi sederhana yang dilakukan pada larutan di atas pusat substrat dan dynamic dispense merupakan proses deposisi dengan kecepatan putar yang kecil kira-kira 500 rpm.
Gambar 2.9.Tahap penetesan sol b. Tahap percepatan spin coating
Setelah tahap penetesan cairan, larutan dipercepat dengan kecepatan yang relatif tinggi. Kecepatan yang digunakan pada substrat ini akan mengakibatkan adanya gaya sentrifugal dan turbulensi cairan. Kecepatan yang digunakan antara 1500 - 6000 rpm dan tergantung pada sifat cairan terhadap substrat yang digunakan. Waktu yang digunakan kira-kira 10-30 detik bahkan sampai 10 menit.
c. Tahap pengeringan
Tahap ini merupakan tahap yang sangat penting untuk menghasilkan film tipis. Proses ini akan menghilangkan sisa-sisa pelarut dan bahan tambahan lain yang ada pada bahan pelapis. Pada tahap ini terbentuk lapisan tipis murni dengan suatu ketebalan tertentu. Tingkat ketebalan lapisan yang terbentuk bergantung
pada tingkat kelembaban dasar substrat. Kelembaban yang kecil menyebabkan ketebalan lapisan murni yang terbentuk akan menjadi semakin besar.
2.7.3. Substrat
Substrat diperlukan sebagai tempat untuk tumbuhnya film tipis. Substrat yang digunakan haruslah memiliki parameter kisi dan koefisien termal yang hampir sama dengan film tipis. Beberapa material yang umumnya digunakan sebagai substrat antara lain safir (Al2O3), kaca, silicon dan sebagainya. Kaca merupakan bahan yang tidak padat, molekul-molekulnya disusun secara acak seperti zat cair, namun kohesinya membuat bentuknya menjadi stabil. Karena susunannya acak seperti zat cair itulah maka kaca terlihat transparan. Pada penumbuhan film tipis diperlukan substrat sebagai tempat untuk tumbuhnya film tipis. Selain itu, kaca juga merupakan material non-organik hasil dari proses pendinginan tanpa melalui proses kristalisasi.
Berdasarkan segi fisika, kaca merupakan zat cair yang sangat dingin karena struktur-struktur partikel penyusunnya yang saling berjauhan seperti dalam zat cair namum wujud padat. Ini terjadi akibat proses pendinginan (cooling) yang sangat cepat. Dari segi kimia, kaca merupakan gabungan dari berbagai oksida organik yang tidak mudah menguap, yang dihasilkan dari dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai penyusun lainnya.
Fungsi substrat dalam pembuatan film tipis adalah
1. Sebagai penunjang interkoneksi dan perakitan devais
2. Sebagai isolator dan tempat pelapisan serta pembentukan pola jalur konduktor dan komponen pasif
3. Media panas penyalur rangkaian
4. Sebagai lapisan dielektrik untuk rangkaian-rangkaian frekuensi tinggi.
2.8. Pemanasan (Pre-heating dan Post-heating)
Proses perlakuan panas merupakan kombinasi operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap material dalam keadaan padat sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Proses
perlakuan panas pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan dimulai dengan pemanasan sampai temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan selama beberapa saat lalu kemudian dilakukan pendinginan atau penurunan secara perlahan hingga ke suhu ruang.
Proses pre-heating yang berfungsi untuk menghilangkan pelarut dan gugus asam, dan memfasilitasi perubahan ZnOH menjadi ZnO seiring dengan pemanasan (hidrolisis) dengan menggunakan tanur (furnace) mulai dari suhu ruang hingga ke suhu yang diinginkan. Suhu dinaikkan secara perlahan-lahan hingga ke suhu yang diinginkan selama beberapa jam. Sampel didiamkan selama beberapa menit pada suhu yang diinginkan, kemudian diturunkan secara perlahan hingga suhu ruang. Peningkatan pemanasan secara teratur bertujuan untuk memfasilitasi terbentuknya kristal dengan orientasi seragam dan teratur.
Post-heating atau annealing merupakan pemanasan pada suhu yang lebih tinggi dari pre-heating yang berfungsi untuk pembentukan kristal dari partikel ZnO. Peningkatan suhu dilakukan secara teratur selama beberapa jam hingga ke temperatur yang diinginkan. Sampel didiamkan selama beberapa menit pada suhu yang diinginkan, kemudian diturunkan secara alami hingga kembali ke suhu ruang. Tahap pemanasan untuk sampel yang mengalami pre-heating (230oC) dan post-heating (500oC) dapat dilihat pada Gambar 2.10 (Aprilla dkk, 2010)
Gambar 2.10. Proses pre-heating dan post-heating.
BAB III