LAMPIRAN A DATA PERCOBAAN
1. Data Hasil Lapisan Film Tipis Teknik PLD
Panjang
Gelombang Substrat Energi Plat Tekanan Waktu
LAMPIRAN B
GAMBARAN PERCOBAAN
Gambar 2. Rangkaian Percobaan Pengamatan Berkas Laser Sinar Laser Pulsa Nd:YAG Q-Smart 850
DAFTAR PUSTAKA
Adnyana ,I Gusti Agung Putra ,Dkk . 2007 . Pengaruh Ketebalan Lapisan Penyangga
Gan Terhadap Struktur Kristal Dan Sifat Optik Film Tipis Gan Ditumbuhkan Dengan Metode Pulsed Laser Deposition . Bali . LIPI
Apsari, Retna, Noriah Bidik Dkk.2011. Karakteristik Sifat Fisik dari Enamel Gigi
Manusia Akibat Paparan Laser Nd:YAG Berbasis system Laser Specle
Imaging. Jbp.2:9-104
Hanim, Aisyah.2004.Laser Karbondioksida:Aplikasinya dalam Terapi Penyakit
Jaringan Lunak Mulut.USU
Kane, Joseph W. Sternheim. 1088. FISIKA. Edisi Ketiga. John Wiley & Sons.
Kimmelma, Ossi . 2009 . Passively Q-Switched Nd:Yag Lasers and Their
Use In Uv Light Generation. Doctoral Dissertation . Helsinki University of Technology.
Meyer, Jurgen R. and Arendt .1995. Introduction to Classical and Modern Optics.
Pacific University
Mustofa, Salim. 2007. Rekayasa Bahan Partikel Nano Karbon Untuk Aplikasi Piranti
Energy Dan Sensor. Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi Ilmiah Jabatan
Peneliti. Tanggerang. ISSN 2087-8079.1:425-445.
Rancmanto, Arif.2012. Sinar Pengukur Panjang Fokus Lensa Cekung Berbasis
Mikrokontroler. UI.Depok. 5:11-16
Satoto. Dwi. Dkk.2007. Studi Interferometer Fabry-Perot untuk Pengukuran Panjang
Siegmen, Anthony E. 1986 . Laser.Mill Valley, California. University Science Books.
Sukirman, E, dkk. 2002. Sintesis Film Tipis Superkonduktor Mgb2 Dengan Teknik
Pulsed Laser Deposition. Jakarta .LIPI.
Suliyanti,Maria M . 2010 . Aplikasi Laser Dalam Analisa Unsur Dengan Teknik
Pembangkitan Plasma Dan Metode Pelapisan . Jakarta . LIPI
Suliyanti,Maria M . 2013. Pembuatan Laser Karbon Dioksida Pulsa.Lipi.Jakarta
Barat.377:75-80
Suryanto, Ir. Hery . 2001. Laporan Riset Unggulan Terpadu VIII. Jakarta. Dewan
Riset Nasional
Svelto, Orazio. 2010. Priciples of Laser. Springer New York Dordrecht Heidelberg
London.
Wetter, N.U.2000. ICS Lectures on Industrial Application of Lasers. UNIDO
Young,M. 1997. Optics and Lasers Including Fibers and Optical Waveguides . Third
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.7 Tempat dan Waktu Penelitian
3.7.1 Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratoruim Laser Pusat Penelitian Fisika
(PPF) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Serpong Tanggerang Selatan, Banten.
3.7.2 Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada tahun ajaran 2014/2015.
3.8Perangkat dan Prosedur Pengamatan Spektrum Panjang Gelombag Sinar Laser
3.8.1 Perangkat Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Sinar Laser 1. Cermin
Cermin yang digunakan adalah cermin datar yang berfungsi untuk
memantulkan cahaya laser.
2. Spektrometer HR2000
Spectrometer HR2000 merupakan alat optik yang berfungsi sebagai
mengolah spectrum cahaya laser yang ditangkap oleh fiber optik dan
mengukur panjang gelombang cahaya laser secara spesifik adalah panjang
Gambar 3.1 Spektrometer HR 2000 Ocean Optic
3. Lensa Pemfokus
Lensa pemfokus berfungsi untuk memfokuskan sinar laser sehingga
diperoleh densitas energy laser tersebut. Pada penelitian lensa pemfokus
dipasang beberapa cm didepan fiber optic sesuai dengan titik fokusnya.
4. Software
Software yang dipakai dalam penelitian adalah Ocean Optics Inc. untuk mengukur spectrum cahaya laser atau panjang gelombang laser.
3.8.2 Prosedur Pengamatan Spektrum Sinar Laser
Laser yang digunakan dalam karakterisasi ini adalah laser pulsa Nd-YAG
Q-smart 850 . Skema rangkaian pengamatan panjang gelombang laser dapat dilihat pada
diagram blok berikut :
Gambar 3.2 . Diagram blok pengamatan panjang gelombang laser pulsa
Nd-YAG Q-smart 850
Proses pengamatan dimulai dengan set up laser dan pengoprasian laser.
Pengamatan spektrum panjang gelombang menggunakan alat HR2000 High
Resolution Spectrometer Ocean Optics yang merupakan alat untuk mengukur panjang gelombang beserta intensitasnya. Cahaya laser Nd-YAG yang keluar akan dipantulkan
oleh cermin. Cermin yang digunakan digunakan adalah cermin datar. Pantulan cahaya
dari cermin akan menuju ke lensa pemfokus yang akan membuat cahaya laser agar
diterima fiber optik dengan baik dan tepat mengenai fiber optik. Selanjutnya, berkas
sinar yang ditangkap oleh fiber optik ditransmisikan ke spectrometer HR 2000
kemudian dikonversikan ke dalam berupa grafik besar intensitas yang dihasilkan
dengan panjang gelombang laser dan diperoleh spectrum panjang gelombang laser
tersebut. Yang diamati adalah panjang gelombang 532 nm dengan jarak lensa focus
terhadap sensor cahaya fiber optik yaitu 20 cm.
3.9Perangkat dan Prosedur Pengamatan Beam Profiler Sinar Laser
3.9.1 Perangkat Pengamatan Spektrum Beam Profiler Sinar Laser 1. CCD
CCD kepanjangan dari Charge Coupled Device merupakan sensor
cahaya yang digunakan untuk merekam berkas sinar yang dipancarkan oleh
laser. Tujuannya untuk mendapatkan hasil gambar dari sinar laser yang akan
ditransmisikan ke PC. Jenis CCD yang digunakan adalah LBA-FW-FX33 Fire
Wire Camera System (Camera and Software included) dengan spesifikasi alat sebagai berikut :
1. Max beam size : 4,7 mm – 0,6 mm
2. Saturation intensity : 1,0 uW/cm2 3. Pixal spacing : 7,4 um x 7,4 um 4. Spectral response : 350 nm – 110 nm
: 193 nm – 360 nm dengan UV
Image converter
5. PC interface : IEEE 1394 Firewire
2. Personal Computer (PC)
Komputer digunakan untuk menampilkan berkas laser yang telah
ditransmisikan melalui program software Laser Beam Analyzers yang telah
diinstalasi pada komputer.
3. Filter
Filter merupakan bagian dari CCD, berfungsi untuk mengurangi
intensitas sinar laser. filter atau juga disebut ND (Neutral Density Attenuators).
Filter dipasangkan pada ujung CCD yang terdiri dari 3 jenis filter yakni filter
berwarna merah, hitam dan hijau. Tujuan pemasangan filter pada CCD adalah
menurunkan/mengurangi intensitas cahaya yang dihasilkan sinar laser agar
tidak merusak CCD dan filter ini dirancang tidak mempengaruhi laser. Filter
merah dilambangkan ND1 dengan transmisi cahaya 10%, filter hitam
dilambangkan ND2 dengan transmisi cahaya ND2 dengan transmisi cahaya
1%, dan filter hijau dilambangkan ND3 dengan transmisi cahaya ND3 dengan
transmisi cahaya 0,1% kualitas dari sinar laser dan tidak menimbulkan efek
antar muka.
Gambar 3.3 Filter
3.3.2 Prosedur Pengamatan Beam Profil Sinar Laser
Pengamatan bentuk beam profile laser Nd-YAG menggunakan alat Laser Beam
PC (computer) dan kamera CCD yang memiliki 3 jenis filter yaitu filter merah, hijau
dan hitam. Berikut diagram blok pengamatan beam profile :
Gambar 3.4 Diagram blog pengamatan beam profilex sinar laser
Yang dilakukan pertama adalah penyesuaian jenis filter terhadap sinar laser yang
akan difilter menuju ke CCD. Dengan mencocokkan sinar laser dengan jenis filter
dengan melihat tampilan berkas laser yang bagus ditampilkan pada PC. Berkas sinar
laser pulsa Nd-YAG pertama di-filter oleh filter yang dipasang pada ujung CCD. Dan
CCD dengan kabel USB yang terhubung ke PC dan memakai software SpectralLine
Database Searching yang telah di-instal untuk membaca hasil pencintraan dari CCD tersebut. Setelah gambar berkas laser telah tampil pada PC, dilakukan variasi jarak
antara filter laser dengan sumber laser kemudian dilanjutkan pengambilan data gambar
berupa diameter (radius) berkas dan divergensinya.
3.4 Perangkat dan Prosedur Pengukuran Energi Laser
3.4.1 Perangkat Pengukuran Energi Laser 1. Laser Nd-YAG q-smart 850
Laser ini sebagai sumber energy yang akan dikontrol keluarnya
cahaya laser dengan variasi waktu tunda keluarnya laser pulsa atau disebut
q-switch delay.
2. Energy Meter Coherent
Power meter merupakan alat pengukur besar energy cahaya laser
beserta perangkatnya yaitu sensor MaxBlack power meter tersebut. berikut
spesifikasinya adalah :
1. Energy range : 1.5 mJ to 3Ja
2. Noise Equivalent Energy : <50 μJ
3. Wavelength Range : 0.266 μm to 2.1 μm
Power Supply Personal
Computer (PC)
4. Max beam Size : 35mm
3.4.2 Prosedur Pengukuran Energi Laser
Energy laser diukur menggunakan energy meter coherent dari MaxBlack Energy
Max Sensor terdiri dari enery meter itu sendiri dan sensor cahayanya. Pengukuran energy laser Nd-YAG yang dilakukan adalah untuk 2 panjang gelombang 532 nm dan
1064 nm. Berikut diagram blok pengukurannya :
Gambar 3.5 Diagram blog pengukuran energy sinar Laser
Pengukuran energy dilakukan sebanyak 3 kali dengan jarak 50 cm antara laser
Nd-YAG dengan sensor cahaya. Setelah laser Nd-YAG aktif, langkah pertama ialah
set alat agar cahaya laser Nd-YAG ditangkap oleh sensor cahaya dengan menggunakan energy terendah terlebih dahulu. Lalu dioperasikan laser Nd-YAG
untuk mengambil energinya dengan variasi waktu tunda atau q-switch delay.
Selanjutnya proses pengolahan data berupa numeric dan grafik akan dianalisa
secara kuantitatif hingga diperoleh suatu kesimpulan. Juga data akan diolah dengan
menentukan besar standar deviasi beserta grafiknya untuk melihat besarnya
penyimpangan energy yang dihasilkan oleh masing – masing panjang gelombang, dan
berikut rumus standard deviasinya ialah sebagai berikut :
�=���
2−(��)2
�
� −1
Dimana :
S : Besar standard deviasi
P : Energy (mJ)
N : banyaknya pengukuran
Laser Nd-YAG Energy Meter
Coherent
3.5 Perangkat dan Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis dengan teknik Pulsed Laser Deposition (PLD)
3.5.1 Perangkat Pembuatan Lapisan Tipis dengan teknik Pulsa Laser Deposition (PLD)
1. Chamber
Chamber adalah ruang vakum tempat terjadinya proses pelapisan.
Desain ataupun system yang berada dalam ruang vakum ini sangat
menentukan sekali hasil pelapisan. Chamber ini terbuat dari kaca pada
kedua dindingnya untuk pengamatan secara visual atau mengamati plasma
dan pengambilan spectrum material plasma, serta window yang berbentuk
bulat dan terdapat katup aliran gas atau udara masuk dan katup aliran gas
atau udara keluar yang berfungsi untuk memvakumkan ruang chamber dari
udara. Ukuran chamber 9 cm x 9 cm x 12 cm.
Gambar 3.6 Chamber (9cm x 9cm x 12cm)
2. Selang
Selang digunakan tempat aliran gas atau udaram masuk maupun
keluar. Jenis selang yang digunakan adalah Festo PUN-6x1 Pneumatik Li
3. Micrometer sekrup dan Penggaris
Digunakan sebagai pengukur panjang, micrometer sekrup sebagai
pengukur substrat AL dan Silicon wafer yang diharapkan dan penggaris
berfungsi mengukur diameter plasma didalam chamber.
4. Pirani Meter Diavac Limited PT-9P
Meter Digital Diavac Limited PT-9P berfungsi untuk mengukur
tekanan gas dalam chamber.
Gambar 3.7 Pirani Meter Diavac Limited PT-9P
5. Pompa Vakum ULVAC GLD-136C
Generator ULVAC GLD-136C mengatur masuk dan keluarnya udara
dari chamber. Generator ini terhubung ke chamber melalui 2 selang panjang
yang berfungsi menyedot udara dari chamber ketika ingin memvakumkan
chamber dan sebagai jalur masuknya udara saat chamber kembali dalam
Gambar 3.8 Pompa Vakum ULVAC GLD-136C
6. SEM (Scanning Electron Microscopy)
SEM berfungsi untuk mengamati sampel dengan perbesaran sampai 3500
kali dan dapat melihat persebaran substrat nantinya pada plat yang telah
dilapisi.
7. Stopwatch
Stopwatch sebagai penghitung waktu tembakkan laser menuju substrat.
8. Lensa Pemfokus
Lensa pemfokus yang mempunyai titik fokus 10 cm terhadap target sinar.
3.5.2 Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis dengan teknik Pulsa Laser Deposition (PLD)
Pada penelitian teknik PLD ini terdiri dari system laser Nd-YAG dan system
ruang vakum menggunakan laser pulsa Nd-YAG dengan 2 panjang gelombang (λ)
yang berbeda yaitu 1064 nm dan 532 nm yang dioperasikan pada mode Q-Switch
(frekuensi 10Hz) , dengan energi yang diatur pada 12 mJ, 15mJ, dan 45 mJ. Penelitian
dilakukan dimulai dengan set up alat, mengatur titik focus dan penembakan dalam
waktu 10 menit.
Persiapan bahan substrat dan target dikerjakan terlebih dahulu. Substrat Al di
spek dengan luas 1,5 cm x 3 cm sebanyak masing – masing 6 buah. Sedangkan untuk target Alumina berbentuk pelet. Jenis Alumina pelet yang dipress dengan tekanan 100
kg/cm2.
Gambar 3.9 Target Substrat alumina
Peralatan yang paling utama untuk melakukan pelapisan dengan teknik PLD
adalah chamber yaitu ruang vakum tempat terjadinya pelapisan yang sangat
menentukan hasil pelapisan nantinya. Untuk itu harus disusun secara kompak dan
tepat mengatur posisi substrat (bahan pelapis) terhadap pancaran sinar laser yang
masuk ke dalam chamber dan diletakkan sejajar dengan arah datang sinar laser. Dan
plat AL atau Silicon wafer diletakkan dalam chamber tepat didepan substrat
membentuk sudut 45o masing – masing 2 buah setiap percobaan dengan jarak tetap
sesuai energy laser.
Gambar 3.10 Plasma dalam chamber
Didalam ruang vakum tekanan udara diatur melalui katup aliran gas masuk dan
katup aliran gas keluaran dan diukur menggunakan Pirani meter (Diavac Limited
PT-9P). Dan tembakan laser yang juga dikatakan irradiasi laser pulsa Nd-YAG q-smart
850 dengan variasi energy (12 mJ, 15mJ, dan 45 mJ) sesuai lapisan yang diharapkan
Dihidupkan laser dalam kondisi energy rendah terlebih dahulu untuk mengatur
kefokusan sinar laser lalu difokuskan dengan lensa quartz menuju substrat dan tidak
mengenai plat AL atau plat silicon wafer namun mengarah tepat pada target. Substrat
yang digunakan adalah target Alumina berada di dalam ruang vacuum chamber. Lalu
memvakumkan chamber dengan menuntup katub udara keluar dan membuka katup
penghisap udara sehingga chamber dalam keadaan vakum 4,20 Pa – 6 Pa dalam
beberapa kali percobaan. Tekanan dalam chamber diatur sehingga ukuran plasma
cukup besar. Setelah itu, aturlah energy laser dan menembak target selama 10 menit.
Kemudian hasil pelapisan bisa di analisa dengan SEM. Set-up eksperimen PLD
ditunjukkan pada gambar dibawah ini :
Plasma Film
Substrat Pemutar
target
Target
3.6 Diagram Kerja
Skema penelitian diberikan dengan blok seperti pada gambar :
Karakteristik Bentuk Berkas Sinar Laser
SELESAI MULAI
Aplikasi PLD Karakteristik Besar
Energi Sinar Laser Karakteristik Spektrum
Panjang Gelombang Laser
Pengolahan Data
Analisis
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini, akan dibahas hasil dari karakteristik dari laser pulsa Nd-YAG
q-smart 850 dan aplikasi dari laser tersebut yaitu hasil dari pelapisan film tipis Alumina
Sr atau Alumina pada plat Aluminium dan Silicon Wafer. Karakteristik dilakukan
untuk mengetahui bagaimana sifat dari laser melalui pengamatan panjang gelombang,
beam profile dan energy laser tersebut. Hasil dari pelapisan tipis juga dilihat
menggunakan SEM.
4.1 Hasil Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Laser
Pada karakteristik pengamatan spectrum panjang gelombang menggunakan
perangkat spektrometer HR2000 dan perangkat lunaknya (software) SpectralLine
Database Searching.
Sinar laser yang dipantulkan pada cermin sebagai pembelok sinar dan ditangkap
oleh fiber optik ditransmisikan ke spectrometer HR2000 lalu diolah dan dikonversikan
oleh software SpectralLine Database Searching yang telah dihubungkan ke
spectrometer HR2000 dan keluarannya berupa gambar yang ditampilkan pada PC
seperti gambar dibawah menunjukkan panjang gelombang laser beserta intensitas
cahaya sinar laser Nd-YAG.Hasil pengamatan panjang gelombang 532 nm dibawah
Gambar 4.1 Spektrum panjang gelombang laser pulsa Nd-YAG Q-smart 850
Dari gambar 4.1 menunjukkan spektrum laser Nd-YAG dan dengan jelas
dibuktikan bahwa panjang gelombangnya berada pada jarak 532 nm dengan intensitas
cahaya laser lebih 4000 dalam satuan counts. Namun, software Ocean Optic tidak bisa
bisa menguji laser dengan panjang gelombang 1064 nm karena spectrometer HR2000
hanya bisa mengukur panjang gelombang sampai 712 nm. Gambar spektrum diatas
merupakan akhir hasil analisa data yang dikonversikan dalam bentuk gambar oleh
software spectralLine Database Searching.
4.2 Hasil Pegukuran Beam Profile
Pada pengamatan berkas sinar laser Nd-YAG q-smart 850 yang diteliti adalah
bentuk sinar lasernya dengan menggunakan software Laser Beam Analysers dengan
menampilkan bentuk sinar laser dalam bentuk 2 dimensi dan 3 dimensi.
Dari hasil pengamatan bentuk berkas sinar laser Nd-YAG jarak CCD dengan
sumber laser yang tepat untuk menampilkan berkas sinar laser dalam dimensi dengan
filter tertentu dan diperoleh data dalam gambar sebagai berikut.
Dimulai dengan menentukan jenis filter (Natural Density Attenuators /ND) yang
akan dipakai. Filter terdiri dari 3 jenis dilihat dari perbedaan warna pada pinggir filter
yakni hitam, merah dan hijau yang mempengaruhi masuknya sinar laser ke CCD
diupayakan sampai tidak adanya berkas cahaya putih pada jarak tertentu. Dilakukan
variasi energy laser dimulai dari energy terendah yaitu 24 mJ, 48.66 mJ, dan 107 mJ
dengan menggunakan jenis filter hitam, hitam, dan merah pada panjang gelombang
532 nm. Berikut hasil beam profile dengan variasi energy dapat dilihat pada table
dibawah ini :
Tabel 4.1 Beam Profile sinar laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850 panjang gelombang
532 nm
Besar Energi (532 nm)
Tampilan Baem Profilex Sinar Laser Pulsa Nd-YAG Q-smart 850
Keterangan
2 Dimensi 3 Dimensi
24mj
(150
µs)
48,6
mj
(130
107 mj
(100
µs)
Dalam penelitian ditentukan 2 jenis jarak yaitu nearfield dan farfield. Arti
nearfield adalah jarak terdekat dalam 1 meter hingga 2 meter dan farfield adalah jarak lebih dari nearfield tersebut. Karena keterbatasan jarak ruang lab dan alat laser
Nd – YAG Q-smart 850 tidak memungkinkan untuk diangkat atau dipindahkan maka
pada penelitian ini dilakukan hanya dalam jarak nearfield. Dan didapati diameter dari
berkasi sinar laser untuk 532 nm adalah 2,606 mm, 2,578 mm dan 2,582 mm. Namun
dilihat dari berkas laser yang berwarna tidak putih paling sedikit adalah gambar 24 mJ
dikatakan bahwa hasil gambar berkas sinar laser yang baik adalah 24 mJ.
Begitu juga dengan laser panjang gelombang fundamental 1064 nm, berikut
hasil beam profile dengan variasi energy juga dimulai energy terendahnya yaitu 9.8
mJ, 16.7 mJ, 36 mJ dan dengan filter hijau hitam adalah :
Tabel 4.2 Beam Profile sinar laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850 panjang
gelombang 1064 nm
Besar Energi (1064 nm)
Tampilan Baem Profilex Sinar Laser Pulsa Nd-YAG Q-smart 850
Keterangan
9,8 mJ
(220
µs)
15,6m
(210
µs)
58.33
mj
(190
µs)
Diketahui melalui percobaan ini, diameter dari berkas sinar laser untuk 1064 nm
adalah 2,645 mm, 2672 mm dan 2.549 mm. Dan untuk hasil gambar terbaik ialah
gambar beam profile 36 mJ.
4.3 Hasil Pengukuran Energi Laser Nd-YAG
Dari hasil pengukuran energi laser Nd-YAG sebagai fungsi energy dengan
set alat yaitu sejajar antara sensor terhadap sinar laser. Pengukuran energy laser dilakukan dengan interval variasi waktu tunda (time delay) atau q-switch delay mulai
dari 7 μs sampai 210 μs untuk laser fundamental dan untuk laser second harmonic.
Hasil pengukuran energi laser dapat dilihat pada Tabel 4.3 dibawah ini.
Tabel 4.3 Pengukuruan energi laser Nd-YAG Q-Smart 850
Q-Switch
Delay (μs)
Output Energy (mJ)
Nd-YAG 1064nm Nd-YAG 532nm
88
Berdasarkan hasil pengukuran energy laser Nd-YAG yang dihasilkan mengalami
penurunan energi setiap diberi variasi q-switch delay (μs) yang semakin singkat dan
cepat. Dari data diatas dicari rata –rata dari energy laser dalam 3 kali percobaan,
kemudian dicari besar deviasinya dari keseluruhhan data dan berikut dapat dilihat
Gambar 4.2 Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang
1064 nm.
Gambar 4.3 Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang
532 nm.
Q-Switch Delay - Vs - Energy
0
Q-Switch Delay - Vs - Energy
Dapat diliat jelas bahwa dari kedua grafk diatas bahwa semakin besar waktu
q-switch delay diberikan melalui kontrol pad maka semakin kecil energy yang dihasilkan laser Nd-YAG untuk 3 kali percobaan setiap 2 panjang gelombang. Dan
dapat diperhatikan energi panjang gelombang 1064 nm adalah 2 kali lipat dari energy
laser 532 nm dalam waktu q-switch delay yang sama. Disimpulkan juga hasil energy
laser yang tidak konstan, salah satu penyebabnya ialah faktor umur laser yang sudah
lama diduga kualitas laser yang semakin menurun dan suara laser yang mendengung
sedikit keras.
4.4 Hasil Film Tipis
Penelitian dilakukan menggunakan target Alumina yang ditembakkan oleh laser
dan yang akan menghasilkan pembangkitan plasma. Gambar 4.4 dibawah
menunjukkan bahwa berkas laser mengenai target dan dari material yang telah
terablasi.
Gambar 4.4 Target yang digunakan yaitu Alumina setelah irradiasi dengan laser pulsa
Nd-YAG q-smart 850 secara repetisi 10 Hz. Target berputar.
Hasil pemotretan plasma yang dibangkitkan dari target Alumina dengan laser
Gambar 4.5 Foto plasma dari target Alumina dengan irradiasi laser Nd:YAG
q-smart 850
Juga hasil dari lapisan tipis Alumina masing – masing pada plat AL dan Silicon
Wafer menggunakan SEM. Hasil lapisan tipis telah diketahui juga dengan analisis
Mapping dan Point Analysis. Dalam penelitian ini dipilihlah hasil terbaik untuk di SEM sehingga tidak semua plat telah di SEM dan melihat biaya dan anggaran terbatas.
Pada proses pelapisan Alumina pada plat Al dan silicon wafer menggunakan
laser Nd-YAG Q-smart 850 selama 10 menit didalam chamber dengan variasi energy
(12 mJ, 15mJ, dan 45 mJ) sesuai lapisan yang diharapkan yaitu adanya lapisan
Alumina (Al2O3) pada plat AL dan Silicon wafer.
Gambar 4.6 Sample hasil lapisan pada plat Al dan Silicon Wafer
4.4.1 Lapisan Alumina pada Plat Al
Pelapisan alumina pada 2 buah plat Al dengan posisi membentuk 45° dalam
pada permukaan plat tersebut. Dilakukan di 2 daerah sekitar lapisan tipis yang
terbentuk yaitu dibagian pinggir bawah kiri dan di tengahnya. Secara kasat mata,
lapisan tipis terlihat berbentuk pelangi dan berbentuk setengah lingkaran, seperti
gambar 4.3 dibawah ini.
Gambar 4.7 Foto Hasil Pelapisan
(a)
L
(b)
Gambar 4.8 Hasil SEM Film Alumina pada AL pada bagian (a) atas dan (b)
tengah
Dari gambar SEM diatas disimpulkan bahwa bagian tengah lebih merata lapisan
Alumni nya dibandingkan bagian atas. Dikarenakan hasil dari pelapisan yang dilihat
Hasil Lapisan Alumina Plat AL
Perbesaran 200
Perbesaran 1000
Perbesaran 3500
Perbesaran 100 Perbesaran 1000 Perbesaran 3500
secara kasat mata ialah yang tebentuk ialah lapisan setengah lingkaran dan dibagian
sudut tengahnya.
Juga dapat diketahui keseluruhan lapisan pada plat telah dianalisis dengan cara
Mapping dan dapat diketahui juga persen banyak kandungan lapisan Alumina dengan Point Analysis. Dipilih 4 bagian yaitu bagian kanan, kiri tengah dan bawah agar dapat diketahui penyebaran lapisan Alumina tersebut.
Gambar 4.9 Point Analysis Alumina pada Al
Tabel 4.4 Elemen hasil SEM lapisan alumina pada Al
Element
Massa (%)
1
(kanan) 2
(kiri)
3
(bawah)
4
(tengah)
O 14.39 24.39 17.1 5.56
Tabel diatas merupakan hasil % gabungan dari point analisis tersebut didapati
persen kandungan Al dan O, kandungan Al jika dirata – ratakan sebesar 84.64 % dan
kandungan O sebesar 15.36 %. Dan terbuktilah bahwa pada Plat Al terdapat lapisan
Alumina (Al3O2).
Kemudian dari hasil analisis mapping diketahui adanya mixing Alumina (Al2O3)
secara persebarannya pada plat Al dan lapisan Al dan O yang terpisah keberadaannya
bisa digambarkan seperti gambar 4. dibawah ini.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 4.10 Hasil Mapping Alumina pada Al (a) Gambar yang akan di-mapping, (b)
Kandungan Aluminium (Al), (c) Kandungan Oksigen (O), dan (d) Hasil Mixing
Alumina (AL2O3)
Dari hasil mapping dapat disimpulkan bahwa terdapatnya lapisan Alumina pada
plat Al yang di SEM dibantu oleh operator Lab SEM. Untuk Al yang berwarna kuning
terlihat sangat jelas dan di bagian hasil O berwarna hijau pun terlihat penyebaran yang
perbesaran 1000 kali dikarenakan akan dilihat secara luas persebaran Alumina pada
plat Al.
4.4.2 Lapisan Alumina pada Plat Silicon Wafer
Telah tampak lapisan pelangi berupa setengah lingkaran merupakan lapisan
film tipis yang diharapkan. Maka akan dianalisis oleh SEM di 2 daerah juga yaitu
bagian pinggir kiri setengah lingkaran lapisan dan bagian tengan setengah lingkaran
lapisan. Pada plat silicon wafer yang diteliti menggunakan SEM ialah menggunakan
panjang gelombang laser Nd-YAG 532 nm.
Gambar 4.11 Foto Hasil Pelapisan Pada
Plat Silicon Wafer
(a)
(b)
Gambar 4.12 Hasil SEM permukaan lapisan Alumina pada Silicon wafer pada
bagian (a) kanan dan (b) tengah.
Hasil Lapisan Alumina
Plat Silicon Wafer
Perbesaran 200 Perbesaran 1000 Perbesaran 3500
Hasil SEM lapisan Alumina di plat Silicon wafer terlihat juga seperti pelangi
semakin menipis kesampingnya dan pada posisi tengah banyaknya lapisan partikel
yang diketahui dari hasil SEM perbesaran yang sampai 3500 kali dari di bagian
pinggir kiri. Dari kasat mata untuk plat silicon wafer sangat jelas terdapat pelangi
dibagian pinggir bawah tengah.
(a) (b)
(c) (d)
(e)
Gambar 4.13 Hasil Mapping Alumina pada Silicon wafer; (a) Gambar yang akan
Hasil dari hasil mapping diatas terdapat kandungan yang sama seperti
sebelumnya pada plat Al. Namun pada plat Silicon wafer terdapat juga kandungan
silicon dideteksi sedikit, merupakan silicon wafer yang diduga mengalami ablasi plat
silicon wafer akibat plasma.
Gambar 4.14 Point Analysis Alumina pada Silicon wafer
Tabel 4.5 Elemen hasil SEM lapisan alumina pada silicon wafer
Element Massa (%)
1 2 3 4
O 4.82 6.9 6.06 6.06
AL 86.25 84.91 82.81 83.03
Si 0.19 70.04 71.57 77.12
Lainnya 8.93 10.83 10.12 10.77
Kemudian juga dengan plat silicon wafer dengan hasil % gabungan dari point
analisisnya adalah persen kandungan Al dirata – ratakan sebesar 84.25%, kandungan
O 5.96% , Si 0.12 dan kandungan lainnya 10.16% dan telah diketahui adanya lapisan
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian dapat ditarik beberapa kesimpulan, yakni :
1. Panjang gelombang laser Nd:YAG q-smart 850 1064 nm tidak dapat dideteksi
oleh fiber optic dikarenakan panjang gelombang 1064 tidak berada pada range
cahaya tampak sehingga spectrometer HR2000 tidak bisa dihasilkan panjang
gelombangnya yang diolah dengan software Ocean Optic.
2. Dari hasil pengamatan bentuk berkas laser Nd-YAG untuk panjang gelombang
1064 nm diameter berkas laser 2.606e+05 μm (2,606 mm) dan untuk berkas
laser yang panjang gelombangnya 532 nm memiliki diameter berkas laser
2.549e+05 μm (2,606 mm).
3. Telah berhasil melakukan teknik PLD pelapisan Alumina dan Alumina Zr pada
Al dan Silicon wafer dengan laser Nd-YAG harmonic pertama (1064 nm) dan
harmonic kedua (532 nm). Secara kasat mata, lapisan membentuk setengah
lingkaran, seperti pelangi dan diteliti menggunakan SEM dengan mapping
didapati persebaran kualitatif unsur Al dan O dengan gambar warna dan point
analysis diketahui kuantitatif unsur Al dan O dengan persen massanya.
5.2 Saran
1. Melakukan penembakkan laser dengan chamber yang vakum-nya hingga 5
Torr sebaiknya dilakukan di LIPI Bandung.
2. Melakukan analisa SEM dari posisi samping atau disebut crossection agar
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Spektrum Elektromagnetik
Spektrum elektromagnetik adalah daerah jangkauan panjang gelombang yang
merupakan bentang radiasi. Hendrich hertz (1857 – 1894) adalah orang pertama
kalinya menguji hipotesis Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik. Ia
mendeteksi gelombang.
Panjang gelombang cahaya tampak mempunyai rentang antara 4,0 x 10-7 m
hingga 7,5 x 10-7 m atau (400 nm – 750 nm) dan cahaya tampak yaitu radiasi
gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Frekuensi
cahaya tampak dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini ;
� = � .� ���� �= �� 2.1
Dengan f adalah frekuensi gelombang (Hz), � adalah panjang gelombang (m)
dan c adalah laju cahaya (3x108 m/s) . Berikut adalah gambar gelombang
elektromagnetik dari beberapa banyak jenis radiasi panjang gelombang yaitu
gelombang radio, gelombang mikro, radiasi inframerah,cahaya tampak, radiasi
ultraviolet, sinar X dan sinar gamma.
Gambar 2.1 Gelombang Elektromagnetik
2.2 Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) adalah
penguatan cahaya melalui radiasi emisi yang terstimulasi (Halliday dan
Resnick.1978). Laser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan
amat lurus. Cara kerjanya mencakup optika dan elektronika. Para ilmuwan biasa
menggolongkannya dalam bidang elektronika kuantum. Sebetulnya laser merupakan
perkembangan dari MASER, huruf M disini singkatan dari Microwave, artinya
gelombang mikro. Cara kerja maser dan laser adalah sama, hanya saja mereka bekerja
pada panjang gelombang yang berbeda. Laser bekerja pada spektrum infra merah
sampai ultra ungu, sedangkan maser memancarkan gelombang elektromagnetik
dengan panjang gelombang yang jauh lebih panjang, sekitar 5 cm, lebih pendek sedikit
dibandingkan dengan sinyal TV - UHF. Laser yang memancarkan sinar tampak
disebut laser - optik. (Pikatan,Suganta. 1991)
2.2.1 Proses Terjadinya Laser
Terjadinya laser sudah diramalkan jauh hari sebelum dikembangkannya
mekanika kuantum. Pada tahun 1917, Albert Einstein mempostulatkan pancaran imbas
pada peristiwa radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu gas yang
sedang menyerap dan memancarkan radiasi. Menurut dia ada 3 proses yang terlibat
dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan, pancarn spontan (disebut fluorensi) dan
pancaran terangsang ( atau lasing dalam bahasa Inggrisnya, artinya memancarkan
laser). Proses yang terakhir biasanya diabaikan terhadap yang lain karena pada
keadaan normal serapan dan pancaran spontan sangat dominan. (Satoto, Dwi.2007)
2.2.1.1 Proses Absorbsi
Proses absrobsi adalah sebuah atom pada keadaan dasar dapat dieksitasi ke
keadaan tingkat energi yang lebih tinggi dengan cara menumbukinya dengan foton
berenergi h� (h = konstanta Planck) dan dengan frekuensi foton tersebut (v). Setelah
rendah. Transisi atom dari energi E1 ke E2, disebabkan oleh adanya energi foton dari
luar dengan frekuensi :
� = �2 − �1
ℎ 2.2
dimana : h = konstanta Planck = 6,625 . 10-34 J s
� = frekuensi energi foton yang diserap
E2 = energi tingkat atas
E1 = energi tingkat bawah
Proses absorbsi dapat diilustrasikan pada Gambar 2.2 berikut ini :
Gambar 2.2 Proses absorbsi
2.2.1.2 Emisi Spontan
Ketika sebuah electron berada dalam keadaan energy tereksitasi, electron
tersebut akan kekurangan energy karena melepaskan sebuah foton radiasi mengalami
transisi menuju keadaan dasarnya dan memancarkan foton. kejadian ini disebut emisi
spontan dan foton yang dipancarkan dalam arah dan fase yang acak. Proses emisi
spontan dapat diilustrasikan pada gambar 2.3 berikut ini :
2.2.1.3 Emisi Stimulasi
Emisi stimulasi adalah emisi foton yang diemisikan pada saat terjadi trasnsisi
dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah, yang
disebabkan oleh foton yang berinteraksi dengan atom suatu materi. Proses emisi
stimulasi dapat diilustrasikan pada gambar 2.4 berikut ini :
Gambar 2.4 Proses emisi stimulasi
Apabila atom yang masih dalam keadaan eksitasi E2 ditumbuk oleh foton yang
berenergi h� , maka atom akan terdorong untuk melakukan transisi ke E1 dengan
memancarkan foton pula. Misalkan pada tingkat energi E2 ini terdapat n2 atom, maka
akan lebih banyak lagi atom-atom yang terstimulasi . Karena peristiwa tersebut,
terjadi penguatan ( amplifikasi ) cahaya. Tetapi untuk mencapai keadaab amplifikasi
ini harus lebih banyak atom yang terdapat pada keadaan tingkat energi eksitasi (E2)
daripada atom yang mempunyai tingkat energi dasar (E1). Pada transisi diemisikan dua
buah foton, yang distimulasi dan foton yang menstimulasi. (Svelto,Orazio.2010)
2.2.2 Kompenen Laser
Secara umum suatu alat laser terdiri 3 komponen, yaitu media laser (gain
medium), sumber energi pemompa (pumping source), dan resonator.
1. Medium laser, dapat berupa benda padat, cair maupun gas. Medium laser juga
dapat berfungsi sebagai penguat optik ketika cahaya melewatinya yang berasal
dari sumber lainnya.(Rachmanto,Arif.2012). Contoh medium laser yang
digunakan untuk pembangkit laser dapat berupa kristal, gas, semikonduktor, zat
2. Resonansi, terdiri dari 2 cermin yaitu ; cermin yang memantulkan cahaya
sepenuhnya dan cermin yang meneruskan sebagian cahaya yang ditempatkan di
ujung rongga optic.
3. Sumber energy pompa, baik mekanis maupun optik. Sumber energy berfungsi
untuk memompa atom – atom didalam media laser ke tingkat energy yang lebih
tinggi. Atom – atom yang telah berada di tingkat energy yang tinggi akan
mengakibatkan inversi populasi dalam jumlah yang sama dan secara spontan
melepaskan foton – foton cahaya. Foton – foton tersebut dipantulkan diantara
kedua cermin, saling menabrak dan menghasilkan emisi yang lebih terstimulasi.
Energy foton pada panjang gelombang dan frekuensi yang sama keluar melalui
cermin penerus sebagai cahaya dan membentuk sinar laser. (Hanim,Aisyah.2004)
3 2 4 5
1
C1 = 100 % C2 = <100 %
Laser
Gambar 2.5 Dasar komponen sebuah laser ; (1) sumber energy, (2) pasokan energy
untuk medium, (3) dan (4) jarak sepasang cermin, (5) radiasi yang keluar melalui
cermin (4) (Jurgen R.Meyer, 1989)
2.2.3 Karakteristik Sinar Laser
Laser merupakan suatu sinar yang memiliki karakteristik monokromatis yaitu
semua photon memiliki satu panjang gelombang dan satu warna, bersifat kolimasi
berarti sinar laser sejajar, utuh, tidak menyebar dan sangat terarah dan koheren yaitu
semua photon tetap berada pada phase yang sama (temporal) dan menuju kearah yang
sama (spatial). (Suliyanti,M.M.2013)
Sinar laser tidak seperti sinar biasa lainnya, sinar laser memiliki sifat tersendiri
1. Monokromatik artinya satu panjang gelombang saja yang dihasilkan.
Keuntungan dari sinar monokromatis untuk partikel yaitu absorpsi dan ablasi
dapat ditargetkan pada kromophore-kromophore spesifik yang bergantung
pada panjang gelombang tertentu.
2. Koheren artinya pada frekuensi yang sama dan menuju satu arah yang sama
sehingga cahayanya menjadi sangat kuat, terkonsentrasi,dan terkoordinir
dengan baik.
Keuntungan dari sinar kolimasi dan koheren yaitu kemampuan untuk
memfokuskan sinar pada target yang sangat kecil.
3. Kolimasi ; artinya adalah sinar laser sejajar, utuh, tidak menyebar dan sangat
terarah. Keuntungan dari sinar kolimasi dan koheren kemampuan untuk
memfokuskan sinar pada target yang sangat kecil. (Kurniawati,Desy.2012)
2.3 Laser Pulsa
Laser yang sudah dikembangkan saat ini terdiri berdasarkan sifat keluarannya,
jenis laser dapat dibagi dalam dua kategori yaitu laser kontiniu dan laser pulsa.
Operasi pulsa, berkas laser yang dihasilkan berubah terhadap waktu secara bolak-balik
dengan mode on dan off. Laser Pulsa, dapat dihasilkan dengan teknik Q-switching ,
mode terkunci (modelocking) atau gain switching. Berikut penjelasannya ;
a. Q-Switching, laser pulsa biasanya dibuat dengan tujuan untuk menghasilkan
power laser yang sangat besar dengan waktu radiasi yang singkat. Proses
Q-switch terjadi pada resonator laser dari modulasi efek elektrooptik, bertujuan
untuk menghasilkan sinar laser berupa pulsa pendek dengan daya tinggi.
(Aprasari, Retna.2011).
b. Pada mode locking, frekuensi laser yang pada awalnya hanya terdapat satu jenis
frekuensi diatur dengan merubah panjang gelombangnya sehingga “seolah – olah”
menjadi lebih banyak gelombang. sehingga, hasil gelombang keluaran yang lebih
banyak tadi akan saling “menguatkan” atau “melemahkan”, sehingga tercipta
c. Gain switching, yakni dengan menggunakan sebuah transistor. Dalam hal ini,
material yang digunakan adalah materi kaca yang menjadi penyelubung transistor.
Transistor diselubungi dengan material khusus yang mengakibatkan energi dari
transistor terkumpul menjadi besar. Sehingga, pada suatu saat dalam keadaan
energi yang cukup besar, energi itu mampu menembus material tadi yang
keluarannya berupa cahaya. Ketika energi yang terkumpul tadi semakin sedikit,
maka material tadi akan kembali menyelubungi rangkaain transistor. (Siegmen,
Anthony E. 1986)
Adapun karakteristik dari laser pulsa yaitu seperti pada Tabel 2.1 dibawah ini ;
Tabel 2.1 Jenis – Jenis Karakteristik Laser Pulsa
(XeCl)
351 nm (XeF)
N2 laser 337 nm 2 – 5 ns 1 – 10 mJ 1 – 10 Hz
2.4 Laser Nd:YAG
Ion Neodymium dalam berbagai jenis kristal ionik bertindak sebagai media
gain laser, yang memancarkan energy laser dalam panjang gelombang 213 nm, 266
nm, 355 nm, 532 nm, dan 1064 nm dari transisi atom tertentu dalam ion neodymium,
setelah "dipompa" ke eksitasi dari sumber eksternal Nd: YAG laser optik dipompa
menggunakan tabung flash. Untuk beberapa jenis laser nd yag, baik laser pulsa
ataupun kontiniu memiliki ukuran diameter berkas laser dibawah 5 mm dan adapun
yang lebih.
Laser Nd:YAG memiliki empat level energi, dapat dilihat pada gambar 2.6,
transisi laser ini memulai dalam keadaan metastabil dan diakhiri pada level tambahan
agar sedikit diatas ground state.
Absorbtion band
Metastable state
Laser transition
Ground State
Gambar 2.6 Empat Level secara khas sistem Neodymium (Jurgen R.Meyer,
1989)
Pada dasarnya laser Nd-YAG dipompa oleh satu flashlamp dan memiliki optic
rongga terpisah sehingga bisa ditambahkan Kristal SHG (Second harmonic
lebih kuat dari fundamental di hijau. Laser ini bisa juga menjadi Q-switch, sehingga
berguna untuk banyak aplikasi bahan. Laser yang menggunakan Kristal Nd-YAG
sebagai medium lasing-nya ini, memiliki koherensi yang baik dan spectrum berkas
luaran yang sempit, serta dapat diproduksi dengan daya yang sangat bervariasi, mulai
dari beberapa miliwatt hingga kilowatt. (Kimmelma,Ossi.2009)
2.5 PLD (Pulsed Laser Deposition)
Pulsed Laser Deposition merupakan teknik yang serbaguna untuk proses material, antara lain dalam penumbuhan thin film pada suatu material. Keistimewaan
dari teknik PLD ini adalah proses evaporasi tinggi yang menghasilkan pancaran
plasma yang kuat dan adanya transfer komposisi target menjadi deposisi film, adanya
kontrol atomic-level dengan mengatur energi laser dan laju pulsa (pulse rate) dan
proses secara in-situ untuk lapisan struktur banyak (heterostructures) dengan
menggunakan target ganda. Metode PLD juga merupakan metode penumbuhan yang
relatif sederhana, lebih murah namun memberikan kualitas film yang baik, sehingga
sifat-sifat optik, listrik akan bagus dan juga stoikiometri dari film tetap terjaga.
(Adnyana,I Gusti A.P.2007).
Deposisi laser pulsa adalah proses deposisi system uap dan dilakukan dalam
sistem vakum. Laser pulsa difokuskan ke target material yang akan melapisi. Untuk
populasi energi laser cukup tinggi, masing-masing pulsa laser menguapkan atau
mengablasi partikel – partikel kecil menciptakan plasma. Bahan ablasi dikeluarkan
dari target yang mengarah kedepan target dan ablasi memberikan fluks bahan untuk
pertumbuhan film atau pelapisan tipis.
Penyerapan laser oleh target dikeluarkan menciptakan plasma. Untuk
pengendapan bahan organik makromolekul, kondisi dapat dipilih melalui penyerapan
lebih dalam volume yang lebih besar dengan penyerapan laser yang kecil di sekitar
plasma. Hal ini memungkinkan sebagian besar dari bahan molekul yang terabasi akan
utuh.
Salah satu karakteristik yang paling penting dan memungkinkan di PLD adalah
kemampuan untuk mewujudkan perpindahan stoikiometri dari bahan ablated dari
Plasma didefinisikan sebagai gas yang diionisasikan dengan medan frekwensi
radio (RF), gelombang mikro didalam bejana (reaktor) yang bertekanan rendah (10-3 –
10 torr atau 1 Pascal – 102 Pascal). (Sri Agustini Sulandari, 2013)
Dari beberapa jurnal, hal yang perlu diperhatikan untuk mengasilkan film tipis
dengan kualitas yang baik yaitu menggunakan sumber laser NdYAG, frekuensi laser
diatas 10 Hz, ruang vakum, dan holder tempat target diputar supaya bentuk plasma
yang dihasilkan rata, sudut antara target dan laser sekitar 45° serta laser beamnya
difokuskan , dan sebagian besar substrat dipasang dengan permukaan parallel pada
jaral target ke substrat sekitar 2 – 10 cm. (Adnyana,I Gusti A.P.2007)
(Suliyanti,M.2010).
Sinar laser benergi tinggi dari mesin pembangkit laser diarahkan pada target
didalam ruang vakum. Laser berinteraksi dengan substrat target menghasilkam plume
(plasma) berbentuk lonjongan (Sukirman,E.2002).
Adapun kelemahan metode PLD ini yaitu keberadaan partikel yang menempel
di permulaan filim tidak bisa diseluruh pada plat. Dibawah ini merupakan gambar
system PLD didalam chamber.
Gambar 2.7 Sistem PLD (Adnyana,I Gusti A.P.2007)
Dalam suatu teknik pembuatan lapisan tipis yang dapat diterapkan pada
berbagai bahan-bahan penting, sehingga memudahkan kita di dalam mengontrol
komposisi dari film yang kita buat. Gambar 5 menjelaskan skematika mekanisme yang
Gambar 2.8 Proses atomik berefek ke 3 dimensi pertumbuhan pada lapisan tipis
dengan teknik PLD. (Adnyana,I Gusti A.P.2007)
Iradiasi atau penyinaran akan diserap dan kemudian menginduksi bahan target
secara aktif dengan kecepatan pemanasan yang sangat cepat dan dalam volume yang
siginifikan. Ini akan menyebabkan fase transisi, dan mengintroduksi gelombang stress
beramplitudo tinggi pada target zat padat. Bahan target juga akan mulai meleleh dan
ekspansi ke fase gas. Gambar 2.9 menunjukkan bentuk tipikal dari permukaan target
yang diiradiasi dengan PLD. (Adnyana,I Gusti A.P.2007)
Adapun hasil penelitian yang menunjukkan bagaimana muka plasma oleh laser
XeCl bergerak terhadap waktu dan ditunjukkan oleh grafik pada gambar dibawah :
Gambar 2.9 Pergerakan dari muka plasma terhadap waktu dengan target kaca silica
dan laser XeCl
Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme pembangkitan plasma dalam interaksi
antara laser pulsa energi tinggi dengan target padat memenuhi fenomena gelombang
kejut. Dalam beberapa pecobaan yang lain dengan laser Nd:YAG memiliki trend yang
fenomena gelombang kejut. Adapun model pembangkitan plasma gelombang kejut
tersebut dapat di illustrasikan sebagai berikut:
Gambar 2.10 Model pembangkitan laser-plasma dengan
gelombang kejut
Saat target menyerap energi laser dalam waktu yang sangat singkat (orde ns)
material-material (partikel) dari permukaan target terablasi dengan kecepatan yang
tinggi kemudian berkompressi dengan gas sekitar. Hal ini yng menghasilkan
gelombang kejut. Hasil kompressi pada awalnya menghasilkan temperature tinggi
kemudian mengalami pendinginan dan kelajuan perambatan gelombang kejut
menurun. (Marpaung, Mangasi Alion,2013)
2.6 Scanning Electron Microscope (SEM)
Scanning Electron Microscope (SEM) adalah sebuah mikroskop elektron yang didesain untuk menyelidiki permukaan dari objek solid secara langsung. Analisa
morfologi menjadi fungsi utama yang diharapkan dalam penelitian ini yaitu
mengamati bentuk dan ukuran dari partikel penyusun lapisan tipis. Juga komposisi
dari lapisan tipis, yaitu data kuantitatif unsur yang terkandung di dalam lapisan tipis.
Prinsip kerja SEM adalah difraksi electron, yaitu dengan cara menembakkan
permukaan benda dengan berkas electron berenergi tinggi pada permukaan sampe.
Kemudian berkas electron yang mengenai permukaan sampel atau plat akan
arah. Berkas electron sekunder yang terpancar secara acak sehingga dapat memberikan
informasi morfologi permukaan.
Pada penelitian ini, fungsi SEM juga memiliki beberapa detektor yang
berfungsi untuk menangkap hamburan elektron dan memberikan informasi yang
berbeda-beda, salah satunya adalah detector EDX yang berfungsi untuk menangkap
informasi mengenai komposisi sampe pada skala mikro.
Pada SEM, terdapat sistem vakum pada electron-optical column dan sample
chamber yang bertujuan menghilangkan efek pergerakan elektron yang tidak beraturan karena adanya molekul gas pada lingkungan tersebut, yang dapat mengakibatkan
penurunan intensitas dan meminimalisasi gas yang dapat bereaksi dengan sampel atau
mengendap pada sampel, baik gas yang berasal dari sampel atau pun mikroskop.
Karena apabila hal tersebut terjadi, maka akan menurunkan kontras dan membuat
gelap detail pada gambar. Semua sumber elektron membutuhkan lingkungan yang
vakum untuk beroperasi.
2.7 Laser Nd-Yag Q-Smart 850
2.7.1 Perangkat Sistem Laser Pulsa Nd-Yag Q-Smart 850
Perangkat laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850 terdiri dari perangkat laser hand,
q-touch panel sebagai control, ice panel, dan harmonic generator (2ωHG dan
fundamental HG). Semuanya dihubungkan dalam satu – kesatuan dapat di jelaskan
pembagiannya seperti dibawah ini:
A. Laser Head (Bagian Utama Laser)
Laser Hand merupakan sumber sinar laser pulsa utama didalamnya terjadi proses emisi dan absorbs yaitu proses terjadinya laser. Dimana keluarannya adalah
laser pulsa Nd-YAG dengan panjang gelombang fundamental 1064 nm dan
biasanya diikuti dengan tambahan harmonic opsional yang membuat panjang
gelombang berubah ; contohnya 2wHG akan membuat panjang gelombang
Gambar 2.11 Laser Head
Adapun bagian – bagian didalam laser head tersebut, yaitu :
1. Pump Lamp, memberikan sumber radiasi pompa optik (yaitu menghasilkan
flourescence pada laser material). Disini hal – hal yang sangat penting tercapai
yaitu antara emisi yang terjadi dan terjadi aktif penyerapan ion. Flashlamps
terjadi pada jenis laser pemompa pulsa dan memancarkan cahaya pada
pemompa cahaya yang berkelanjutan berbeda dengan konstruksinya.
2. Cermin Resonator , 2 cermin yang salah satu cerminnya bersifat elektrooptik
berfungsi tempat terjadinya proses q-switch dari modulasi efek elektrooptik
pada sel pockel sehingga menghasilkan sinar laser berupa pulsa pendengan
dengan daya yang tinggi.
3. Electrode (Cathode dan Anode), Elektroda terdiri dari dua buah katoda yang
diletakkan di ujung-ujung rongga resonator atau satu buah anoda yang
diletakkan di tengah-tengah rongga resonator. Elektroda ini berfungsi untuk
memberikan lucutan listrik pada rongga resonator.
4. Nd:YAG Rod (batang) , (Neodymium-Yttrium Aluminum Gamet) merupakan
jenis medium laser zat padat sebagai media laser yang memiliki fluorescent
yang sempit menghasilkan penguatan yang tinggi. Secara komersial yang ada
batang dengan jarak tembak dengan ukuran diameter dari 3 sampai 15 mm dan
hingga dalam panjang 200mm.
5. Cavity Reflector , batang laser dan pemompa yang tertutup dalam sangat
menggambarkan suatu pemantulan dari banyak pompaan cahaya mungkin
menjadi suatu medium aktif. Pemantulan dalam chamber disebut pemompaan
cavity dan beberapa bentuk telah digunakan untuk mencapai tujuan yang sama pada semua laser. Pertama cavity digambarkan sinar memancarkan dari lampu
dari penyinaran tersebut. Sepasang penutup juga bekerja dengan memancarkan
dan bentuk cahaya dan batang laser ditempatkan erat bersama.
B. ICE (Power Supplay dan Integreted Cooling System)
Didalam ICE terdapat 2 bagian penting yang ada yaitu Power supplay dan
system cooling (pendingin).
1. Power suplay merupakan pembangkit tegangan mesin agar tabung flash
memompa flashlamp dan menghasilkan laser pulsa dengan energy pulsa laser
tertentu yang dapat dikontrol oleh pad.
Gambar 2.12 ICE Power Supplay
2. System pendingin berfungsi untuk mencegah pemanasan atau kenaikan
temperature pada tabung laser menyebabkan ketidakstabilan pada system laser.
Pendingin laser zat padat seringkali diperlukan karena hanya sedikit
kebanyakan dari masukan energy listrik yang mengkonversi radiasi laser. Oleh
sebab itu, dari energy yang masuk akan menghasilkan panas juga berasal dari
proses laser rod, flashlamp dan pemompaan cavity. Untuk itu diperlukanlah
pendingin (cooling) agar mesin tidak rusak dan kerja laser berlangsung dengan
C. Pad
Pad sebagai pengkontrol Laser Nd-YAG yang didalamnya terdapat
menu, pengaturan dan menjadi input perintah penggunaan keseluruhan system
laser.
Gambar 2.13 Q-pad
Fungsi – fungsi menu dan penggunaan nya dapat dijelaskan seperti dibawah ini:
Gambar 2.14 Gambar tampilan screen Q-pad
Menu icon / screen pada q-pad
1. Menu icon : untuk pengaturan akses dan informasi.
2. Status area : Daerah status menunjukkan status sistem, metode kontrol dan
penyimpanan shutter.
3. Emisi Peringatan muncul ketika sistem lasing
4. Laser control area : Flash Lamp dan tombol Berhenti Q-switch
5. Settings area : untuk melihat dan mengatur parameter sistem laser. Opsi yang
Berikut penjelasan tiap – tiap fungsi menu diatas.
1. Menu Icon
a. Status Area
Menampilkan status laser. Pesan berikut muncul di daerah ini
- Laser interlock: Rangkaian interlock jauh terbuka.
System warm up: Laser pemanasan selama start up dan tidak siap untuk
operasi (sekitar 15 menit).
- Laser ready The pemanasan selesai dan laser siap modus Run. Lampu kilat
mulai icon berubah menjadi padat kuning.
- Flashing---Pulse disable: Berkedip --- Pulse menonaktifkan: Sistem ini
dalam mode Run, dan awal ikon Lampu flash dipilih (tegangan tinggi
diaktifkan), lampu mulai berkedip (jika pemicu hadir). Q-Switch belum
diaktifkan, baik karena masalah interlock atau diperlukan 8 penundaan
kedua antara flashlamp start dan Q-Switching.
- Flashing---Pulse enable : Berkedip --- Pulse memungkinkan: Delapan detik
setelah.
Menu Icon Fungsi
Laser Operation Memasuki layar untuk melihat
parameter laser yang seperti suhu
internal, daya output
Settings Memasuki layar untuk mengatur nilai
parameter laser.
Configuration Memasuki layar untuk melihat atau
mengatur konfigurasi jaringan untuk
remote control dari sistem.
Information Memasuki layar untuk melihat sistem
informasi seperti informasi laser,
- Laser ON --- auto (atau Burst / scan): Tergantung pada pengaturan yang
telah Anda pilih dan jika tidak ada modul HG terhubung Anda dapat
melihat keadaan laser.
- Laser ON---NLO warm up Entah kristal HG belum mencapai set point
suhu atau jumlah tembakan energi yang stabil belum tercapai. APM tidak
tersedia, sampai sistem mencapai suhu set point.
- Laser ON --- NLO ready : kristal modul HG yang menghangat dan jumlah
yang diperlukan tembakan energi yang stabil telah tercapai.
- Laser ON --- APM # 1 running : otomatis Tahap Pencocokan untuk 2ω
berjalan.
b. Emission Warning Area : tombol berikut memperingatkan Anda tentang emisi
laser.
- Emisi Peringatan: Setiap kali emisi laser ON, peringatan ini ikon berkedip.
Semua orang di daerah harus memakai pelindung mata yang
tepat dan mengikuti semua tindakan pencegahan keselamatan.
- Eyewear Keselamatan: Setiap kali ikon ini ON, semua orang di daerah
harus memakai pelindung mata yang tepat dan mengikuti semua
tindakan pencegahan keselamatan.
- Laser control area
Area kontrol laser yang memberikan kontrol untuk memulai dan
menghentikan flashlamp dan Q-Switching. Ikon muncul sebagai berikut:
2. Flashlamp
Icon Meaning
Not Ready
Abu-abu ikon menunjukkan bahwa flashlamp tidak dapat
diaktifkan karena sistem masih pemanasan.
Ready Start
Ikon kuning menunjukkan bahwa flashlamp siap dimulai.
3. Q-Switch
Running (blinking)
Berkedip ikon kuning menunjukkan bahwa lampu berkedip.
Laser Emisi Peringatan berkedip. Semua orang di daerah
harus memakai pelindung mata yang tepat dan mengikuti
semua tindakan pencegahan keselamatan.
Stop Icon
Menghentikan flashlamp dan berhenti emisi laser.
Catatan: Untuk menghentikan laser setiap saat, melakukan
salah satu dari berikut:
• Tekan ikon BERHENTI
• NONAKTIFKAN Switch Key pada panel ICE depan.
Not Started
Flashlamp tidak dimulai sehingga tidak dapat dihentikan
dan karena seleksi ini adalah "berwarna abu-abu".
Icon Meaning
Not Ready
Abu-abu ikon menunjukkan bahwa sistem ini tidak siap
dan Q-Beralih tidak dapat dimulai. Sampai status sistem
menunjukkan sebagai Flashing --- Pulse menonaktifkan,
Q-Switch.
Ready/Start
Ikon kuning menunjukkan sistem siap dan Q-Beralih dapat
dimulai. Laser Emisi Peringatan berkedip. Semua orang di
daerah harus memakai pelindung mata yang tepat dan
mengikuti semua tindakan pencegahan keselamatan. Satu
modus ditembak: Tekan tombol ini sekali untuk satu
tembakan terus menerus modus: Tekan tombol ini terus
menerus hingga berkedip. Kemudian meluncurkan kontinu
dan laser berjalan pada tingkat rep yang dipilih.
Running
(bliking)
Berkedip ikon kuning menunjukkan bahwa Q-Switching
berjalan. Laser Emisi Peringatan berkedip. Semua orang di
daerah harus memakai pelindung mata yang tepat dan
D. Harmonic Generator
Harmonic generator menggambarkan sebagai rasio kekuatan keluaran
komponen harmonic kedua (532 nm) ke komponen fundamental (1064 nm)
Sesungguhnya sebanding dengan intensitas dari dasarnya. I = Pfundamental / A.
Penjelasan ini mengapa banyak Kristal HG ditempatkan dibagian cavity pada
laser dimana intensitasnya sangat besar. Peristiwa beam bisa juga difokuskan pada
bagian Kristal untuk meningkatkan intensitas lokal pada Kristal.
2.7.2 Sistem Pengoperasian Sistem Laser Pulsa Nd-Yag Q-Smart 850 A. Prosedur menghiduplan laser
1. Sambungkan listrik ke saklar
2. Tekan tombol ON di panel belakang power supplay Stop Icon
Menghentikan flashlamp dan berhenti emisi laser.
Catatan: Untuk menghentikan laser setiap saat, melakukan
salah satu dari berikut:
• Tekan ikon BERHENTI
• NONAKTIFKAN Switch Key pada panel ICE depan.
Not Started
Flashlamp tidak dimulai sehingga tidak dapat dihentikan
dan karena seleksi ini adalah "berwarna abu-abu".
Locked
Q-Switch "terkunci" dan tidak dapat dimulai
manual.
Locked
Q-Switch "terkunci". Sentuh ikon kunci untuk
mengubahnya ke terkunci.
Unlocked
Q-Switch "membuka" dan dapat digunakan untuk pulsa
3. Putar kunci dibagian depan panel
4. Tunggu hingga Panel Kontrol “loading” dan warming up selama 1 jam,
hingga tertera “laser ready” di panel
5. Tekan Flashpanel di panel hinggal lampu indikator berkedip – kedip.
6. Cek pulsa delay untuk mendapatkan keluaran energy yang diinginkan (delay 7 μm – 255 μm untuk energy max – min)
7. Q – switch dapat diaktifkan dengan cara :
a. Unlock tombol Q – switch
b. Tekan tombol Q-witch sekali untuk one – pulse laser, atau tekan
beberapa saat hingga Q – switch berkedip – kedip untuk continiu pulsa
laser.
B. Prosedur mematikan laser
1. Matikan Q-switch dan pastikan Q-switch tidak sedang aktif (baik one
pulse atau kontinyu)
2. Matikan flash lamp dan tunggu beberapa saat (5 – 10 menit0
3. Putar kunci panel epan
4. Tekan tombol OFF di panel belakang
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi instrumentasi saat ini mengalami perkembangan yang
sangat cepat dan tidak asing untuk diterima oleh masyarakat. Salah satunya adalah
teknologi Laser yang mampu mengatasi masalah – masalah rumit dalam kemajuan
teknologi pada zaman ini.
Laser juga menjadi satu alternative dari kebutuhan penting dari ilmu
pengetahuan yang berkeinginan untuk mengamati fenomena atom dalam orde 10-14
atau 10-15 dan dimanfaatkan untuk menciptakan partikel-partikel dengan ukuran yang
sangat kecil mulai dari 2 nm hingga 20 nm.
Laser Nd-YAG merupakan sa1ah satu jenis laser zat padat yang disukai, sangat
populer dan digunakan sengat luas daIam berbagai bidang karena kelebihannya. Laser
yang menggunakan kristal Nd-YAG sebagai medium Iasing-nya ini, memiliki
koherensi yang baik dan spektrum berkas luaran yang sempit, sehingga dapat
diproduksi dengan daya yaug sangat bervariasi.
Dalam aplikasinya Laser Nd-YAG memiliki fungsi dengan pengembangan –
pengembangan tekniknya yang bermacam – macam yaitu LIBD (laser inducedi
breakdown detection), spectroscopy, dan pelapisan. Salah satunya adalah teknik untuk perlakuan permukaan material yaitu teknologi pelapisan yang menghasilkan kualitas
lapisan tipis yang baik (homogen, daya lekat tinggi, presisi), waktu singkat,
reproducibility tinggi dan biaya rendah. Setiap jenis laser mempunyai panjang gelombang, energi porfil berkas yang berbeda dimana masing-masing memiliki
kelebihan dan kekurangan dalam aplikasinya. (Suliyanyi, Maria. 2010)
Pada penelitian penulis akan mempelajari dan menjelaskan instrumentasi
system laser Nd-YAG Q-smart 850 sampai harmonic ke dua dan karakterisasinya serta
salah satu aplikasinya dalam pembuatan lapisan tipis dengan metode pulse laser
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang akan diselesaikan dari latar belakang diatas, maka penulis
merumuskan masalah karakteristik laser Nd-YAG Q-smart 850 dapat diketahui
dengan mendapatkan spektrum panjang gelombang dengan menggunakan
spectrometer HR 2000, bentuk profil berkas sinar laser Nd-YAG menggunakan laser
beam profiler dan pengukuran energy laser Nd-YAG menggunakan MaxBlack EnergyMax Sensor.
Dan sebagai aplikasi dari laser pulsa Nd:YAG Q-smart 850 salah satunya ialah
pelapisan film tipis teknik PLD (pulse laser deposition) penulis melakukan penelitian
menggunakan Alumina sebagai substrat pada plat Al dan Silicon wafer.
1.3 Batasan Masalah
Untuk membatasi masalah-masalah yang ada maka pada Tugas Akhir ini penulis
membatasi ruang lingkup masalah sebagai berikut:
1. Laser Nd-YAG yang digunakan adalah laser Nd-YAG Q-Switch 850 merk
Quantel dengan panjang gelombang 532 nm dan 1064 nm.
2. Mengkarakteristik Laser Nd – YAG dengan mengukur panjang
gelombang,besar energy dan Beam Profile.
3. Aplikasi Laser Nd-YAG q-smart untuk pelapisan Alumina dan Alumina Sr pada AL sheet dan Silicon wafer.
4. Penganalisaan dengan menggunakan camera CCD, dan SEM
5. Program yang digunakan adalah Spiricon Beam Profile dan Ocean Optic.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui bagaimana karakteristik sinar laser Nd:-YAG Q-Smart 850 dengan
mengamati beam profiler dari laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850, spektrum
2. Mengetahui bagaimana pelapisan film tipis dengan teknik PLD menggunakan
2 panjang gelombang yang berbeda (532 nm dan 1064 nm).
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :
1. Sebagai dasar acuan penggunaan laser YAG salah satunya adalah laser
Nd-YAG Q-smart 850 keluaran Quantel yang memiliki manfaat dalam fisika
instrumentasi dan bidang – bidang lainnya salah satunya adalah teknik
pelapisan film tipis.
2. Sebagai acuan karakteristik laser Nd-YAG Q-smart 850
3. Sebagai dasar bidang pulse laser deposition (PLD) dengan menggunakan laser
pulsa Nd-YAG q-smart 850.
1.6 Metode Penelitian
Penelitian diawali dengan studi literature yakni mencari materi dalam buku dan
e-book tentang pengetahuan laser. Metode yang dilaksanakan pada penelitian ini adalah
metode eksperimen.
1.7 Sistematika Penulisan
Untuk mengetahui uraian singkat yang memuat gambaran singkat secara
keseluruhan isi masing-masing bab, maka dibuat sistematika penulisan sebagai berikut
:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisikan gambaran umum tentang penulisan skripsi ini
seperti hal – hal yang melatarbelakangi penulisan skripsi
ini,rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, dan
sistematika penulisan.
Bab ini berisikan tentang definisi – definisi dan teori – teori
yang berkaitan dengan skripsi ini yang di ambil dari beberapa
sumber, baik dari buku referensi, jurnal – jurnal dan dari
internet.
BAB II : METODOLOGI PENELITIAN
Bab bagian ini akan dibahas rincian metode penelitian
karakterisasi laser, diagram blog, dan flow chart.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini akan dibahas tentang hasil analisa karakteristik dari
laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850 dan hasil pelapisan PLD
(pulse laser deposition), serta rangkaian dan system kerja alat. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan penutup yang meliputi kesimpulan dari
pembahasan dan tujuan penelitian beserta sebagai acuan untuk
ABSTRAK
Dalam penelitian ini, dilakukan karakterisasi laser Nd:YAG Q-Smart 850 yaitu pengamatan spektrum panjang gelombang, pengukuran beam profile, dan pengukuran besar energy laser Nd:YAG tersebut. dan dilakukan salah satu aplikasi dari kemampuan laser ini adalah PLD (pulsed laser deposition) dengan melakukan pelapisan alumina pada plat Al dan Silicon Wafer. Pada pengamatan spektrum panjang gelombang menggunakan HR2000, pengukuran beam profile menggunakan sensor CCD dan software Laser Beam Analizer. Dengan dimulai variasi energy laser terendah maka didapati diameter dari berkas laser Nd:YAG yaitu untuk 532 nm sebesar 2,606 mm dan untuk 1064 nm ialah sebesar 2,549 mm. Juga telah dilakukan pengukuran energy laser Nd:YAG dengan menggunakan Energy Meter Coherent.Dan telah berhasil melakukan pelapisan Alumina pada plat Al dan silicon wafer melalui teknik PLD (pulsed laser position) dan dianalisis menggunakan SEM dengan perbesaran hingga 3500 kali juga dibuktikan dari hasil mapping dan point analysis.
CHARACTERISTICS OF LASER PULSE Nd:YAG Q-SMART 850 AND APPLICATION PLD
ABSTRACT
In this research, carried out the characterization of laser Nd:YAG Q-Smart 850 is the observation wavelength spectrum, measurements of beam profile, and a large measurement laser energy Nd:YAG them, and carried out one of the applications of these lasers is the ability of the PLD (pulse laser deposition) by making alumina coating on the plate AL and Silicon Wafer. In observation wavelength spectrum using HR2000, beam profile measurements using CCD sensors and software Laser Beam analyszer. By starting low laser energy variation then found the diameter of the laser beam Nd:YAG is to 532 nm at 2,606 mm and for 1064 nm is of 2,549 mm. It has also been carried out measurements of laser energy Nd:YAG using Coherent. And Energy Meter has been successfully Alumina coating on the plate Al and Silicon Wafer by techniques PLD (pulsed laser position) and analyzed using SEM with a magnification up to 3500 times os also proved from the results of mapping and point analysis.
