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

(1)

DEPOSISI LAPISAN TIPIS ALUMINIUM (Al)

PADA SUBSTRAT KACA DENGAN TEKNIK EVAPORASI

DAN KARAKTERISASI OPTIKNYA

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

Program Studi Fisika

Oleh :

Theresia Erni

NIM : 023214003

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

(2)

DEPOSITION OF ALUMINUM (Al) THIN LAYER

ON THE GLASS SUBSTRATE USING EVAPORATION

TECHNIQUE AND OPTICAL CHARACTERISATION

SKRIPSI

Precented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the

Sarjana Sains Degree

In Physics

By

Theresia Erni

NIM : 023214003

PHYSICS STUDY PROGRAM

PHYSICS DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

(3)

(4)

(5)

HALAMAN PERSEMBAHAN

Ku persembahkan karya sederhana ini unt uk :

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

Bunda Maria penolong hidupku....

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

Bibi Yatim yang selalu mendukung dan menyayangiku

Mas Andri yang telah memberi warna dalam hidupku

Seluruh keluarga besarku

Universitas Sanata Dharma almamaterku

(6)

HALAMAN MOTTO

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

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

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

mengetok baginya pintu dibukakan”

(Matius 7: 7-8)

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

tetapi berdoalah supaya engkau mendapat kekuatan yang sesuai dengan tugasmu”

(Philip Brooks)

“Pengalaman membuat engkau mampu untuk mengenal sebuah kesalahan

bilamana engkau melakukannya lagi”

(Franklin P. Jones )

”Jangan bimbang menghadapi bermacam – macam penderitaan, karena semakin

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

(Jenderal Sudirman)

(7)

(8)

ABSTRAK

Telah dilakukan deposisi lapisan tipis aluminium pada substrat kaca dengan

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

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

dilakukan pada kondisi tekanan vakum 1,1 x 10

-5

Torr, jarak substrat dengan benda

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

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

Proses evaporasi dilakukan dengan menggunakan alat evaporasi hampa,

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

sifat optik yang meliputi reflektansi, transmitansi dan absorbansi dilakukan

menggunakan UV-Vis Spectrophotometer milik laboratorium Biologi UNS,

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

Ketebalan lapisan tipis untuk masing – masing berat aluminium yang dilapiskan

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

luasan substrat yang terlapisi.

Dari hasil percobaan dan pengukuran maupun perhitungan yang telah

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

berturut-turut 1,9 x 10

5

cm

-1

s/d 2,7 x 10

5

cm

-1

; 4,9 x 10

5

cm

-

1 s/d 5,2 x 10

5

cm

-1

, 4,1 x

10

5

cm

-1

s/d 4,2 x 10

5

cm

-1

dan 3,4 x 10

5

cm

-1

.

(9)

ABSTRACT

Deposition of aluminum thin layer on the glass substrate using evaporation

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

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

following parameters ; vacuum pressure in order of 1,1x10

-5

Torr, boat and substrate

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

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

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

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

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

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

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

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

the substrate.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

10

5

cm

-1

up to 2,7 x 10

5

cm

-1

; 4,9 x 10

5

cm

-

1 up to 5,2 x 10

5

cm

-1

, 4,1 x 10

5

cm

-1

up to

4,2 x 10

5

cm

-1

and 3,4 x 10

5

cm

-1

respectively.

(10)

KATA PENGANTAR

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

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

DEPOSISI LAPISAN TIPIS ALUMINIUM PADA SUBSTRAT KACA DENGAN

TEKNIK EVAPORASI DAN KARAKTERISASINYA. Penyusunan skripsi ini

merupakan syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains di Jurusan Fisika

Universitas Sanata Dharma.

Penullis menyadari bahwa penulisan ini dapat selesai dengan baik karena

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

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

1.

Ibu Ir. Sri Agustini Sulandari M.Si selaku Kaprodi Fisika dan

pembimbing di kampus yang telah banyak memberikan masukan, arahan

dan yang selalu sabar membimbing penulis selama penulisan skripsi ini.

2.

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

BATAN yang selalu membantu penulis bila mengalami kesulitan

3.

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

ujian skripsi.

4.

Bapak Dr. Ignatius Edi Santosa M.S. selaku dosen pembimbing akademik

atas bantuan dan bimbingannya selama masa studi.

(11)

5.

Segenap Dosen Jurusan Fisika, FST Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta, yang telah mendidik dan memberikan pengajaran selama

masa studi.

6.

Segenap Dosen dan Karyawan FST Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta, yang telah banyak membantu selama masa studi.

7.

Selulruh staf karyawan dilingkungan PTAPB-BATAN, yang telah banyak

membantu selama penelitian, khususnya bapak Sumaryadi selaku teknisi

di bagian coating yang tiada lelah membantu pelaksanaan penelitian.

8.

Bapak Susilo karyawan di laboratorium Biologi UNS yang telah

membantu dan mengijinkan penulis untuk menggunakan alat

Spektrofotometer UV-VIS untuk karakterisasi lapisan tipis.

9.

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

biaya selama masa studi.

10.

Bibi Yatim, yang selalu memberikan semangat dan dukungan moral

maupun material.

11.

Mas Andri yang selalu setia menemaniku dan selalu memberiku semangat

dalam menyelesaikan skripsi ini.

12.

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

13.

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

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

(12)

Danang, Ratna, Dian) yang telah berjuang selama bertahun-tahun

bersamaku. Terimakasih untuk persahabatannya selama ini.

14.

Teman-teman Komunitas Sant’ Egidio yang telah banyak mengajarkanku

banyak hal (buat Heri dan Mayoes, makasih ya karena selalu memberiku

tumpangan kalau pergi ke BATAN. Buat Echa makasih untuk printernya).

15.

Teman-teman kos palem (Siska, Reta, Tika, Citra, Ema, Rini, Ani, Ana,

Melda, Jessi dan Tante, Aprin, Alin, Mita, Cici, Nia, Gusti), terima kasih

atas persahabatannya selama ini.

16.

Teman-teman kos Dewi (Corry, Fitri(makasih untuk komputernya), Era,

Eka, Amoy, Sim, mbak Mul) yang telah menerimaku dengan baik dan

juga teman-teman kos Wirata atas bantuannya selama ini.

17.

Teman-teman lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang

telah memberi bantuan baik secara moral atau material.

Penulis juga menyadari bahwa penyusunan skripsi ini tidaklah sempurna,

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

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

Yogyakarta , September 2007

Penulis

(13)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL………..i

HALAMAN JUDUL...ii

HALAMAN PERSETUJUAN……….iii

HALAMAN PENGESAHAN………..iv

HALAMAN PERSEMBAHAN...v

HALAMAN MOTTO....………...vi

HALAMAN PERNYATAAN.….………..vii

ABSTRAK...………...viii

ABSTRACT

…..………...…ix

KATA PENGANTAR………...x

DAFTAR ISI………...xiii

DAFTAR GAMBAR ……...………...xvii

DAFTAR TABEL ...……….…..xx

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang………..1

1.2

Perumusan Masalah………..3

1.3

Batasan Masalah………...3

(14)

1.4

Tujuan Penelitian………..3

1.5

Manfaat Penelitian………4

BAB II DASAR TEORI

2.1 Deposisi Lapisan Dengan Teknik Evaporasi………5

2.2 Evaporasi Termal………..7

2.3

Sistem

Vakum………..………...9

2.3.1 Tingkat Kevakuman………..10

2.3.2 Pompa Valum………12

a. Pompa Rotari……….12

b. Pompa Difusi……….14

2.4 Pembentukan Lapisan Tipis………16

2.5 Sifat Optik………….………..19

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

2.5.3 Reflektansi, Transmisi dan Absorbansi……….21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian………26

3.2 Bahan dan Alat Penelitian………..26

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

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

(15)

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

3.3 Diagram Alir Penelitian……….28

3.4 Pelaksanaan Penelitian………...29

3.4.1 Penyiapan Substrat dan Target………..29

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

3.4.3 Karakterisasi Lapisan Tipis………...30

3.5

Metode

Analisis………..33

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian………...34

4.1.1 Pembuatan Lapisan Tipis………...34

4.1.2 Karakterisasi Optik Lapisan Tipis Al Hasil Deposisi

Menggunakan Spektropotometer UV-VIS………….…………...35

a.

Reflektansi……….35

b.

Transmitansi………..38

c.

Absorbansi……….40

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

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

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

a.

Cuplikan1………..….44

b.

Cuplikan2……….………..46

(16)

c.

Cuplikan3………..…….49

d.

Cuplikan4………...50

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan……….52

5.2

Saran...………53

DAFTAR PUSTAKA………54

LAMPIRAN

(17)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Model peralatan coating

Gambar 2.2. Prinsip kerja pompa rotari

Gambar 2.3. Penampang pompa difusi

Gambar 2.4. Tingkat pembentukan lapisan tipis

Gambar 2.5. a. Gambar yang menunjukan refleksi dan refraksi pada

permukaan batas udara-air.

b. Penggambaran dengan menggunakan sinar-sinar

Gambar 3. Sistem Elektrik UV-1601PC

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara reflektansi

R

dengan panjang

pelombang

λ

untuk kaca biasa (standar)

R

dengan panjang

pelombang

λ

untuk ketebalan lapisan 57,40752 nm

R

dengan panjang

pelombang

λ

R

dengan panjang

pelombang

λ

R

dengan panjang

pelombang

λ

(18)

Gambar 4.6 Grafik hubungan antara indeks bias lapisan tipis

dengan reflektansi

R

untuk ketebalan lapisan

57,40752 nm

f

n

dengan reflektansi

R

untuk ketebalan lapisan

76,54336 nm

f

n

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara transmitansi

T

dengan panjang

pelombang

λ

T

dengan panjang

pelombang

λ

T

dengan panjang

pelombang

λ

T

dengan panjang

pelombang

λ

T

dengan panjang

pelombang

λ

Gambar 4.13 Grafik hubungan antara absorbansi

A

dengan panjang

gelombang

λ

untuk kaca biasa

A

dengan panjang

gelombang

λ

(19)

A

dengan panjang

gelombang

λ

A

dengan panjang

gelombang

λ

A

dengan panjang

gelombang

λ

R

, transmitansi

T

dan absorbansi

A

dengan panjang gelombang λ untuk

ketebalan lapisan 57,40752 nm

R

, transmitansi

T

dan absorbansi

A

dengan panjang gelombang

λ

untuk

R

, transmitansi

T

dan absorbansi

A

λ

untuk

R

, transmitansi

T

dan absorbansi

A

λ

untuk

(20)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil deposisi lapisan tipis

Tabel 4.2 Hasil analisis dari hasil deposisi lapisan tipis

(21)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Lapisan metal tipis pertama kali ditemukan oleh Bunsen dan Grove

pada tahun 1852, ketika mereka melakukan penelitian lucutan dalam gas

bertekanan rendah dalam suatu sistem vakum, yang menampakkan gejala

terbentuknya lapisan metal tipis pada dinding tabung disekitar elektrode

negatif (Sudjatmoko, 2003).

Sejak penemuan itu, penelitian mengenai lapisan tipis berkembang

terus sampai sekarang. Saat ini aplikasi lapisan tipis telah menjangkau

hampir di semua bidang. Pada bidang elektronik lapisan tipis digunakan

dalam pembuatan piranti elektronika seperti kapasitor, transistor,

fotodetektor, sel surya, rangkaian hibrid maupun teknologi

mikroelektronika. Dalam bidang mekanika lapisan tipis digunakan untuk

pembuatan lapisan keras sebagai bahan pelindung terhadap keausan dan anti

korosi. Dalam bidang optik digunakan untuk pembuatan lapisan antirefleksi,

filter interferensi, cermin reflektor tinggi, kaca-mata pelindung cahaya dan

transmisi daya tinggi. Untuk mengetahui karakteristik bahan lapisan tipis

perlu dikarakterisasi struktur kristal, keadaan permukaan, tebal lapisan, sifat

termal, sifat optik, sifat listrik dan sebagainya.

Pada penelitian ini akan dilakukan karakterisasi sifat optik antaralain

(22)

terdeposisi pada substrat kaca, dengan menggunakan spektrofotometer

UV-VIS.

Aluminium merupakan logam yang sering digunakan dan

dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Aluminium mempunyai massa

jenis yang cukup kecil, yaitu 2,7 gr/cm

2

(sepertiga massa jenis baja),

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

itu kegunaan aluminium menjadi sangat luas. Aluminium murni bersifat

lunak dan mudah ditempa, tetapi kekuatannya dapat ditingkatkan melalui

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

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

untuk berbagai keperluan.

Ada beberapa cara yang digunakan untuk mendeposisikan lapisan

tipis, yaitu dengan teknik evaporasi,

chemical vapour deposition (CVD),

implantasi ion dan

sputtering

(percikan). Masing-masing metode

mempunyai kelebihan dan kekurangan. Misalnya, pada metode

sputtering

mempunyai daya rekat yang lebih kuat, tetapi dibutuhkan peralatan yang

lebih rumit. Pada metode penguapan atau evaporasi membutuhkan alat yang

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

(substrat)

daya tempelnya tidak terlalu kuat. Dalam penelitian ini akan

digunakan metode evaporasi untuk membuat lapisan tipis Al pada substrat

(23)

1.2

Rumusan Masalah

Dalam penelitian ini rumusan masalah yang akan dikemukakan

adalah:

1.

Bagaimana cara menumbuhkan lapisan tipis Al pada bahan kaca dengan

teknik evaporasi.

2.

Bagaimana mengetahui sifat-sifat optis dari lapisan tipis Al?

1.3

Batasan Masalah

Dalam penelitian masalah utamanya adalah proses pembentukkan

lapisan tipis dengan teknik evaporasi dalam ruang vakum pada substrat kaca.

Pembahasan penelitian ini di batasi pada masalah karakterisasi sifat-sifat

optik dari lapisan tipis Al yang meliputi : reflektansi, absorbansi dan

transmitansinya.

1.4

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1.

Mendapatkan lapisan tipis Al pada substrat kaca dengan teknik

evaporasi.

2.

Mengetahui sifat optis dari lapisan tipis Al khususnya, reflektansi,

absorbansi dan transmitansisinya.

3.

Menentukan indeks bias lapisan tipis.

(24)

1.5

Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah :

1.

Memberikan pengetahuan atau masukan bagi peneliti tentang

penumbuhan lapisan tipis Al dengan teknik evaporasi.

2.

Memberikan pengetahuan bagi peneliti bagaimana karakterisasi

sifat-sifat dari lapisan tipis Al.

3.

Penelitian ini diharapkan bisa memberikan sumbangan informasi untuk

(25)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Deposisi Lapisan Tipis Dengan Teknik Evaporasi

Lapisan tipis adalah suatu lapisan yang sangat tipis dari bahan

organik, inorganik, metal maupun campuran metal-organik

(organometalic)

yang memiliki sifat-sifat konduktor, semikonduktor, superkonduktor

maupun isolator. Pada umumnya lapisan tipis dibuat dengan cara deposisi

atom-atom suatu bahan pada permukaan substrat dengan ketebalan sampai

dengan orde mikro. Dengan melakukan beberapa variasi, misalnya variasi

ketebalan lapisan dan variasi waktu deposisi dalam proses deposisi maupun

modifikasi sifat-sifat lapisan tipis selama deposisi, dapat diperoleh suatu

sifat-sifat khusus dari lapisan tipis tersebut.

Teknik evaporasi merupakan cara yang paling sederhana yang

merupakan proses

thermal

dari pembentukan suatu lapisan tipis. Prosesnya

melalui dua tahapan yaitu, penguapan dari material padat dengan cara

pemanasan sampai mencapai suhu tinggi kemudian mengembunkan

(

condensing

) di atas substrat. Evaporasi ini biasanya efektif digunakan pada

bahan-bahan logam yang mempunyai titik leleh yang rendah. Untuk

material-material yang mempunyai titik leleh tinggi, metode evaporasi tidak

dapat digunakan sehingga harus menggunakan metode deposisi yang lain.

(26)

Lapisan tipis dalam penelitian ini diperoleh dengan teknik

penguapan dalam ruang vakum. Pada penelitian ini digunakan peralatan

“coating”

jenis

Edward Vacuum Coater

model E610, yang secara skematis

seperti yang disajikan pada Gambar 2-1.

c

d

a

b

e

f

g

h

i

j

keterangan gambar

a.

Tabung hampa (bejana)

b.

Batang tembaga

c.

Tempat substrat (kaca)

d.

Substrat (kaca)

e.

Shutter

f. Material pelapis

g. Filamen (evaporation source)

h. Pompa difusi

i. Pompa rotari

j. Regulator

(27)

2.2 Evaporasi Termal

Penguapan

(

evaporation

) adalah perubahan keadaan zat cair menjadi

uap pada suhu di bawah titik didih zat cair. Penguapan terjadi pada

permukaan zat cair, beberapa molekul dengan energi kinetik yang paling

besar melepaskan diri ke fase gas. Titik didih suatu bahan sangat tergantung

pada tekanan di sekitarnya. Pada tekanan yang kecil titik didihnya lebih

rendah (Giancoli, 1998).

Saat sebuah material bahan pelapis dipanaskan pada temperatur

uapnya, pada tekanan rendah maka material tersebut akan menguap. Pada

penelitian ini material bahan pelapis yang akan diuapkan adalah aluminium.

Aluminium akan menguap apabila suhu filamen penguapnya sudah

mencapai titik didih aluminium.

Agar bahan pelapis menempel pada substrat maka dilakukan

pendinginan yaitu dengan cara menurunkan arus pemanasnya. Pendinginan

ini dilakukan agar bahan pelapis yang sudah menguap akan mengembun dan

menempel pada substrat. Pedinginan tersebut dilakukan kalau seluruh bahan

pelapis sudah menguap.

Sumber evaporasi yang berisi bahan pelapis (metal) memperoleh

kalor dari energi listrik sebesar (Yahya, 1995)

(28)

dengan

R = Hambatan listrik (

Ω

)

I = Arus yang mengalir pada sumber evaporasi (A)

t = waktu proses evaporasi

Energi yang dibutuhkan untuk memisahkan atom-atom dari bahan asalnya

disebut kalor penguapan (Q)

Q

=

m

L

………..(3)

dengan

m = massa bahan pelapis

L = kalor uap laten

Energi ini berupa kalor yang diberikan bahan tersebut untuk mengubah fase

padat menjadi fase gas pada suhu titik didihnya (

T

d

)

Dengan anggapan bahwa tidak ada energi yang hilang maka energi

kinetik atom-atom yang meninggalkan sumber penguapan sama dengan :

2

2 1 2

v

m

Q

t

I

R

E

kin

=

−

=

………(4)

-3

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

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

bejana, tetapi langsung menumbuk substrat di atasnya dengan kecepatan

m

Q

t

I

R

v

2

(

)

2

−

=

……….(5)

Dari rumus diatas dapat diketahui bahwa kecepatan tumbukan

tergantung pada arus yang diberikan sumber penguapan, bila arus yang

(29)

berbentuk lapisan. Kalaupun terbentuk lapisan pada substrat tersebut,

lapisan tersebut tidak kuat atau kurang baik karena daya melekatnya kecil.

Tetapi sebaliknya bila arus yang diberikan besar maka kecepatan

tumbukannya juga besar sehingga atom-atom bahan pelapis menempel kuat

pada substrat dan terbentuklah lapisan tipis yang baik.

2.3 Sistem Vakum

Pembuatan lapisan tipis dengan cara penguapan sebenarnya dapat

dilakukan di ruang terbuka, tetapi pertumbuhan lapisan tipis yang dihasilkan

tidak bagus, karena pada saat pembuatan banyak gas-gas atau

molekul-molekul lain yang ikut andil didalamnya. Oleh karena itu untuk mengurangi

molekul-molekul yang mempengaruhinya maka pembuatan lapisan tipis

dilakukan dalam ruang vakum.

Keadaan vakum berarti adalah dimana suatu ruangan yang

mempunyai kerapatan gas di dalamnya sangat rendah. Suatu keadaan

vakum tidak dapat dilihat langsung dengan mata, karena pengisi ruangannya

berupa gas. Untuk mengetahui tingkat kevakuman, biasanya dengan

mengukur tekanannya. Dari teori kinetik gas ditunjukkan bahwa besar

tekanan gas adalah (Yahya, 1995)

P = ½ n m v

2

………(1)

dimana :

P = tekanan

(30)

m = massa satu molekul gas

v = kecepatan rata-rata

Dari hubungan di atas dapat dilihat bahwa besarnya tekanan

sebanding dengan banyaknya partikel atau molekul gas. Jadi semakin kecil

tekanan, molekul gas juga semakin kecil, sehingga tingkat kevakuman

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

dalam pascal (Pa) atau Newton/m

2

. Dalam teknologi vakum lebih banyak

digunakan satuan Torr/mmHg dan mbar.

2.3.1

Tingkat Kevakuman

Keadaan vakum dapat membuat tekanan dalam suatu sistem menjadi

jauh dibawah tekanan atmosfir, sehingga molekul-molekul gas letaknya

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

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

tetapi dipengaruhi oleh kemungkinan terjadinya tumbukan-tumbukan

molekul gas dengan dinding sistem vakum tersebut.

Kevakuman suatu sistem dapat diklasifikasikan menurut tingkat

kevakumannya yaitu (Suprapto,1998) :

a.

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

b.

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

-3

Torr.

c.

Vakum tinggi mempunyai tekanan lira-kira 10

-3

Torr sampai dengan 10

-7

(31)

d.

Vakum sangat tinggi mempunyai tekanan kira-kira 10

-7

Torr sampai

dengan 10

-16

Torr.

Berdasarkan cara menvakumkan sistem vakum (hampa), maka dapat

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

vakum statis yaitu suatu sistem vakum yang mana untuk mencapai

kevakuman tertentu dengan menvakumkan sistem tersebut sampai

kevakuman yang diinginkan kemudian ditutup/disumbat. Jadi sistem harus

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

Sebagai contoh sistem vakum statis adalah seperti thermos. Sedangkan

sistem vakum dinamis yaitu suatu sistem vakum yang mana untuk mencapai

kevakuman tertentu dengan menvakumkan sistem tersebut secara terus

menerus untuk mempertahankan tingkat kevakuman yang telah dicapai.

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

spektometer massa dan sebagainya.

Pada metode evaporasi, untuk melakukan proses penguapan pada

coatingnya tingkat kevakumannya sudah di atur minimal 10

-5

Torr. Jika

tingkat kevakumannya kurang dari 10

-5

Torr, maka proses penguapan belum

siap dilakukan karena masih ada partikel-partikel lain yang akan

mengganggu. Semakin tinggi tingkat kevakumannya maka lapisan tipis yang

dihasilkan akan semakin bagus. Proses evaporasi bisa dilakukan pada

tingkat kevakuman lebih tinggi dari 10

-5

Torr, tetapi memerlukan waktu

(32)

2.3.2

Pompa Vakum

Untuk membuat ruang vakum dipermukaan bumi, usaha yang

dilakukan oleh manusia adalah dengan cara memompa keluar udara dari

suatu ruangan tertutup dengan pompa vakum. Telah diketahui bahwa vakum

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

tingkat kevakuman yang dibuat juga sesuai dengan kebutuhan. Agar

diperoleh kevakuman yang tinggi, maka diperlukan sistem vakum yang

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

dicapai oleh pompa rotari sekitar 10

-3

Torr dan pompa difusi dapat mencapai

tingkat kevakuman hingga 10

-8

Torr.

a.

Pompa rotari

Proses penghampaan tingkat tinggi tidak dapat dilakukan secara

sekaligus, karena tidak ada pompa apapun yang dapat mencapai tingkat

kehampaan yang tinggi secara langsung. Untuk mencapai tingkat

kehampaan yang tinggi diperlukan pompa pendahuluan, dalam hal ini

digunakan pompa rotari.

Jenis pompa rotari yang dipakai adalah jenis mekanik katub sorong.

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

diputar dengan menggunakan sebuah motor listrik. Katub sorong dilengkapi

dengan sebuah pegas yang selalu menyinggung dinding stator dalam

putarannya dan berfungsi sebagai sket antara kedua ruang dalam rongga

stator. Bagian rotor akan menggerakkan dan menghisap udara keluar dari

(33)

Prinsip kerja pompa rotari ini adalah sebagai berikut : mula-mula

udara dihisap dari ruang yang akan divakumkan oleh katub sorong (Gambar

2-2.a) . Pegas dari rotor menekan katub sorong kedinding bejana (stator),

sehingga merupakan penyekat antara ruang vakum dan udara yang akan

dibuang (Gambar 2-2.b). Udara yang dihisap akan dikeluarkan melalui

saluran keluar yang sempit. Karena tekanan udara yang akan dibuang

semakin besar, maka katub saluran pembuang akan terbuka sehingga udara

bisa keluar (Gambar 2-2.c).

Sistem vakum

katub

(a) (b) (c)

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

c) pengeluaran udara

Pompa rotari dapat dioperasikan mulai dari tekanan udara luar

sampai dengan vakum rendah sekitar 10

-3

Torr. Sedangkan pada vakum

tinggi pompa rotari berfungsi sebagai pompa depan, yaitu pompa yang

(34)

b. Pompa difusi

Pompa difusi untuk mencapai tingkat kehampaan yang tinggi,

bekerja jika telah dicapai keadaan vakum pendahuluan kurang lebih 10

-2

Torr. Penampang pompa difusi ditunjukkan pada Gambar 2-3. Pada pompa

difusi ini minyak difusi ditempatkan di bagian bawah (bejana didih). Pada

ujung cerobong atas ditutup dengan suatu bentuk payung dan membentuk

celah yang disebut nozle.

Prinsip kerja pompa difusi dapat dijelaskan sebagai berikut : Minyak

dalam bejana diuapkan dengan pemanasan filamen listrik. Minyak yang

diuapkan oleh pemanas ini akan melalui cerobong dan dengan adanya celah

yang sempit maka uap akan mempunyai kecepatan yang besar sehingga uap

akan terpancar ketika keluar dari celah tersebut. Uap yang terpancar itu akan

mengenai dinding yang didinginkan, karena pengaruh dari pendinginan uap

yang terpancar ini akan mengembun dan mengalir kembali ke bejana didih.

Bersamaan dengan terpancarnya uap dari celah ke dinding, molekul-molekul

uap membawa serta molekul-molekul udara sehingga kekosongan molekul

udara pada lintasan semprotan akan terisi oleh molekul-molekul udara di

atas tabir uap. Molekul-molekul udara di bawah tabir uap akan terisap oleh

pompa pravakum sehingga kedudukkannya digantikan oleh

molekul-molekul udara yang berada di atas tabir uap. Proses ini berlangsung terus

sehingga terjadi aliran molekul-molekul udara dari atas ke bawah melintasi

(35)

Untuk mengoperasikan pompa difusi diperlukan pompa pravakum

yaitu pompa rotari yang dihubungkan dengan saluran keluar. Pompa rotari

ini berfungsi sebagai pompa depan, yaitu mengeluarkan gas dari pompa

difusi. Tanpa pompa depan ini, pompa difusi tidak dapat berfungsi karena

tidak dapat mengeluarkan gas yang telah terdifusi. Pompa rotari inilah yang

membuat berfungsinya pompa utama (pompa difusi). Agar kevakuman akhir

yang dapat dicapai oleh pompa difusi bisa lebih tinggi, maka pompa difusi

biasanya dibuat bertingkat, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2-3.b.

pendingin

reservoir minyak sistem vakum

nozzle pendingin

uap minyak

minyak filamen

celah keluaran ke pompa rotari

filamen celah keluaran ke

pompa rotari

sistem vakum

payung

payung nozzle

(a) (b)

(36)

2.4 Pembentukan Lapisan Tipis

Pada tekanan yang sesuai untuk penguapan, uap bahan pelapis dalam

bentuk atom-atom datang dan menempel pada substrat yang skemanya

seperti ditunjukkan pada Gambar 2-4.a. Apabila atom-atom yang datang itu

menghampiri substrat, atom-atom tersebut akan mengalami medan gaya dari

permukaan substrat.

Kondensasi permulaan dari bahan pelapis adalah dengan

terbentuknya lapisan (adsorpsi) dari atom-atom evaporasi pada permukaan

substrat. Pada permukaan substrat terdapat beribu-ribu “

adsorption site

”.

Pada setiap “

adsorption site

” ini atom yang datang akan terikat dengan

energi adsorpsi tertentu. Energi adsorpsi adalah daya tarik menarik antara

atom yang diadsorp dengan substrat.

Atom-atom yang sudah tertanam dalam

“adsorption site”

ada

kemungkinan untuk meninggalkan permukaan substrat kembali

(reevaporasi). Untuk reevaporasi diperlukan energi yang sama besar dengan

energi adsorpsi. Selain reevaporasi, atom-atom itu kemungkinan berpindah

tempat atau melompat ke

“adsorption site”

lain yang berdekatan (Gambar

2-4.b). Energi yang diperlukan untuk berpindah tempat atau melompat ini

disebut energi difusi permukaan, dimana energi ini lebih kecil dari pada

energi adsorpsi.

Atom-atom yang berpindah tempat tersebut kemungkinan akan

mengalami tumbukan sehingga membentuk pasangan ikatan atom (Gambar

(37)

menjadi atom tunggal lagi atau bergabung dengan atom lainnya, sehingga

membentuk gabungan tiga atom yang lebih stabil dibandingkan gabungan

dua atom dan sangat kecil kemungkinan untuk terevaporasi. Selanjutnya

akan terbentuk gabungan empat atom yang lebih stabil, kemudian terbentuk

gabungan lima atom dan seterusnya. Atom-atom yang bergabung menjadi

satu kelompok ini kemudian membentuk kelompok-kelompok yang disebut

“pulau”. Dari pulau yang kecil ini akan terbentuk pulau-pulau yang terus

bertambah menjadi pulau yang lebih besar dan lebih stabil.

(d)

nukleasi

(a)

Atom mengenai

b

(b)

migrasi reevaporasi

(e)

growth stage

(c)

bertumbukan

(f)

perpaduan

(38)

Pembentukan pulau-pulau yang stabil dalam proses pertumbuhan

lapisan tipis ini dikenal dengan nama “nukleasi” (Gambar 2-4.d) yang

kemudian akan membentuk lapisan yang paling stabil. Dengan penambahan

atom-atom pada nukleasi menyebabkan nukleasi tersebut terus berkembang,

keadaan ini disebut dengan keadaan tumbuh atau

growth stage

(Gambar

2-4.e).

Deposit yang terus menerus menghasilkan pembesaran nukleus,

akhirnya nukleus-nukleus ini akan berpadu membentuk nukleus tunggal.

Keadaan ini disebut “

coalescence stage”

(Gambar 2-4.f)

.

Bila gaya tarik antara atom-atom dengan substrat (gaya adhesi) lebih

besar dari pada gaya tarik antara atom-atom uap bahan pelapis itu sendiri

(gaya kohesi), maka akan terbentuk lapisan yang seragam dan lapisan tipis

yang terbentuk akan tahan lebih lama. Sebaliknya bila gaya kohesi lebih

besar dari pada gaya adhesinya, akan terjadi lapisan yang bertimbunan tidak

merata dan lapisan tipis yang terbentuk tidak tahan lama. Akhirnya

pembesaran nukleus tunggal ini akan menghasilkan lapisan yang kontinu

dan terbentuklah suatu lapisan tipis.

Setelah terbentuk lapisan pada substrat, maka atom-atom bahan

pelapis yang datang ke substrat akan menumbuki atom-atom bahan pelapis

yang telah terdeposit pada permukaan substrat. Pada keadaan ini energi

ikatannya tinggi dan sedikit sekali kemungkinan terjadi refleksi atau

(39)

substrat dengan lapisan bahan teratas pada substrat sangat mempengaruhi

pelengketan dari lapisan itu.

2.5

Sifat Optik

Jika suatu cahaya dilewatkan pada suatu material, maka sebagian

cahaya tersebut akan dipantulkan, sebagian akan diserap, sebagian akan

diteruskan dan sebagian lagi akan disebarkan (Ohring, 1992 dalam Bakhtiar

Fahmi 2005 ). Yang secara matematis cahaya yang datang dapat dituliskan

dalam persamaan

I

0

= R

e

+ T + A

b

+S = 100 % ……….(6)

dengan :

I

0

= Intensitas cahaya datang

R

e

= Cahaya yang dipantulkan

T = Cahaya yang diteruskan

A = Cahaya yang diserap

b

S = Cahaya yang disebarkan

Hal ini menunjukan bahwa intensitas cahaya yang datang sama dengan

intensitas cahaya yang dipantulkan, diteruskan, diserap dan disebarkan.

2.5.1 Refraksi dan refleksi gelombang datar dan permukaan datar

Setiap gelombang yang sampai pada daerah batas, pada umumnya

mengalami refraksi dan refleksi secara serentak. Pada Gambar 2.5.a,

(40)

permukaan, sebagian lagi dibelokkan (dibiaskan) masuk kedalam air. Pada

Gambar 2.5.b, berkas datang digambarkan dengan sebuah garis lurus, sinar

datang sejajar dengan arah perambatan. Dianggap berkas datang (Gambar

2.5.b) adalah gelombang datar, dengan muka gelombangnya tegak lurus

terhadap sinar datang. Berkas yang dipantulkan dan yang dibiaskan juga

digambarkan dengan sinar-sinar. Sudut datang (

θ

1

), sudut refleksi (

θ

1

’) dan

sudut refraksi (

θ

1

) diukur dari normal bidang batas ke sinar yang

bersangkutan seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2-5.

Sinar refraksi

air

muka gelombang

Sinar datang

udara

θ

1 _θ_’ 1

Normal

Sinar refleksi

(a) (b)

Gambar 2.5. a. Gambar yang menunjukan refleksi dan refraksi pada permukaan batas

udara-air. b. Penggambaran dengan menggunakan sinar-sina

r (Haliday dan Resnick, 1984)

Berdasarkan eksperimen, diperoleh hukum mengenai refleksi dan

refraksi sebagai berikut (Haliday dan Resnick, 1984):

1.

Sinar yang direfleksikan dan yang direfraksi terletak pada satu bidang

yang dibentuk oleh sinar datang dan normal bidang batas di titik datang

(41)

2.

Sudut refleksi (

θ

1

’) sama dengan sudut datang (

θ

1

), untuk semua

panjang gelombang dan untuk setiap pasangan material.

θ

₁

'

=

θ

₁ ……….………(7)

Hubungan ini bersama-sama dengan pengamatan bahwa sinar datang

dan sinar yang direfleksikan dan garis normal terletak pada satu bidang,

dinamakan hukum refleksi.

3.

Rasio dari sinus sudut datang dan sinus sudut refraksi dimana kedua

sudut itu diukur dari normal terhadap permukaan sama dengan kebalikan

dari rasio kedua indeks bias refraksi

1 2

2 1

sin

n

=

θ

……….…(8)

Hasil eksperimen ini bersama-sama dengan pengamatan bahwa sinar

datang dan sinar yang direfraksikan dan normal terletak pada satu

bidang, dinamakan hukum refraksi atau hukum Snellius.

Indeks bias dalam suatu medium terhadap medium lain bukan hanya

bergantung pada zat tetapi juga pada panjang gelombang cahaya. Tidak

seperti halnya refleksi, berdasarkan pengamatan ini refraksi dapat digunakan

untuk menguraikan cahaya atas komponen-komponen panjang

gelombangnya.

2.5.2 Reflektansi, Transmitansi dan Absorbansi

Transmisi, absorpsi dan reflektansi suatu bahan dapat diukur dengan

(42)

digunakan untuk mengukur transmitansi, reflektansi dan absorbansi dari

suatu cuplikan sebagai fungsi dari panjang gelombang.

Dengan mengukur transmitanssi cahaya, reflektansi cahaya dan

absorbansi cahaya pada lapisan tipis, maka akan diperoleh informasi

transmitansi, reflektansi dan absorbansinya pada masing-masing lapisan.

Untuk sinar yang tegak lurus permukaan, besarnya koefisien refleksi dan

transmisi dari permukaan batas antara dua medium diberikan oleh

persamaan Fresnel berikut ini

2

0 0

)

(

n

R

s s

+

−

=

………...(12)

dan

2 0 0

)

(

4

n

T

s s

+

=

………...(13)

Sementara itu persamaan transmisi cahaya yang melalui suatu permukaan

udara-lapisan tipis-substrat menurut Broadsky (Hariyanto, dkk, 1997) adalah

)

}

)

1

(

{

1

)(

1

(

)

1

)(

1

)(

1

(

2 2 2 3 1 2 1 2

3 2

1

d d

e

R

e

R

T

_α

α

− −

−

+

−

=

………..(14)

dimana

2 2

1

)

1

(

)

1

(

+

−

=

f f

n

R

2 2

2

)

(

)

(

s f

n

R

+

−

=

2 2

3

)

1

(

)

1

(

+

−

=

s s

(43)

Sedangkan hubungan antara reflektivitas total

udara-lapisan

tipis-substrat dengan indeks bias diberikan oleh persamaan

T

R

s f

T

n

R

0 2

+

−

=

……….(15)

dari persamaan (15) di peroleh persamaan (16) untuk mencari indeks bias

lapisan tipis yaitu:

)

1

(

)

1

(

0

T T s f

R

n

−

+

=

………...(16)

dengan

1

R

= reflektivitas pada udara-lapisan tipis

2

R

= reflektivitas pada lapisan tipis-substrat

3

R

= reflektivitas pada substrat-udara

α

= koefisien serapan

f

n

= indeks bias lapisan tipis

s

n

= indeks bias substrat

0

n

= indeks bias udara

Dalam spektroskopi, besar penyerapan cahaya (absorbansi) dari

suatu kumpulan atom/molekul dinyatakan oleh Hukum Beer-Lambert.

Hukum Lambert menyatakan: apabila sinar monokromatis melalui suatu

medium yang tembus cahaya maka kecepatan berkurangnya intensitas

terhadap tebal medium sebanding dengan berkurangnya intensitas sinar

(44)

eksponensial sesuai dengan bertambahnya ketebalan medium penyerap.

Hukum Beer menyatakan bahwa absorbansi cahaya berbanding lurus dengan

ketebalan bahan/medium yang ditembusi oleh cahaya (Prasetiyo, 2006).

Dalam spektroskopi, absorbansi menyatakan perbandingan antara

cahaya yang diteruskan dengan cahaya datang, secara matematis dapat

ditulis (Banwell, 1983; Ngara, 2006)

)

(

log

I

₀

A

=

−

……….(17)

atau

)

(

log

I

0

I

A

=

….………...(18)

dengan

I

adalah intensitas cahaya yang diteruskan ke dalam material,

adalah intensitas cahaya mula-mula. Intensitas cahaya yang diteruskan (

I

)

berubah secara eksponensial sebagai fungsi ketebalan material, yaitu

0

I

)

exp(

0

d

I

=

−

α

sehingga

log

(

I

0

I

)

=

α

d

, dengan

α

adalah koefisien

serapan dan

d

adalah ketebalan lapisan material. Hubungan antara

absorbansi, koefisien serapan dan ketebalan lapisan material dapat ditulis

d

A

=

α

………...(19)

Ketebalan dari suatu lapisan tipis dapat dihitung dengan pendekatan

persamaan berikut ini

l

p

W

d

ρ

0

=

……….(20)

dimana

(45)

dengan

0

W

= berat aluminium yang terevaporasi

1

W

= berat substrat sebelum dilapisi

2

W

= berat substrat setelah dilapisi

d

= tebal lapisan tipis

ρ

= massa jenis aluminium

p

= panjang substrat

(46)

BAB III

METODOLOGI

PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan oktober 2006 sampai dengan

mei 2007.

a.

Proses deposisi atau penumbuhan lapisan tipis Al dilaksanakan di

laboratorium Bidang Teknologi Akselerator dan Fisika Nuklir,

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, Badan Tenaga

Nuklir Nasional (PTAPB-BATAN) Yogyakarta. Proses deposisi

lapisan tipis diawali dengan preparasi sampel, setelah selesai

preparasi sampel baru dilakukan proses deposisi.

b.

Karakterisasi sifat optik dari lapisan tipis Al dilaksanakan di

laboratorium Biologi UNS, menggunakan spektrofotometer

UV-VIS. Karakterisasi sifat optik lapisan tipis aluminium meliputi

reflektansi, transmitansi dan absorbansi.

3.2 Bahan dan Alat Penelitian

3.2.1 Bahan dan Alat untuk preparasi sampel

a.

Kaca preparat

(microcope slide)

sebagai substrat, yang berfungsi

sebagai tempat menempelnya bahan yang diuapkan.

b.

Aluminium yang berupa gulungan kawat dan berfungsi sebagai

(47)

c.

Pembersih (alkohol dan tissue), untuk membersihkan substrat.

d.

Timbangan jenis GR-202 (GR SERIES), berfungsi untuk

menimbang Al yang akan diuapkan.

e.

Gunting, berfungsi untuk memotong Al.

f.

Pinset, berfungsi untuk mengambil Al dari timbangan.

g.

Plastik klip, sebagai tempat menyimpan target (Al) yang sudah

ditimbang.

3.2.2 Bahan dan Alat untuk pembuatan lapisan

a.

Substrat dan target yang telah dipreparasi.

b.

Seperangkat alat coating, sistem vakum dalam penelitian ini

digunakan unit “

Vaccum Coating E610 Edward”

.

c.

Tempat/wadah (kowi), yang berbentuk perahu sebagai tempat

bahan yang akan diuapkan.

3.2.3 Bahan dan Alat untuk karakterisasi sifat optik

a.

Sampel lapisan tipis.

b.

Seperangkat alat spektroskopi Vis jenis 1601 pc,

UV-visible Spectrophotometer Shimadzu.

(48)

3.3

Diagram alir penelitian

Mulai

Preparasi sampel

Proses

evaporasi

Karakterisasi sifat optik

Penulisan skripsi

Selesai

Tidak baik

(49)

3.4 Pelaksanaan Penelitian

3.4.1 Penyiapan substrat dan target

a.

Penyiapan substrat

Bahan untuk substrat adalah kaca preparat yang berbentuk

persegi panjang dengan ukuran panjang 7,6 cm, lebar 2,54 cm dan

tebal 0,1 cm. dalam penelitian ini substrat yang akan dilapisi harus

dalam keadaan bersih. Untuk membersihkan substrat menggunakan

tissue yang sudah dibasahi dengan alcohol.

b.

Penyiapan target

Target yang digunakan dalam penelitian ini adalah aluminium

yang masih berupa gulungan kawat. Sebelum melakukan penguapan

atau proses pelapisan, aluminium dipotong-potong kecil dan ditimbang

sesuai dengan yang diinginkan. Setelah ditimbang aluminium disimpan

di dalam plastik klip. Untuk mengambil aluminium dari timbangan

harus menggunakan pinset.

3.4.2 Pembuatan Lapisan Tipis Aluminium

Proses pelapisan dilakukan dengan tekanan sekitar 10

-5

Torr. Substrat

yang akan dilapisi di letakkan pada penyangganya yang dapat diputar, di

atas bahan pelapis. Bahan pelapis atau target diletakkan di dalam wadah

(kowi) yang berbentuk perahu.

Proses pelapisannya, mula-mula tekanan di dalam ruang vakum

(50)

mencapai tekanan 10

-2

Torr dan baru kemudian menghidupkan pompa difusi

atau pompa evaporasi sampai diperoleh tekanan 10

-5

Torr. Selama operasi

atau selama proses deposisi pompa difusi tetap dihidupkan untuk

mempertahankan tingkat kevakuman. Setelah penghampaan sistem

mencapai 10

-5

Torr, tegangan pada filamen penguap mulai dihidupkan

sampai filamen tersebut menyala. Arus pemanas harus dinaikkan sedikit

demi sedikit agar tidak terjadi loncatan-loncatan bahan pelapis karena

penguapan yang mendadak. Arus dinaikkan sampai seluruh bahan pelapis

mencair tetapi belum menguap. Setelah seluruh bahan pelapis mencair arus

dinaikkan lagi sehingga terjadi penguapan bahan pelapis hingga bahan

pelapis yang menguap tersebut menempel pada substrat.

3.4.3 Karakterisasi Lapisan Tipis

Karakterisasi sifat optik dilakukan dengan menggunakan

spektrometer UV-VIS. Jika cahaya dilewatkan pada suatu material atau

medium maka sebagian cahaya tersebut akan dipantulkan, diserap dan

sebagian lagi akan diteruskan. Pada prinsipnya spektroskopi UV-VIS ini

adalah membandingkan cuplikan dengan standar. Gambar 3 menunjukkan

(51)

D2 Lamp

Cell

A/D Converter A/D Converter Gain

Amp Monochromator

WI Lamp

L

am

p

lighting

L

am

p

switching

Wave length scan Filter swit

ching

CPU

Gain Change

Printer

Contr

o

l L

ine

Keyboard AT Compatible Personal Computer

SiPD Preamp

Sample Reference

CRT

Gambar 3. Sistem Elektrik UV-1601PC

Prinsip kerja alat spektrofotometer UV-VIS yaitu : sumber cahaya

dipancarkan dari lampu deuterium atau lampu halogen. Sumber cahaya

dapat diatur secara otomatis tergantung pada jenis bahan. Lampu deuterium

memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 190 nm – 340 nm,

sedangkan lampu halogen memancarkan cahaya dengan panjang gelombang

340 nm – 1200 nm. Pada penelitian ini dilakukan pada daerah panjang

gelombang antara 400 nm – 900 nm, sehingga sumber cahaya yang

digunakan hanya cahaya yang dipancarkan dari lampu halogen. Berkas

cahaya yang melewati monokromator akan dipecah menjadi dua berkas,

yaitu berkas sampel dan berkas acuan (

reference

). Monokromator berfungsi

(52)

memilih panjang gelombang berkas sinar yang mengenai detector.

Monokromator terdiri dari celah masuk dan keluar, cermin penyejajar,kisi

sebagai pengurai sinar dan cermin pemfokus. Sumber cahaya yang

dipancarkan masuk melewati celah menuju cermin penyejajar. Oleh cermin

tersebut berkas cahaya disejajarkan, kemudian masuk kedalam pengurai

yang berupa kisi, lalu menuju ke cermin pemfokus dan terjadilah penguraian

sinar menjadi spektrum sinar dengan berbagai panjang gelombang. Berkas

sampel dan berkas acuan dideteksi oleh photodiode silikon yang kemudian

dimasukkan ke

pre-amplifier

dan diatur oleh

gain amplifier

. Sinyal menuju

pengubah A/D dan dibaca oleh

microprocessor

. Komputer kemudian akan

menghitung perbandingan sinyal sampel terhadap sinyal acuan utnuk

memperoleh nilai transmitansi, reflektansi dan absorbansi sebagai fungsi

panjang gelombang.

Sifat optik yang diuji adalah absorbansi, transmitansi dan reflektansi.

Karakt

t sampel.

eter UV-VIS.

erisasi sifat optik tersebut menggunakan spektrofotometer UV-VIS

1601 Shimadzu. Data yang diperoleh dari alat ini berupa nilai transmitansi,

reflektansi dan absorbansi utnuk setiap panjang gelombang tertentu. Nilai

yang didapat merupakan perbandingan antara cuplikan dan standar. Standar

yang digunakan adalah kaca preparat. Ada pun tahapan pelaksanaan

pengukurannya adalah sebagai berikut :

1)

Menyiapkan sampel.

2)

Membersihkan tempa

(53)

4)

Mengeset UV-VIS pada fungsi uji.

5)

Menentukan panjang gelombang.

6)

Memasukan sampel pada tempat sampel.

ecara otomatis.

sampel yang lain.

.5 Metode Analisis Data

digunakan dalam penelitian ini adalah variasi

ketebal

an menggunakan spektrofotometer UV-VIS.

Dari h

7)

Tekan

enter

untuk memulai pengukuran s

8)

Mengamati hasil pengukuran.

9)

Mengulangi langkah 5-8 untuk

3

Parameter yang

an lapisan dan panjang gelombang. Ketebalan lapisan dicari dengan

menggunakan persamaan (20).

Analisis optik diuji deng

asil uji UV-VIS dapat dilihat hubungan reflektansi, transitansi dan

absorbansi dengan ketebalan lapisan. Setelah diperoleh data reflektansi,

transmitansi dan absorbansi dari lapisan tipis dapat ditentukan indeks bias

(54)

BAB IV

HASIL PENELIT

PEMBAHASAN

.1

Hasil Penelitian

Lapisan Tipis Al

ahan target dipotong dan ditimbang

beratny

kevaku

, diperoleh hasil seperti yang

tercant

Tabel 4.1 Hasil deposisi lapisan tipis

Cuplikan

B

akan dicoating

gram)

(gram)

IAN DAN

4

4.1.1

Pembuatan

Sebelum proses evaporasi b

a sesuai dengan yang diinginkan. Bahan substrat sebelum dilapisi

juga ditimbang terlebih dahulu (

W

1

). Untuk mengetahui berapa berat

aluminium yang menempel pada substrat (

W0

), maka substrat yang sudah

dilapisi ditimbang lagi (

W

2

). Berat aluminium yang menempel pada substrat

(

W

0

), dapat dicari dengan menggunakan persamaan (21) yaitu

W

0

=

W2

–

W1.

Proses evaporasi dilakukan dalam ruang vakum pada tingkat

man 1,1.10

-5

Torr. Lama proses evaporasi adalah 2 – 3 jam dan jarak

antara substrat dan target adalah ± 10,5 cm.

Dari deposisi yang telah dilakukan

um pada Tabel 4.1

erat Al yang

W

₀

W

₁

W

₂

(

(gram)

1 0,0311

0,0003

4,9642

4,9645

2 0,0404

0,0004

4,9278

4,9282

3 0,0571

0,0005

4,9258

4,9263

(55)

4.1.2

Karakterisasi Optik Lapisan Al Hasil Deposisi Menggunakan

digunakan untuk mengetahui

karakte

n antara reflektansi dengan panjang gelombang untuk

sing

Spektropotometer UV-VIS

risasi sifat optik dari suatu lapisan tipis yang terdeposisi pada

substrat kaca. Pada penelitian ini analisis yang dilakukan adalah analisis

karakterisasi sifat optik khususnya reflektansi, transmitansi dan absorbansi

cahaya dari lapisan tipi Al.

a. Reflektansi

Hubunga

ma

– masing ketebalan lapisan tipis Al dapat dilihat pada Grafik 4.1 –

Grafik 4.5

99.975 99.98 99.985 99.99 99.995 100 100.005

350 450 550 650 750 850 950

Panjang gelom bang (nm )

R

ef

lekt

an

si (

%

)

standar reflektansi

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara reflektansi

R

dengan panjang gelom

λ

(56)

0 2 4 6 8 10

350 450 550 650 750 850 950

Panjang gelom bang (nm )

R

e

fl

e

k

ta

ns

i (%

)

d = 57,40752 nm

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara reflektansi

R

λ

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07

350 450 550 650 750 850 950

Panjang gelom bang (nm )

R

ef

lekt

an

si

(

%

)

d = 76,54336 nm

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara reflektansi

R

λ

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

350 450 550 650 750 850 950

Panjang Gelom bang (nm )

R

e

fl

e

k

ta

ns

i (%

)

d = 95,6792 nm

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara reflektansi

R

λ

(57)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

350 450 550 650 750 850 950

Panjang Gelom bang (nm )

R

ef

lekt

an

si (

%

)

d = 114,815 nm

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara reflektansi

R

λ

Data reflektansi untuk masing – masing ketebalan lapisan tipis dapat

dilihat pada Lampiran 1. Dari data reflektansi hasil karakterisasi dapat

ditentukan nilai indeks bias lapisan tipis. Hubungan antara indeks bias

lapisan tipis dengan reflektansi untuk ketebalan lapisan 57,40752 nm dan

76,54336 nm dapat dilihat pada Grafik 4.6 dan Grafik 4.7

1.24

1.26

1.28

1.3

1.32

1.34

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Reflektansi

Ind

e

k

s

B

ia

s

d = 57.40752 nm

dengan reflektansi

R

f

n

Dari grafik dapat dilihat bahwa untuk setiap kenaikan reflektansi

(58)

1.2249 1.225 1.2251 1.2252 1.2253 1.2254 1.2255 1.2256

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008

Reflektansi

In

d

eks B

ias

d = 76.54336 nm

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara indeks bias lapisan tipis

dengan reflektansi

R

f

n

Data indeks bias lapisan tipis untuk ketebalan lapisan 57,40752 nm

dan 76,54336 nm disajikan pada Lampiran 4.

b. Transmitansi

Hubungan antara transmitansi dengan panjang gelombang untuk

masing – masing ketebalan lapisan tipis Al dapat dilihat pada Grafik 4.8 –

Grafik 4.12

99.95 99.96 99.97 99.98 99.99 100 100.01

350 450 550 650 750 850 950

Panjang Gelom bang (nm )

T

ran

sm

it

an

si (

%

)

standar transmitansi

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara transmitansi

T

λ

(59)

0 2 4 6 8 10

350 450 550 650 750 850 950

Panjang Gelom bang (nm )

T

ran

sm

it

an

si (

%

)

d = 57,40752 nm

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara transmitansi

T

λ

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

350 450 550 650 750 850 950

Panjang Gelom bang (nm )

T

ran

sm

it

an

si

(

%

)

d = 76.54336 nm

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara transmitansi

T

λ

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

350 450 550 650 750 850 950

Panjang Gelom bang (nm )

T

ran

sm

it

a

n

si (

%

)

d = 95.6792 nm

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara transmitansi

T

λ

(60)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

350 450 550 650 750 850 950

Panjang Gelom bang (nm )

T

ran

sm

it

an

si (

%

)

d = 114.815 nm

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara transmitansi

T

λ

Data transmitansi untuk masing – masing ketebalan lapisan tipis

dapat dilihat pada Lampiran 2.

c. Absorbansi

Hubungan antara absorbansi dengan panjang gelombang untuk

masing – masing ketebalan lapisan tipis Al dapat dilihat pada Grafik 4.13 –

Grafik 4.17

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

350 450 550 650 750 850 950

Panjang Gelom bang (nm )

A

b

so

rb

an

si

(

%

)

standa