Sintesis film diamond pada substrat Cu, Fe dan Si melalui Proses In-Liquid Microwave Plasma CVD
Diamond merupakan substansi paling keras yang ada dipermukaan bumi dan material yang memilikiketahanan aus paling baik. Selain itu diamond juga memiliki konduktivitas termal yang tinggi, wide band gap, dispersi optikal yang tinggi dan secara natural merupakan lipofilik dan hidrofobik. Dikarenakan sifanya itu banyak dikembangkan film diamond untuk substansi yang relatif murah dalam berbagai macam aplikasi seperti heat sink, ketahanan abrasif dan aus serta coating untuk tool steel. Saat ini metode baru untuk mensintesis film diamond pada substrat material yang disebut in- liquid microwave plasma CVD (IL-MPCVD) sedang dikembangkan sebagai alternatif fasa gas MPCVD konvensional. Keuntungan IL-MPCVD adalah mudah untuk mensintesis diamond pada material dengan ketahanan panas yang rendah, efek pendinginan IL-MPCVD lebih besar dibandingkan dengan metode konvensional dikarenakan reaksi kimia yang terbuat dari liquid yang memungkinkan mendepositkan pada substrat dengan ketahanan panas yang rendah. Keuntungan lainnya adalah laju pembentukannya yang cepat. Plasma dihasilkan dalam gelembung dari penguapan liquid dan sintesis diamond pada substrat. Dikarenakan liquid lebih padat dibandingkan dengan gas, activated species dari karbon dan hidrogen dengan densitas tinggi memberikan laju pertumbuhan diamond yang lebih tinggi. Selain itu penggunaan Vacuum Chamber bisa dikurangi didalam IL-MPCVD.
Alat yang digunakan untuk proses IL-MPCVD adalah seperti gambar berikut :
Reaktor terbuat dari quartz glass tube, larutan yang digunakan merupakan campuran metanol dan etanol yang dituang kedalam reaktor. Tekanan didalam reaktor dikurangi menggunakan aspirator. Gelombang Mikro disinari kedalam reaktor dari elektroda tungsten yang ditingkatkan dengan resonator dan plasma dihasilkan pada ujung elektroda tersebut. Gelombang mikro berfungsi untuk menjaga temperatur substrat (650 - 750oC) Substrat Cu,
substrat baja dengan film diamond. Bubuk diamond dicampur dengan metanol sampai terbentuk aqueous colloid. Kecocokan koefisien ekspansi termal diantara diamond dan substrat material merupakan faktor penting untuk menentukan apakah film diamond dapat tumbuh pada substrat dengan baik atau tidak. Si memiliki koefisien ekspansi termal yang relatif rendah, titik lebur yang tinggi dan membentuk lapisan karbida yang terlokalisasi. Diamond memiliki koefisien ekspansi termal (α) yang paling rendah dibandingkan material lain. Kedekatan nilai antara substrat Si dengan diamond menjadikan film diamond tumbuh dengan baik. Pada gambar 1. Terlihat perbandingan antara substrat Cu, Si dan Fe hasil dari percobaan. Gambar tersebut diambil pada titik dimana karbon melekat pada substrat. Pada hasil penelitian, waktu untuk membentuk diamond film untuk Cu, Si dan Fe adalah 2.5, 3.5 dan 5 menit. Cu memerlukan waktu yang lebih sedikit dikarenakan atom C sulit untuk berdifusi kedalam substrat Cu dan pada akhirnya atom karbon bertindak sebagai film diamond pada substrat. Fe memerlukan waktu yang lebih lama dikarenakan karbon dengan mudah berdifusi kedalam substrat Fe. Si merupakan substrat terbaik untuk membentuk film diamond dikarenakan Si dapat membentuk lapisan karbida seperti SiO2, quartz dan Si3N4.
Film diamond dengan daya lekat yang tinggi bisa didapatkan ketika material tersebut dapat membentuk film karbida yang berperan sebagai lem untuk membantu penumbuhan Diamond CVD dan dapat melepaskan tegangan pada interface selama pelekatan.
Lampiran :
