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