disusun oleh : aptika oktaviana t - indice.blog.uns.ac.id · mikroskop optik menggunakan lensa dari...

18
TUGAS MAKALAH TEKNOLOGI PENGINDERAAN MIKROSKOPI Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T.D ( M0306003 ) FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2009

Upload: truongkhue

Post on 11-Mar-2019

224 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

TUGAS MAKALAH

TEKNOLOGI PENGINDERAAN MIKROSKOPI

Disusun Oleh :

APTIKA OKTAVIANA T.D

( M0306003 )

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2009

Page 2: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

A. Evolusi Mikroskopi

Indra penglihatan manusia memiliki keterbatasan untuk melihat materi yang memiliki

ukuran amat kecil. Besarnya rasa keingintahuan Hans Janssen dan Zacharias Janssen terhadap

benda-benda yang memiliki skala kecil itu memacu mereka merancang alat pembesar yang

kemudian dikenal dengan mikroskop. Mikroskop semakin berkembang setelah pada 1609

Galileo Galilei, ilmuwan asal Italia, membuat alat pembesar yang menggunakan lensa optik.

Alat itu kemudian disebut sebagai mikroskop optik.

Peneliti teknologi material dari Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT)

Dr Ratno Nuryadi mengatakan mikroskop yang dirakit lensa optik itu memiliki kemampuan

terbatas dalam memperbesar suatu objek. Hal itu disebabkan keterbatasan difraksi cahaya

yang ditentukan panjang gelombang cahaya. Panjang gelombang cahaya pada mikroskop

optik hanya sampai 200 nanometer. Mikroskop ini masih banyak digunakan para peneliti di

Indonesia. Keterbatasan kemampuan mikroskop optik itu menginspirasi ilmuwan asal Jerman

Ernst Ruska dan Max Knoll menciptakan mikroskop elektron yang memiliki panjang

gelombang pendek pada 1932. Mikroskop elektron memunyai kemampuan pembesaran objek

(resolusi) yang lebih tinggi dibandingkan mikroskop optik. Perbedaan mikroskop optik

dengan mikroskop elektron adalah fungsi pembesaran objeknya.

Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, sedangkan mikroskop elektron

menggunakan jenis magnet. Sifat medan magnet digunakan untuk mengendalikan elektron

yang melaluinya. Karakter khusus lain dari mikroskop optik adalah pengamatan objek harus

dalam keadaan kedap udara. Hal tersebut bertujuan agar sinar elektron terhambat molekul-

molekul di udara

B. Mikroskop pada Nanoteknologi

Berbicara tentang teknologi nano, maka tidak akan bisa lepas dari mikroskop, yaitu

alat pembesar untuk melihat struktur benda kecil tersebut. (Teknologi nano : teknologi yang

berbasis pada struktur benda berukuran nano meter. Satu nano meter = sepermilyar meter).

Tentu yang dimaksud di sini bukanlah mikroskop biasa, tetapi mikroskop yang mempunyai

tingkat ketelitian (resolusi) tinggi untuk melihat struktur berukuran nano meter.

Page 3: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

Kata mikroskop (microscope) berasal dari bahasa Yunani, yaitu kata micron=kecil

dan scopos=tujuan, yang maksudnya adalah alat yang digunakan untuk melihat obyek yang

terlalu kecil untuk dilihat oleh mata telanjang. Dalam sejarah, yang dikenal sebagai pembuat

mikroskop pertama kali adalah 2 ilmuwan Jerman, yaitu Hans Janssen dan Zacharias

Janssen (ayah-anak) pada tahun 1590. Temuan mikroskop saat itu mendorong ilmuan lain,

seperti Galileo Galilei (Italia), untuk membuat alat yang sama. Galileo menyelesaikan

pembuatan mikroskop pada tahun 1609, dan mikroskop yang dibuatnya dikenal dengan nama

mikroskop Galileo. Mikroskop jenis ini menggunakan lensa optik, sehingga disebut

mikroskop optik. Mikroskop yang dirakit dari lensa optic memiliki kemampuan terbatas

dalam memperbesar ukuran obyek. Hal ini disebabkan oleh limit difraksi cahaya yang

ditentukan oleh panjang gelombang cahaya. Secara teoritis, panjang gelombang cahaya ini

hanya sampai sekitar 200 nanometer. Untuk itu, mikroskop berbasis lensa optik ini tidak bisa

mengamati ukuran di bawah 200 nanometer.

Untuk melihat benda berukuran di bawah 200 nanometer, diperlukan mikroskop

dengan panjang gelombang pendek. Dari ide inilah, di tahun 1932 lahir mikroskop elektron.

Sebagaimana namanya, mikroskop elektron menggunakan sinar elektron yang panjang

gelombangnya lebih pendek dari cahaya. Karena itu, mikroskop elektron mempunyai

kemampuan pembesaran obyek (resolusi) yang lebih tinggi dibanding mikroskop optik.

Sebenarnya, dalam fungsi pembesaran obyek, mikroskop elektron juga menggunakan lensa,

namun bukan berasal dari jenis gelas sebagaimana pada mikroskop optik, tetapi dari jenis

magnet. Sifat medan magnet ini bisa mengontrol dan mempengaruhi elektron yang

melaluinya, sehingga bisa berfungsi menggantikan sifat lensa pada mikroskop optik.

Kekhususan lain dari mikroskop elektron ini adalah pengamatan obyek dalam kondisi hampa

udara (vacuum). Hal ini dilakukan karena sinar elektron akan terhambat alirannya bila

menumbuk molekul-molekul yang ada di udara normal. Dengan membuat ruang pengamatan

obyek berkondisi vacum, tumbukan elektron-molekul bisa terhindarkan.

Beberapa peralatan yang digunakan dalam penginderaan mikroskopi suatu material

diantaranya adalah :

1. Transmission electron microscopy (TEM)

TEM dikembangkan pertama kali oleh Ernst Ruska dan Max Knoll, 2 peneliti dari

Jerman pada tahun 1932. Saat itu, Ernst Ruska masih sebagai seorang mahasiswa doktor

dan Max Knoll adalah dosen pembimbingnya. Karena hasil penemuan yang mengejutkan

dunia tersebut, Ernst Ruska mendapat penghargaan Nobel Fisika pada tahun 1986.

Page 4: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

Sebagaimana namanya, TEM bekerja dengan prinsip menembakkan elektron ke

lapisan tipis sampel, yang selanjutnya informasi tentang komposisi struktur dalam

sample tersebut dapat terdeteksi dari analisis sifat tumbukan, pantulan maupun fase sinar

elektron yang menembus lapisan tipis tersebut. Dari sifat pantulan sinar elektron tersebut

juga bisa diketahui struktur kristal maupun arah dari struktur kristal tersebut. Bahkan dari

analisa lebih detail, bisa diketahui deretan struktur atom dan ada tidaknya cacat (defect)

pada struktur tersebut. Hanya perlu diketahui, untuk observasi TEM ini, sample perlu

ditipiskan sampai ketebalan lebih tipis dari 100 nanometer. Dan ini bukanlah pekerjaan

yang mudah, perlu keahlian dan alat secara khusus. Obyek yang tidak bisa ditipiskan

sampai order tersebut sulit diproses oleh TEM ini. Dalam pembuatan divais elektronika,

TEM sering digunakan untuk mengamati penampang/irisan divais, berikut sifat kristal

yang ada pada divais tersebut. Dalam kondisi lain, TEM juga digunakan untuk

mengamati irisan permukaan dari sebuah divais. Salah satu partikel hasil pengamatan

dengan TEM dapat dilihat pada gambar 1 dan 2 berikut.

2. Scanning Electron Microscopy (SEM)

Tidak jauh dari lahirnya TEM, SEM dikembangkan pertama kali tahun 1938 oleh

Manfred von Ardenne (ilmuwan Jerman). Konsep dasar dari SEM ini sebenarnya

disampaikan oleh Max Knoll (penemu TEM) pada tahun 1935. SEM bekerja berdasarkan

prinsip scan sinar elektron pada permukaan sampel, yang selanjutnya informasi yang

didapatkan diubah menjadi gambar. Imajinasi mudahnya gambar yang didapat mirip

Page 5: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

sebagaimana gambar pada televisi. Intrument SEM dan TEM ditampakkan dalam

gambar berikut.

Gambar 1. Alat Scanning Electron Microscopy (SEM)

Gambar 2. Alat Transmission Electron Microscopy (SEM)

Cara terbentuknya gambar pada SEM berbeda dengan apa yang terjadi pada

mikroskop optic dan TEM. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru

(elektron sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika

permukaan sampel tersebut discan dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau

elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar

amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT (cathode

ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat.

Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa

digunakan untuk melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi.

Ditinjau dari jalannya berkas media , SEM dapat dianalogikan dengan mikroskop

optik metalurgi, sedangkan TEM analog dengan mikroskop optik biologi. SEM dan

Page 6: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

mikroskop optik metalurgi menggunakan prinsip refleksi, dalam arti permukaan

spesimen memantulkan berkas media. TEM dan mikroskop optik biologi/kedokteran

memakai prinsip transmisi, artinya berkas media menembus spesimen yang tipis.

Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisis permukaan.

Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang

tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan

gambar topografi dengan segala tonjolan dan lekukan permukaan. Gambar topogorafi

diperoleh dari penangkapan pengolahan elektron sekunder yang dipancarkan oleh

spesimen. Kata kunci dari prinsip kerja SEM adalah scanning yang berarti bahwa berkas

elektron “menyapu” permukaan spesimen, titik demi titik dengan sapuan membentuk

garis demi garis, mirip seperti gerakan mata yang membaca. Sinyal elektron sekunder

yang dihasilkannyapun adalah dari titik pada permukaan, yang selanjutnya ditangkap

oleh SE detector dan kemudian diolah dan ditampilkan pada layar CRT (TV). Scanning

coil yang mengarahkan berkas elektron bekerja secara sinkron dengan pengarah berkas

elektron pada tabung layar TV, sehingga didapatkan gambar permukaan spesimen pada

layar TV.

Sinyal lain yang penting adalah back scattered electron yang intensitasnya

tergantung pada nomor atom unsur yang ada pada permukaan spesimen. Dengan cara ini

akan diperoleh gambar yang menyatakan perbedaan unsur kimia : warna terang

menunjukkan adanya unsur kimia yang lebih tinggi nomor atomnya.

SEM tersusun dari beberapa bagian yang dapat dibuat suatu skema seperti berikut :

Page 7: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

a. Penembak elektron (elektron gun)

Ada dua jenis atau tipe dari electron gun yaitu :

1. Termal

Pada emisi jenis ini, energi luar yang masuk ke bahan ialah dalam bentuk

energi panas. Oleh elektron energi panas ini diubah menjadi energi kinetik. Semakin

besar panas yang diterima oleh bahan maka akan semakin besar pula kenaikan energi

kinetik yang terjadi pada elektron, dengan semakin besarnya kenaikan energi kinetik

dari elektron maka gerakan elektron menjadi semakin cepat dan semakin tidak

menentu. Pada situasi inilah akan terdapat elektron yang pada ahirnya terlepas keluar

melalui permukaan bahan. Pada proses emisi thermionic dan juga pada proses emisi

lainnya, bahan yang digunakan sebagai asal ataupun sumber elektron disebut sebagai

"emiter" atau lebih sering disebut "katoda" (cathode), sedangkan bahan yang

menerima elektron disebut sebagai anoda. Dalam konteks tabung hampa (vacuum

tube) anoda lebih sering disebut sebagai "plate". Dalam proses emisi thermionik

dikenal dua macam jenis katoda yaitu :

a) Katoda panas langsung (Direct Heated Cathode, disingkat DHC)

b) Katoda panas tak langsung (Indirect Heated Cathode, disingkat IHC)

pada katoda jenis ini katoda selain sebagai sumber elektron juga dialiri oleh arus

heater (pemanas).

Material yang digunakan untuk membuat katoda diantaranya adalah :

• Tungsten Filamen

Material ini adalah material yang pertama kali digunakan orang untuk membuat

katode. Tungsten memiliki dua kelebihan untuk digunakan sebagai katoda yaitu

memiliki ketahanan mekanik dan juga titik lebur yang tinggi (sekitar 3400 derajat

Celcius), sehingga tungsten banyak digunakan untuk aplikasi khas yaitu tabung X-

Ray yang bekerja pada tegangan sekitar 5000V dan temperature tinggi. Akan tetapi

untuk aplikasi yang umum terutama untuk aplikasi Tabung Audio dimana tegangan

kerja dan temperature tidak terlalu tinggi maka tungsten bukan material yang ideal,

hal ini disebabkan karena tungsten memilik fungsi kerja yang tinggi( 4,52 eV) dan

juga temperature kerja optimal yang cukup tinggi (sekitar 2200 derajat celcius)

• LaB6 Filamen

Page 8: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

2. Field emission

Pada emisi jenis ini yang menjadi penyebab lepasnya elektron dari bahan ialah

adanya gaya tarik medan listrik luar yang diberikan pada bahan. Pada katoda yang

digunakan pada proses emisi ini dikenakan medan listrik yang cukup besar

sehingga tarikan yang terjadi dari medan listrik pada elektron menyebabkan

elektron memiliki energi yang cukup untuk lompat keluar dari permukaan katoda.

Emisi medan listrik adalah salah satu emisi utama yang terjadi pada vacuum tube

selain emisi thermionic.

Jenis katoda yang digunakan diantaranya adalah :

∗ Cold Field Emission

∗ Schottky Field Emission Gun

Kedua jenis itu diperlihatkan dalam gambar di bawah ini :

Tabel 1. Karakteristik dari sumber electron gun

Page 9: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

b. Lensa Magnet

c. Secondary Electron Detector

Dalam lensa SE detektor,

d. Backscattered Electron Detector

Page 10: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

Perbedaan kenampakan dari penggunaan elektron detektor tersebut dapat dilihat

dari perbandingan gambar berikut :

Demikian, SEM mempunyai resolusi tinggi dan familiar untuk mengamati obyek

benda berukuran nano meter. Meskipun demikian, resolusi tinggi tersebut didapatkan

untuk scan dalam arah horizontal, sedangkan scan secara vertikal (tinggi rendahnya

struktur) resolusinya rendah. Ini merupakan kelemahan SEM yang belum diketahui

pemecahannya. Namun demikian, sejak sekitar tahun 1970-an, telah dikembangkan

mikroskop baru yang mempunyai resolusi tinggi baik secara horizontal maupun secara

vertikal, yang dikenal dengan "scanning probe microscopy (SPM)". SPM mempunyai

prinsip kerja yang berbeda dari SEM maupun TEM dan merupakan generasi baru dari

tipe mikroskop scan. Mikroskop yang sekarang dikenal mempunyai tipe ini adalah

scanning tunneling microscope (STM), atomic force microscope (AFM) dan scanning

near-field optical microscope (SNOM). Mikroskop tipe ini banyak digunakan dalam riset

teknologi nano. Di bawah ini disajikan hasil pengamatan SEM dengan berbagai batas

dan kemungkinan pembesarannya.

Gambar 1. Sampel tembaga

Page 11: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

Gambar 2. Emas dalam sampel karbon

Scanning Electron Microscopy (SEM) menurut dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :

I. Conventional SEM

II. Low Vacum SEM

III. Environmental Scanning Microscopy (ESEM)

Gambar Skema ESEM

ESEM : gambar air garam diatomik

Page 12: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

SEM berdasarkan penggunaannya dalam analisis material, dapat dibedakan sebagai

berikut :

◊ Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX dan EDS)

- Analisis Kombinasi EDX dan WDS

- SEM kolom

- Jenis Tungsten Filamen

- sangat baik untuk Mikroanalisis

Contoh hasil analisis menggunakan EDX

◊ Wavelength Dispersive X-Ray Spectroscopy (WDS)

◊ Electron Backscattered Diffraction (EBSD dan EBSP)

Page 13: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

◊ Cathodoluminesence (CL)

◊ Backscattered Electron Detector (BSD), dll.

3. X- Ray Fluoresence

Metode XRF secara luas digunakan untuk menentukan komposisi unsur suatu

material. Karena metode ini cepat dan tidak merusak sampel, metode ini dipilih untuk

aplikasi di lapangan dan industri untuk kontrol material. Tergantung pada

penggunaannya, XRF dapat dihasilkan tidak hanya oleh sinar X tetapi juga sumber

eksitasi primer yang lain seperti partikel alfa, proton atau sumber elektron dengan energi

yang tinggi.

Apabila terjadi eksitasi sinar X primer yang berasal dari tabung X ray atau sumber

radioaktif mengenai sampel, sinar X dapat diabsorpsi atau dihamburkan oleh material.

Proses dimana sinar X diabsorpsi oleh atom dengan mentransfer energinya pada elektron

yang terdapat pada kulit yang lebih dalam disebut efek fotolistrik. Selama proses ini, bila

sinar X primer memiliki cukup energi, elektron pindah dari kulit yang di dalam

menimbulkan kekosongan. Kekosongan ini menghasilkan keadaan atom yang tidak

stabil. Apabila atom kembali pada keadaan stabil, elektron dari kulit luar pindah ke kulit

yang lebih dalam dan proses ini menghasilkan energi sinar X yang tertentu dan berbeda

antara dua energi ikatan pada kulit tersebut. Emisi sinar X dihasilkan dari proses yang

disebut X Ray Fluorescence (XRF). Proses deteksi dan analisa emisi sinar X disebut

analisa XRF. Pada umumnya kulit K dan L terlibat pada deteksi XRF. Jenis spektrum X

Page 14: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

ray dari sampel yang diradiasi akan menggambarkan puncak-puncak pada intensitas yang

berbeda.

4. X- Ray Diffraction

Sinar X ditemukan pertama kali oleh Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun 1895, di

Universitas Wurtzburg, Jerman. Karena asalnya tidak diketahui waktu itu maka disebut

sinar-X. Untuk penemuan ini Rontgen mendapat hadiah nobel pada tahun 1901, yang

merupakan hadiah nobel pertama di bidang fisika. Sejak ditemukannya, sinar X telah

umum digunakan untuk tujuan pemeriksaan tidak merusak pada material maupun

manusia. Disamping itu, sinar X dapat juga digunakan untuk menghasilkan pola difraksi

tertentu yang dapat digunakan dalam analisis kualitatif dan kuantitatif material.

Pada waktu suatu material dikenai sinar X, maka intensitas sinar yang

ditransmisikan lebih rendah dari intensitas sinar datang. Hal ini disebabkan adanya

penyerapan oleh material dan juga penghamburan oleh atom-atom dalam material

tersebut. Berkas sinar X yang dihamburkan tersebut ada yang saling menghilangkan

karena fasanya berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasanya sama.

Berkas sinar X yang saling menguatkan itulah yang disebut sebagai berkas difraksi.

Hukum Bragg merupakan perumusan matematika tentang persyaratan yang harus

dipenuhi agar berkas sinar X yang dihamburkan tersebut merupakan berkas difraksi.

Sinar X dihasilkan dari tumbukan antara elektron kecepatan tinggi dengan logam

target. Dari prinsip dasar ini, maka alat untuk menghasilkan sinar X harus terdiri dari

beberapa komponen utama, yaitu :

a. Sumber elektron (katoda)

b. Tegangan tinggi untuk mempercepat elektron

c. Logam target (anoda)

Ketiga komponen tersebut merupakan komponen utama suatu tabung sinar X. Skema

tabung sinar X dapat dilihat pada Gambar 2.

Page 15: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

Tabung sinar X terdiri dari tabung gelas yang telah divakumkan. Elektron berasal

dari filamen yang dipanaskan, biasanya dibuat dari kawat wolfram dengan tegangan

sekitar 4 sampai 12 volt dan arus sekitar 1,5 sampai 5 A. Elektron-elektron pada

permukaan filamen dipercepat oleh karena adanya perbedaan tegangan yang tinggi antara

filamen dan logam target, dengan demikian elektron dapat “ditarik” oleh logam target.

Karena itu sebelum menaikkan tegangan maka arus tabung harus dinaikkan terlebih

dahulu untuk menghindarkan terjadinya cold emission yang dapat merusak filamen.

Filamen diselubungi dengan kotak logam yang bertegangan sama dengan tegangan

filamen, sehingga elektron akan difokuskan ke bagian kecil dari logam target, disebut

titik fokus (focal spot). Dari titik fokus ini, sinar X akan diemisikan melalui jendela pada

rumah tabung. Jendela ini bersifat transparan dan biasanya dibuat dari lembaran tipis

berylium. Berylium dipilih karena mempunyai konduktivitas panas dan listrik yang

cukup baik, sehingga dapat ditempatkan dekat logam target tanpa ada resiko pemanasan

berlebihan dan charging akibat tumbukan dengan sinar X. Energi kinetik elektron yang

menumbuk logam target adalah :

E = ½ m v2 = eV

Dimana m adalah massa elektron (9,11 x 10-31 kg) v adalah kecepatan elektron

sebelum tumbukan, e adalah muatan elektron (1,60 x 10-19 coulomb) dan V adalah beda

tegangan antara katoda dan anoda.

Efisiensi tumbukan untuk menghasilkan sinar X sangat rendah, yaitu hanya sekitar

1 % dari energi yang digunakan untuk menghasilkan sinar X, sisanya diubah menjadi

panas. Karena alasan tersebut maka setiap tabung sinar X harus dilengkapi dengan sistem

pendingin yang baik. Walaupun elektron mengalir ke satu arah (dari filamen ke logam

target), tidak berarti bahwa tabung sinar X harus dioperasikan dengan tegangan searah

(dc voltage). Dengan menggunakan transformator, tabung sinar X dapat dioperasikan

dengan tegangan bolak-balik (ac voltage) karena adanya proses rektifikasi (rectifying

process). Dengan sistem rektifikasi sendiri tersebut, arus pada filamen hanya mengalir

ketika tegangannya negatif, sedangkan pada saat tegangannya positif hanya pemanasan

filamen yang terjadi dan tidak dihasilkan sinar X.

Tegangan tinggi pada tabung dikontrol oleh autotransformer. Voltmeter (V) pada

autotransformer mengukur tegangan yang bekerja pada tabung. Arus tabung diukur oleh

amperemeter (MA), yang menyatakan aliran elektron dari filamen ke logam target.

Page 16: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

Besarnya arus tabung berkisar antara 10 sampai 25 mA dan dikontrol oleh rheostat pada

filamen. Rheostat tersebut mengontrol output tegangan transformator filamen, tegangan

ini menentukan arus filamen, dengan demikian juga menentukan temperatur filamen dan

jumlah elektron yang dikeluarkan setiap detiknya.Tabung sinar X dapat menjadi tidak

berfungsi karena keausan filamen atau pemakaian melampaui daya yang diijinkan.

Ukuran diameter kawat filamen akan berkurang dengan waktu, karena efek penguapan

dari wolfram. Dengan semakin seringnya dipakai, maka diameter akan semakin mengecil

sampai akhirnya dapat terbakar. Umur filamen pada kondisi kerja maksimum adalah

2000 jam. Pemakaian di bawah kondisi kerja maksimum dapat memperpanjang umur

filamen.

Semua tabung sinar X mempunyai daya maksimum yang tidak boleh dilewati agar

tidak merusak tabung. Batas ini dikontrol oleh jumlah panas yang dapat dihantarkan oleh

logam target dan biasanya dinyatakan oleh pabrik pembuat tabung sebagai arus

maksimum (mA) untuk tegangan tabung tertentu (kV). Ukuran dan bentuk titik focus

(focal spot) harus dibuat sekecil mungkin sehingga energi elektron terpusat pada bagian

kecil permukaan target. Dengan demikian intensitas sinar X yang dihasilkan akan tinggi.

Luas permukaan logam target yang terlalu kecil menguntungkan ditinjau dari ukuran titik

fokus yang dihasilkan, tetapi proses pendinginan akan berjalan lambat. Karena itu, dalam

perancangan tabung sinar X, logam target tidak dibuat tegak lurus terhadap berkas

elektron yang datang, melainkan dengan kemiringan tertentu. Dengan cara ini, maka luas

permukaan logam target yang menghantar panas dapat dibuat lebih besar dan titik

fokusnya juga berukuran kecil. Pada gambar 5 ditunjukkan salah satu hasil analisa

sruktur kristal senyawa Si, dimana dalam spektra tersebut muncul beberapa puncak yang

menunjukkan tidak hanya ada 1 jenis kristal, melainkan ada beberapa.

Page 17: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

Secara umum diagram alir untuk analisa dengan penginderaan karakteristik

mikroskopi :

5. Atomic Force Microscopy (AFM)

Merupakan instrumen untuk analisa permukaan suatu material.

Page 18: Disusun Oleh : APTIKA OKTAVIANA T - indice.blog.uns.ac.id · Mikroskop optik menggunakan lensa dari jenis gelas, ... yang dikenal sebagai pembuat ... energi luar yang masuk ke bahan

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2009. Evolusi Mikroskop Nano. URL: http://www.koran-jakarta.com/ver02/file-

pdf.php?id=1212&&idkat=43, Generated: 13 June, 2009, 14:45

Anonim. 2008. Teknik Pemeriksaan Material Menggunakan XRF, XRD dan SEM-EDS.

Posted by labinfo, 14 Mei 2008

Dianni. 2007. Emisi Elekron. URL: http://dianni.multiply.com/journal, posted Mar 9, '07

11:34 PM

David C. Bell. 2003. Scanning Electron Microscopy (SEM) Techniques for Nanostructure.ppt

. Centre for Imaging and Mesoscale Structures (CIMS)

Evans Analitical Group LLC. 2007. Analytical Methods for Nanotechnology.

www.EAGLABS.com

Lawton, et al. Micro Nano Technology Visualization (MNTV) of Micromachined MEMS

Polysilicon Structure. Jet Propulsion LaboratoryCalifornia Institute of Technology,

Pasadena, California 91109-8099

Michael T. Postek. 2005. Advanced Electron Microscopy Needs for Nanotechnology and

Nanomanufacturing.ppt. Boston MA

Nuryadi, Ratna. 2008. Mikroskop dan Teknologi Nano. Ditulis oleh administrator.

URL:http://nano.or.id/index.php?option=comcontent&task=view&id=52&Itemid=36

Purnobasuki, Hery. 2004. Teknologi Nano untuk Kenali virus. Dupublikasikan di Jawa Pos

21 Februari 2004. URL: http://www.kimianet.lipi.go.id