Presiding Pertemllon don Presentosi JImiah

PPNY.B.-4TAN. Yogyakarta 23 - 25 Aprii 1996 BukuI 63

OPTIMASI KONDISI REAKTOR RF LUCUT AN PIJARGUNA PENGERASAN PERMUKAAN BAHAN METAL

Agus Purwadi, SudjatmokoPP.\T-BATAN,JI. BabarsariKotakPos 1008,}'ogyakarta55010

ABSTRAK

OPTIMASI KONDISI REAKTOR RF LUCUTAN PIJAR GUNA PENGERASAN PERJo..fUKAANBAHAN.\fETAL. Telah dilakuk£lnpercobaan penentuan kondisi optimum pada reaktor RF lucutan pilar denganmenn'ariasi besaran-besaran flsis tekanan,jarak alllar elektrode dan daya RF. Pada daerah kolom positifdimana plasma terbellluk. diukur kerapatan/suhu plasma menggunak£lnprobe Langmuir untuk masing-masing kondisi tek£lnan,jarak antar elektrode dan daya RF. Pada tek£lnan0,14 torr,jarak antar elektrode3 cm don daya RF 0,64 Watt dimana kerapatan don suhu plasma masing-masing sebesar (9,01 :t 0,06)lO" cm,J dan (3,39 :t 0,13) Iff K diperoleh kondisi terbaik untuk proses peningk£ltan kekerasanperllluk£lanbahan metal.

ABSTRACT

OPTIMATION OF THE RF GLOW DISCHARGE CONDITION FOR HARDENING OF THE METAL

SL'RFACE. An experiment on the determination of the optimalion RF glow discharge condition has beendone by varying physics parameters namely pressure. electrode sparations and RF power. On the positifcolumn region where plasma exist. the plasma density and temperature are measured by using Langmuirprobe for each conditions of pressure, electrode separation and RF power. The pressure of 0,14 torr,electrode separation 3 cm and RF power 0,64 Watt where theplasma density is (9.01 :to,06) lOll cm-Jandplasma temperature is (3,39:t 0.13) IrY K. yielded a better condition the for process of increasing themetal surface hardness.

PENDAHULUAN

Sifat mekanik permukaan suatu bahan non-semikonduktor (bahan metal) dapat menjadi

lebih keras, tahan korosi clankeausan (bersifat lebihunggul) kalau pada permukaan tersebut dinitridisasi(dideposisi ion!elektron nitrogen). Oi laboratoriumPPNY-BATAN pada bidang fisika khususnya,percobaan nitridisasi dilakukan dengan metodeakselerator implantasi ion, metode penguapan clanmetode plasma glow discharge (plasma (ucutanpijar). Pada proses deposisi dengan metode plasmalucutan pijar, elektron-elektron gas yang akandideposisi ke permukaan bahan metal barns beradadalam bejana (reaktor) bertekanan rendah (10.3-10Itorr), karena tenaga rerata elektron dalam kisaran (2- 12 eV) telah mampu untuk proses berlangsungnyaionisasi clandisosiasi molekul-molekul gas isian./')Pada reaktor plasma dapat dihasilkan plasmasebagai akibat adanya perbedaan tegangan tinggiatau akibat adanya medan RF (Radio Frequensl)antara kedua elektrode. Plasma yang quasi netral,merupakan pencampuran antara partikel ion,

elektron, radikal bcbas clan molekul/atom tcr-eksitasi yang peka terhadap listrik clan medanmagnet.(2) Kerapatan clansuhu plasma akan banyakberpengaruh pada proses deposisi ion! elektron kedalam permukaan bahan. Makin besar kerapatanplasma, maka jumlah plasma yang akan terdeposisidi permukaan bahan akan lebih besar (laju deposisimeningkat) clan semakin tinggi suhu plasmamenyebabkan partikel plasma akan terdeposisidengan lebih mudah clan permukaan bahan sasarandapat tidak memerlukan lagi pemanasan dari luar./2)

Mengingat akan pentingnya kerapatan clansuhu plasma sebelum terjadi proses deposisipartikel plasma ke permukaan bahan, maka sangatperlu diadakan percobaan awal (karak-teristik)mengenai keadaan plasma dalam reaktor plasma itusendiri. Rapat clansuhu plasma dipengaruhi oleh 3macam parameter yakni; tekanan tabung reaktor,jarak antar elektrode clan daya RF. Oalampercobaan, ketiga parameter tersebut harganyadivariasi clanuntuk suatu harga sepasang parameter(tiga parameter) tertentu, ditentukan besar kerapatan

ISSN0216-3128 AgusPurwadi,dkk.

64 Bllkll/Prosiding Perlenlllan don Presenlasi lllIl/ah

PPNY-BATAN. rogyakarla 23-23 Apri//996

dan sullo plasmanya (merupakan basil perhitungandari data percobaan/pengukuran masing-masingkondisi) sedemikian hingga pada suatu kondisitertentu akan diperoleh pasangan harga parameteryang paling optimum untuk suatu proses deposisipartikel plasma ke permukaan bahan.

Salah saW cara untuk penentuan kerapat-an/sullo plasma adalah dengan menggunakan probeLangmuir yang dapat dibuat sendiri dari suatukawat elektrode bahan tungsten dan dilindungi /di-bungkus dengan gelas pyrex silinder (sebagaiisolator). Penentuan suhulkerapatan plasma padatabung reaktor berdasar alas karak-teristik probe.yang merupakan grafik hubungan antara arusterhadap tegangan probe. Karak-teristik probedapat diperoleh dengan cara memvariasi teganganbias probe terhadap arus probe serta probe harustepat dioperasikan pads daerah kolom positif(lucutan pijar) dimana plasma berada.(J)

TEORIDari literatur ditunjukkan bahwa bentuk

karakteristik probe yang ideal adalah sepertiditunjukkan pada Gambar 1.(4,S) Ip adalah arusprobe, Vp tegangan probe, I. arus elektron, I.j aruselektronjenuh daBIijadalaharus ionjenuh.

Ip

-----

lij Vp

Ip= Ie- IiIclcuqll &ubr:

I, : 1111 ,role

V, : le&II&1I'fobeIe : 1111lIeHrol

lej : 1111ehitlOl jmiIii : 1111ill JIIII

_.~._,- .'-'.'_.-

Gambar 1. Bentuk karakterislik probe ideal.

Untuk probe yang telah dipasok dengantegangan bias daD dioperasikan di daerah kolompositip, maka gerakan partikel plasma yang menujuke perrnukaan probe adalah tergantung padapolaritas dan amplitudo tegangan probe relatifterhadap tegangan plasma Vpl. Harga teganganplasma VpIadalah tertentu tergantung pada gasisian yang digunakan.(4) Terlihat pada Gambar 1

bahwa ketika tegangan probe cukup negatifhanyalah ion-ion yang dapat mencapai permukaanprobe. Gerakan ion-ion ini hanyalah karenapengaruh gerakan random termalnya, tidaktergantung pada tegangan probe sehingga besararusnya tetap dinamakan arus ion random atau arusion jcnuh 1,1' Selanjutnya kalau harga teganganprobe Vp divariasikan ke arab kanan yakni dengantara menaikkan harga Vp menuju nol, hal ini jugaberarti bahwa elektron-elektron plasma akansemakin mudah mencapai di per-mukaan probe daBmenghalangi mengalimya arus ion. Pada saat hargaVpnol maka arus probe I" mendekati nol daBjikategangan' Vp'\terus' 'dinaik-kan maka berangsur-angsur elekton-elektron di-permukaan probesemakin bertambah yang juga memperlel11aharusion. Akhimya pada harga V" tertentu arus Ip nolyang berarti jumlah ion an elektron di permukaanprobe sama besar. Sejak saat arus probe I" = 0sementara tegangan V" terus dinaikkan, makajumlah elektron yang terkumpul di probe (timbu!arus ~lektron I.) akan terus bertambah secaraeksponensial dan besar arus tersebut dapatdirumuskan sebagai Y)

Ie = Iej exp (eV / kT) (I)

sedang arus elektron jenuh I.) dapat dirumuskansebagai:

1/2

I ej = Ane (kT /2 n:m) (2)

dimana A = luasan permukaan probe efektif, n =rapat elektron, e = tetapan muatan elektron = 1,602X 10,19C, k = tetapan Boltzman = 1,381 x 10'23J/K, T = sullo plasma elektron dan m = tetapanmassaelektron= 9,1 x 10,31kg, sedang Vadalahselisih tegangan plasma dengan tegangan probe (V= Vpl - Vp).

Dari persamaan (I) terlihat bahwa harga I.akan maksimum (I. = ~J ketika V=O yakni saattegangan probe Vp sarna dengan tegangan plasmaVpl' Pada keadaan ini probe tidak mengadakanreaksi gays sehingga berkeliarannya sejumlah iondan elektron di sekitar probe hanya karenapengaruh gerakan random termalnya.(6)Aki- batnyawalau besar tegangan probe Vpterus dinaikkan tidakakan mempengaruhi besar arus elektron /. dan besararus I. tetap sebesar I.j (arus elektron jenuh). Barukemudian jika terjadi ionisasi sekunder maka arus/') akan naik dengan cepat.

Agus Purwadi. dkk. ISSN0216-3128

Prosiding Pertemuan daMPresentas; IImiah

PPNY-BATAN. J'og)'akarla 23-:15 April/996 Buku / 65

Dengan diketahuinya karakteristik probeyakni dengan earn memvariasi harga teganganprobe maka kerapatanlsuhu elektron plasma (yangakan banyak berpengaruh pada hasil akhirpendeposisian) dapat ditentukan. Kedua besaranfisis suhu dan kerapatan plasma dapat ditentukanalas dasar j abaran pendekatan pacta pt::rsamaan(I).dimana arus elektron Ie akan maksimum atau

padanya dimasukkan harga tegangan V=Vpl-Vp,selanjutnya kalau kedua runs kanan clan kiridikalikandenganlog e makabentukpersamaan(I)akan menjadi:

Inle =e/ kTv" +(lnIq -eVp / k1) (3)

Persamaan (3) di alas merupakan persamaan garislurus pada koordinat In Ie terhadap Vp, dimanagaris tersebut memotong ordinal In Ie di (Inlej .eV,)/kT) dengan slope/kemiringan a positip sebesar:

a =e / kT (4)

Karena harga kemiringan dapat ditentukan seearaempiris. sedang e clan k masing-masing meru-pakan tetapan muatan elektron clan konstantaBoltzmann,maka harga suhu elektron T dapatditentukan. Dari perpotongan graftk garis lotusdengan ordinat In It di (In Ie) -e VplkT) maka besararus It} dapat ditentukan, demikian pula karenaluasan probe efektif A dalam percobaan dapatdiukur maka kerapatan elektron plasma n daripersamaan (2) dapat ditentukan. Cara perhitungantaint untuk suhu elektron T, arus elektron jenuh I,.,clankerapatan elektron 11adalah scpcrti ditunjukkanpactalampiran,

TAT A KERJA

Skema peralatan yang digunakan dalampereobaan adalah seperti ditunjukkan pactaGambar2 yang meliputi: Tabung reaktor plasma, pompavakum, penyedia gas nitrogen, somber RadioFrequensi (RF) clan probe beserta penyediadayanya.

Tabung reaktor dalam bentuk silinder,terbuat dari gelas pyrex dengan diameter 9 em clanpanjang 10 em. Tabung ini dilengkapi dengan dunbuah elektrode berdiameter 4 em, masing-masingdipasang paralel dengan jarak diantaranya yangdapat divariasi. Elektrode di bagian atas

dihubungkan dengan muatan positif RF sedang dibagian bawah yang merupakan tempat substratdihubungkan dengan muatan negatif.

SumNrrf PompavUum P&ngukurtebn4J2

P&nylJpl~l'~!J

umO&f

teS4J284J2Probe

TabungmJ:tor

Gambar 2. Skema perangkat percobaan RF/ucutan pyaI'

Pompa vakum digunakan untuk mem-vakumkan tablIng reaktor sehingga tablIng yangberisi gas nitrogen dapat dibuat bertekanan rendah.Untuk meneapai tekanan rendah tersebut digunakanpompa vakum rotary clan difusi Edwards serrakevakuman dibaea pacta alar ukur tekananManometer.

Penyuplai gas merupakan tabling berisi gasnitrogen yang kemudian dialirkan ke tabung reaktorplasma (vakum) dengan kelajuan yang dapat diatur'lewat pengatur aliran gas (kran). Pengaturan alirangas sangat diperlukan agar tabung reaktor dapatberopersi pactatekanan rendah yang dikehendaki.

Somber daya RF dipergunakan untukmcnimbulkan lucutan pijar di antara keduaelektroda dimana ground dari RF adalah 'floating'yakni tidak ditanahkan. Besar daya somber RFyang scbanding dcngan bcsarfrequensi (meng-ingatbesaran daya adalah besaran tenaga per-satuanwaktu sedang besaran tenaga sendiri adalahsebanding dengan frequensi) dapat diatur sesuaidengan harga induktor L clan harga kapasitor Cyang dipergunakan, menurut rumusan bahwafrequensi adalah berbanding terbalik dengan akarkwadrat perkalian antara L clanC. Pactapercobaanbesar frequensi RF diukur dengan alar FrequensiCounter FC-756 clandayanya diukur dengan PowerMeter SX-200.

Probe Langmuir terbuat dati kawat tungstenberdiameter 0,76 mm yang bagian luamyadibungkus dengan gelas pyrex silinder. Dalam

ISSN0216.3128 Agus Purwadi.dkk:

66 Bllklll

Presiding Perlen/llan dan Presenlasi IImiah

PPNY-BATAN. Yogyakarla 23-23 Apri//996

pengoperasiannya pacta tabung reaktor, probeLangmuir dapat digeser-geser. letaknya sehinggadapat disisipkan tepat pacta daerah kolom positif.Probe Langmuir dipasok oleh tegangan bias darisumber tegangan Trio PR 602A dan arus probediukur dengan Elektrometer Keithley 61OL.

Kondisi reaktor RF lucutan pijar dapatoptimal dalam penggunaannya kalau parameterplasma yang optimum juga telah dapat ditentukan.Untuk memperoleh parameter plasma sepertikerapatan dan suhu plasma dapat dilakukan denganlangkah-Iangkah sebagai berikut:

Tekanan tabung reaktor yang berisi gasnitrogen divakumkan sampai orde 10-3 torrpactajarak antar elektrode tertentu.Sumber RF dioperasikan pada frequensisebesar 15 MHz, sedang probe yang telahbertegangan bias harus dioperasikan tepat pactadaerah kolom positif lucutan pijar dimanaplasma berada (nyala paling stabil dan terang).Tegangan probe dioperasikan dengan semulapacta tegangan negatip kemudian berangsur-angsur tegangan dinaikkan sedikit demi sedikitke arab tegangan positip (lewat nol) sedemikiansehingga akan diperoleh gambar karakteristikprobe.Dari bentuk karakteristikprobe yang diperoleh,maka kerapatan dan suhu plasma dapat di-tentukan dari keempat persamaan di alas.

Parameter plasma yang paling optimumdapaf diperoleh dengan memvariasi tekanan gas N2pacta tabung reaktor, sumber daya RF dan jarakantar elektroda. Seeara singkat, dalam percobaandilakukan pengukuran parameter plasma dengankondisi sebagai berikut:

1. Tekanan (P) divariasi, untuk daya RF (D) danjarak antar elektrode (d) tetap.

2. Daya RF (D) divariasi, untuk tekanan (P) danjarak antar elektroda (d) tetap.

3. Jarak antar elektroda (d) divariasi, untuk dayaRF (D) dan tekanan(P) tetap.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penentuan parameter plasma dengan dayaRF 0.64 Watt; jarak elektrode 3 em dan tekanantabung reaktor bervariasi.

Saar tekanan tabung dipilih sebesar 0,07 torr,tegangan Vpdivariasi dari -30 sampai dengan +65Volt, untuk masing-masing harga Vp tertentu

diperoleh besar arus probe Ip, selanjutnya dapat di-peroleh karakteristik probe seperti pactaGambar 3.

Terlihat pada Gambar 3 walaupun Vpdivariasi dari -30 Volt sampai dengan -20 Volt,besar arus ion I, tidak berubah dan dinamakan arusion jenuh yakni sebesar 1'1= 0,45 mA; kemudianI,muJai berubah menjadi lebih keci! setelah Vp= -15Volt dan saat Vp= 0 volt arus elektron Ie mulaimelawan arus ion I,. Selanjutnya untuk Vp> 5,81Volt hanya mengalir arus elektron dari Ie = 0sampai dengan arus elektronjenuh sebesar 9,9 IDA.

10' Ip (IIA)

.31)-~ .1

Vp (volt)

-1

Gambar 3. Karakteristik probe.

Harga arus elektron merupakan jumlahan(semen-jak pertama kali timbul bercampurlbersamaan de-ngan arus ion) dan arus probe Ip, atausecara singkat dapat dituliskan I. = I,} + Ip Kalauuntuk masing-masing harga Vp tertentu maka akandiperoleh pula harga In I. tertentu, sepertiditunjukkan pada label I, sedang kalau digambar-kan In I. terhadap tegangan probe Vpyakni pactakeadaan arus Ipyang bersesuaian (tabel ], kolom 2)maka akan diperoleh grafik garis lurus sepertiditunjukkan pactagambar 4.

Dapat diketahui dari gambar 4 bahwa grafiktegangan probe Vpterhadap In I. me-rupakan grafikgaris Iurus yang memotong ordinal di 7,052 dengan

Agus Purwadi, dkk. ISSN 0216 - 3 I 28

Pro$iding Pertemuan dan Presehtasi Ilmiah

PPNY-BATAN. Yogyakarta 23-25 April/996 Bllk,,1 67

kemiringan sebesar ex. = 0,044, sehingga bentukpersamaan garis tersebut menjadi lebih sederhana :

lnIe = 0,044 Vp- 7,052 (5)

Tabell. Perhitungan harga In Ie terhadap VI"

.u

'J.Ij,I 11.1 I~I a.l

f1AAGAT£GAHCA/IPROBEUp (VOlT)II

Gambar 4. Grafik hubungan antara tegang-anprobe Vp terhadap In Ie.

Persamaan (5) yang diperoleh seeara empirismerupakan persamaan garis lurus adalah identikdengan persamaan (3) seeara teoritis, sehingga alasdasar kedua persamaan tersebut clapat ditentukansuhu parameter plasma T clanarus elektron jenuh 1,:/

mengingat elkT = 0,044 clan (In Ie/ . e V/kT) =-7,052. Dengan memasukkan besaran konstantauntuk masing-masing muatan elektron clan tetapanBoltzmann maka dapat diperoleh sullo elektronplasma sebesar T = (2,61 :t 0, II) 105 K clan aruselektron jenuh lei = 0,010 A. Selanjutnyamenggunakan persamaan (2) clengan memasukkanharga luasan permukaan probe efektif A = 4,534 X10,7 m2clantetapan massa elektron m = 9,11x lOllkg, maka kerapatan plasma n dapat ditentukan,diperoleh 11=(2,15:t 0,01) 10 II em,3

Demikian pula dengan eara yang sarna untuktekanan yang divariasi, telah diperoleh sullo clankerapatan plasma seperti ditunjukkan pada Tabel 2clan kalau digambarkan seeara grafik hubunganantara tekanan terhadap kerapatan serta tekananterhadap sullo yakni pada keadaan tekanan yangbersesuaian (tabel 2, kolom 2), masing-masingadalah seperti ditunjukkan pada gambar 5 clangambar 6.

Tabel2. HasH perhitungan kerapatan clan suhuplasma untuk tekanan yang bervariasi.

Daya rf : 0.64 watt

Jarak elektroda : 3 em

ISSNO216.3128 AgusPurwadi,dkk.

V..(volt) In (mA) ."""..LitI6 0 - 7.7010 0.7 - 6.72]5 1.2 - 6.3820 2.7 - 5.7625 3.3 .5.5830 3.9 - 5,4335 4.8 .5.2440 5.7 .5.0945 6.3 - 4.9950 7.8 - 4.7955 9.0 - 4.6660 9.6 - 4.60-65 9.6 - 4.60

'1.1

I..

C'JoJ

C0e:cI -I.!

N Tekan Kerapata RaJat Sullo Ralo. an n Plasma relatif Plas- at

(Torr) (em3) ma rela(OK) tif

I 0.07 2.15 x 10 0.01 2.61 x 0.1II 105 1

2 0.08 2.04 x 10 0.02 2.85 x 0.0II 105 1

3 0.09 1.85 x 10 0.01 2.78 x 0.1II 10S 1

4 0.10 1,48x10 0.06 2.93 x 0.1II 105 2

5 0.13 \.69x10 0.05 3.52 x 0.0II 10S 1

6 0.14 9.01 x 10 0.06 3.39 x 0.1II

105 3

68 Buku /Prosiding PertenlUan don Presentasi /lmiah

PPNY-BATAN. Yogyakarta 23-23 April/996

1.([1111\

f'I!:U 1,1£111

c:IIIL 1.1[111y

q

~ \.1(111qJto UNI%~I-« 1.1[111L~ttI I.!EII(jC I.n I.!I 1.01 1.11 1.11

TEKAHAH ( TCRR )t.1I

Gambar 5. GraJik IllIbzmgan atl/ara tl:kananterhadap kerapatan plasma.

1\ J.IIIC5t..)J I.I!~iii't

i I.!(~,~c:tI I.U~0v

~ /.J(~!:\I~J I.([~Co

:I

5 1.1t.e\I I.I!

1.(1 1.01 1.11 t.1!

TEKAHAH <TORR)

1.11 0.:1

Gambar 6. Grafik hubungan antara tekanan/erhadap suhu plasma.

Hasil kerapatandaDsuhu plasma untuk jarakelektrode yang divariasi dari 1 em sid 3 em pactadaya RF = 0,64 Watt daD tekanan 0,14 tOITadalahseperti ditunjukkan pada tabel 3, sedang grafik

hubungan jarak elektrode terhadap kerapatan daDgrafik hubungan jarak elektrode terhadap suhuplasma yakni pacta keadaan jarak elektrode yangbersesuaian (tabel 3, kolom 2), masing-masingadalah sepeni ditunjukkan pacta gambar 7 dangambar 8.

Tabel 3. Hasil perhitungan kerapatan daD suhuplasma untuk jarak elektrode yangbervariasi.

Daya rf : 0.64 watt.,. ,

Tekanan : 0.14 Torr

1.11

1.1[111,.1'1,U

1.1£111~1:1ly

$.1£'11~t1\~ .J 1.1;111l

t

~ I.I!IIIcto~a:III I.I!IOI~ \.III 1.10 I.~ 1.10

.,1ARAK~LEKTROOA(Cn)!.It 1.00

Gambar 7. Grafik hubungan antorajarak an/orelektrode terhadap kerapa/an plas-ma.

Agus Purwadi, dkk. ISSNO216-3128

N Jrk.Elck- Kcrapatan Ra- Suhu Plas- Ralato. troda(cm) Plasma lat ma ("1<) eela-

(em3) rela- tiftif ,

I 3 9.01x to II 0.06 3.39 x 10) 0.012 2.5 1.64 x 10" 0.05 2.63 x 10' 0123 2 1.73)(10" 0.03 2.53 x 10' 0.094 1.5 1.73)(1011 0.04 2.32xIO 0.085 1 0.22x 10 IU 0.01 5.95)( 10> 0.03

Pros/ding PertenUlan don Presentasi IImiah

PP,\'}'.BATAN, !'ogyakarta :!3.25.,-Ipri/!996

f.~') Ll!Ia!~c:\:I0V I.qlO

~t1\~ 1,!illSJ~

:)I !.111C1

:J 1,(1)1\

1,40 1.1f I.~JARAK ELEKTRODA (C~)

1.10

Gambar 8. Grafik hllbungan an/moajarak antarelektrode terhadap suhu plasma,

HasilkerapatanclansuhuplasmauntukdaysRF yang divariasi dari 1,24 sampai dengan 2,43Wan pads jarak elektrode3 em clantekanan0,14torr adalahsepertiditunjukkanpada label4, sedanggrafik hubungan antara days RF terhadap kerapatandan grafik hubungan enters days RF terhadap suhuyakni pads kcadaan days yang berscsuaian (tabel 4,kolom 2). masing-masing adalah seperti ditunjuk-kan pada gambar 9 dan gambar 10.

Tabel 4. Hasil perhitungan kerapatan clan suhuplasma untuk days RF yang bervariasi.

Jarak elektroda : 3 em

Tekanan : 0.14 Torr

Buletl!

1.1£111"1'1C0 I.!(IIIII:wC. 1.1£111

~ UtIli1\c:JC. 1.1£111

:z:<:

~ !.ltlllC.<:

ffi 1.1[111~ 1.11

I.!II

69

I.H I.H 1.11 1.113OAYA RF (IIATTlC"Z)

1.11 1.11

Gambar 9. Grafik hllbungan antara daya RFterhadap kerapatan plasma.

" J.I,IQS:t..:>J 1.ltlO$

~~ 1.1£10')~

ffi UEt1J50"

~ 1,lIt1J5t1\

5 1.)(1111

Co.

:>I UtilI:> 1,141\

L1.11 1.11 1.11 'loCI

OAYA RF (IIATTIC,,2)1.11 I.U

Gambar 10. Grafik hubllngan antara daya RFterhadap suhu plasma,

KES1\\tP\1LAN

\1{", hlhil\WII'\lblllll\ 111\\1111\\illlllll\\,hll\\

blll\\\'II kCnlllIItlllll'laslllll Il'lltll!~gi IIdllll\h II - t9.01:!: 0,06) 1011em" dclIgall slIhll plasma l' = (3,39 i0,13) 10s K yang terjadi pada kondisi tekanantabung reekIer (gas N2) P = 0,14 torr, jarak antarelektrode d = 3 em clan days RF 0 = 0,64 Watt(tabel 2). Kalau dipilih suhu plasma yang hargatertinggi T = (5,95 :!: 0,03) 105 K (tabel 3), makapada kondisi tekanan den daya RF yang sarna,jarakantar elektrode dari 3 em haruslah diturunkan

menjadi I em. Namun pada keadaan ini kerapatanplasma menjadi minimum yakni n = (2,2 :!:0, I) 109

em-3 saja. Seeara teoritis hal ini memang sesuai

lSSN0216.3128 Agus Purwadi, dkk.

No. Daya Kerapatan Ra- Suhu. '. ..Ra-Iat

RF Plasma lat 'Plasma"" "rela"

(watt) (em)) ('(In. ("K) tiftif

I I.j I 73 \ 1011 016 H \ 10' ()01.- ----\ ..2 14.1 1-15\1011 0.07 .\ .1.\\ 10 0 \.\3 LSO 3M\ 10 0.05 2.70 \ 10' 0.\04 1.79 3,59 x 10" 0.04 2,70x 10> 0.085 2,10 3.65 x 10" 0,06 2.98 x 10 > 0.136 243 789 x 10 I 0.07 204x 10' 0.15

70 Bllklll

Prosiding Perle milan dun PresemQSI /lmiall

PPNY.8ATAN. Yogyakarta 23.23 Apnl1996

dengan persamaan (2) bahwa antara besar hargakerapatan clanharga suhu plasma adalah berbandingterbalik.

Dalam percobaan pelapisanJpengerasan per-mukaan metal, reaktor Radio Frequensi (RF)lucutan pijar hams dioperasikan pada kondisitekanan 0,14 torr, daya RF 0,64 Watt clan jarakantar elektrode 3 cm atau dirubah I cm kalaudiperlukan suhu plasmanya yang optimum. Padakondisi t~rs~but akan diperolch kedua parameterplasma; kerapatan clan suhu plasma yang palingoptimal untuk proses peningkatanJpengerasan sifatmekanik permukaan bahan metal.

UCAP AN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan banyak terima kasihkepada seluruh star Kelompok Fisika Atom clanZadat yang ikut membantu dalam pelaksanaanpercobaan ini. Semoga amal baik mereka akanmendapatkan balasan yang berlipat dari Allah sWt.

DAFTAR PUSTAKA

I. OJHA, MS., "Plasma Enhanced Chemical Va-por Deposition of Thin Films", Physics of ThinFilms, Vol 12, p.238, Academic Press (1982).

2. NICHOLAS A. KRALL, ALVIN W> TRI-VELPIECE, "Principles of Plasma Physics",pA, MC. Graw Hill, USA (\973).

3. MILLMAN, J. and SSELY, S., "Electronics",Academic Press, New York (1965).

4. HUDDLESTONE, RH. AND LEONARD, SL.,"Plasma Diagnostic Techniques", p.113-117,Academic Press, New York (1965). .

5. MITSUHARU KONUMA, "Film Depositionby Plasma Techniques", p.92-95, Max PlanckInstitute fur Festkorperforschung; HeisenbergStrasse I, W-7000 StUttgart 80, Fed. Rep. ofGermany (1992).

6. MILLMAN, J., "Vacuum Tube and Semi-conductor Electronics", p.307-308, Mc GrawHill, Book Company, Inc., USA (1958).

LAMPIRAN:

Perhitungan Ralat Untuk Suhu Plasma (7), ArusElektron Je-nuh (lej),clan Kerapatan Plas-ma (Il)

A. Perl1itllngan ralat T

Dari persamaan

lnle =e/ kTVp +(ln/., -eVp / k1)

dapat dianalogikan

Y = A Vp + B

A = e / KT

T = e/KA

6T.[[:r (~)~{;r (M1~{:J (~'r[[ ]

2

1

1/2

= ;: (L\ A) 2 J = T ~.-//A

Ralat relatif= L\T/T

B. Perltitungan ralat Ie}

B = In I'J - A Vp:

I<} = exp (B + A Vpl)

[ ]

2

[ ]

' 11 'cJI. cJI-

A I" = [ a; (M)' + a; (AA)' j

M'I ~ ~B+ A~ f (1::/3/+{~B+ A~ f (Mi rRalat relatif = MeJ I lei

C. Perl1itungan ralat n

IeJn=

A e (KT /2;rr n)112

8n.[[:1: r (AI.,)' +[:;r (87)' rRaJatrelatif = L\nI n

Agus Purwadi, dkk. ISSN 0216. 3128

Prosiding Pertemuan don Preselflasl J/miah

PPNY-BATAN. Yogyakar!a 23-25 Aprl//996 Bllku I 71

TANYAJAWAB

Tri Mardji Atmono- Pacta abstrak tertulis "Pacta daerah kolom

positif dimana plasma terbentuk, n. Apakahplasma hanya terbentuk pacta kolom positif,mengapa ?

- Untuk keseluruhan daerah plasma, apakah suhudan kerapatan nya homogen, kalau ya mengapa,kalau tidak mengapa?

- Untuk penentuan suhu kerapatan digunakanprobe Langmuir, tunggal atau double probe?

Agus Purwadi- Yo. karena pada daerah kolom positif ado

terjadi parameter-parameter plasma (kerapatandon suhu) yang homoge11.

- Secara teoritis homogen. namun pada per-cohoon ado sedikit ganggllan kesetimba11ganpada daerah kolom POSilif karena faklor-faktorluar Oegangan RF da11legangan probe).

- Diglt11aka11probe Langmuir tll11ggal karenaulJ(uk mengltra11gi gangguan eleklrik dari luartablll7g reaklor.

Suyamto- Oari judul "Optimasi Kondisi Reaktor

apakah tidak sebaiknya diperbaiki denganmenghilangkan 'sifat mekanik'?

- Penulisan suhu Kelvin, seharusnya tidak a Ktetapi cukup dengan ao K

- Mohon abstrak pacta buku kumpulan abstrakdiperbaiki/dibacakan.

Agus Purwadi- Semua perlanyaan merupakan saran-saran don

komi lerima. Terima kasih alas sarannya.

Sigit- Apa yang dimaksud dengan pengerasan sifat

mekanik (pada Judul makalah)? Pengertiansaya, sifat mekanik bahan yaitu kuat tarik,elongasi, kekerasan, dan sebagainya. Mengapaperlu pengerasan?

Agus Purwadi- Senor. Seperti lelah disarankan o/eh Pak

Suyamlo maka kala 'sifal mekanik' pada Judu/maka/ah akan komi hi/angkan, sehingga tidakterkesa11 sifat mekaniknya yang dikeraskantetapi permukaan bahan melalnya.

ISSNO216-3128 AgusPurwadi.dkk.