Prosiding Pertemuan lbniah llmu Pengetahuan dun Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

PERKEMBANGAN MIKROSTRUKTURAL DAN SIFAT TCRLAPISAN TIPIS Ag HASIL DEPOSISI DENGAN TEKNIK

SPUTTERING DENGAN VARIASI DAYA

Moh. Toifur, Sriyanto1, Tono Wibowo2, Wiryoadi2 daD Bambang Siswanto2IPusat. Studi Fisika Terapan (PUSFIT) -Universitas Ahmad Dahlan

JI. Kapas No.9 Semaki Yogyakarta2pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Maju (p3TM) -BATAN

JI. Babarsari, Kotak Pas 8 : Yogyakarta 5500

ABSTRAK

PERKEMBANGAN MIKROSTRUKTURAL DAN SIFATTCR LAPISAN TIPIS Ag BASIL DEPOSISIDENGANTEKNIK SPUTTERING DENGAN VARIASI DAYA. Telah dibuat lapisan tipisAg dengan teknik sputtering DC pada variasidaya dengan tujuan untuk mengamati pengaruh variasi daya dan suhu lingkungan terhadap resistivitas keping Berta TCR lapisan.Mesin sputtering di set pacta tekanan operasi 7 xl 0-2 torr, jarak elektroda 3 cm, suhu ruang, waktu deposisi 2 menit daD daya kerjamulai 15 sampai 30 watt. Struktur mikro dianalisis menggunakan spektrometer XRD, resistansi dikarakterisasi dengan probe 4titik. Untuk mengamati tingkat kemumian lapisan Ag sebagai resistor digunakan rangkaian seri R-Lapisan Ag dengan teganganprofil input daD output diamati melalui layar CRO. Dari uji struktur mikro diketahui adanya kecenderungan semakin besar dayakerja semakin baik struktumya. Lapisan basil depqsisi pacta daya 30 watt memiliki struktur paling teratur dengan tipe fcc danpertumbuhan bidang ke arab [111]. Dari kurva R vs P diperoleh bahwa lapisan tersebut juga memiliki R terkecil yaitu 0,4395 0;hal mana paling sesuai untuk konektor. Dari profil TCR pacta rentang suhu 56-250°C diperoleh bahwa lapisan yang dipreparasipacta daya 15 watt memiliki TCR terbesar yaitu -0,0022 sehingga paling sesuai untuk sensor suhu sedang lapisan yang dipreparasipacta daya 30 watt memiliki TCR terkecil yaitu -0,0003 yang paling sesuai untuk buffer atau spacer. Dari tampilan V; daD Vorangkaian R-Lapisan Ag pacta CRO diperoleh bahwa lapisan Ag brwatak sebagai resistor mumi.

Kata kunci Japisan tipis, teknik sputering, resistivitas keping, XRD, TCR

ABSTRACT

THE IMPROVEMENT OF MICROSTRUCTURAL AND TCR PROPERTIES OF AGTHIN FILM PREPAREDWITH DC SPUTTERING TECHNIQUE AT VARIED POWER. Ag thin film had been prepared on varied power with DCsputtering technique to know the effect of the varied power and invironment temperatures on the sheet resistivity and TCRprotile. Sputtering machine was set-up on operation vacuum of 7 x 10-2 torr, electrode distance of 3 cm. Deposition was done atroom temperature, with time of 2 minutes and varied power from 15 up to 30 watt.. Microcrystalline structure was analyzedwith XRD spectrometer and sheet resistivity was characterized with four point probe equipment. The series of R and Ag thinfilm circuit was set to reach the puritivity of Ag thin film as resistor with displaying of input (V;) and output (Vo) voltages throughCRO. From XRD spectrum showed that the increasing of power give the improving of crystalline structure ordering. The beststructure was for film deposited with input power of 30 watt with structure fcc and growth orientation of [I II]. From R-P curveshow that film also provided the minimum resistance i.e. 0.4395 .Q wich most suitable for connector material. From TCR withrange of 56 up to 250 °C showed that film prepared with 15 watt of power provided the maximum value i.e. 0.0022 wich mostsuitable for temperature sensor, meanwhile film prepared with 30 watt of power was provided the minimum value i.e. 0.0003wich most suitable tor buffer and spacer layers. From V; and Vo of R-Ag thin film series circuit showed the properties of Ag filmas pure resistor.

Key words: Thin layer, sputtering technique, sheet resistivity, XRD, TCR

PENDAHULUAN

Perak (Ag) merupakan bahan yang digunakanpacta berbagai macam keperluan diantaranya untuksensor suhu, dekorasi serta untuk konektor. Ag jugaberpotensi untuk dijadikan lapisan seta (spacer)dalamsusunan multilapisan magnetik daD non magnetik(M/NM) yang akan menentukan kekuatan kopling antarakedua lapisan magnetik. Multilapisan M/NM ini

umumnya digunakan pada peralatan sensor medanmagnet lemah hingga saat ini masih sangat sedikitilmuwan yang menelitinya[ 1].

Pada bidang industri persyaratan bagi bahanyang akan dijadikan sensor suhu sehingga memenuhiparameter kualitas, keamanan daD kelayakan sepertimemiliki waktu tanggap (time response) singkat, stabil

70

Perkemhangan Mikrostruktural dan Sifat TCR Lapisan Tipis Ag Hasil Deposisi dengan Teknik Sputteringdengan Variasi Daya (Moh. Tiofur)

besar, ion akan menuju ke katoda dengan laju yang besarsehingga akan semakin memudahkan terjadinya percikanatom-atom target. Karena transfer energi dan momentumantara ion argon daD atom target maka sputteran (atomyang disputter kan) akan memiliki laju yang besar pula[3]. Hal ini akan semakin mempercepat terbentuknyalapisan pada substrat. Selain itu diharapkan strukturlapisan untuk berbagai daya juga akan berbeda karenasemakjn cepat gerakan sputter akan semakjn memperkeciljarak antar bidang atom-atom lapisan Ag.

Perlakuan Panas Pada Ag

Untuk dapat menjadikan Ag layak digunakansebagai sensor suhu maka Ag dibuat dalam bentuklapisan tipis sehingga waktu tanggapnya (time response)akan lebih singkat. Perlakuan panas pada lapisan Ag,merupakan pasokan energi aktivasi secara termal padaatom-atom lapisan, sehingga memungkinkan atom-atomtersebut berdifusi ke lapisan yang lebih dalam menempaticelah-celah yang kosong diantara struktur atom Ag,sehingga struktur atomnya akan menjadi lebih tertata.

Dari perumusan yang diungkapkan olehBoltzmann [4] hubungan antara difusifitas (D) dan suhu

(7) dinyatakan dengan:D = Do .e-E I kT (I)

dengan Do dan k konstanta, E energi panas. Untuk Agdalam bentuk kristal masing-masing besamya adalah0,4xlO.4 m2/dt, 13,8 x 10-24 J/atomK dan44100 kal/mol.Pada Gambar 1 ditampilkan profil difusifitas tergantungsuhu untuk Tmulai dari suhu 50 sampai dengan 300°C.

dalam waktu yang lama, cepat tanggap terhadap panas,ukuran kecil, watak linierisasi sederhana dan tahanterhadap getaran dan pembahan suhu yang mendadak.Untuk keperluan lapisanpenyangga (buffer) atauspacermaka Ag hams menampakkan sifat kestabilannyaterhadap pembahan suhu. Untuk keperluan konektormaka Ag hams mudah dipatri serra menampakkan sifatkontaknya yang baik dengan logam lain.

Salah satu sifat unggul daTi Ag adalahresistansinya tidak terlalu bergantung pada suhulingkungan udara luar, lingkungan sulfida, lingkunganhidrogen sulfida dan karbonil sulfida[2]. Dengankeadaan ini maka Ag mempakan bahan yang sangatberpotensi dipakai sebagai lapisan spacer pada susunanmulti1apisan (multilayer) dan sebagai lapisan buffer. JikaAg akan dijadikan sebagai spacer atau buffer maka hamsdipersiapkan dalam bentuk lapisan tipis (thin fi 1m). PeranAg sebagai spacer pada sistem multilapisan permalloy(lazim dituliskan sebagai Py / Ag) adalah ikut menentukanbesamya jarak antar bidang dari permalloy (dPy)'

Untuk mengatur besar kecilnya dAg salah satan

parameter yang berpengaruh pada proses deposisilapisan tipis adalah daya (P). Dengan memperbesar Pmaka energi atom-atom Agyang terpercik akan semakin

besar sehingga pada proses pembentukan lapisanjarakantara suatu lapisan atom dengan lapisan berikutnyaakan semakin kecil daD sebaliknya.

Pada makalah ini ditampilkan hasil penelitianmengenai perubahan stmkturmikro serta resistansilapisan tipis Ag yang disiapkan pada variasi daya (P)yaitu 15, 20, 25 dan 30 Watt. Dari karakteristik kurvaRterhadap P dapat diketahui pengamh daya terhadapresistansi. Nilai R yang paling kecil paling sesuai untukbahan kontak ohmik (ohmic contact). Selain itu jugaditeliti pengaruh suhu lingkungan (1) terhadap resistansimasing-masing sampel. Dari karakteristik R terhadap Tdapat diketahui nilai catu daya mesin sputtering yangmenghasilkan lapisan Ag yang berwatak sebagai sensorsuhu dan lapisan Ag yang berwatak sebagai lapisanbuffer atau spacer. Untuk lebih meyakinkan watak lapisanAg sebagai resistor mumi (bukan impedansi) makaditampilkan pula bentuk tegangan input dan outputrtlngkaian R-Lapisan Ag melalui layar CRO. Dari tampilangambar dapat diketahui waktu tanggapnya terhadapgelombang tegangan input AC.

400

Gambar 1. Grafik difusifitas atom-atom Ag sebagaifungsi suhu.

LANDASANTEORI

Peranan Daya Masukan (Input Power)

Pada mesin sputtering daya diperoleh denganmengalikan tegangan tinggi (HV) dengan arus listrik (1).Tegangan tinggi deposisi berfungsi untuk memberikancalli daya pada kedua elektroda mesin sputtering. Jikadaya diperbesar atom-atom dalam kamar sputtering akanmudah terionisasi. Selain itu laju elektron-ion menuju keanoda-katoda akan semakin besar. Pada HV yang semakin

Tampak bahwa difusi atom-atom bahan akanberjalan pesat pada suhu di atas 250°C. Diharapkan padasuhu 250°C sifat listrik (R) dari Ag menampakkan

perubahan yang cukup signiftkan.

Temperature Coefficient of Resi.uance (TCR)

TCR (Temperature Coefficient of Resistance)merupakan perubahan maksimum nilai resistansi akibat

71

Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

batas ukur 400 °C. Trafo jenis step down merek ERAdengan spesifikasi arus dan frekuensi adalah lOA/60 HzdaD batas tegangan keluaran dipilih 64 volt. Pemanastetbuat dari pelat niklin selebar 1 mm yang dililitkan padakertas isolator tahan panas hingga mencapai resistansi:1:50 ohm. Dengan resistansi sebesar ini dapat dihasilkanpanas :1:300 °c. Pembacaan tegangan padathermo-controller dilakukan dengan voltmeter dan nilairesistansi lapisan yang dipanasi dibaca melaluiohmmeter. Ruangan merupakan tabung yang terbuat darikeramik berdiameter :I: 15 cm dan pada bagian dindingnyadiisolasi dengan kertas perak untuk mengurangihilangnya panas yang menembus melalui dindingruangan.

perubahan suhu. Perubahan resistansi ini disebabkanoleh terjadinya perubahan amplitudo gelombang fononserta cacat pada kristal sehingga elektron-elektronkonduksi yang melewatinya akan mengalami pembahanjarak bebas rata-rata (A). Rumus untuk TCRadalah:

fiR Rr -Roa=-= (2)

Rol1T Ro(T-To)

dengan Ro dan Rr adalah resistansi pada suhu referensidaD pada suhu T. TCR menjadi penting jika dikaitkandengan kegunaan bahan sebagai thermistor (thermally-.\'ensi tive-re.\'i.\'tor) yaitu resistor yang nilainya berubahterhadap suhu. Ada dua tipe thermistor yaitu NCR daDPCR. NCR (Negative Coefficient of Resistance)menampilkan nilai resistansi yang semakin kecil terhadapkenaikan suhu, sementara PCR (Positive Coefficent ofRe.sistance) menampilkan keadaan yang sebaliknya.Pada bidang indUStri biasanya ~ daD Rr pada persamaan(2) diambil pada suhu 0 dan 100 DC dan dalam dalampraktek sering rumus tersebut dikalikan dengan106 sehingga persamaan (2) menjadi:

, 6 RIOO -Ro D

ca = 10 ppm/ ".'.."""".' (3)IOORo

Jika kuIVa R terhadap Ttidak linier maka TCR diperolehdaTi .slope grafik antara dua titik yang ditinjau. Padaeksperimen ini karena pengukuran R(1) dimulai padasuhu 50 sampai 250 DC maka nilai R(7) pada suhu 0 DC

dapat diperoleh dengan mengkekstrapolasikan kuIVamasing-masing pada untuk T = 0 DC sehingga nilai

a yang diperoleh adalah a ekstrapolasi (a.xIT)'

I 1

Gambar 2. Skema sistem pengukur resistansi padaruangan yang dapat diatur suhunya.

Secara ringkas Gala kerja thermocontro//ersebagai berikut: tegangan PLN (220V) dipasok kethermocontro//er. Besar tegangan PLN yang diberikanke trafo dikendalikan oleh thermocontro//er sedemikianrupa sehingga tegangan yang keluar daTi trafo masihdalam barns layak untuk dipasokkan ke sistem pemanassehingga dapat menimbulkan panas sesuai dengan yangdikehendaki. Panas yang timbul di pemanas dapatdiketahui dengan mengukur hecla potensial antara

ujung-ujung termokopel yang terhubung kethermocontro//er mengingat watak termokopel yangmemiliki hubungan linier antara T clan v: Dari data-dataT clan V yang diperoleh kemudian dibuat grafiksebagairnana ditunjukkan pada Gambar 3.

TATA KERJA DAN PERCOBAAN

Percobaan ini dilaksanakan mengikuti tahapansebagai berikut:

Persiapan

Substrat Gelas

Disiapkan kaca preparat berokuran 1 x 2 cm2kemudian dibel5ihkan dengan air, deteIjen, alkohol dalamultrasonic cleaner selama 30 menit. Setelah substratdikeringkan pada udara bebas kemudian dioven padasuhu 125 DC selama 1 jam. Sebagai gas .\'putteringdigunakan argon teknis serta digunakan target Agsetebal 3 mm, diameter 60 mm sesuai dengan bentuk danukuran katoda.

Sistem Pengendali Suhu Lapisan Ag.

Gambar 3 merupakan kurva kalibrasi T -V daTithermocontro//er yang dipakai pada penelitian ini.

Sistem pengendali suhu lapisan Ag terdiri daribeberapa komponen utama: thermocontro//er,transformator (trafo) dan ruangan yang akan diatursuhunya. Skema rangkaiannya ditunjukan padaGambar 2.

Tipe thermocontro//er yang digunakan IL-800Nproduksi TEW Electric Heating Equipment Co. dengan

72

Perkemhangan Mikrostruktural dun Sifat TCR Lapisan Tipis Ag Hasil Deposisi dengan Teknik Sputteringdengan Variasi Daya (Moh. Tiofur)

daTi suhu-tegangan (T -II) maka dibuat kurvakalibrasi suhu (7) terhadap tegangan (¥). TeganganV diukur dengan voltineter. Kurva yang diperolehdicocokkan (fitting)menurut garis turns. Kurva inidapat dipakai untuk menentukan suhu ruanganpada beda potensial yang ditunjukkan.

Dengan mencocokkan data T daD v menurnt garis lurnsmaka diperoleh persamaan :

T=28,699V+53,397 (3)

dengan reliabilitas sebesar R2=O,9735. Denganpersamaan (3) maka subu pacta berbagai V dapatdiketahui.

BASIL DAN PEMBABASANTata Kelja

Deposisi Ag pada substrat gelas (kaca preparat)dilakukan mengikuti prosedur sebagai berikut. Targetditempatkan pada fasilitas pemegang target pada katoda.Substrat dimasukkan dalam tabling lucutan dandiletakkan pada pemegang substrat pada anoda. Tempatsubstrat dilengkapi dengan pemanas dan pengontrolsuhu yang dapat diatur melalui panel kontrol suhubeIjangkau 450°C. Jarak antara katoda dan anoda diatur3 cm. Tahap berikutnya, tabling reaktor plasma

diharnpakan menggunakan pompa turbo mekanik hinggamencapai tekanan 6,5 x 10-6 torr. Setelah tekanan tersebutdicapai maka gas .~putt.ering (gas Ar) dialirkan hinggamencapai tekanan keIja 7 x 10-2 torr dengan memutarkran aliran gas. Sistem catu daya DC dihidupkan hinggagas argon dalam tabling terionisasi dengan memutarpengatur daya sesuai dengan daya keIja yang diinginkanyaitu 15,20,25 dan 30 watt. Proses deposisi dilakukanselama 2 menit dan setelah selesai kamar deposisiditunggu hingga dingin dalam waktu :t 10 menit dansetelah itu sampel dapat diangkat daTi kamar deposisi.

Struktur Kristal Lapisan Ag

Pada Gambar 4 ditampilkan difraktogram XRD darilapisan Ag yang dideposisi dengan variasi daya.

"".

~L./

.,,~.."""""""'~iV... -.::::::j3

~,\~::=:~ ==..~~ w"'' C.:.:=::::~

'"2'incOJ

E

,.I

/

~Analisis Data /

,.((b)a

10 15 20 25

Daya (watt)

30

J35

Gambar 4. (a) Sp~ktrum XRD daTi lapisan Ag yang dideposisidengan variasi daya, (b) Grafik inten.~ita.., puncak diirak..,i XRD

pada 28=38,040 terbadap daya.

Dari gambar tersebut tampak bahwa dayamempengaruhi ketinggian puncak intensitasdifraktogram XRD. Makin tinggi puncak makin teraturstruktur kristalnya. lntensitas tertinggi dimiliki olehlapisan Ag hasil deposisi pada daya 30 Watt yaitusebesar 478 cps sebagaimana pada Gambar 4(b) padasudut 28 sebesar 38,040 dengan strukturfcc daD arabpertumbuhan [Ill]. Adanyaketergantungan strukturkristal pada variasi daya ini diperkirakan berhubungandengan besamya gaya antar atom yang diperlukan untukmembentuk formasi stabil karena gaya antar atomberhubungan dengan energi potensial interatomik.

b.

U ntuk mengetahui struktur kristal serta

perkembangannya pacta berbagai daya dilakukanuji struktunnikro dengan XRD (X-Ray Diffraction).

Dari difraktogram yang dihasilkan dapat diperoleh

data-data tentang intensitas puncak difraksi, lebar

setengah puncak maksimum (FWHM), jarak antar

bidang (d), arah pertumbuhan kristal serta ukuran

butirnya. Dari karakterisasi ini dapat dip/of graftk

intensitas puncak difraksi dan jarak antar bidang

serta ukuran butir sebagai fungsi daya.

Untuk mengetahui lapisan Ag, yang paling baik

sebagai kontak, dilakukan pengukuran resistansipacta suhu ruang pacta sampel yang disiapkan pacta

beIbagai daya (P). Pengukuran ini dilakukan denganalat probe 4 titik. Dari grafik R terhadap P n1aka dipilih

sampel yang memiliki resistansi terkecil sebagai

persyaratan terjadinya ohmic contact.

Untuk menentukan besarnya resistansi pacta variasi

suhu dilakukan pengukuran resistansi secara

langsung di dalam ruang tertutup yang dapat diatur

suhunya dengan alat thermocontro//er. Karena

dikehendaki bahwa nilai resistansi dapat diketahui

untuk perubahan suhu yang kecil, sedangkan skala

thermocontro//er hanya menyediakan perubahan

sohu setiap 5 derajat serta mengingat suat linier

Resistivitas Keping Lapisan Ag pada Suhu Ruang

Pada Gambar 5 (a) ditampilkan grafik antara ':"daD I pada berbagai daya daD pada Gambar 5 (b)ditampilkan grafik resistivitas keping lapisan Ag (R.)

73

600r500 400

300

200

1~l

Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

pada berbagai daya kerja yang diukur dengan probe4 titik. Dari gambar tersebut tampak nilai R, cenderungmenurun dengan semakin bertambahnya daya. HargaR terkecil bersesuaian dengan sampel yang dipreparasip~da daya 30 watt yaitu sebesar 0,4395 ohm. Sampeldengan sifat seperti ini sesuai untuk konektor.

13~

11

e~-9...~ 9

~.~~250

7200

150

100

SO

:;-g!!"

s+-50

0 Gambar 6. Kurva Resistansi terhadap suhu lingkunganuntuk deposisi selama 2 menit dengan daya 15, 20, 25dan 30 watt. Garis putus-putus untuk menunjukkankelinearan dari kurva Cd)

(a)

~ 2.5].£, 2

gJJ

'g. 1,5~S I';;,..,.~ 0.5"~

0

20Daya

(b)

3010 15

lebih lancar. Dengan demikian maka resistansinya akanmenumn. Pada kurva (b) kenaikan terjadi dua kali yaitupada suhu 140 °C dan 194 °C sehingga ada dua suhuyang menjadikan struktur atom lapisannya tidak tertata.Selanjutnya pada kurva (a) yaitu lapisan Ag basildeposisi pada daya 15 Watt menampakkan tingkatkecuramannya paling besar dibanding dengankurva-kurva yang lain. lni artinya sampel tersebutmemiliki pembahan nilai R yang besar terhadappembahan suhu, sehingga lapisan jenis ini sangat sesuaidigunakan sebagai sensor suhu

Sampel yang disiapkan pada daya 30 Wattmemiliki profil yang hampir landai dan persamaannya Rterhadap t berbentuk linier :

R (t)= 0,0003 t+ 6.72 (7)

dengan R(t) resistansi pada suhu t (dalam °C) .Daripers. (7) besarnya koefisien t adalah 0,0003 (suatu angkayang cukup kecil) sehingga kurvanya hampir mendatar.Lapisan jenis ini tidak mudah berubah terhadapperubahan suhu sehingga sesuai untuk dimanfaatkansebagai lapisan spacer atau lapisan buffer pada susunanmultilapisan. Nilai R yang relatif stabil terhadapperubahan suhu sebagaimana pada kurva (d)menunjukkan stmktur atom-atom lapisan tidak mudahbembah karena pengamh pasokan energi aktivasi tern1al.Dalam preparasi multilapisan magnetik dan non magnetik(M/NM) hal ini sangat penting agar lapisan magnetikyang dideposisikan di atasnya selalu mengikuti polastmkturmikro lapian Ag yang bersifat non magnetik.

Untuk lebih memperjelas mengenai sampel yangsesuai untuk sensor suhu daD sampel yang sesuai untuklapisan bJJJer daD space!; pada Gambar 7 ditampilkangrafik TCR pada berbagai daya deposisi denganmengambil suhu To = 56 °C sebagai suhu referensi (suhu

ruang minimal yang dapat direspon olehthermocontroller) daD T = 250 °C. Grafik di gambarmengikuti persamaan (2). .

Gambar 5. (a) Graflk Tegangan terhadap arus padaberbagai daya. (b) Gratlk Resistivitas keping lapisanAg pada berbagai daya kerja

Pengaruh Suhu Lingkungan pada ResistansiLapisan Ag

Pacta Gambar 6 ditampilkan kurva resistansiterhadap suhu lingkungan (Kurva R -1) untuk sampelbasil deposisi pada daya 15,20,25 daD 30 Watt selama2 menit.

Secara umum tampak bahwa semakin besar suhusemakin kecil resistansinya sehingga lapisan seperti inidigolongkan padajenis NCR (Negative Coefficient ofResi.'itor). Pada gambar tampak adanya puncak-puncakresistansi di sekitar suhu 200°C. Diperkirakan inidisebabkan oleh munculnya cacat kristal yang terbangunsejalan dengan kenaikan suhu lapis an sehinggaelektron-elektron konduksi mengalami hambatan yangbesar pada keadaan tersebut. Jika suhu lapisan dinaikkanlagi maka stmktur atom-atom lapisan menjadi lebih tertatalagi sehingga electron-elektron konduksi akan menga.lir

74

25

(vatt)

Perkembangan Mikrostruktural dan Sifat TCR Lapisan Tzpis Ag Hasil Deposi.\"i dengan Teknik Sputteringdengan Varia.\"i Daya {Moh. Tiofur}

40000,0025 r- ~ 371283

0.002 3000

2000 A 196368~ 0,0015uf-.0,001

1000

inro

"8-~"'iiI~Q)

~

~0,0005 31.77..15 20

~30 3

0o+-

10

, ,

20 25

Daya (watt)

2515 30 35 -1000

Gambar 7. Grafik TCR pada berbagai daya deposisidengan To = 56 .C dan T = 251,4 .C.

Daya (watt)Gambar 9. Grafik TCR terekstrapolasi terhadapvariasi daya.

perubahan resistansi yang besar dibanding kurva-kurvayang lain terrnasuk kurva 8(a) yang semula memilikiperubahan resistansi yang besar terhadap perubahansuhu. Nilai TCR sampel ini adalah 3712,83/oC sehinggauntuk suhu-suhu rendah sampel ini sesuai untukdigunakan sebagai sensor suhu. TCR terendah tetapdimiliki oleh sampel yang hasilkan pada daya 30 Wattsebesar 30,50/oC sehingga sampel ini tetap sesuaidigunakan sebagai spacer atau buffer pada suhu rendah.

Watak Lapisan Tipis Ag Sebagai Resistansi Mumi

Lapisan tipis dicurigai memiliki sifat resistif,kapasitif atau keduanya sehingga resistansinya menjadikomplek (sebagai impedansi). Jika lapisan tipis memilikiwatak resistor sebagai impedansi maka nilaiimpedansinya akan tergantung pacta frekuensi. Untukmengetahui watak lapisan tipis Ag apakah sebagairesistor murni ataukah sebagai impedansi maka dibuatrangkaian seperti pacta Gambar 10. J ika lapisan berwatakimpedatif maka impedansi (Z) merupakan fungsifrekuensi.

Sampel yang memiliki TCR paling besar sesuaiuntuk sensor suhu dan sampel yang memiliki TCRpaling ka:il sesuai untuk lapisan buffer atauspacer. Darigraflk diatas tampak bahwa semakin besar dayanyasemakin ka:il TCR nya. TCR paling besar berlaku untuksampel yang preparasi pada daya 15 Watt dan TCRpaling kecil untuk sampel yang dipreparasi pacta daya30 Watt.

Untuk lebih mendekatkan TCR lapisan Agdengan pemakaian di industri berikut ini ditampilkanTCR lapisan Ag untuk rentang suhu antara 0 -100 or.Nilai R pacta suhu 100 °c telah diketahui dari datasedangkan R pacta suhu 0 °c belum diketahui. Sebagaiupaya pendekatan maka data-data R yang telahdiperoleh pacta rentang suhu 56 -250 °c dicocokkan(titting) sesuai dengan bentuk ka:enderung kurvanya.Untuk kurva (a), (b) daD (c) pacta Gambar 6 dicocokkanmenurut persamaan kuadrat dan untuk kurva (d)dicocokkan menurut garis lurus.

Dari persamaan kurva yang telah diperolehkemudian dimasukkan harga-harga suhu daTi 56 °Csampai () or. Bentuk kurva keseluruhan mulai dari suhu() °c ampai 250 °c ditampilkan pacta Gambar 8 sedangkannilai TCR yang dihitung menurut persamaan (3)ditampilkan pacta Gambar 9. Ternyata nilai TCR pactarentang suhu 0 °c sampai 56 °c mengalami pergeseran.Pacta suhu-suhu rendah kurva 8(b) menampakkan

I +

~ Vi

T

Va1t

13Gambar 10. Skema rangkaian penentuan watak resistiflapisan tipis Ag. Kotak yang diarsir merupakan lapisantipis Ag yang diduga mengandung watak kapasitif11---

EJ:.e.-o;c~

1;;'0;Q)0:

~5watt"

9

;~;;;~~~:~I I

5

0 50 100 150 200 250

Suhu (OC)

Resistor 50.0. disusun seri dengan lapisan tipis basildeposisi pada daya 25 watt, dihubungkan dengansumber tegangan yang dapat diatur frekuensinya (AFG).Pengamatan tegangan input ~ dan tegangan output T"'odilakukan melalui osiloskop pada mode gelombangsinus dan gelombang kotak.

Pada osiloskop skala tegangan input danoutput masing-masing dipasang pada 0,1 volt/div dan50 mV/div sedangkan untuk skala waktu dipasangpada0,5time/div. HasilnyaditampilkanpadaGambar 11. Skala

Gombar 8. Grafik resistansi terekstrapolasi pactavariasi suhu lingkungan

75

Prosiding Pertemuan 1lmiah 1lmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

vi', daD Va masing-masing 6,7 div daD 5,1 div sehinggadiperoIeh penguatan (gain) [5] sebesarO,O4. Dari Gambar11 ( a) tampak tidak ada beda rase antara V daD V .Hal ini, amenunjukkan bahwa geIombang input dapat direspondengan sempurna oIeh Iapisan tipis tanpa ada seIisihwaktu. Dernikian pula jika frekuensinya divariasi mulaidaTi () hingga 1 MHz hasilnya tetap tidak ada perubahanrase. Selain itu daTi mode geIombang kotak diperoIehtidak ada peIbedaan bentuk antara geIombang input daDoutput. Yang berbeda hanya ketinggiannya saja. Hal inimembuktikan bahwa sifat lapisan tipis Ag adaIahresistor murni

3.

untuk suhu-suhu tinggi (56-250 °C) dengan nilai

TCRjenisNCR sebesarO,00218/oC sedanguntuksuhu-suhu rendah (0 -56°C) diperkirakan lapisanbasil deposisi pada daya 20 Watt memiliki kualitaspaling baik dengan nilai TCR sebesar 3712,83ppm/°C. Sementara itu lapisan hasil deposisi padadaya 30 Watt paling sesuai untuk lapisan L"pacerdaD buffer pada susunan multilapisan antaralapisan magnetik daD non magnetik.Dari tampilan output rangkaian R-Lapisan tipismelalui layar CRO diketahui bahwa lapisan Agbersifat resistor murni.

DAFTAR PUSTAKA

[I]. STOBIECKI, T, GLADYSZEWSKI, G., CHOCYK,D.,CZAPKlEWlCZ,M, WRONA,J.,ZARDECKI,D. "Structure and Oscillatory Coupling in NiFe/Ag Multilayers with Low Coercivity". Journal ofMagnetism and Magnetic Materials, 215-216(2000) 570-572.

[2]. BUTTS, A. SILVER Economics, Metallurgy andUse, Robert E. Krieger Pub. Co, Malabar, Florida,

(1982).[3]. KIM, H.T., CHAE, C.S., HAN, D. H. and PARK,

D.K., "Effect of Substrate Temperature and InputPower on TiN Film Deposition by Low-Frequency(60 Hxz) PECVD", Journal of The Korean PhysicalSociety, 37, (3) (2000) 319-323.

[4]. VLACK, L. V and SRIATI DJAPRIE. 1992. Ilmudan Teknologi Bahan, Terjemahan, Ed. 5,Erlangga, Jakarta.

[5]. WIDI SETIAWAN. "Digital Signal processing",Tutorial Digital Signal processing danAplikasinya dalam lndustri, Jumsan TeknikElektro UII, (2002).

Gambar 11. Gambar tegangan input dan outputlapisan tipis Ag yang disiapkan pada daya 25 Wattselama 2 menit. (a) Mode gelombang sinus, (b) Modegelombang kotak

TANYA JAWAB

KESIMPULAN

Irzaman, JurusanFisika FMIPA -IPBPertanyaan1. Mohon dije1askan penerapan film tipis Ag untuk

sensor saku.Dari pembahasan di alas dapat disimpulkan hal-

hal sebagai berikut:1. Daya berpengamh pada pertumbuhan struktur

mikro atom-atom lapisan Ag. Struktur yang palingbagus adalah lapisan Ag basil deposisi dengandaya 30 Watt yang terjadi pada sudut 28 sebesar

38,040 dengan strukturfcc danarahbidang [Ill].2. Parameter daya daD suhu lingkungan sangat

berpengaruh dalam menentukan kualitas Iapisantipis Ag. Lapisan yang paling bagus untuk kontakohmik adalah lapisan basil deposisi pada daya30

wattdengannilairesistivitasO,4395 ohm, sedangkanlapisan yang paling bagus untuk sensor suhuadalah lapisan basil deposisi pada daya 15 Watt

Jawaban1. Prinsipnya dengan TCR (Temperature Coeficient of

Resistance) yaitu pernbahan nilai resistansi lapisanterhadap pernbahan suhu. Aplikasinya tergantungpada suhu lingkungan yang akan diukur.Pada suhu 0-50 °c Ag thin film yang di preparasipada daya 15 Watt lebih sesuai sedangkanPada suhu50-250 °c Ag thinfilmyangdipreparasipada clara 20 Watt lebih sesuai

76

Perkembangan Mikrostruktural dun Sifat TCR Lapisan Tipis Ag Hasil Deposisi dengan Teknik Sputteringdengan Variasi Daya (Moh. Tiofur)

Melvi Hespariyanti, UNll..A

Pertanyaan1. Bagaimana jika dilakukan dengan elektrolisis, daD

apa keuntungan dengan menggunakan proses tekniksputtering daD elektrolisis

Jawaban1. Pacta prinsipnya sarna saja yaitu untuk membuat

lapisan tipis. Keuntungan sputtering, target dansubstrat tidak hams logarn. Tegangan elektrodamudah diatur sehingga menjamin terbentuknyalapisan melalui terbentuknya plasma pacta kamarsputtering. Juga lebih banyak variasi parameter yangdapat dilakukan.

Rahmawati Maulina, UNll.APertanyaan1. Apakah yang mempengaruhi keteba1an bahan

Jawaban1. Besar kecilnya clara (P), karena terkait dengan laju

pembentukan lapisan pada substrat. Jika P diperbesarmaka lapisan semakin cepat terbentuk.

77