Kelompok 2 :Ahmad Nazemi J1B111013Mutia Farida J1B111006

Respiasi Martca P. J1B111034Noor Aliyah J1B111050Sri Kurniati J1B111054

Tantriati J1B111011

Pembimbing :Edi Mikrianto.,S.Si.M.Si

Pada dasarnya, ada tiga metode yang digunakan dalam penumbuhan Kristal tunggal, yaitu: Metode Pelelehan Daerah (Zone Melting), Metode Czochralski (penarikan), dan Methode Bridgman. Diantara ketiga metode itu, metode Czochralski (Pulling) yang lebih terkenal digunakan dalam penumbuhan Kristal tunggal. Didalam proses penumbuhan Kristal dengan metode Czochralski, kristal ingot (seed) di control oleh dua variable yaitu kecepatan panas (heating rate) dan kecepatan tarikan (pulling speed)

Dinamika didalam proses penumbuhan Kristal bergantung pada kecepatan tarikan, kecepatan rotasi kristal, banyaknya perpindahan panas (heat transfer).

Teknik penumbuhan Kristal dengan metode Czochralski yaitu bahan diletakkan didalam krusibel kemudian benih Kristal tunggal dan pemegang cristal diputar dan diturunkan perlahan-lahan untuk dicelupkan kepermukaan lelehan bahan, kemudian ditarik keatas dengan arah putaran berlawanan dari krusibel.

Bila lelehan ternyata berada pada bahan temperatur disekitar titik lelehnya, maka lelehan akan menajdi beku (tersolidifikasi) pada benih kristal tunggal ketika ditarik keatas. Atom-atom yang membeku ini akan mengikuti struktur kristal dari benih kristal tunggal tersebut.

Untuk mendapatkan kualitas kristal yang baik, diperlukan pengontrolan yang lebih teliti terhadap kristal dan betuk permukaan cairan kristal tersebut, karena selama proses penumbuhan kristal tunggal, akan terjadi aliran konveksi-konveksididalam cairan kristal.

Skematik alat untuk proses penumbuhan kristal tunggal dengan metode Czochralski dapat

dilihat pada gambar di atas.

Tujuan dari penulisan paper ini adalah untuk menganalisa pengaruh dari kecepatan rotasi kristal terhadap diameter kristal yang dihasilkan dan bentuk permukaan cairan (interface mell) selama proses penumbuhan kristal dengan metode Czochralski.

Jenis aliran didalam Cairan (melt) Czochralski Perlu diketahui bahwa, ada tiga jenis aliran yang terjadi didalam cairan CZ : Buoyancy-driven, Marangoni dan konveksi paksa (forced Convection) oleh rotasi kristal

Gambar 2. Gerakan laminar konveksi didalam cairan system Czokralski (a) Konveksi Buoyancy-driven (b) Konveksi Marangoni (c) Konveksi paksa disebabkan rotasi kristal

Sedangkan pola aliran konveksi paksa akibat dari rotasi kristal yang terjadi dalam sistem Czochralski dapat dilihat dalam gambar ini:

Gerakan fluida didalam sebuah system Czochralskii (a) pola gerakan ketika kristal dan krusibel berotasi dengan arah sama (b) Gerakan ketika kristal dan krusibel berotasi dengan arah berlawanan (c) situasi ketika gerakan konveksi terjadi. Situasi ini diasumsikan krusibel tidak berotasi

Proses penumbuhan kristal dengan kecepatan rotasi yang bervariasi, memperlihatkan bentuk-bentuk /pola-pola permukaan cairan yang mana dapat dijelaskan oleh gejala hydrodinamika selama terjadi didalam cairan Czochralski sistem.

Aliran pola-pola tersebut, menggambarkan aliran-aliran yang terjadi didalam cairan Cz dan interaksinya. Pada saat kecepatan rotasi kristal rendah, aliran-aliran bebas menurun dibawah kristal menyebabkan bentuk cairan konvek. Sedangkan pada saat kecepatan rotasi kristal tinggi, cairan panas terserap keatas oleh rotasi kristal menyebabkan cairan melengkung (black-melting) dan membentuk permukaan cairan konkav.

Dengan memperkirakan dan memperhatikan kecepatan rotasi kristal, merupakan hal yang sangat penting untuk menghindari terjadinya pembalikan dari bentuk permukaan cairan. Hubungan ini dapat terlihat pada grafik dibawah ini.

Dari grafik tersebut terlihat bahwa hasil dari perhitungan menunjukkan bahwa kecepatan kritikal rotasi merupakan sebuah fungsi dari diameter kristal d. Dengan kata lain kecepatan rotasi kristal akan mempengaruhi bentuk kristal yang dihasilkannya. Sehingga, semakin cepat kecepatan rotasi kristal akan memperkecil diameter kristal yang dihasilkan, demikian sebaliknya semakin rendah kecepatan rotasi kristal akan semakin besar diameter kristal yang dihasilkan.

Bentuk dari kristal/permukaan cairan pada proses penumbuhan kristal dengan menggunkan metode Czochralski adalah tidak bergantung pada tinggi cairan yang ada pada krusibel, tetapi dipengaruhi oleh kecepatan rotasi kristal.

Kecepatan rotasi menyebabakan pembalikan dari bentuk permukaan cairan bentuk konvek menjadi konkav. Gejala pembalikan ini terjadi selama proses penumbuhan di dalam cairan Czochralski yang dapat dijelaskan dengan penomena hydrodinamika.

Diameter kristal dan kecepatan rotasi kristal, gradient temperature cairan dan jari-jari krusibel adalah merupakan faktor penting yang dapat mempengaruhi pada proses penumbuhan kristal.