teknologi vakum

19
Sistem & Teknologi Vakum

Upload: rizki-dwi-herdianti

Post on 12-Feb-2016

269 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

vakum tlt

TRANSCRIPT

Page 1: Teknologi Vakum

Sistem & Teknologi Vakum

Page 2: Teknologi Vakum

Pendahuluan♣ Vacuum: ruang dimana tekanan gas lebih rendah dibandingkan

keadaan normal (tekanan atmosfir)

♣ Tingkat vakum sangat penting dalam proses pembentukan lapisan tipis.

♣ Spesifikasi tingkat vakum diidentifikasi dengan tekanan yang memiliki

satuan internasional Pascal (Pa)= 1 N/m2

♣ Keadaan vakum yang sesuai untuk berbagai aplikasisnya tidak hanya

ditentukan oleh tekanan, tetapi juga oleh jumlah molekul persatuan

volum.

p = nkT

♣ Satuan tekanan yang digunakan dalam teknologi lapisan tipis adalah

millibar (mbar) atau torr

1 atm = 760 torr =1013 mbar = 1,013 x 105 Pa

Page 3: Teknologi Vakum

Pada kondisi temperatur dan tekanan standar (T = 0oC = 273 K dan

tekanan atmosfir, p = 101,3 kPa):

1 cm3 gas mengandung 2,5 x 1019 molekul

n = 2,5 x 1025 molekul/m3

Pada kondisi vakum dengan tekanan 15x lebih kecil dari tekanan

atmosfir terdapat n = 2,5 x 1010 molekul/m3 (nilai ini masih cukup

besar, vakum tidak berarti sama sekali kosong)

Kondisi vakum terendah dengan n dalam orde 107 molekul/m3.

Kondisi vakum sempurna hanya sebagai keadaan ideal yang abstrak.

Mengapa diperlukan :

- Untuk memperoleh lapisan tipis dengan kontaminan rendah

- Mempertahankan discharge plasma pada proses sputering

- Memperoleh jalan bebas rata-rata besar

Page 4: Teknologi Vakum

Klasifikasi tingkat vakum

• Low (rough) vacuum : 1000 mbar – 1 mbar

• Medium vacuum : 1 mbar – 10-3 mbar

• High vacuum (HV) : 10-3 mbar- 10-7 mbar

• Ultra-high vacuum (UHV) : 10-7 mbar- 10-14 mbar

• Extreme high vacuum (XHV): < 10-14 mbar

Deposisi lapisan tipis memerlukan tingkat vakum tinggi.

Sifat yang menentukan tingkat vakum tinggi: terdapat sedikit partikel

(atom, molekul, elektron) yang bergerak bebas dari satu tempat ke

tempat lain.

Hal itu ditentukan oleh jalan bebas rata-rata (mean free paths)

Page 5: Teknologi Vakum

Teori kinetik gas ideal

Gas berada pada tekanan rendah

Gas terdiri dari atom-atom (molekul) yang bergerak terus

menerus /gerak konstan (bergantung pada temperatur)

Memenuhi hukum Newton

Ukuran molekul diabaikan dibanding dengan dimensi tempat/

wadah molekul

Tumbukan elastik:

antar molekul,

molekul - dinding tabung

Page 6: Teknologi Vakum

Kuantitas gas pada tekanan p, temperatur T danvolume V dinyatakan dalam persamaan gas ideal

pV = nRTDengan n = kuantitas gas dalam mol (m/M)

R = konstanta gas universal = 8,314 J/K.mol

Page 7: Teknologi Vakum

Distribusi kesetimbangan kecepatan molekul:

pers. Maxwell-Boltzman

Tumbukan kontinu

&

Pertukaran energi kinetik

Page 8: Teknologi Vakum

Kecepatan rata-rata:

Kecepatan rms:

Page 9: Teknologi Vakum

transfer

momentum

molekul dinding tabung

Gaya (F) Tekanan (P)

Pada temperatur tertentu, tekanan hanya

bergantung pada konsentrasi molekul

Page 10: Teknologi Vakum

Jalan bebas rata-rata

Elektron:

Ion:

Molekul:

Page 11: Teknologi Vakum

Fluks molekul yang mengenai permukaan

dengan, P dalam torr

Page 12: Teknologi Vakum

geometri sistem

tekanan

temperatur

jenis gas

Jenis aliran gas:

1. Molecular flow

2. Intermediate flow

3. Fluid/viscous flow

Aliran gas dalam sistem vakum

Bilangan Knudsen:

Page 13: Teknologi Vakum

Molecular flow (high & ultrahigh vacuum):

- Kn > 1 (l > L)

- Kerapatan gas rendah

- Jarak rata-rata tumbukan molekul > dimensi sistem

Viscous flow (low vacuum):- Kn < 0,01

- Kerapatan gas tinggi

- Jarak rata-rata tumbukan molekul < dimensi sistem

Intermediate/Knudsen flow: transisi antara viscous

dan molecular flow- 1 > Kn > 0,01 (l ≈ L )

Page 14: Teknologi Vakum

Sifat aliran gas:

a. Difusi : laju aliran massa

b. Viskositas: laju aliran momentum

c. Konduksi panas: laju aliran energi

Persamaan umum aliran gas:

(fluks A) = - (faktor pembanding) x gradien A

Page 15: Teknologi Vakum

Sistem vakum

• Sistem vakum sederhana terdiri darichamber, pompa dan pipa yangmenghubungkan keduanya

• Chamber biasanya terbuat dari gelas ataustainless stell

• Pompa yang digunakan bergantung padatingkat vakum yang diinginkan

Page 16: Teknologi Vakum

P1

tabungpompa

S2, P2S1Q

C

Konduktansi:kemampuan objek mentransport

gas ke daerah yang memiliki perbedaan

tekanan

Page 17: Teknologi Vakum

Q (gas throughput) adalah kuantitas gas

(volume gas pada tekanan tertentu) yang

melalui suatu bidang/pipa/valve/nozle dalam

waktu tertentu

Konduktansi efektif (ukuran kapasitas)pompa untuk menghilangkan gas dari tabungdinyatakan sebagai kecepatan pemompaan(pumping speed ):

S = Q/P

Page 18: Teknologi Vakum

• Kecepatan pemompaan dalam tabung:

Page 19: Teknologi Vakum

Jenis pompa dan mekanisme kerja

• Mekanik : kompresi gas

• Sorption : absorpsi secara fisika low-medium

atau kimia vacuum

• Difusi : tumbukan antar molekul

• Turbo : tumbukan molekul dengan

permukaan

• Ion : ionisasi dan implantasi gas high-

• Cryo : solidifikasi gas menggunakan ultrahigh

He cair vacuum

• Sublimasi: traping molekul oleh

lapisan reaktif