FILM TIPIS & NANO FILM TIPIS & NANO TEKNOLOGITEKNOLOGI

((THIN FILM & NANOTHIN FILM & NANOTTECHNOLOGYECHNOLOGY))

REFERENCESREFERENCES

1.1. Hand Book of Thin Film Technology, by Hand Book of Thin Film Technology, by Leon MeiselLeon Meisel

2.2. The Material Science of Thin Film, by The Material Science of Thin Film, by Milton OhringMilton Ohring

3.3. Thin Film Physics, by O.S HeavensThin Film Physics, by O.S Heavens

4.4. Thin Film Phenomena, by ChopraThin Film Phenomena, by Chopra

5.5. Thin Film, by Rosemary BeattyThin Film, by Rosemary Beatty

I. TEKNOLOGI & DEPOSISI LAPISAN I. TEKNOLOGI & DEPOSISI LAPISAN TIPISTIPIS

A. PENDAHULUANA. PENDAHULUAN

Thin Film Coating banyak dipergunakan pada : Thin Film Coating banyak dipergunakan pada : Industri, Teknik & PenelitianIndustri, Teknik & Penelitian

Bidang Yang di Jangkau ::a. a. Bidang Optik, untuk kacamata, lensa, filter dllBidang Optik, untuk kacamata, lensa, filter dllb.b. Bidang Metalurgi, untuk mencegah korosi dan Bidang Metalurgi, untuk mencegah korosi dan

menambah kekerasanmenambah kekerasanc.c. Bidang Mikroelektronik (Chips, Kapasitor, Bidang Mikroelektronik (Chips, Kapasitor,

Resistor, dll )Resistor, dll )d.d. Bidang Sel FotoBidang Sel Foto voltaikvoltaik (produksi potensial (produksi potensial

listrik oleh cahaya datanglistrik oleh cahaya datange.e. Bidang Perhiasan Bidang Perhiasan

B. ARTI DAN TUJUAN THIN FILM B. ARTI DAN TUJUAN THIN FILM COATINGCOATING

Thin Film Coating Thin Film Coating adalah pemberian adalah pemberian lapian tipilapian tipiss yang ketebalannya bervariai yang ketebalannya bervariai antara 1 nm antara 1 nm ssampai beberapa ratuampai beberapa ratuss µm, µm, untuk meningkatkan mutu dan untuk meningkatkan mutu dan memuliakan memuliakan ssifat-ifat-ssifatifat bahan.bahan. Transmisi, Transmisi, Refleksi, absorbsi, kekerasan, korosi, Refleksi, absorbsi, kekerasan, korosi, permeasipermeasi, , sifat listrik sifat listrik adalah sifat yang adalah sifat yang dengan pemberian lapisan tipis dapat dengan pemberian lapisan tipis dapat memperbaiki sifatmemperbaiki sifat--sifat bahan dasar yang sifat bahan dasar yang sebelumnya belum dimiliki bahan dasar sebelumnya belum dimiliki bahan dasar itu.itu.

Penggunaan lapisan tipis mutlak diperlukan, Penggunaan lapisan tipis mutlak diperlukan, jika tidak terdapatjika tidak terdapat pada pada bahabahann sifat yang sifat yang dibutuhkan umpamanya di optik pelapisan dibutuhkan umpamanya di optik pelapisan sebagaisebagai Antirefleksi.Antirefleksi.

Dalam beberapa bidang pelapisan tipis tidak Dalam beberapa bidang pelapisan tipis tidak mutlak dibutuhkanmutlak dibutuhkan namun penggunaan lapisan namun penggunaan lapisan tipis ini sangat bermanfaat, karenatipis ini sangat bermanfaat, karena mempermudah dan mempercepat suatu proses mempermudah dan mempercepat suatu proses pembuatan, misalnya :pembuatan, misalnya :

1. Menambah ketahanan bahan terhadap 1. Menambah ketahanan bahan terhadap gesekan dan gesekan dan

korosi korosi

2. Pelapisan anti karat2. Pelapisan anti karat

3. Penyepuhan dengan Emas untuk 3. Penyepuhan dengan Emas untuk memperindahmemperindah

C.C. CARA PEMBUATAN THIN FILMCARA PEMBUATAN THIN FILM

I.I. TANPA MENGGUNAKAN VAKUMTANPA MENGGUNAKAN VAKUM1. SPIN COATING ; Dimana benda yang ingin dilapisi diputar dengan1. SPIN COATING ; Dimana benda yang ingin dilapisi diputar dengan cepat dan bahan pelapis cairan dituangkan pada benda yang cepat dan bahan pelapis cairan dituangkan pada benda yang

berputar.berputar.

2. DIPCOATING ; Benda yang ingin dilapisi dicelupkan kedalam 2. DIPCOATING ; Benda yang ingin dilapisi dicelupkan kedalam bahanbahan

pelapis berbentuk cairan misalnya : glasur pada keramikpelapis berbentuk cairan misalnya : glasur pada keramik

3. SPRAY COATING ; Penyemprotan dengan bahan pelapis, disini3. SPRAY COATING ; Penyemprotan dengan bahan pelapis, disini benda yang akan dilapisi dipanasi dan dapat juga tidak dipanasi.benda yang akan dilapisi dipanasi dan dapat juga tidak dipanasi.

4.ELEKTRONIK DEPOSITION ; Pelapisan bahan pelapis dilakukan4.ELEKTRONIK DEPOSITION ; Pelapisan bahan pelapis dilakukan dengan pemberian aliran listrik disebut dengan metode Elektolisis.dengan pemberian aliran listrik disebut dengan metode Elektolisis. Kelemahan disini sukar mengatur ketebalan, lapisan tipis, seringKelemahan disini sukar mengatur ketebalan, lapisan tipis, sering menyebabkan pencemaran lingkungan dan daya lekat kurang kuat.menyebabkan pencemaran lingkungan dan daya lekat kurang kuat.

II. PEMBUATAN LAPISAN TIPIS DALAM II. PEMBUATAN LAPISAN TIPIS DALAM VAKUMVAKUM

AA. . Metoda Metoda PVD (Physical Vapour Deposition) PVD (Physical Vapour Deposition)BB. . Metoda Metoda CVD (Chemical Vapour Deposition)CVD (Chemical Vapour Deposition)

A. A. Metoda Metoda PVD PVD ( (Physical Vapour Deposition)Physical Vapour Deposition) : :

1. 1. Metoda Metoda THERMAL EVAPORATIONTHERMAL EVAPORATIONPemanasan bahan pelapis, dapat berupa logam, oksida Pemanasan bahan pelapis, dapat berupa logam, oksida dan senyawadan senyawa

lainnya, dalam tempat/bejana yan disebut boat/kapallainnya, dalam tempat/bejana yan disebut boat/kapalanan yang yang dipanasidipanasi

dengandengan mengalirkan arus listrik sampai beberapa ratus mengalirkan arus listrik sampai beberapa ratus ampere. ampere.

DisiniDisini diperlukandiperlukan vakum tinggi, P ~ 10vakum tinggi, P ~ 10--66 mbarmbar..

2. 2. MetodaMetoda S SPUTTERINGPUTTERING

Yaitu menembaki bahan pelapis dengan Yaitu menembaki bahan pelapis dengan ion ber energi tinggi, umumnya dengan ion ber energi tinggi, umumnya dengan ion Argon (Ar) sehingga bahan pelapis ion Argon (Ar) sehingga bahan pelapis dapat terlepas/menguap dengan Energi dapat terlepas/menguap dengan Energi kinetik (Ek) tinggi dan menempel pada kinetik (Ek) tinggi dan menempel pada benda yang mau dilapisi. Untuk benda yang mau dilapisi. Untuk menambah tumbukan ion dengan bahan menambah tumbukan ion dengan bahan pelapis, maka sering diberi medan pelapis, maka sering diberi medan magnet, sehingga Sputtering semacan magnet, sehingga Sputtering semacan ini disebut ini disebut Magnetron SputteringMagnetron Sputtering

Keuntungan:Keuntungan:Daya lekat pelapis sangat kuat karena Daya lekat pelapis sangat kuat karena deposisi rate tinggi, ke untungan lain deposisi rate tinggi, ke untungan lain dapat dilakukan dalam bentuk yang tidak dapat dilakukan dalam bentuk yang tidak perlu datar sama sekali, misalnya: mata perlu datar sama sekali, misalnya: mata bor, as roda gigi, tools dll. bor, as roda gigi, tools dll.

Kerugian: Kerugian: mahal, termasuk target. mahal, termasuk target.

3. 3. MetodaMetoda R REACTIVEEACTIVE S SPUTTERINGPUTTERING

Dalam bejana vakum, kecuali Dalam bejana vakum, kecuali dimasukkan gas Argon juga dimasukkan dimasukkan gas Argon juga dimasukkan gas lain, yang dapat bereaksi dengan gas lain, yang dapat bereaksi dengan mateial target umpamanya : Pelapis TiN, mateial target umpamanya : Pelapis TiN, ZrN dilakukan dengan memasukkan gas ZrN dilakukan dengan memasukkan gas Ar dan NAr dan N22 kedalam bejana vakum pada kedalam bejana vakum pada saat diadakan sputtering. Sebenarnya saat diadakan sputtering. Sebenarnya teknik ini dapat digolongkan kepada CVD teknik ini dapat digolongkan kepada CVD karena ada reaksi kimia. karena ada reaksi kimia.

4. 4. Metoda Metoda E ELECTRON LECTRON B BEAMEAM (E.B)(E.B)

Pemanasan dilakukan dengan Pemanasan dilakukan dengan menembaki bahan pelapis dengan berkas menembaki bahan pelapis dengan berkas elektron (E.B) berenergi tinggi. elektron (E.B) berenergi tinggi. Keunggulan cara ini adalah EB dapat Keunggulan cara ini adalah EB dapat diarahkan dan bahan pelapis dapat diarahkan dan bahan pelapis dapat mencapai temperatur sangat tinggi mencapai temperatur sangat tinggi sehingga memungkinkan mencapai sehingga memungkinkan mencapai pengupan bahan Oksida ; misalnya ALpengupan bahan Oksida ; misalnya AL220033, , Ca O yang mempunyai titik didih yang Ca O yang mempunyai titik didih yang sangat tinggisangat tinggi

5. 5. Metoda Metoda ION ASSITED DEPOSITION ION ASSITED DEPOSITION

Selama proses evaporasi, ditembakkan ion, Selama proses evaporasi, ditembakkan ion, sering disebut ion GUN,sering disebut ion GUN, sehingga ion sehingga ion berenergi tinggi mengenai objek yang akan berenergi tinggi mengenai objek yang akan dilapisi beserta uapdilapisi beserta uap dan ion dapat menempel dan ion dapat menempel dalam objek sehingga disebut ion implatation.dalam objek sehingga disebut ion implatation.

Keuntungan : pembidikan ion dengan jitu, Keuntungan : pembidikan ion dengan jitu, sehingga dapat menggambarsehingga dapat menggambar pada objek. Hal pada objek. Hal ini dipakai dalam mikroelektronik yang ini dipakai dalam mikroelektronik yang membutuhkanmembutuhkan ketelitian gambar terutama ketelitian gambar terutama pada VLSI ( Very Large Scale Integratedpada VLSI ( Very Large Scale Integrated Circuit), ion berenergi tinggi disebut dengan Circuit), ion berenergi tinggi disebut dengan plasma.plasma.

B. Teknik CVD (Chemical Vapour B. Teknik CVD (Chemical Vapour DepositionDeposition))

Adalah proses reaksi kimia, dimana Adalah proses reaksi kimia, dimana uap suatu bahan yang akanuap suatu bahan yang akan dilapiskan dilapiskan bereaksi dengan gas – gas lain bereaksi dengan gas – gas lain menghasilkan suatu lapisan padamenghasilkan suatu lapisan pada substrat yang diletakkan secara tepat. substrat yang diletakkan secara tepat. CVD temperatur tinggi untukCVD temperatur tinggi untuk menghasilkan thin film coating yang menghasilkan thin film coating yang kuat, misalnya pada cutting tools, Ballkuat, misalnya pada cutting tools, Ball Bearing, Komponen – komponen Bearing, Komponen – komponen reaktor nuklir dllreaktor nuklir dll

SUBSTRAT

Secara UmumSubstrat adalah permukaan padatan yang berupa lapisan / sheet / plat yang digunakan untuk merangkai komponen elektronik yang kebanyakan terbuat dari bahan Alumina dan mengandung bahan Aditif untuk meningkatkan daya lekat terhadap lapisan tipis.

Temperatur Substrat

Dalam proses pelapisan, temperatur substrat bisa beraneka ragam, ada yang temperaturnya seperti suhu kamar karena tidak memerlukan pemanasan, tetapi ada juga yang relatif tinggi suhunya.Dengan sendirinya bahan dan temperatur yang berlainan akan memberikan konsekuensi yang brelainan.

Persyaratan – persyaratan yang baik substrat adalah :

1.Permukaan harus halus untuk mendapatkan keseragaman2.Tidak berpori3.Mempunyai kekuatan mekanis untuk mencegah retak yang mungkin terjadi4.Koefisien muai sama dengan Koefisien muai evaporant (bahan pelapis untuk menghindari STRESS pada Thin Film5.Tahan terhadap SHOCK PANAS untuk mencegah rusak selagi proses.• Substrat untuk polikristal : Glass, Quartz & Ceramic• Substrat untuk single krista; : Mica, MgO, Si, Ge, dll.

KARAKTERKARAKTERISTIKISTIK DARI THIN FILM DARI THIN FILMDalam pelapisan tipis, beberapa sifat dan karakter penting : Dalam pelapisan tipis, beberapa sifat dan karakter penting :

A. KETEBALAN LAPISAN TIPIS A. KETEBALAN LAPISAN TIPIS

Biasanya diukur dengan vibrasi kristal didalam vakum. Alat ukurBiasanya diukur dengan vibrasi kristal didalam vakum. Alat ukur

ketebalan ini juga dipakai untuk memonitor dan mengatur laju ketebalan ini juga dipakai untuk memonitor dan mengatur laju deposisi.deposisi.

Lebih teliti daripada kuarsa ini adalah INTERFERENSI OPTIK.Lebih teliti daripada kuarsa ini adalah INTERFERENSI OPTIK.

B. KEKERASAN LAPISAN TIPISB. KEKERASAN LAPISAN TIPIS

Biasanya diukur dengan cara Mikrohardness tester dengan intenderBiasanya diukur dengan cara Mikrohardness tester dengan intender

vickers (VHN) = Vickers Hardness Number. Kekerasan lapisan tipis inivickers (VHN) = Vickers Hardness Number. Kekerasan lapisan tipis ini

tergantung dari substratnya. Kekerasan inilah yang penting dalam tergantung dari substratnya. Kekerasan inilah yang penting dalam pelapisan pelapisan

tools, karena makin keras suatu bahan makin baik dapat dipakai untuk tools, karena makin keras suatu bahan makin baik dapat dipakai untuk

memotong dan mengebor dan makin besar pula daya tahannya, artinya memotong dan mengebor dan makin besar pula daya tahannya, artinya

tidak mudah aus.tidak mudah aus.

C. DAYA LEKAT LAPISAN TIPIS C. DAYA LEKAT LAPISAN TIPIS

Suatu lapisan tipis dapat saja mempunyai kekerasan yang Suatu lapisan tipis dapat saja mempunyai kekerasan yang besarbesar

mendekati kekerasan intan, namun jika daya lekatnya kecil, mendekati kekerasan intan, namun jika daya lekatnya kecil, ke ausannyake ausannya

menjadi besar pula, sehingga tidak dapat dipakai untuk menjadi besar pula, sehingga tidak dapat dipakai untuk tools. Daya lekattools. Daya lekat

Thin Film tergantung pada bahan substrat yang dilapisi. Thin Film tergantung pada bahan substrat yang dilapisi. TiN misalnyaTiN misalnya

mempunyai daya lekat yang sangat besar pada HSS, mempunyai daya lekat yang sangat besar pada HSS, sehingga cocok sebagai sehingga cocok sebagai Wear resistant coatingWear resistant coating

D. KETAHANAN TERHADAP KOROSID. KETAHANAN TERHADAP KOROSI

E. SIFAT LISTRIK DAN MAGNETE. SIFAT LISTRIK DAN MAGNET

F. KELELAHAN F. KELELAHAN ::

Perubahan berulang kali baik secara mekanis maupun suhu Perubahan berulang kali baik secara mekanis maupun suhu sering menyebabkan kelelahan pada benda. Dalam hal sering menyebabkan kelelahan pada benda. Dalam hal lapisan tipis ketebalan dapat terlihat dengan adanya lapisan tipis ketebalan dapat terlihat dengan adanya keretakan – keretakan mikro.keretakan – keretakan mikro.

G. SIFAT OPTIS G. SIFAT OPTIS :: umpamanya warna, tembus umpamanya warna, tembus tembus pandangan dll. Sifat initembus pandangan dll. Sifat inipenting sebagai bahan dekoratif. penting sebagai bahan dekoratif. Umpamanya TiN sering dipakai Umpamanya TiN sering dipakai untukuntukmelapisi frame kacamata, jam melapisi frame kacamata, jam tangan karena mempunyai tangan karena mempunyai warna ke Emasan, juga coating warna ke Emasan, juga coating pada kaca jendela dan kaca mata pada kaca jendela dan kaca mata untuk meneruskan atau untuk meneruskan atau merefleksikan suatu warnamerefleksikan suatu warna..

H. KEKERASAN PERMUKAAN :H. KEKERASAN PERMUKAAN :

yang berperan agar benda yang dibor misalnyayang berperan agar benda yang dibor misalnya

dengan mata bor yang dilapisi tidak terdeformasi dan tidak dengan mata bor yang dilapisi tidak terdeformasi dan tidak menjadi terlalumenjadi terlalu

panas. Dengan demikian kecepatan putar bor dapat panas. Dengan demikian kecepatan putar bor dapat dipertinggi dandipertinggi dan

pengerjaan pengeboran / pembubukan dapat diperbesar pengerjaan pengeboran / pembubukan dapat diperbesar sampai 3 kali lipatsampai 3 kali lipat

tanpa mengganggu hasil pengeboran. tanpa mengganggu hasil pengeboran.

KEADAAN VAKUMKEADAAN VAKUM

1. Vakum rendah1. Vakum rendah : 1000 – 1 mbar : 1000 – 1 mbar

2. Vakum sedang 2. Vakum sedang : 1 – 10: 1 – 10-3-3 mbar mbar

3. Vakum tinggi 3. Vakum tinggi : 10: 10-3-3 – 10 – 10-7-7mbarmbar

4. Vakum sangat tinggi : < 104. Vakum sangat tinggi : < 10-7-7

Law Vacum Law Vacum : 700 – 25 Torr: 700 – 25 Torr

Medium VacumMedium Vacum : 25 – 10 : 25 – 10-3-3 Torr Torr

High Vacum High Vacum : 10: 10-3-3 – 10 – 10-6-6 Torr Torr

Ultra High Vakum Ultra High Vakum : Below 10: Below 10-9-9 Torr Torr

1 atm = 1,013 x 101 atm = 1,013 x 1055 N/m2 = Pa N/m2 = Pa

1 atm = 1,013 bar1 atm = 1,013 bar

1 torr = 1 mmHg1 torr = 1 mmHg

= 1 / 760 atm= 1 / 760 atm

II. SUMBER– SUMBER RESISTIVITAS PADA II. SUMBER– SUMBER RESISTIVITAS PADA KONDUKTOR METALKONDUKTOR METALA. TemperaturA. Temperatur

Teori elektronik quantum modern konduksi listrik pada metalTeori elektronik quantum modern konduksi listrik pada metal

disebabkan oleh elektron – elektron, sementara resistivitas disebabkan oleh elektron – elektron, sementara resistivitas listrik dihasilkanlistrik dihasilkan

oleh hamburan elektron – elektron tersebut oleh kisi. oleh hamburan elektron – elektron tersebut oleh kisi.

Resistivitas : adalah derajat ketidaksempurnaan kisi metal tetapi Resistivitas : adalah derajat ketidaksempurnaan kisi metal tetapi bagaimanabagaimana

pun tak ada kisi yang sempurna, elektron selalu mengalami hamburan padapun tak ada kisi yang sempurna, elektron selalu mengalami hamburan pada

saat melewati zat padat. Kisi yang tidak mempunyai cacat struktur dan saat melewati zat padat. Kisi yang tidak mempunyai cacat struktur dan tidaktidak

mempunyai atom asing pun, tidak dapat teratur sempurna diam, tetapi mempunyai atom asing pun, tidak dapat teratur sempurna diam, tetapi akanakan

mengalami vibrasi sekitar posisi rata – ratanya. Hal ini tepat bila digunakanmengalami vibrasi sekitar posisi rata – ratanya. Hal ini tepat bila digunakan

TEMPERATUR DEBYE dalam menerangkan interaksi antara elektron –TEMPERATUR DEBYE dalam menerangkan interaksi antara elektron –

elektron dan mode vibrasi yang bermacam – macam dari kisi (phonon).elektron dan mode vibrasi yang bermacam – macam dari kisi (phonon).

Temperatur Debye Temperatur Debye θθDD didefenisikan didefenisikan

θθDD = = hhυυ max./ max./kk

Pada temperatur rendah (T<<Pada temperatur rendah (T<<θθDD) resistivitas bervariasi dengan T) resistivitas bervariasi dengan Tnn (n (n

mendekati 5) dan pada temperatur tinggi (T>>mendekati 5) dan pada temperatur tinggi (T>>θθDD), resistivitasnya), resistivitasnya

bervariasi secara linier terhadap T. Untuk sebagian besar metal bervariasi secara linier terhadap T. Untuk sebagian besar metal temperaturtemperatur

debye berharga mendekati atau di bawah temperatur kamar, maka dari itudebye berharga mendekati atau di bawah temperatur kamar, maka dari itu

variasi temperatur terhadap resistansi di atas 25variasi temperatur terhadap resistansi di atas 2500C mendekati linier. C mendekati linier.

Hal ini membuat mungkin untuk mendefenisikan temperatur Hal ini membuat mungkin untuk mendefenisikan temperatur

koefisien resisitansi (TCR), koefisien resisitansi (TCR), αααα = =

R = Resistansi (R = Resistansi (ΩΩ))

B. CACAT TITIK B. CACAT TITIK (POINT DEFECT)(POINT DEFECT)

Atom impuritas yang menyelusup masuk dalam metal Atom impuritas yang menyelusup masuk dalam metal umumnya akanumumnya akan

membawa muatan listrik efektif yang berbeda dengan logam membawa muatan listrik efektif yang berbeda dengan logam induknya. Halinduknya. Hal

ini akan membuatnya berkelakuan sebagai sumber dari ini akan membuatnya berkelakuan sebagai sumber dari hamburan elektron,hamburan elektron,

resistivitas bertambah dengan naiknya konsentrasi impuritas resistivitas bertambah dengan naiknya konsentrasi impuritas dan mencapaidan mencapai

maksimal pada komposisi. Alloy mendekati 50% impuritas maksimal pada komposisi. Alloy mendekati 50% impuritas sistem perak –sistem perak –

emas . LIHAT GAMBAR DIBAWAH.emas . LIHAT GAMBAR DIBAWAH.

T

R

R 1

Resistivity

Komposisi (%)

Resistivity

Komposisi (%)

C. KETIDAKSEMPURNAAN STRUKTUR C. KETIDAKSEMPURNAAN STRUKTUR (STRUCTURAL IMPERFECT (STRUCTURAL IMPERFECT))

Kontribusi resistivitas disebabkan kekosongan Kontribusi resistivitas disebabkan kekosongan dan penyisipan (intertisial).dan penyisipan (intertisial).

1.1.Material bulk pada suhu mutlak T mempunyai Material bulk pada suhu mutlak T mempunyai ketidaksempurnaan dalam orde e ketidaksempurnaan dalam orde e -w/kT -w/kT dimana dimana w adalah energi aktivasi untuk pembentukan w adalah energi aktivasi untuk pembentukan ketidaksempurnaan.ketidaksempurnaan.

2.2.Pada thin film pada ketebalan yang cukup Pada thin film pada ketebalan yang cukup besar dibentuk pada kondisi vakum yang baik besar dibentuk pada kondisi vakum yang baik dan bersih menjukkan resistivitas > beberapa % dan bersih menjukkan resistivitas > beberapa % dari dari ρρ bulknya bulknya

3.3.Phase insulating dapat hadir/timbul bila Phase insulating dapat hadir/timbul bila impuritas yang cukup besar dan terkonsentrasi impuritas yang cukup besar dan terkonsentrasi pada batas butir.pada batas butir.

Gbr 8. Patron Thin Film Resistor

I. THIN FILM RESISTORSA. Bentuk & bahan perbandingan

Dua bentuk dasar dari resistor thin Film yang digambarkan

berikut ini :

W

L

TERMINATIONS

W

w

S

a b

W = film width (lebar film)S = spacingw = line width (lebar garis Film)

D. Hukum Matthiessen D. Hukum Matthiessen (Matthiessen rule)(Matthiessen rule)

Hukum ini menyatakan bawa resistivitas Hukum ini menyatakan bawa resistivitas sampel akansampel akan

merupakan penjumlahan dari masing – masing merupakan penjumlahan dari masing – masing kontribusikontribusi

yang dibuat oleh semua sumber – sumber yang dibuat oleh semua sumber – sumber resistivitas,resistivitas,

resistivitas residual adalah jumlah resistivitas resistivitas residual adalah jumlah resistivitas diluardiluar

pengaruh temperatur, yang ditulis, pengaruh temperatur, yang ditulis,

residualtempT

strPoTempT

Tekhnologi Film Tipis

Dari gambar 2. resistansi R dari film ditentukan oleh crossectional W.t, dimana :W = lebar Film, t = ketebalan , L = panjang Film dan ρ = specific resistivity

Untuk sheet resistivity ( di buat l = w), maka

Berarti Resistansi fil dan sheet ditentukan oleh resistivitas jenis dan ketebabalan

Tekhnologi Film Tipis

Dari bentuk Gbr b, adalah Bentuk Umum dari beberapa Thin Film Resistor.Resistansinya diberikan oleh :

Temperatur Koefisien dari resistansi (TCR) diberikan :

Tekhnologi Film Tipis

Dimana Ro = resistansi pada temperatur mula – mula (To) dan R1 = resistansi pada temperatur T1.

Hubungan Resistivity dengan TCR untuk bahan fasa tunggal.

Grafik

Resistivity

TCR

Tekhnologi Film Tipis

Gbr 12. Resistivitas Jenis dari Chromium (Cr) sebagai

fungsi Ketebalan & Temperatur substrat

Grafik

Gbr 14Resistivitas jenis dan komposisi dari Nichrome (Ni-Cr) film merupakan fungsi Ketebalan film

Grafik

Gbr 15Ketergantungan TCR pada Nichrome film terhadap Ketebalan Grafik

Tekhnologi Film Tipis

II. THIN FILM CAPACITOR1. Model Thin Film kapasitor plat sejajar

I / 1 . Elektroda bawahII/ 2 . DielektrikIII/3 . Elektroda Atas

Tekhnologi Film Tipis

Kapasitansi suatu kapasitor dengan bahan dielektrik udara / vakum

Kapasitansi Kapasitor dengan Bahan dielektrik

Koefisien Dieletrik = konstanta Dielektrik

Tekhnologi Film Tipis

TabelBahan

Metoda Deposisi Konsatanta Dielektrik

(k = ԑr)

Tegangan Breakdown

SiO2

MgF2

SiOAl2O3

To2O5

.

.

.

R. SputteringT. EvaporasiT. Evaporasi

Plasma oxidationR. Sputtering

.

.

.

45

4.3 – 6.38

20...

3.01.01.22.01.0

.

.

.

Pengukuran Resistivitas Film1. Four Point Probe(FPP)

Metode 4 titik Probe ini adalah salah satu jenis alat yang bisa dilakukanuntuk mengukur resistansi dari thin film. Four point probe (FPP) terdiri dari4 buah probe dengan 2 Probe berfungsi untuk mengalirkan arus listrik danprobe lain untuk menukut tegangan listrik saat dikenakan sampel.

I

V

Substrat

Thin Film

Skema Four Point Probe

21 3 4

Amperemeter

Voltmeter

Tekhnologi Film Tipis

Dimana ke empat probe dapat digerakkan naik-turun untuk mengenai permukaan thin film, Gerak naik untuk melepaskan sentuhan dari thin film. Susunan FPP yang digunakan terdiri dari 4 metal Tungsten yang sama jaraknya antar ujungnya dengan radius terbatas. Ujungnya berbentuk bulat. Dalam pengukuran resistansi thin Film dengan metode FPP dapat digunakan untuk menentukan Specific resistivity ρ dari bahan thin Film.

Dimana V dan I di dapat di pengukuran sehingga resistivity ρ dapat dihitung dengan persamaan

ρ = Rs . d

d = Ketebalan Rs = Resistansi

Rs = Resistansi Sheet

Tekhnologi Film Tipis

Two Point Probe (TPP) juga dapat dilakukan untuk pengukuran Resistansi thin Film, dalam pengukuran ini di lakukan dua kali dengan 2 alat : alat ukur tegangan (Voltmeter) dan alat ukur arus (Amperemeter) secara terpisah namun hasil Resistansi sama dengan pengukuran resistansi dengan alat FPP. I

V

Substrat

Thin Film

Tekhnologi Film Tipis

Dalam perhitungan resistansi thin Film dengan metode ini dapat digunakan untuk menghitung specific resistivity dari bahan thin Film.

Jika L = b (di buat)

Rs = resistansi sheet t = ketebalan ρ = resistansi

b

Lt

Thin Film

Tekhnologi Film Tipis

3. Metode Van der Pauw

Metode Van der Pauw dapat digunakan untuk menentukan specific resistivity thin Film.

Iab

Vcd

a

b c

d

Thin Film

Substrat

Tekhnologi Film Tipis

Dimana 4 kontak yaitu A, B, C, D yang diletakkan pada permukaan sampel. Pengukuran dilakukan dengan memberikan arus pada titik A, B dan mengukur tegangan pada titik C, DKEMUDIANArus diberikan pada titik B, C dan tegangan di ukur pada titik A, D (lihat gambar)

Tekhnologi Film Tipis

Kemudian untuk menentukan specific resistivity ρ dengan menggunakan pers :

Dimana f = faktor loreksi Van der pauw

RAB , cd f = --------------------- RBC , AD

d = Ketebalan