Thursday 15 May 2014

Published Thursday, May 15, 2014 by with 0 comment

Film tipis pembuatan dan pengukurannya



Admin akan menyempurnakan dan memindahkan artikel pada blog ini  secara bertahap ke : 


Film tipis merupakan lapisan dari material yang sangat tipis yaitu antara skala nano sampai milimeter. Pembuatan film tipis memiliki manfaat yang sangat besar dalam dunia material,diantaranya adalah sebagai pelapisan bahan untuk menutupi kelemahan dari bahan yang dilapisi seperti anti korosi, persiapan material baru sebelum dipabrikasi serta dalam pengembangan material baru.
Ketebalan adalah perbedaan ketinggian antara lapisan dan substrat. Ketebalan juga dapat diestimasi secara tidak langsung, salahsatunya dengan menggunakan teknik spektroskopi yaitu melaluipengukuran spektrum absorbsi atau transmisi.Prinsipnya adalahmenggunakan interferensi yang terjadi pada lapisan tipis. Dengan cara ini,ketebalan diestimasi melalui pola interferensi yang muncul pada spectrum yang diperoleh.
Dari hasil pengukuran menggunakan spektroskopi, maka dapat dihitung ketebalannya menggunakan persamaan berikut ini
Dimana t adalah ketebalan, m adalah jumlah gelombang dalam selang dan , n adalah indeks bias film polimer,  adalah sudut datang.
Fabrikasi film tipis sudah sering dilakukan oleh beberapa peneliti sekarang ini. Ada dua proses yang biasa dipergunakan untuk fabrikasi film tipis yaitu proses deposisi (deposition) dan proses dalam fasa larutan (solution phase). Khusus untuk fabrikasi film tipis bahan polimer banyak digunakan proses larutan seperti solution casting, doctor blading, dipcoating, dan spincoating.
Dip Coating
Dip coating adalah suatu proses yang digunakan untuk pelapisan, misalnya bahan semikonduktor. Pada proses pelapisan ini, biasanya di bagi menjadi beberapa langkah. Perendaman (immersion), dimana substrat ini direndam dalam larutan bahan lapisan pada kecepatan konstan. Kemudian Start-up, dimana substrat telah berada di dalam larutan untuk sementara waktu dan mulai ditarik ke atas. Kecepatan menentukan ketebalan lapisan (penarikan lebih cepat memberikan bahan pelapis yang lebih tebal). Pengeringan, dimana kelebihan cairan akan mengalir dari permukaan. Penguapan (evaporation), dimana pelarut yang menguap dari cair, membentuk lapisan tipis. Pada proses dip coating ini, kecepatan alat sangat berpengaruh pada tiap langkah yang dilalui. Untuk itu, perlu diperhatikan dalam pengontrolan kecepatan gerak alat agar hasil pelapisan bahan semikonduktor mencapai hasil yang sesuai dengan kebutuhan.
Powder Coating
Powder coating adalah jenis lapisan yang diterapkan sebagai serbuk kering. Perbedaan utama antara cat cair konvensional dan powder coating adalah bahwa powder coating tidak memerlukan pelarut untuk menjaga bagian binder dan filler dalam bentuk suspensi cair. Lapisan ini biasanya diterapkan elektrostatik dan kemudian dipanaskan untuk memungkinkan agar serbuk mengalir dan membentuk lapisan. Serbuk bisa thermoplastik atau polimer termoset. Hal ini biasanya digunakan untuk membuat hard finish yang lebih keras dari cat konvensional. Powder coating terutama digunakan untuk pelapisan logam, seperti “whiteware”, ekstrusi aluminium, dan mobil dan bagian-bagian sepeda. Teknologi baru memungkinkan bahan lain, seperti MDF (medium-density papan serat), menjadi serbuk dilapisi dengan menggunakan metode yang berbeda.

Spincoating
Spin coating dapat diartikan sebagai pembentukan lapisan melalui proses pemutaran (spin). Bahan yang akan dibentuk lapisan dibuat dalam bentuk larutan (gel) kemudian diteteskan di atas suatu substrat yang disimpan di atas piringan yang dapat berputar, karena adanya gaya sentripetal ketika piringan berputar, maka bahan tersebut dapat tertarik ke pinggir substrat dan tersebar merata. Selain untuk penumbuhan bahan semikonduktor, teknik spin coating ini juga dapat digunakan untuk mendeposisi lapisan tipis bahan lainnya seperti bahan polimer maupun bahan keramik oksida.
Langkah pertama dalam fabrikasi film adalah mempersiapkan suhu deposisi, yaitu dengan mengatur alat pemanas dan kipas sehingga suhu sel pemanas mencapai keseimbangan.Perlu  diingatkan  kembali  bahwa  yang  dimaksud  dengan  suhu  sel pemanas dalam eksperimen ini adalah suhu udara di dalamnya dan bukan suhu substrat. Hal ini perlu ditekankan karena dengan penggunaan inset alumunium, suhu substrat akan  lebih  tinggi  dibanding  dengan  suhu  udara  di  dalam  sel.  Sementara  suhu  sel pemanas dinaikkan, larutan polimer juga dipanaskan dalam water bath sesuai dengan suhu  yang  diinginkan.  Setelah  udara  dalam  sel  pemanas  mencapai  suhu  yang diinginkan, substrat (35 mm x 25 mm x 1 mm) yang telah dibersihkan di masukkan ke dalam inset alumunium yang terdapat pada tempat substrat. Substrat tersebut dilapisi terlebih  dahulu  dengan  lapisan  tipis  pelarut  agar  adhesi  (“wetting”)  antara  larutan polimer dan substrat meningkat. Proses deposisi dimulai dengan meneteskan sekitar 0,5 ml larutan polimer hingga menutupi substrat, kemudian rotasi spincoater dimulai.
Untuk memperoleh film tipis dengan kualitas optik yang baik, yaitu transparan, indeks bias yang homogen, dan memiliki permukaan yang halus, terdapat 3 tahap yang harus dilakukan, yaitu :
1.      Melakukan optimasi parameter fabrikasi film tipis dengan teknik spincoating seperti jenis pelarut, temperatur substrat, konsentrasi larutan, kecepatan spin, waktu, dan temperatur fabrikasi
2.      Memfabrikasi film tipis dari bahan polimer yang berbeda dengan penyesuaian parameter fabrikasi di atas
3.      Mengukur sifat optik dari film tipis, yaitu koefisien absorpsi dan dispers indeks bias

Interferensi pada Lapisan Tipis
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat fenomena yang ditimbulkan oleh interferensi cahaya. Sebagai contoh timbulnya garis-garis berwarna yang tampak pada lapisan tipis minyak tanah yang tumpah di permukaan air, warna-warni yang terlihat pada gelembung sabun yang mendapat sinar matahari, serta timbulnya warna-warni pada cakram padat (compact disc).
Pola interferensi pada lapisan tipis dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu panjang lintasan optik dan perubahan fase sinar pantul.
Interferensi cahaya pada lapisan tipis.
Dari Gambar 4, sinar AB merupakan sinar monokromatik yang datang pada permukaan pelat tipis. Sebagian sinar AB dipantulkan oleh permukaan bidang batas udara dan pelat (sinar BE) dan sebagian lagi dibiaskan ke dalam medium pelat (sinar BC). Sinar BC dipantulkan oleh permukaan bidang batas pelat dan udara (sinar CD). Sinar CD dipantulkan oleh permukaan atas dan sebagian lagi dibiaskan keluar film (sinar DF). Sinar BE dan DF datang bersamaan di mata kita.

Sinar datang dengan sudut datang i pada lapisan tipis dengan ketebalan d dan indeks bias n, sehingga sinar mengalami pemantulan dan pembiasan dengan sudut bias r. Dengan mempertimbangkan kedua faktor di atas, dapat ditentukan syarat-syarat terjadinya interferensi berikut ini.

1. Syarat terjadinya interferensi maksimum (terang)

2n.d.cos r = (m – 1/2) λ ; m = 1, 2, 3, ............ (7)

2. Syarat terjadinya interferensi minimum (gelap)

2n.d.cos r = mλ ; m = 0, 1, 2, ....................... (8)
    email this

0 comments:

Post a Comment