physical vapor deposition
TRANSCRIPT
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
PHYSICAL VAPOR DEPOSITION ( PVD )
DEPOSISI
Deposisi adalah sebuah proses di mana gasberubah menjadi padat (juga dikenal sebagaidesublimasi).
Deposisi merupakan proses yang melepaskanenergi atau eksotermik saat berubah fasa.
Proses Deposisi bisa diamati saat pembentukansalju di awan.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
2
DEPOSISI UAP
Deposisi Uap adalah proses yang digunakansecara luas dalam semikonduktor danindustri bioteknologi untuk menyimpanlapisan tipis dari berbagai material untukmemodifikasi permukaan suatu benda.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
3
JENIS DEPOSISI UAP
PVD ( Physics Vapor Deposition)
Lapisan dibentuk oleh atom yang secara langsungdipindahkan dari sumber ke substrat pada saatfase gas.
CVD (Chemical Vapor Deposition)
Lapisan dibentuk dari reaksi kimia yang terjadipada permukaan substrat.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
4
JENIS DEPOSISI UAP
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
5
PHYSICS VAPOR DEPOSITION
( PVD )
Physics Vapour Deposition (PVD) adalah teknikdasar pelapisan dengan cara penguapan, yangmelibatkan transfer material pada skalaatomik. PVD merupakan proses alternatif darielektroplating.
4/4/2011
6
TUGAS ELEKTROKIMIA
CARA KERJA PVD
Proses PVD terjadi pada kondisi vakum.
Proses PVD meliputi :
1. Evaporasi
2. Transportasi
3. Reaksi
4. Deposisi
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
7
EVAPORASI
Pada tahap ini, sebuah target yangmengandung material yang ingindiendapkan, dibombardir menjadi bagian-bagian kecil akibat sumber energi yang tinggiseperti penembakan sinar elektron. Atom–atom yang keluar tersebut akhirnyamenguap.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
8
TRANSPORTASI
Proses ini secara sederhana merupakanpergerakan atom-atom yang menguap daritarget menuju substrat yang ingin dilapisidan secara umum bergerak lurus.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
9
REAKSI
Pada beberapa kasus, pelapisan mengandunglogam Oksida, Nitrida, Karbida dan materialsejenisnya. Atom dari logam akan bereaksidengan gas tertentu selama proses perpindahanatom. Untuk permasalahan di atas, gas reaktifyang mungkin adalah Oksigen, Nitrogen danMetana.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
10
DEPOSISI
Merupakan proses terjadinya pelapisan padapermukaan substrat.
Beberapa reaksi terjadi antara logam targetdan gas reaktif mungkin juga terjadi padapermukaan substrat yang terjadi serempakdengan proses deposisi.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
11
KRITERIA PEMILIHAN
PROSES PVD
Jenis material yang akan diendapkan
Tingkat pengendapan
Keterbatasan yang dimiliki oleh substrat, sepertitemperatur deposisi maksimum, ukuran dan bentuk.
Adhesi dari deposisi ke substrat.
Kekuatan lompatan (tingkat dan distribusi ketebalanproses deposisi, contohnya semakin tinggi kekuatanlompatan, semakin baik kemampuan proses untukmelapisi benda-benda yang berbentuk tidak beraturandengan ketebalan seragam).
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
12
KRITERIA PEMILIHAN
PROSES PVD
Kemurnian bahan pelapis
Persyaratan peralatan dan ketersediaan
Biaya
Pertimbangan ekologi
Kelimpahan bahan endapan
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
13
JENIS JENIS PVD
Penguapan ( Evaporation ) Pemercikan ( Sputtering )
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
14
EVAPORASI
Thermal Evaporation
Electron Beam Evaporation
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
15
THERMAL EVAPORATION
Meletakkan material targetyang ingin diendapkan padasebuah kontainer.
Panaskan kontainer tersebuthingga suhu yang tinggi.
Material target menguap
Uap dari material targettersebut bergerak danmenempel pada permukaansubstrat.
Uap pelapis mendingin danmelekat di permukaansubstrat.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
16
THERMAL EVAPORATION
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
17
Wafers
Aluminum Charge Aluminum Vapor
High Current SourceTo Pump
10-6 Torr
1 Torr = 133.322 Pa = 1 mmHg
THERMAL EVAPORATOR
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
18
THERMAL EVAPORATION
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
19
Foil Dimple Boat Alumina Coated Foil Dimple Boat
Cr Coated Tungsten Rod
ELECTRON BEAM
EVAPORATION
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
20
Teknik ini menyebabkanpenguapan dari material olehtembakan sinar elektron yangdipusatkan pada permukaandari material. Uap darimaterial tersebut akan teruraidan akan menuju permukaandari substrat
Dipanaskan pada tekanan uapyang tinggi oleh penembakanelektron pada keadaan vakum
ELECTRON BEAM
EVAPORATION
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
21
Wafers
Aluminum Charge
Aluminum Vapor
Power SupplyTo Pump
10-6 Torr
Electron Beam
1 Torr = 133.322 Pa = 1 mmHg
ELECTRON BEAM
EVAPORATION
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
22
E-BEAM EVAPORATOR
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
23
E-BEAM EVAPORATOR
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
24
PERBANDINGAN EVAPORASI
THERMAL DAN E-BEAM
Evaporasi Material Jenis Evaporan Pengotor RangeSuhu
Biaya
Thermal Logam ataumaterial dengan titiklebur rendah
Au, Ag, Al, Cr, Sn, Sb, Ge, In, Mg, GaCdS, PbS, CdSe, NaCl, KCl, AgCl, MgF2, CaF2, PbCl2
Tinggi ~ 1800 0C Rendah
E-Beam Logam danDielektrik
Logam-logam di atas, ditambah :Ni, Pt, Ir, Rh, Ti, V, Zr, W, Ta, MoAl2O3, SiO, SiO2, SnO2, TiO2, ZrO2
Rendah ~ 3000 0C Mahal
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
25
MASALAH STOIKIOMETRI
PROSES EVAPORASI
Beberapa senyawa material rusak padatemperatur tinggi.
Masing-masing komponen memiliki tekanan uapyang berbeda-beda, sehingga laju deposisi yangdihasilkan pada lapisan substrat berbeda dengansumber material.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
26
JENIS-JENIS WADAH
PROSES EVAPORASI PVD
Logam Refraktori
Material Titik Lebur (0C) Suhu ketika TekananUap 10 mTorr (0C)
Tungsten (W) 3380 3230
Tantalum (Ta) 3000 3060
Molybdenum (Mo) 2630 2530
Keramik Refraktori
Karbon Grafit 3799 2600
Alumina (Al2O3) 2030 1900
Boron Nitrida (BN) 2500 1600
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
27
SPUTTERING
Sputtering diperolehdengan melewatkan ioninert (Ar+) menggunakanarus DC atau RF di dalamplasma melalui gradienpotensial untukmenghancurkanpermukaan logam yangditargetkan.
Lalu material targettersebut terpercik danterdeposisi pada substratyang diletakkan di anoda.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
28
SPUTTERING
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
29
Ar+
DC DIODE SPUTTERING
DC Diode sputtering, sering dikenal sebagaicathode sputtering, terjadi sebagai hasilsputtering dari elektrode negatif oleh gas ionpositif karena adanya beda potensial yang tinggiantara 2 elektrode yang dipisahkan oleh gas padatekanan 1 – 10 Pa.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
30
DC DIODE SPUTTERING
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
31
Target
Argon Plasma
Wafer Chuck
- V
WaferMetal film
COLLIMATED SPUTTERING
Digunakan untuk deposisi Ti dan TiN
Collimator membuat atom logam atau molekuluntuk tetap bergerak pada arah vertikal
Mencapai celah yang sempit di bawah / melaluilubang
Meningkatkan cakupan permukaan bawah
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
32
COLLIMATED SPUTTERING
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
33
Plasma
Collimator
Magnets
Target
Film
Via holes
PERBANDINGAN THERMAL
EVAPORATION DAN SPUTTERING
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
34
---DERSUN---
35 ENDURA® PVD SYSTEM
PVD Target
PVDChamber
CVDChamber
KEGUNAAN PELAPISAN PVD
Alasan utama penggunaan pelapisan PVD adalahuntuk:
Meningkatkan kekerasan dan ketahananterhadap aus
Mengurangi gesekan
Meningkatkan ketahanan oksidasi
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
36
KEGUNAAN PELAPISAN PVD
Penggunaan pelapisan seperti ini bertujuanmeningkatkan efisiensi melalui kinerja yangmeningkat dan masa pemakaian komponen yanglebih lama.
Pelapisan ini juga memungkinkan komponenyang dilapis untuk beroperasi pada lingkungan dimana komponen yang tidak dilapis tidak bisabekerja.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
37
KEUNTUNGAN PROSES PVD
Material yang telah dilapisi memiliki sifat yanglebih baik jika dibandingkan dengan materialsebelumnya.
Prosesnya lebih ramah lingkungan daripadaproses electroplating.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
38
KERUGIAN PROSES PVD
Sulit untuk medapatkan permukaan lapisan yangseragam.
Biaya produksi yang tinggi.
Beberapa prosesnya beroperasi pada kondisivakum dan temperatur yang tinggi sehinggamemerlukan operator yang terampil.
Prosesnya memerlukan panas dalam jumlah yangbesar dan sistem pendinginan yang tepat.
Laju pengendapan pelapisannya biasanya lambat.
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
39
TEKNIK PENGUKURAN PVD
Calo tester : pengujian ketebalan pelapisan
Scratch tester : pengujian adhesi pelapisan
Pin on disc tester: pengujian koefisien aus dangesekan
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
40
CALO TESTER
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
41
PIN ON DISC TESTER
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
42
SCRATCH TESTER
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
43
APLIKASI PVD
Aerospace
Otomotif
Alat-alat medis
Cetakan untuk pemrosesan material
Alat pemotong
Senjata api (Fire Arms)
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
44
PERBANDINGAN
PVD DAN CVD
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
45
PVD CVD
Tidak ada reaksi kimia padapermukaan.
Terjadi reaksi kimia padapermukaan.
Kualitas lebih baik karenalapisan yang dihasilkan lebihmurni.
Selalu terdapat pengotor padalapisan yang dihasilkan.
Konduktivitas lebih baik. Konduktivitas rendah.
Mudah untuk mengendapkanalloy.
Sulit mengendapkan alloy.
REFERENSI
http://en.wikipedia.org/wiki/Deposition
http://en.wikipedia.org/wiki/Deposition_physics
http://en.wikipedia.org/wiki/Physical_vapor_deposition
http://www.yieldengineering.com/default.asp?page=232
http://www.azom.com/Details.asp?ArticleID=1558
http://205.153.241.230/P2_Opportunity_Handbook/1_5.html
Semua sumber diakses pada tanggal 30/10/2009
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
46
4/4/2011TUGAS ELEKTROKIMIA
47