Presentation UAS Fisika Material dan Divais Nano

8/16/2019 Presentation UAS Fisika Material dan Divais Nano

1/47

NANOST

2 DIM

FILM

Egi Yuliora

Stephanie Tarum

Nailatussaadah


2/47

Outline

• Physical Vapor Deposition (PVD)

• Evaporation : Molecular Beam Epitaxy (MB• Sputtering

• Chemical Vapor Deposition (CVD)

• Atomic Layers Deposition (ALD)

• Superlattices

• Self-Assembly

• Monolayers of orgasilicon or alkylsilane der• Monolayers of alkanethiols and sufides• Monolayers of carboxylics acids, amines, an

• Langmuir-Blodgett Films

• Sol-Gel Films


3/47

Thin Films

Manfaat Pelapisan

bahan Perspengemate

Method ofSynthesis Thin

Films

Vapor PhasedDeposition

Liquid BasedGrowth


4/47

Physical Vapor Deposition

Physical Vapor Deposition adalah su

memindahkan spesies tumbuh dari su

target dan menumpuknya pada sub

kemudian membentuk sebuah film.

PVD

Evaporasi

Sputtering


5/47

Evaporasi

Evaporasi merupakan metode

deposisi yang paling sederhana

dalam pembuatan film tipis,

yang disebut juga denganpenguapan bahan pada ruang

hampa.


6/47

Penumbuhan Film Tipis CuPc De

Metode Evaporasi.

Alat dan bahan

– Substrat kaca SiO2 ukuran

1,5x2,5 cm

– Elektroda

– Sumber gas

– X-RD dan SEM

Prosedur eksperiment

– Persiapan sampel

– Proses evaporasi/depo

CuPc– Variasi waktu deposisi

– Variasi kuat arus/laju d

–

Karakterisasi struktur d


7/47

Hasil evaporasi (X-RD)

Karakterisasi copper

phthalocyanine (CuPc)

menggunakan X-RD

bertujuan untuk mengetahui

struktur Kristal dimana

berkaitan dengan sifat listrik


8/47

Puncak difraksi X-RD dari serbuk dan film t


9/47

Spektrum X-RD film tipis CuPc dengan varia

kuat arus


10/47

Menghitung besarnya FWHM untuk men

kualitas Kristal film


11/47

Hasil evaporasi (SEM)Morfologi permukaan dan penampang melintang film tipis CuPc d

variasi waktu pada kuat arus 35 A pada variasi waktu 90 men

(a). permukaan film dengan butiran

lembut, Ini menunjukkan bahwa

variasi waktu pada saat penumbuhan

belum menunjukan karakteristi kristal

yang optimum(b). Studi morfologi film tipis CuPc

dapat menentukan ketebalan dari film

tipis yang akhirnya dapat menghitung

laju penumbuhan film tipis CuPc.

M f l i k C P ki i k t k t k


12/47

Morfologi permukaan CuPc, semakin meningkat kuat arus , maka se

ikatan yang terbentuk pada substrat (variasi arus).

Penampang melintang film tipis yang dideposisi dengan kuat arus y

yaitu 40 A, 45 A dan 50 A dengan ketebalan masing-masing adalah

2,1 μm, 2,4 μm dan 4,8 μm.


13/47

Sputtering

Sputtering: teknologi deposisi yang

memanfaatkan tumbukan antara

ion-ion berenergi tinggi denganpermukaan target yang akan

dideposisikan.

Tumbukan ini menyebabkan atom-

atom target terlepas dari ikatannya

dan bergerak menuju substratakibat adanya transfer momentum

selama proses tumbukan.

hal ini akan terjadi terus menerus

hingga terbentuk suatu lapisan tipis


14/47

Prinsip kerja DC Sputterin

– Pada anodanya diletakkan substrat (yang akan dilapisi) silicon (Si)

– Pada katodanya diletakan target (bahan pelapis) karbon-krom C-Cr yan

didepositkan

– Substrat dan target diletakan saling berhadapan

– Masukkan gas argon (Ar) dengan tekanan rendah (10-5-10-7 Torr) sehin

discharge saat diberi tegangan pada kedua elektrodanya.– Ion Ar yang bermuatan positif (+) menabrak target pada katoda yang b

sehingga terjadi tumbukan dengan energi tinggi yang mengakibatkan a

material akan terlempar dari target

– Atom-atom yang terlempar tersebut menempel pada substrat dan me

layer pada substrat.


15/47

Hasil sputtering dengan pengujian

tipis dengan EDS

Morfologi permukaan pada bahan C-Cr (a). permukaan lintang

permukaan bujur C-Cr (c). permukaan lintang lapisan ti


16/47

Kesimpulan hasil deposisi C-

– Hasil deposisi dikatan baik apabila Nilai konduktifitas suatu lapisan ti

meningkat.– Hal ini berdasarkan pada pertimbangan substrat. Substrat yang digunak

yang mana diketahui bahwa substrat silikon adalah bahan isolator. Jadi

ditumbuhkan suatu lapisan tipis, maka penilaian yang ditentukan adalah

nilai resistansi atau konduktivitas pada permukaan silikon tersebut. D

nilai resistansi ini maka dapat dikatakan bahwa telah terbentuk suatu permukaan silikon tersebut.

– Semakin kecil nilai resistansi yang didapatkan berarti bahwa lapisan tipis

bersifat konduktor yang mana sifat inilah yang menjadi kepastian dalam

elemen sensor pada permukaan substrat


17/47

Chemical Vapor Deposition

termasuk ke dalam tipe surface coating yang merupakan proses pendepositan

keras pada permukaan material menggunakan senyawa yang berbeda secara sdan sifatnya.

merupakan proses yang menghasilkan lapisancoatingsecara kimiawi atau deng

pada permukaaan material yang dipanaskan

P b h l i i i Silik


18/47

Penumbuhan lapisan tipis Silikon

mikrokristal terhidrogenasi (c-Si:H)

dengan teknik HWC-VHF-PECVD

Peralatan dan parameter

– Sumber gas silan (SiH4) konsentrasi 10%

dalam H

– Substrat berupa Corning 7059

– Temperatur substrat 275oC

– Daya rf 8 Watt

– Tekanan chamber 100 mTorr

– Laju aliran gas SiH4 70 sccm

– Spektrometer UV-Vis

– X-RD

– SEM


19/47

Penumbuhan c-Si:H dengan HWC-VHF-P

– Penambahan filamen pada sistem reaktor HWC-VHF-P

untuk mengurai molekul-molekul gas sumber menjad

radikal bebas.

–

Gas-gas sumber terdekomposisi secara termal oleh fiterintegrasi dengan sistem gas masukan sebelum mem

kawasan elektroda

– Variasikan temperatur filamen dari keadaan Off hingg

melalui tegangan filamen antara 0-4,5 volt


20/47

a). Laju deposisi dan celah pita optik lapisan tipis

dengan teknik HWC-VHF-PECVD pada variasi tem

filamen

b). Konduktivitas lapisan tipis c-Si:H dengan tek

VHF-PECVD pada variasi temperatur filamen

Foto SEM permukaan lapisan tipis


21/47

Foto SEM permukaan lapisan tipis

silikon terhidrogenasi yang dihasilkan

dari teknik HWC-VHFPECVD pada

temperatur filamen: (a) 200 oC, (b) 500oC, dan (c) 800 oC

d. Spektrum XRD lapisan c-Si:H

dengan teknik HWCVHF-PECVD

pada variasi temperatur filamen

P b t k l i


22/47

Hasil

– peningkatan temperatur filamen

mengakibatkan laju deposisi lapisanmengalami penurunan sebagai akibat

mekanisme penguraian gas secara

termal oleh temperatur filamen

sehingga struktur lapisan yang diperolehsemakin baik

– Pada temperatur filamen yang rendah,

lapisan yang diperoleh masih berstruktur

amorf.

– Pembentukan lapisan

mulai terlihat pada te

filamen ≥ 500 oC.

– foto SEM: puncak-pu

spektrum XRD untuk

kristalin (111) dan (3

terbentuk.

– Bahkan konduktivitas

tipis yang diperoleh ptemperatur filamen 8

mencapai orde 10 -5 S

konduktivitas gelap y

dimiliki oleh lapisan t

ATOMIC LAYER DEPOSITION (AL


23/47


Atomic Layer Deposition (ALD) adalah metode menumbuhkan k

kristal yang lain dari satu lapisan ke lapisan yang lain.

Gambar 15. Skema pr



24/47


CONTOH : 1. pertumbuhan film titania, yandigambarkan proses pertumbuhanny

Substrat hidroksilasi lebih du

prekursor TiCl4.

TiCl4 bereaksi dengan permukaa

TiCl HOMeTiCl 34

Gas by-produk, HCl, dan keleb

dibersihkan, serta uap air sela

sistem. Titanium triklorida y

permukaan substrat mengalami r

HOO H MeOTiCl 23 (

Prekursor Ti yang berdekatan dihkondensat membentuk hubungan

OTi HO MeOTi HO 33 )()(

OOH TiO Me 2)(

By-produk HC1 dan kelebihan

dari ruang reaksi. Satu lapisa

dengan selesainya satu siklus dar



25/47


CONTOH :

2. Penumbuhan film tipis Z

substrat silikon (100

diethylzinc (DEZn) dan Ruang ALD dikosongk

(50-70 Pa) sebelum katu

DEZn dihidupkan.

Uap dari kedua prekurs

bergantian ke dalam r

inlet terpisah.

Temperatur deposisi dite

Gambar 17 menunjukkan morfologi film tipis yang diendapkan

pada 145oC (1200 siklus proses, 0.015 s DEZn dan 0.015 s

H2O). Terdiri dari sejumlah butir kecil dan agak panjang. Tebal

ZnO berkisar 232.1±10.4 nm.

SUPERLATTICE


26/47

Superlattice adalah struktur yang terdiri dari lapisan yang be

dua atau lebih material yang berbeda

SUPERLATTICE

SUPERLATTICECONTOH :


27/47


SUPERLATTICE


28/47

Serangkaian superlattice (InAs)13/(GaSb)13 dengan

periode 90-100 ditumbuhkan oleh sumber padat

molekul beam epitaksi (MBE) di atas substrat GaSb

(001) atau InAs (001) menggunakan AS4 dan Sb4.

Suhu pertumbuhan berkisar dari 295-335oC dan

tingkat pertumbuhan untuk kedua material adalah

0,5 ML/s. Tabel 3 memberikan informasi empat

superlattices InAs / GaSb. Sampel A dan C yang

ditanam di substrat GaSb (001) dengan Obligasiantarmuka InSb. Sampel D juga tumbuh pada

substrat GaSb (001), tetapi dengan obligasi

antarmuka GaAs dan sampel B ditumbuhkan pada

substrat InAs (001) dengan obligasi antarmuka

GaAs.


SUPERLATTICE


29/47

Morfologi sampel diperiksa dalam ruang

hampa ultrahigh oleh cross-sectional mikroskop

scanning tunneling (STM) pada arus konstan

0,2 nA. sampel tumbuh dengan interface GaAs

masih planar (stabil), sedangkan dengan InSb

interface adalah nanowired (tidak stabil).Direkonstruksi diagram tiga dimensi dari

morfologi untuk nanowire sampel C dan sampel

planar D ditunjukkan pada Gambar. 21a dan b,

secara berurutan.


SELF-ASSEMBLY


30/47

SELF ASSEMBLY

Self-assembly adalah istilah umum yang digunakan untuk menggam

proses penyusunan molekul dan komponen kecil seperti partikel kec

di bawah pengaruh kekuatan tertentu seperti reaksi kimia, daya ta

dan gaya kapiler

SELF-ASSEMBLY


31/47

Monolayers self-assembled adalah molekul yang berkumpul dengan sendiri seca

spontan oleh perendaman substrat yang cocok ke dalam larutan surfaktan aktif dal

pelarut organik

SELF ASSEMBLY

Gambar 22 a. Schematic of SAM preparation and the constituents of a SAM molecule(headgroup, spacer and tailgroup)

SELF-ASSEMBLY


32/47

1. Monolayers organosilikon atau turunan alkylsilane

S SS

Stephen R.Wasserman dkk membentuk Monolayers

Alkylsiloxane dengan reaksi Alkyltrichlorosilanes pada

substrat silikon pada tahun 1989. Mula-mula,

alkyltrichlorosilanes disintesis menggunakan Metode A dan

metode B, dimana metode A melibatkan reaksi dari pereaksi

Grignard dengan tetrachlorosilane dan digunakan terutama

untuk silane yang mengandung gugus vinil terminal. Metode

B menggunakan penambahan platinum-katalis dari

trichlorosilane (HSiCl3) ke ikatan rangkap dan memberikan

rute praktis untuk trichlorosilane jenuh dan

alkyltrichlorosilanes berisi sambungan ester. Selanjutnya

pembuatan monolayer yaitu Monolayers disiapkan pada wafer

silikon bersih, permukaan yang diyakini silikon dioksida,

dengan 5 x 1014 SiOH kelompok/cm2. Substrat direndam

dalam solusi unstirred dari alkyltrichlorosilane di heksadekana

atau bicyclohexyl (25/1 mM) selama 1-24 jam. Wafer ini

kemudian dipindahkan dari solusinya, dibilas dengan pelarut

or anik dan substrat dikerin kan.

SELF-ASSEMBLY


33/47

2. Monolayers alkanethiols dan sul f ida

Pembuatan substrat dan lapisan tunggal pada

dideskripsikan sebagai berikut:. substrat emas d

penguapan 300 nm emas ke mika dan kemudian diani

Substrat direndam dalam larutan etanol encer (0,5-1 mMtarget untuk ~ 20 jam pada suhu kamar. Bahan-bahann

ferrocene-1-undecanethiol (FcC11) dan Decanethiol (

(grade kemurnian 99,5%) yang digunakan sebagai pelaru

Pembuatan substrat

SELF-ASSEMBLY


34/47

2. Monolayers alkanethiols dan sul fi da

1. solusi campuran, substrat emas direndam dalam larutan yang m

C10 dan 0,5 mM FcC11 dalam etanol untuk 24 jam.

2. perendaman selanjutnya, substrat emas direndam ke dalam 1 mMetanol (waktu bervariasi dari 3, 30 sampai 150 menit).

Kemudian, sampel dipindahkan dari solusi C10 dan dibilas dengan

mereka direndam dalam larutan 1 mM FcC11 dalam etanol selama 2

campuran SAM tersebut dibuat pada suhu kamar. Setelah perendam

dengan etanol, ditumbuk kering dan disimpan di bawah argon.

Pembuatan Campuran SAM C10/FcC11 dibuat dengan men

skema yang berbeda

SELF-ASSEMBLY


35/47

3. Monolayers asam karboksilat, amino & alkohol

Asam hydroxamic methyl-terminated , rantai-pandengan mereaksikan klorida asam yang sesbenzylhydroxylamine, diikuti dengan penghilanga

benzyl dengan hidrogenasi katalitik melalui paladium(Gambar 6.3.1). Asam hydroxamic hydroxyl-termimenggunakan 1-ethyl -3-(3-(dimethylamino) propyl(EDC) untuk memasangkan hydroxylamine yang dilidengan asam 16-hydroxyhexadecanoic

Pembuatan Asam hydroxamic

SELF-ASSEMBLY


36/47

3. Monolayers asam karboksilat, amino & alkohol

Substrat logam/ oksida logam dibuat dengan evaporelektron dengan panjang gelombang 600-1000 Å darmenjadi wafer silikon yang telah dilapisi titanium sebagai promotor adhesi. Sampel kemudian diekpos k

Pembuatan Substrat

Larutan asam alkanehydroxamic dan adsorbat lamasing-masing isooktana atau etanol. Konsentrasi mlarutan adalah 1 mM. Substrat akan tertinggal dselama 1-2 hari pada suhu kamar. Setelah dipisahkansampel dibilas dengan heptana dan etanol kemudiadalam aliran gas nitrogen.


37/47

Pembuatan Film rGO dengan Metod

Langmuir-Blodgett


38/47


Langmuir-Blodgett

Tahap A :

Lapisan terbentuk saa

Kompresi tekanan pe

Tahap B :

Lapisan rGO saling me

Gaya antar molekul m

Densitas lapisan men


39/47


Langmuir-Blodgett

Tahap C :

Densitas lapisan sema

Serpihan rGO tersusun

Terbentuk keseragama

Tahap D :

Densitas dan komeningkat

Lapisan hancur

Terbentuk lapisan bekerutan


40/47


Langmuir-Blodgett

Diagram skematik terjad


41/47

Pembuatan Film Alumina Padat dan Beba

dengan Metode Sol-Gel

Bahan-bahan kimia yang digunakan:

1. Aluminium sec-butoksida (ASB, 98%)

2. Ethylacetoacetate (EacAc, 99%)

3. Asam nitrat (65%)


42/47



1. Panaskan air deionisasi hingga 800C2. Tambahkan ASB menggunakan syring3. Suhu akan meningkat hingga 910C da

biarkan selama 3 menit4. Tambahkan EAcAc, aduk selama 2 me5. Tambahkan asam nitrat, aduk hingga

terbentuk larutan transparan

Pembuatan Sol


43/47



1. Pilih Slide kaca borosilikat sebagai substrat2. Deposisikan film sol-gel Al2O3 pada substrat melalui met3. Celupkan substrat ke dalam sol dan biarkan terendam s4. Keluarkan substrat dari larutan5. Keringkan substrat tersebut dalam wadah yang bersih

selama 2 hari6. Setelah terbentuk film gel alumina, letakkan film gel ini

selama 4 jam dalam atmosfer oksigen dengan laju pendinginan adalah 0,50C/menit

7. Film sinter ini diamati menggunakan SEM8. Lakukan pengeringan pada suhu 300C selama 72 jam9. Lepaskan film gel hijau dari substrat untuk analisis

Pembuatan Film

P b Fil Al i P d d B b


44/47



A B

Analisis TG dan DTA untuk gel alumina (A) dengan EAcAc ; (B) tanp

R f i


45/47

Referensi

1. Cao, G. (2004). Nanostructures and Nanomaterials: Synthand Applications. London: Imperial College Press.

2. Mulyanti, B., dkk. (2002). Simulasi Reaktor MOCVD dengaFEMLAB. Kontribusi Fisika Indonesia Vol. 13 No. 2.

3. Purwanto, dkk. (2014). Fabrikasi Lapisan Tipis C-Cr padadengan Menggunakan Metode Sputtering. Jurnal ISSN 1410

4. Sujarwata, Triyana, K. (2010). Studi Penumbuhan Film Tip

Metode Penguapan Hampa Udara pada Suhu Ruang untukGas. Journal Unnes Vol. 8 No. 2.

5. http://www.materialstoday.com/nanomaterials/comment/the-bottom-atomic-layer-deposition/

6. http://micromagazine.fabtech.org/archive/02/10/beyer.htm7. Pung, S.Y., Choy, K.L., & Hou, X. (2012). Structural and Optic

ZnO Nanostructures. ASEAN Engineering Journal. 1. 46-56.

R f i

http://www.materialstoday.com/nanomaterials/comment/chemistry-at-the-bottom-atomic-layer-deposition/http://www.materialstoday.com/nanomaterials/comment/chemistry-at-the-bottom-atomic-layer-deposition/http://www.materialstoday.com/nanomaterials/comment/chemistry-at-the-bottom-atomic-layer-deposition/http://www.materialstoday.com/nanomaterials/comment/chemistry-at-the-bottom-atomic-layer-deposition/http://micromagazine.fabtech.org/archive/02/10/beyer.htmlhttp://micromagazine.fabtech.org/archive/02/10/beyer.htmlhttp://micromagazine.fabtech.org/archive/02/10/beyer.htmlhttp://micromagazine.fabtech.org/archive/02/10/beyer.htmlhttp://www.materialstoday.com/nanomaterials/comment/chemistry-at-the-bottom-atomic-layer-deposition/


46/47

Referensi

8. http://wwwnlds.physik.tu-berlin.de/~patra/dynamics/s10/9. Li, J.H., Stokes, D.W., Wickett, J.C., Caha, O., Bassler, K.E.

(2009). Effect of Strain on The Growth of InAs/ GaSb SupeRay Study. arXiv preprint arXiv:0911.4140.

10. Wasserman, S.R., Tao, Y.T., &Whitesides, G.M. (1989). Reactivity of Alkylsiloxane Monolayers Formed by

Alkyltrichlorosilanes on Silicon Substrates. Langmuir, 5(4), 1011. Watcharinyanon, S. (2008). Structure of Self-Assembled Gold Studied by NEXAFS and Photoelectron Spectroscopy.

12. Jing, C., Zhao, X., & Zhang, Y. (2007). Sol-Gel Fabrication of CFree Alumina Film. Materials Research Bulletins. 42. 600-608

R f i

http://wwwnlds.physik.tu-berlin.de/~patra/dynamics/s10/http://wwwnlds.physik.tu-berlin.de/~patra/dynamics/s10/http://wwwnlds.physik.tu-berlin.de/~patra/dynamics/s10/http://wwwnlds.physik.tu-berlin.de/~patra/dynamics/s10/


47/47

Referensi

13. Jaafar, M.M., Ciniciato, G.P.M.K., Ibrahim, S.A., Phang, S.MFisher, A.C., Iwamoto, M., & Vengadesh, P. (2015). PreparationDimensional Reduced Graphene Oxide Film by Using TheBlodgett Method. Langmuir . XXXX.XXX.XXX-XXX.A-I.

14. Folkers, J.P., Gorman, C.B., Laibinis, P.E., Buccholz, S., & Whit(1994). Self Assembled Monolayers of Long-Chain Hydroxam

the Native Oxides of Metals. Langmuir, 11(3), 813-824.

Presentation UAS Fisika Material dan Divais Nano

Documents

Transcript of Presentation UAS Fisika Material dan Divais Nano