ION IMPLANTATION

TUGAS

PROSES PRODUKSI II

TAKNIK IMPLANTASI ION

Dosen :

GUSRI  AKHYAR, S.T, M.T, Ph.D

Oleh :

HERU ISWORO	1215021038
JAN WIRA	1215021040
RIZKY ARIPRATAMA	1015021051

TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

2014

I.  PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Teknologi optika modern semakin berkembang, apalagi setelah    diperluas pemanfaatannya untuk industri komunikasi. Fabrikasi serat optis adalah contoh aplikatif yang sangat mengagumkan. Pemanfaatan bahan optis untuk keperluan filter frekuensi, kopling arah dan untuk kebutuhan-kebutuhan komersial (misalnya: kaca bangunan, jendela mobil, kaca mata, gelad kimia dan lain-lain) terus dikaji dan dikembangkan.

Teknik implantasi ion adalah salah satu cara perlakuan permukaan material untuk mengubah sifat fisis, mekanis maupun sifat ketahanan korosi material, misalnya kekerasan permukaan, ketahanan aus, ketahanan korosi, ketahanan lelah. Dibanding dengan cara-cara yang biasa dilakukan seperti karburasi, nitridasi, karbonitridasi dan dapur nyala api, implantasi ion memiliki keunggulan yang tidak mengalami thermal stress dan perubahan dimensi (sioshani, 1989).

B.     TUJUAN

Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini yaitu :

a.       Mahasiswa memahami proses perlakuan panas dengan implantasi ion.

b.      Mahasiswa dapat mengaplikasikan proses implantasi ion.

II.     TEORI DASAR

A.    PENGERTIAN IMPLANTASI

Teknik implantasi ion adalah proses pencangkokan ion-ion tertentu ke permukaan benda kerja, dengan cara pengionan atom-atom,, mempercepat dan menembakkan ion-ion tersebut pada material yang akan dilapisi permukaannya. Parameter yang bepengaruh terhadap hasil akhir adalah jenis ion yang ditembakkan ke subtract, energy, dosis ion, dan jenis material yang akan dilapisi. Selama proses implantasi ion-ion akan berinteraksi dan bertumbukan dengan electron-elektron dan inti material yang dilapisi, sehingga ion-ion akan kehilangan energy dan akhirnya akan berhenti pada jarak tertentu.

B.     SITEM KERJA

Gambar 2. 1 Sistem Ion Implantasi

Adapun komponen-komponen dari mesin implantasi ion meliputi sumber ion, sumber daya listrik tegangan tinggi, sistem hampa, sistem pemisah berkas ion, tabung pemercepat, penyapu berkas dan tempat target.

1.    Sumber Ion

Sumber ion merupakan komponen yang berfungsi untuk  menghasilkan ion. Sumber ion dapat berwujud gas/uap (misal hidrogen, fosfor, boron, nitrogen) atau  berupa padatan (misal besi, nikel, aluminium dan lain-lain). Jenis sumber ion yang digunakan pada mesin implantor ion tergantung pada jenis bahan dopan yang akan diionkan.

Ion dari unsur yang diinginkan diproduksi, akselerator, dimana ion elektrostatis dipercepat untuk energi tinggi, dan ruang target, di mana ion menimpa pada target, yang merupakan bahan untuk ditanamkan. Implantasi sehingga ion merupakan kasus khusus dari radiasi partikel. Setiap ion biasanya atom tunggal atau molekul, dan dengan demikian jumlah sebenarnya bahan ditanamkan dalam target adalah integral dari waktu ke waktu dari arus ion. Jumlah ini disebut dosis. Arus yang diberikan oleh implanters biasanya kecil (microamperes), dan dengan demikian dosis yang dapat ditanamkan dalam jumlah waktu yang wajar kecil. Oleh karena itu, implantasi ion menemukan aplikasi dalam kasus di mana jumlah perubahan kimia yang dibutuhkan adalah kecil.

2.    Sumber Daya Listrik Tegangan Tinggi

Sumber daya listrik tegangan tinggi yang diperlukan pada pengoperasian implantor ion meliputi:

a.       Tegangan tinggi 0-200 kV

Tegangan ini digunakan sebagai tegangan pemercepat ion-ion dopan dalam tabung pemercepat. Untuk memperoleh tegangan sebesar itu biasanya digunakan generator Cocroft-Walton. Generator ini merupakan pelipat tegangan (voltage multiplier) yang terdiri dari generator pulsa, dioda tegangan tinggi (penyearah) dan kapasitor yang disusun secara bertingkat.

b.      Tegangan tinggi 0-5 kV

Tegangan ini diperlukan untuk mengionisasi gas-gas dopan dalam sistem sumber ion.

c.       Tegangan tinggi 0-15 kV

Tegangan ini digunakan untuk mendorong keluar ion-ion dari ruang ionisasi ke sistem tabung pemercepat.

3.      Tabung Akselerator

Tabung ini berfungsi sebagai pemercepat dan sekaligus pemfokus berkas ion. Ion yang dihasilkan oleh sumber ion akan dipercepat didalam tabung akselerator sebelum dicangkokkan pada sasaran.

4.      Sistem Hampa

Sistem hampa merupakan peralatan yang berfungsi untuk menghampakan sistem implantor ion. Agar ion-ion  dapat mencapai sasaran tanpa mengalami tumbukan dengan sisa molekul gas dalam  sistem implantasi ion, maka sepanjang lintasan yang dilalui berkas ion dopan dari sistem sumber ion sampai ke sasaran harus dalam keadaan hampa.

5.      Sistem Pemisah Berkas Ion

Sistem pemisah berkas ion berfungsi sebagai alat untuk memisahkan berkas ion menurut massanya, sehingga ion-ion yang sampai target betul-betul ion yang diinginkan. Komponen utama dari sistem pemisah berkas ion tersebut adalah kumparan elektromagnet.

6.      Ruang Sasaran

Berkas ion dopan yang dihasilkan oleh sumber ion setelah dipercepat dalam tabung akselerator selanjutnya ditembakkan pada bahan target yang diimplantasi. Bahan tersebut ditempatkan pada ruang sasaran. Ruang tersebut terdiri dari tingkap, mangkok Faraday dan pegangan bahan yang akan diimplantasi. Untuk mengukur arus berkas ion dopan, mangkuk Faraday dihubungkan dengan alat ukur microamperemeter.

Gambar 2.2 Sistem Implantasi Ion dengan Separator

Peralatan implantasi Ion biasanya terdiri dari sumber ion, dimana ion dari unsur yang diinginkan diproduksi, akselerator, dimana ion elektrostatis dipercepat untuk energi tinggi, dan ruang target, di mana ion menimpa pada target, yang merupakan bahan untuk ditanamkan. Implantasi sehingga ion merupakan kasus khusus dari radiasi partikel. Setiap ion biasanya atom tunggal atau molekul, dan dengan demikian jumlah sebenarnya bahan ditanamkan dalam target adalah integral dari waktu ke waktu dari arus ion. Jumlah ini disebut dosis. Arus yang diberikan oleh implanters biasanya kecil (microamperes), dan dengan demikian dosis yang dapat ditanamkan dalam jumlah waktu yang wajar kecil. Oleh karena itu, implantasi ion menemukan aplikasi dalam kasus di mana jumlah perubahan kimia yang dibutuhkan adalah kecil.

Energi ion tipikal adalah di kisaran 10-500 keV (1.600 sampai 80.000 AJ). Energi dalam rentang 1 sampai 10 keV (160 sampai 1.600 AJ) dapat digunakan, tapi menghasilkan penetrasi hanya beberapa nanometer atau kurang. Energi lebih rendah dari hasil ini di sangat sedikit kerusakan pada target, dan jatuh di bawah sinar ion deposisi penunjukan. Energi yang lebih tinggi juga dapat digunakan: akselerator mampu 5 MeV (800.000 aj) yang umum. Namun, sering ada kerusakan struktural besar untuk target, dan karena distribusi kedalaman yang luas (puncak Bragg), perubahan komposisi bersih pada setiap titik target akan menjadi kecil.

Energi ion, serta spesies ion dan komposisi target menentukan kedalaman penetrasi ion dalam padatan: Sebuah sinar ion monoenergetic umumnya akan memiliki distribusi kedalaman yang luas. Kedalaman penetrasi rata-rata disebut jangkauan ion. Dalam keadaan khas rentang ion akan berada di antara 10 nanometer dan 1 mikrometer. Dengan demikian, implantasi ion ini sangat berguna dalam kasus-kasus di mana perubahan kimia atau struktural yang diinginkan berada di dekat permukaan target. Ion secara bertahap kehilangan energi mereka saat mereka melakukan perjalanan melalui padat, baik dari tabrakan sesekali dengan target atom (yang menyebabkan transfer energi mendadak) dan dari drag ringan dari tumpang tindih orbital elektron, yang merupakan proses yang berkesinambungan. Hilangnya energi ion dalam target disebut berhenti dan dapat disimulasikan dengan metode biner tabrakan pendekatan.

Sistem Accelerator untuk implantasi ion umumnya diklasifikasikan ke dalam

Sedang saat ini - arus berkas ion antara 10 μA dan ~ 2 mA.

Tinggi saat ini - arus berkas ion hingga ~ 30 mA.

Tinggi energi - energi ion di atas 200 keV dan sampai 10 MeV.

Dosis yang sangat tinggi - implan efisien dosis lebih besar dari 1016 ion/cm2.

Semua varietas implantasi ion desain beamline mengandung kelompok umum tertentu komponen fungsional. Segmen utama pertama dari sebuah beamline ion termasuk perangkat yang dikenal sebagai sumber ion untuk menghasilkan spesies ion . Sumber erat digabungkan ke elektroda bias untuk ekstraksi ion menjadi beamline dan paling sering ke beberapa cara memilih spesies ion tertentu untuk transportasi ke bagian akselerator utama. "Massa " seleksi sering disertai dengan berlalunya sinar ion diekstrak melalui daerah medan magnet dengan jalur keluar dibatasi dengan memblokir lubang , atau " celah " , yang memungkinkan hanya ion dengan nilai tertentu dari produk massa dan kecepatan / bertanggung jawab untuk terus menyusuri beamline . Jika permukaan target lebih besar dari diameter balok ion dan distribusi seragam dosis implan yang diinginkan di atas permukaan target , maka beberapa kombinasi balok scanning dan gerak wafer digunakan . Akhirnya , permukaan implan digabungkan dengan beberapa metode untuk mengumpulkan akumulasi muatan ion ditanamkan sehingga dosis disampaikan dapat diukur secara kontinyu dan proses implan berhenti pada tingkat dosis yang diinginkan

C.   APLIKASI IMPLANTASI ION

1.      Ketangguhan Baja Tool

Nitrogen atau ion lainnya dapat ditanamkan ke target baja perkakas (Misalnya mata bor). Perubahan struktural yang disebabkan oleh implantasi menghasilkan kompresi permukaan di baja, yang mencegah penjalaran retak dan dengan demikian membuat bahan lebih tahan terhadap kemampuan permesinan. Perubahan kimia juga bisa membuat alat ini lebih tahan terhadap korosi.

2.      Finishing Permukaan

Pada beberapa aplikasi, misalnya untuk perangkat palsu seperti sendi buatan, diinginkan memiliki permukaan yang sangat tahan terhadap korosi kimia dan keausan akibat gesekan. Implantasi ion digunakan dalam kasus-kasus tersebut kepada ahli pembuat perangkat permukaan tersebut untuk performa yang lebih dapat diandalkan. Seperti dalam kasus baja perkakas, modifikasi permukaan yang disebabkan oleh implantasi ion meliputi kompresi permukaan yang mencegah penjalaran retak dan paduan permukaan untuk membuatnya lebih tahan terhadap korosi kimiawi.

3.      Baterai Lapisan Tipis

Dalam hasil riset yang dipublikasikan oleh American Chemical Society dalam jurnal ACS Nano, ahli-ahli material yang terdiri dari Liangbing Hu, Hui Wu dan Yi Cui melapisi sebuah kertas biasa pada kedua sisinya dengan lapisan tabung-tabung berukuran nanometer yang terbuat dari karbon. Kemudian lapisan tipis senyawa lithium yang mengandung logam. Dengan desain tersebut maka lapisan lithium berfungsi sebagai elektroda dan lapisan tabung nano berfungsi sebagai penyimpan muatan listrik. Kertas yang digunakan mempunyai fungsi sebagai tumpuan mekanis dan pemisah elektrode. Berdasar hasil pengujian yang dilakukan, baterai kertas setebal 3mm tersebut mempunyai banyak kelebihan jika dibandingkan dengan baterai tipis lainnya, antara lain tebalnya yang jauh lebih tipis, energi densitas yang lebih tinggi, dan tidak mengalami penurunan unjuk kerja setelah pengujian 300 siklus isi ulang.   Konsep baterai lapisan tipis sangat sederhana,yaitu  dengan  membangun  lapisan tipis solid anoda, elektrolit padat dan katoda  berurutan pada substrat, contohya,  Li / LiI / AgI.  Dengan menggunakan elektrolit polimer atau gel. Baterai lapisan tipis dapat dihasilkan dengan proses uap vakum fisika, DC sputtrering maupun Rf  sputtering yang telah umum digunakan saat ini. Skala ukuran ketebalan lapisan yang di hasilkan berada pada skala mikron. Pertama kali baterai lapisan tipis di hasilkan pada tahun 1982 yang diumumkan dari Hitachi Co, Jepang, namun belum dapat digunakan maksimal  karena daya baterai terssebut terlalu kecil untuk digunakan secara kontemporer untuk perangkat listrik sehari-hari. Selama 20 tahun, kemajuan teknologi semikonduktor memungkinkan kita untuk menggunakan  perangkat berdaya rendah,  seperti CMOS, FE-RAM selain itu,  perkembangan terakhir perangkat listrik mikro seperti  dapat dipakai komputer, RF ID tag, mikro-mesin dan lain-lain (E. Kartini. Dkk 2010).

Membuat baterai lapisan tipis,  perlu  memalsukan semua komponen baterai, sebagai anoda, elektrolit padat, katoda dan kolektor arus yang dibuat berlapis lapis  dengan teknik yang sesuai. Biasanya, logam lithium digunakan untuk anoda  disusun oleh deposisi uap vakum  panas (VD). elektrolit padat,  katoda atau  yang biasa digunakan sebagai anoda oksida yang disusun dengan berbagai teknik contohnya, RF sputtering  (RFS), RF magnetron sputtering (RFMS). Dalam beberapa kasus  deposisi uap kimia (CVD) dan pengendapan semprot elektrostatis (ESD) digunakan. Baru-baru ini, laser berdenyut pengendapan (PLD) sering digunakan terutama untuk bahan katoda.  Karena biaya awal untuk pembangunan ruang vakum cluster dan perangkat persiapan mahal, hanya beberapa kelompok , terutama di perusahaan besar Jepang, Perancis dan Amerika Serikat telah berhasil pembuatan baterai film tipis. Baru-baru ini, kelompok di universitas Tohoku Jepang berhasil membuat thin-film baterai hanya dengan teknik PLD berurutan, yang menggunakan hanya satu ruang vakum dan sumber laser. Teknik ini mengurangi biaya awal untuk pengembangan dan akan berguna untuk penelitian lebih lanjut tentang baterai film tipis.

D.    KEUNTUNGAN DAN KELEBIHAN IMPLANTASI ION

Adapun kelebihan dari implantasi ion yaitu :

1.    Bahan yang diimplantasikan memiliki tingkat kemurnian yang sangat tinggi, karena menggunakan magnet pemisah massa sehingga dapat dipilih ion tertentu saja yang diinginkan.

2.    Jumlah (dosis) pengotor yang ditambahkan dapat diatur dan diamati dari berkas arus ion dengan teliti.

3.    Kedalaman sambungan dapat diatur dengan sangat teliti melalui pengaturan tenaga implantasi.

4.    Tidak memerlukan temperatur tinggi dalam

5.  Implantasi Ion memberikan banyak kontrol yang lebih tepat atas kepadatan dopan disetorkan ke wafer , dan karenanya resistansi lembar . Hal ini dimungkinkan karena kedua tegangan mempercepat dan arus berkas ion elektrik dikendalikan di luar aparat di mana implan terjadi . Juga karena saat ini berkas dapat diukur secara akurat selama implantasi , jumlah yang tepat dari pengotor dapat diperkenalkan . Kaleng kontrol atas tingkat doping , bersama dengan keseragaman implan di atas permukaan wafer , membuat implantasi ion yang menarik untuk fabrikasi IC , karena hal ini menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam kualitas IC .

Seperti halnya proses perlakuan permukaan yang lain, implantasi ion juga memiliki kekurangan. Kekurangan implantasi ion yaitu :

1.    Menghasilkan kerusakan yang tersisa pada lapisan yang diimplantasi.

2.    Daerah yang dimplan relatif kecil, untuk memproses daerah yang lebih luas maka benda kerja harus digerakkan.

3.    Lapisan implantasi sangat tipis jika dibandingkan dengan proses pelapisan permukaan yang lain.

E.    TUJUAN

Implantasi ion dapat digunakan untuk mencapai sinar ion pencampuran, yaitu mencampur atom elemen yang berbeda pada sebuah antarmuka. Ini mungkin berguna untuk mencapai antarmuka dinilai atau memperkuat adhesi antara lapisan bahan bercampur.

Ion Implantasi adalah sebuah alternatif untuk difusi deposisi dan digunakan untuk menghasilkan daerah permukaan dangkal atom dopan disimpan ke dalam wafer silikon . Teknologi ini telah membuat jalan yang signifikan dalam difusi teknologi di beberapa daerah . Dalam proses ini sinar ion pengotor dipercepat untuk energi kinetik dalam kisaran puluhan kV dan diarahkan ke permukaan silikon . Sebagai atom pengotor masuk kristal , mereka memberikan energi kepada kisi dalam tabrakan dan akhirnya datang untuk beristirahat di beberapa kedalaman penetrasi rata-rata , yang disebut kisaran proyeksi dinyatakan dalam meter mikro . Tergantung pada pengotor dan energi implantasi nya , kisaran dalam semikonduktor tertentu dapat bervariasi dari beberapa ratus angstrom sekitar 1micro meteran . Distribusi khas dari pengotor sepanjang rentang diproyeksikan sekitar Gaussian . Dengan melakukan beberapa implantasi pada energi yang berbeda , adalah mungkin untuk mensintesis distribusi pengotor yang diinginkan , misalnya wilayah seragam doped .

III.           PENUTUP

Teknik implantasi ion adalah salah satu cara perlakuan permukaan material untuk mengubah sifat fisis, mekanis maupun sifat ketahanan korosi material, misalnya kekerasan permukaan, ketahanan aus, ketahanan korosi, ketahanan lelah. Dibanding dengan cara-cara yang biasa dilakukan seperti karburasi, nitridasi, karbonitridasi, dan dapur nyala api, implantasi ion memiliki keunggulan yang tidak mengalami thermal stress dan perubahan dimensi (sioshani, 1989).

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. Ion Implantation. http://en.wikipedia.org/wiki/Ion_implantation. Diakses Pada 8 Mei 2014 Pukul 22.30 WIB.

John. Ion Implantation. http://www.circuitstoday.com/ion-implantation. Diakses pada 8 Mei 2014 Pukul 22.40 WIB.

Tampai A. Melton. Implantasi Ion. http://etom-tampai.blogspot.com/2011/05-/implantasi-ion.html. Dialses Pada 8 Mei 2014 Pukul 22.37 WIB.