KARAKTERISTIK LASER PULSA Nd:YAG Q-SMART 850 DAN APLIKASI PLD SKRIPSI NOVA PRATIWI BARUS

Transkripsi

1 KARAKTERISTIK LASER PULSA Nd:YAG Q-SMART 850 DAN APLIKASI PLD SKRIPSI NOVA PRATIWI BARUS DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2 KARAKTERISTIK LASER PULSA Nd:YAG Q-SMART 850 DAN APLIKASI PLD SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains NOVA PRATIWI BARUS DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

3 PERSETUJUAN Judul : Karakteristik Laser Nd:Yag Q-Smart 850 Dan Aplikasi Pld Kategori : Skripsi Nama : Nova Pratiwi Barus Nim : Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Disetujui di Medan, 12 Agustus 2015 Disetujui oleh : Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing : Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang Dr. Bisman Parangin Angin,M.Eng.Sc NIP NIP :

4 LEMBAR PENGESAHAN

5 PERNYATAAN KARAKTERISTIK LASER PULSA Nd:YAG Q-SMART 850 DAN APLIKASI PLD SKRIPSI Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di dalamnya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing masing disebutkan sumbernya. Medan, 12 Agustus 2015 NOVA PRATIWI BARUS

6 PENGHARGAAN Kita tahu sekarang, bahwa Allah turut bekerja dalam segala sesuatu untuk mendatangkan kebaikan bagi mereka yang mengasihi Dia, yaitu bagi mereka yang terpanggil sesuai dengan rencana Allah. (Roma 8 : 28) Dalam penulisan Tugas Akhir penulis ini karena campur tangan Tuhan melewati banyak proses dengan banyak mendapatkan masukan, arahan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis banyak mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang terlibat didalam penulisan Tugas Akhir ini. Ucapan Terimakasih penulis sampaikan kepada : 1. Bapak DR. Bambang Widiyatmoko, M.Eng selaku Kepala Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Kawasan PUSPITEK Serpong, Tanggerang yang telah memberikan izin untuk melaksakan penelitian. 2. Para peneliti di LIPI Serpong, Banten, yang telah banyak membantu saya diantaranya Ibu DR. Maria M.Suliyanti, M.T yang selaku menjadi pembimbing dosen saya di LIPI selama 3 bulan penelitian. Juga kepada seluruh dosen Group Laser :Pak Isnaeni, Pak Suryadi, Bu Affi, Bu Yuli yang juga membantu penulis selama menyelesaikan penelitian penulis. 3. Bapak Prof. Masno Ginting dan Prof. Pardamean Sebayang dan seluruh staf/karyawan P2F LIPI Serpong yang tidak dapat saya sebutkan namanya satu per satu, saya mengucapkan terimakasih. 4. Bapak Dr.Bisman Perangin Angin, M.Eng,Sc selaku dosen pembimbing saya yang telah memberikan banyak masukan, waktu dan pikiran untuk membantu menyelesaikan Tugas akhir saya, saya ucapkan banyak terimakasih. 5. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang sebagai Ketua Jurusan Fisika sekaligus menjadi dosen penguji saya. Dan Bapak Dr. Nasruddin M.N, M.Eng. Sc dan Dr. Takdir Tamba, M.Eng. Sc sebagai dosen penguji yang telah memberi kritik dan saran yang membangun demi skripsi penulis. Serta seluruh dosen, staf/karyawan Departemen Fisika, saya mengucapkan terimakasih. 6. Ayah terkasih A. Barus dan Ibu tercinta D. Pardede dan Keluarga besar saya yang senantiasa mendukung dalam doa dan semangat yang sangat berpengaruh dan menolong bagi penulis disaat-saat sedih atau senang. 7. Prolix 2011 teman teman seperjuangan selama perkuliahan yang membuat penulis banyak belajar secara akademis dan moril membangun dan membentuk karakter penulis secara pribadi dan berharap yang terbaik untuk kita semua kedepannya meraih cita cita bersama Tuhan secara luar biasa. 8. Keluarga Jehovah Jireh (Bg Andes, Desi, Misael dan David) penolong dalam kehidupan baruku didalan Kristus melalui Kelompok Tumbuh Bersama, mendukung dan mengajar dalam penulisan skripsi ini dalam doa dan pergumulan bersama sama. 9. Kepada adik-adik Rohani Eva, Lena, Tina dan Junita, Thesa, Sallye, Ester,Valen, Rendi, Lois, Fredi, dan Ester yang senantiasa didalam doa penulis

7 yang menjadi kuat, dan yakin didalam Dia ada pengharapan didalam Kristus membuat penulis tetap berkomitmen dalam kesibukan penulis untuk tetap bersama-sama kelompok kecil. 10. Kepada teman-teman sepelayanan koordinasi UP FMIPA tahun 2014 dan 2015 yang selalu menompang didalam doa dalam jarak jauh sekalipun penulis mengucapkan terimakasih, kiranya kita semua tetap setia dalam Tuhan. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari yang diharapkan dari kata sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca agar dapat menjadi acuan untuk penulisan selanjutnya. Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

8 ABSTRAK Dalam penelitian ini, dilakukan karakterisasi laser Nd:YAG Q-Smart 850 yaitu pengamatan spektrum panjang gelombang, pengukuran beam profile, dan pengukuran besar energy laser Nd:YAG tersebut. dan dilakukan salah satu aplikasi dari kemampuan laser ini adalah PLD (pulsed laser deposition) dengan melakukan pelapisan alumina pada plat Al dan Silicon Wafer. Pada pengamatan spektrum panjang gelombang menggunakan HR2000, pengukuran beam profile menggunakan sensor CCD dan software Laser Beam Analizer. Dengan dimulai variasi energy laser terendah maka didapati diameter dari berkas laser Nd:YAG yaitu untuk 532 nm sebesar 2,606 mm dan untuk 1064 nm ialah sebesar 2,549 mm. Juga telah dilakukan pengukuran energy laser Nd:YAG dengan menggunakan Energy Meter Coherent.Dan telah berhasil melakukan pelapisan Alumina pada plat Al dan silicon wafer melalui teknik PLD (pulsed laser position) dan dianalisis menggunakan SEM dengan perbesaran hingga 3500 kali juga dibuktikan dari hasil mapping dan point analysis. Kata kunci : Karakteristik, Laser Nd:YAG Q-Smart 850, PLD

9 CHARACTERISTICS OF LASER PULSE Nd:YAG Q-SMART 850 AND APPLICATION PLD ABSTRACT In this research, carried out the characterization of laser Nd:YAG Q-Smart 850 is the observation wavelength spectrum, measurements of beam profile, and a large measurement laser energy Nd:YAG them, and carried out one of the applications of these lasers is the ability of the PLD (pulse laser deposition) by making alumina coating on the plate AL and Silicon Wafer. In observation wavelength spectrum using HR2000, beam profile measurements using CCD sensors and software Laser Beam analyszer. By starting low laser energy variation then found the diameter of the laser beam Nd:YAG is to 532 nm at 2,606 mm and for 1064 nm is of 2,549 mm. It has also been carried out measurements of laser energy Nd:YAG using Coherent. And Energy Meter has been successfully Alumina coating on the plate Al and Silicon Wafer by techniques PLD (pulsed laser position) and analyzed using SEM with a magnification up to 3500 times os also proved from the results of mapping and point analysis. Keywords : Characteristics, Laser Nd:YAG Q-Smart 850, PLD

10 DAFTAR ISI Halaman Persetujuan Pengesahan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar isi Daftar table Daftar gambar i ii iii iv vi vii viii x xi BAB 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Metode Penelitian Sistematika Penulisan 4 BAB 2 Tinjauan Pustaka 2.1 Spektrum Elektromagnetik Laser Proses Terjadinya Laser Proses Absorbsi Emisi Spontan Emisi Stimulasi Kompenen Laser Karakteristik Sinar Laser Laser Pulsa Laser ND YAG PLD (Pulsed Laser Deposition) Scanning Electron Microscope (SEM) Laser Nd-Yag Q-Smart Perangkat Sistem Laser Pulsa Nd-Yag Q-Smart Sistem Pengoperasian Sistem Laser Pulsa Nd-Yag Q-Smart BAB 3 Metodologi Penelitian 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Tempat Penelitian Waktu Penelitian 27

11 3.2 Perangkat dan Prosedur Pengamatan Spektrum Panjang Gelombag Sinar Laser Perangkat Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Sinar Laser Prosedur Pengamatan Spektrum Sinar Laser Perangkat dan Prosedur Pengamatan Beam Profiler Sinar Laser Perangkat Pengamatan Spektrum Beam Profiler Sinar Laser Prosedur Pengamatan Beam Profil Sinar Laser Perangkat dan Prosedur Pengukuran Energi Laser Perangkat Pengukuran Energi Laser Prosedur Pengamatan Beam Profil Sinar Laser Perangkat dan Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis dengan teknik Pulsed Laser Deposition (PLD) Perangkat Pembuatan Lapisan Tipis dengan teknik Pulsa Laser Deposition (PLD) Prosedur Pembuatan Lapisan Tipis dengan Teknik Pulsa Laser Deposition (PLD) Diagram Kerja 39 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengamatan Spektrum Panjang Gelombang Laser Hasil Pegukuran Beam Profile Hasil Pengukuran Energy Laser Nd-YAG Hasil Film Tipis 48 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran 58 Daftar Pustaka Lampiran

12 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Jenis Jenis Karakteristik Laser Pulsa 7 Tabel 4.1 Beam Profilex sinar laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850 panjang gelombang Tabel 4.2 Beam Profilex sinar laser pulsa Nd-YAG Q-Smart 850 panjang gelombang 1064 nm 44 Tabel 4.3 Pengukuruan energi laser Nd-YAG Q-Smart Tabel 4.4 Elemen hasil SEM lapisan alumina pada Al 52 Tabel 4.5 Elemen hasil SEM lapisan alumina pada silicon wafer 56

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Gelombang Elektromagnetik 5 Gambar 2.2 Proses absorbs 7 Gambar 2.3 Proses emisi spontan 7 Gambar 2.4 Proses emisi stimulasi 8 Gambar 2.5 Dasar komponen sebuah laser 9 Gambar 2.6 Empat Level secara khas sistem Neodymium 9 Gambar 2.7 Sistem PLD 13 Gambar 2.8 Proses atomik berefek ke 3 dimensi pertumbuhan pada lapisan tipis dengan teknik PLD 15 Gambar 2.9 Pergerakan dari muka plasma terhadap waktu Gambar 2.10 dengan target kaca silica dan laser XeC 16 Model pembangkitan laser-plasma dengan gelombang kejut 16 Gambar 2.11 Laser Head 18 Gambar 2.12 ICE Power Supplay 20 Gambar 2.13 Q-pad 21 Gambar 2.14 Gambar tampilan screen Q-pad 21 Gambar 3.1 Spektrometer HR 2000 Ocean Optic 28 Gambar 3.2 Diagram blok pengamatan panjang gelombang laser pulsa Nd-YAG Q-smart Gambar 3.3 Filter 30 Gambar 3.4 Diagram blog pengamatan beam profilex sinar Laser 31 Gambar 3.5 Diagram blog pengukuran energy sinar Laser 32 Gambar 3.6 Chamber (9cm x 9cm x 12cm) 34 Gambar 3.7 Pirani Meter Diavac Limited PT-9P 34 Gambar 3.8 Pompa Vakum ULVAC GLD-136C 35 Gambar 3.9 Target Substrat Alumina 36 Gambar 3.10 Plasma dalam chamber 37 Gambar 3.11 Set-up sistem PLD 38 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Spektrum panjang gelombang laser pulsa Nd-YAG Q-smart Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang 1064 nm. 47 Grafik Pengukuran Energy Laser Nd-Yag panjang gelombang 532 nm. 48 Target yang digunakan yaitu Alumina setelah irradiasi dengan laser pulsa Nd-YAG q-smart 850 secara repetisi 10 Hz. Target berputar. 49 Foto plasma dari target Alumina dengan

14 irradiasi laser Nd:YAG q-smart Gambar 4.6 Sample hasil lapisan pada plat Al dan Silicon Wafer 50 Gambar 4.7 Foto Hasil Pelapisan 50 Gambar 4.8 Hasil SEM Film Alumina pada AL 51 Gambar 4.9 Point Analysis Alumina pada Al 52 Gambar 4.10 Hasil Mapping Alumina pada Al 53 Gambar 4.11 Foto Hasil Pelapisan Pada Plat Silicon Wafer 54 Gambar 4.12 Hasil SEM permukaan lapisan Alumina pada Silicon wafer 54 Gambar 4.13 Hasil Mapping Alumina pada Silicon wafer 55 Gambar 4.14 Point Analysis Alumina pada Silicon wafer 56