PEMBUATAN LAPISAN TIPIS SnO2 DENGAN METODE SPUTTERING DC UNTUK SENSOR GAS CO

ISSN 141-6957 PEMBUATAN LAPISAN TIPIS SnO2 DENGAN METODE SPUTTERING DC UNTUK SENSOR GAS CO Sayn, Suprapt, Sunardi Pusat Teknlgi Akseleratr dan Prses Bahan BATAN Jl. Babarsari Ktak Ps 611 Ykbb, Ygyakarta 55281 ABSTRAK PEMBUATAN LAPISAN TIPIS SnO2 DENGAN METODE SPUTTERING DC UNTUK SENSOR GAS CO. Telah dilakukan pembuatan lapisan tipis SnO2 dengan metde sputtering DC untuk gas CO. Pembuatan lapisan tipis SnO2 dilakukan dengan parameter sputtering pada tegangan elektrda 2 kv, arus 1 ma, tekanan vakum 5 1-2 trr, waktu depsisi 3 menit, 6 menit dan 12 menit pada suhu substrat 25 C, sedangkan gas sputtering adalah gas argn. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa lapisan tipis SnO2 yang didepsisi dengan parameter sputtering : tegangan 2 kv, arus 1 ma, tekanan 5 1-2 Trr, waktu 12 menit dan suhu 25 C mempunyai sensitivitas ptimun 23 % untuk mendeteksi gas CO pada knsentrasi 16,25 ppm. Kemudian dari hasil analisis unsur lapisan SnO2 pada kndisi ptimum menggunakan SEM EDS diperleh Sn sebesar 31,73%, O sebesar 67,37 % atm. Kata Kunci : Sputtering, lapisan tipis SnO2, Sensitivitas dan sensr gas. ABSTRACT FABRICATION OF SnO2 THIN FILM FOR CO GAS SENSOR USING DC SPUTTERING METHOD. Fabricatin f SnO2 thin film fr CO gas sensr using DC sputtering has been carried ut. The fabricatin was dne with sputtering parameters at electrde vltage f 2 kv, current 1 ma,vacuum pressure 5 1-2 trr, depsitin time 3 minutes, 6 minutes and 12 minutes at temperature 25 C while as gas sputtering was argn. The results shwed that SnO2 thin films with parameter prcess vltage 2 kv, current 1 ma, pressure 5 1-2 Trr, time 12 minutes and temperature depsitin was 25 C have ptimum sensitivity t detect CO gas. It s measured at 16.25 ppm. SEM-EDS analysis shwed that at this ptimun cnditin f SnO 2 thin film was cntent f xygen (O) and Sn were 67.37% and 31.73 % atms respectively. Key wrd : Sputtering, SnO2 thin film, sentivities and gas sensr. PENDAHULUAN G as merupakan suatu zat yang paling fleksibel pergerakannya dan tidak tampak jika dilihat dengan mata telanjang. Gas ada yang bermanfaat dan ada yang berbahaya bila berada di sekitar kita, antara lain gas beracun yang sangat berbahaya bagi manusia adalah gas CO jika dalam knsentrasi yang besar. Gas CO bila terhirup dalam tubuh akan mengikat ksigen dalam darah dan pada resik yang paling tinggi dapat menimbulkan kematian. Aplikasi semiknduktr ksida lgam sebagai sensr gas dikembangkan dalam 2 tipe yaitu pertama untuk memnitr atmsfer dengan parameter utama adalah tekanan parsial ksigen. Dan kedua untuk memnitr unsurunsur atmsfer dalam knsentrasi relatif kecil dan kndisi udara nrmal[1]. Sensr gas adalah alat yang dipakai untuk mendeteksi perubahan kndisi lingkungan udara dan kemudian menghasilkan sinyal listrik yang besarnya sebanding dengan knsentrasi gas. Semiknduktr ksida mempunyai rancangan sederhana dan harga yang relatif murah, hal ini menyebabkan bahan tersebut mennjl sebagai bahan pilihan untuk digunakan dalam penyediaan perangkat multi-sensr[2]. Walaupun demikian penggunaan semiknduktr ksida sebagai sensr gas terus mengalami penyempurnaan khususnya sifat sensitivitas dan selektivitas yang merupakan dua isu penting dalam perangkat sensr gas. Lapisan tipis ksida lgam merupakan salah satu jenis dari sekian banyak bahan lapisan tipis yang telah dikembangkan menjadi sensr gas semiknduktr. Keadaan ini dimungkinkan karena struktur dan sifat elektrik lapisan tipis ksida dapat dikntrl dalam prses pembuatannya, sehingga dapat mengubah tingkat sensitivitasnya jika berada dalam lingkungan gas. Banyak teknik yang digunakan untuk membuat lapisan tipis (thin film), diantaranya adalah dengan metde sputtering. Metde sputtering mempunyai keunggulan diantaranya : dapat menyediakan bahan lapisan tipis yang Sayn, dkk. GANENDRA, Vl. IX, N. 2, Juli 26 21

Pembuatan Lapisan Tipis SnO2 Dengan Metde Sputtering DC Untuk Sensr Gas seragam, padat (dense), memenuhi stikimetri dan apabila prses sputtering telah dimatikan, maka seluruh prses depsisi akan segera berhenti[3]. Para peneliti sekarang sedang mengembangkan penggunaan lapisan tipis ksida lgam seperti: TiO2, ZnO, CeO2, dan SnO2 untuk dapat mendeteksi keberadaan gas. Diantaranya lapisan tipis yang dikembangkan adalah lapisan tipis SnO2. Karena lapisan tipis ini mampu mendeteksi beberapa macam gas dengan baik diantaranya adalah gas CO. Pendeteksian gas didasarkan pada peristiwa ksidasi reduksi yang terjadi antara permukaan lapisan tipis dengan gas yang dideteksi[3]. Pada penelitian ini telah dilakukan pembuatan lapisan tipis SnO2 dengan metde sputtering DC sebagai sensr gas CO untuk memperleh parameter prses yang tepat/kndisi ptimun sehingga diperleh lapisan tipis SnO2 yang dapat digunakan sebagai sensr gas CO dengan mempunyai sensitivitas tinggi. Tujuan penelitian ini adalah untuk memperleh pengetahuan dan penguasaan teknlgi pembuatan lapisan tipis SnO2 sebagai bahan sensr gas CO dengan metde sputtering DC. Sedang manfaatnya adalah dapat diperleh suatu bahan baru yang dapat digunakan untuk pembuatan sensr gas yang mempunyai sensitivitas tinggi. Untuk mengetahui keberhasilan dari pembuatan lapisan tipis SnO2 dengan sputtering DC, maka dilakukan karakterisasi yang meliputi: pengukuran resistansi dan sensitivitas/kepekaan tanggap terhadap gas CO, analisis struktur mikr dan kmpsisi kimia digunakan SEM-EDS (scanning electrn micrscpy-energy dispersive X-Ray spectrscpy). DASAR TEORI Dalam pembuatan lapisan tipis untuk sensr gas dilakukan dengan teknik sputtering DC yaitu suatu prses jika suatu permukaan bahan padat (target) mengalami tembakan partikel-partikel atau in berenergi, maka bahan (dalam bentuk atm-atm) dari permukaan target tersebut akan terpercik keluar akibat prses transfer mmentum. Parameter-parameter sputtering akan sangat menentukan knduktivitas bahan adalah tegangan elektrda, arus, jarak antara elektrda, suhu substrat, tekanan gas dan waktu depsisi. Sputtering DC Sistem sputtering DC terdiri dari dua elektrda yaitu anda dan katda. Pada anda ditempatkan substrat (bahan yang akan dilapisi) yang dilengkapi dengan pemanas untuk membuka pri-pri substrat, sehingga bahan yang didepsisi di atas permukaan substrat dapat melekat lebih kuat dan tidak mudah mengelupas. Pada katda dipasang bahan target dan dilengkapi dengan pendingin (water cling system) yang berfungsi menghindarkan bahan target agar tidak meleleh akibat suhu yang terlalu tinggi. Untuk membersihkan mlekul-mlekul dalam tabung reaktr plasma sehingga diperleh tekanan yang -5 rendah, maka dilakukan penghampaan dengan pmpa rtari dan difusi hingga mencapai tekanan 1 Trr. Sangat penting untuk diperhatikan bahwa teknik ini bisa kita gunakan untuk mengntrl kepresisian lapisan tipis semiknduktr yang kita buat yaitu dengan mengatur waktu depsisi, tegangan dan arus dari sumber daya DC yang digunakan. Dalam sistem sputtering DC, partikel-partikel tersputter bertumbukan dengan mlekul-mlekul gas dan berdifusi pada substrat, karena tekanan gas sangat tinggi dan jalan bebas rerata partikel terpercik kurang dari jarak antara elektrda. Jumlah material terpercik yang terdepsit suatu satuan luas substrat W diberikan leh persamaan (1)[4]. W k1 W / pd (1) dengan, W merupakan jumlah bahan yang tersputter yang menempel pada substrat, k1 adalah suatu knstanta (rc/ ra) dengan rc dan ra masing-masing adalah jari-jari katda dan anda (bernilai 1 untuk sistem planar), W adalah jumlah partikel yang tersputter dari satuan luas katda, p adalah tekanan gas lucutan, d adalah jarak antar elektrda dan laju depsisi Rd diberikan leh persamaan (2)[4]. Rd = W / t (2) Sedangkan jumlah atm tersputter dari satuan luas katda W diberikan persamaan 3. 22 GANENDRA, Vl. IX, N. 2, Juli 26 Sayn, dkk.

Pembuatan Lapisan Tipis SnO2 Dengan Metde Sputtering DC Untuk Sensr Gas W = J + St A ena (3) dalam hal ini J+ adalah rapat arus in pada katda, t adalah waktu sputter, e adalah muatan elektrn, S adalah hasil sputtering, A adalah berat atm. Dengan asumsi bahwa arus in mendekati sama dengan arus lucutan Is dan hasil sputtering (S) sebanding dengan tegangan lucutan Vd maka jumlah ttal partikel terpercik diberikan leh persamaan (4)[4]. W= Vd I d.t pd (4) sehingga depsit tersputter sebanding Vd, Id, dan t akibatnya makin besar waktu, makin banyak bahan terpercik. Pengaruh tekanan terhadap sputtering menunjukkan apabila terlalu kecil tekanan maka in-in penumbuk terlalu sedikit namun terlalu besar tekanan in-in penumbuk banyak tetapi tidak efisien. Hasil sputtering berubah dengan energi partikel atau in yang datang dan menumbuk target. Energi sputtering yang dipindahkan pada saat prses tumbukan dirumuskan leh persamaan (5)[4]. E1 = 4M 1 M 2 E2 (M 1 + M 2 ) (5) dengan E1 energi kinetik partikel penumbuk, M1 massa partikel penumbuk, M2 massa target, E2 energi yang ditransfer partikel bermassa M1 ke atm M2. Tenaga yang dipindahkan ini digunakan untuk melepaskan atm-atm bahan target serta sisanya merupakan energi kinetik atm terpental untuk menuju ke substrat, artinya berlangsung prses depsisi atm-atm target di atas substrat. Hasil Sputtering Hasil Sputtering S didefinisikan sebagai jumlah rata-rata atm-atm yang dipindahkan dari permukaan target per in penumbuk[4]. Hasil sputtering dirumuskan pada persamaan 6 : S= Atm-atm yang dipindahkan In in penumbuk (6) Hasil sputtering akan dipengaruhi leh faktr-faktr seperti energi partikel yang datang, material target, sudut datang partikel pada permukaan target, struktur kristal permukan target. Lapisan tipis SnO2 sebagai sensr gas SnO2 merupakan jenis semiknduktr ksida lgam celah pita lebar tipe-n yang banyak diaplikasikan 1 sebagai bahan dasar sensr gas[ ]. Sifat listrik SnO2 nankristal sepenuhnya bergantung pada ukuran kristal dan keadaan permukaan yang dihasilkan leh serapan gas yang menghasilkan penampakan ruang dan mdulasi 5 pita[ ]. SnO2 memiliki ikatan in dengan 4 elektrn. Sn menyumbangkan masing-masing 2 elektrn ke atm O. adanya ikatan inik ini menyebabkan bahan SnO2 lebih sensitif terhadap perubahan mlekul gas teradsrbsi 6 dibandingkan ikatan kvalen[ ], ikatan inik SnO2 dapat digambarkan melalui persamaan (7), (8) dan (9). Sn O + 2eSn + 2O Sn4+ + 4e- (7) O2x2 Sn4+ + 2O2- (8) (9) Adanya respn SnO2 pada jenis gas yang berbeda, kita bisa membaginya menjadi dua kelmpk besar: pada kelmpk pertama terdiri dari CO, H2, dan CH4 yang memberikan sifat mereduksi dan mudah menambah knduktivitas material. Pada kelmpk kedua ada macam-macam gas seperti NO2 dan CO2 yang memiliki sifat skidasi dan dapat mengksidasi material serta menurunkan nilai knduktivitas material. Skema dari material sensr SnO2 disajikan pada Gambar 1. Sayn, dkk. GANENDRA, Vl. IX, N. 2, Juli 26 23

Pembuatan Lapisan Tipis SnO2 Dengan Metde Sputtering DC Untuk Sensr Gas Mlekul O2 yang ada di udara diadsrbsi secara kimia pada material dan CO mengadsrbsi atm O dari 7 permukaan menjadi CO2 [ ] Pada kndisi udara nrmal, permukaan bahan semiknduktr diselimuti leh lapisan ksigen teradsrbsi meliputi serapan fisika mlekul O2. knsentrasi atm-atm tersebut selanjutnya akan menangkap elektrn dari 1 daerah dekat (sekitar) permukaan semiknduktr.[ ] Gambar 1. Skema dari material sensr SnO2. Gambar 2(a). Prses adsrbsi ksigen leh gas CO menjadi CO2 [ 1] Gambar 2(b). Kembalinya elektrn yang diikat leh ksigen menjadi elektrn bebas dan memperkecil lebar 7 lapisan deplesi (L).[ ] Knsentrasi atm ksigen yang menyelimuti dan teradsrbsi pada permukaan akan menangkap elektrn bebas dari bahan semiknduktr ksida dan membentuk lapisan deplesi (depletin layer) pada daerah antara gas 7, 8 9. dan butir kristal [ ] dan ptensial penghalang (ptential barrier) di daerah batas butir.[ ] Terjadinya migrasi elektrn dari permukaan, pembentukan lapisan deplesi dan ptensial penghalang akan berpengaruh langsung terhadap knduktivitas semiknduktr tersebut secara keseluruhan. Kehadiran mlekul gas reduktr seperti gas CO akan mengikat sejumlah atm ksigen yang teradsrbsi leh permukaan butir kristal. Hal ini berakibat dilepaskannya kembali elektrn kepermukaan semiknduktr sehingga knsentrasi elektrn bebas beretambah serta panjang lapisan deplesi dan tinggi penghalang antar butir (ptential barrier) berkurang. Hal ini juga mengakibatkan kenaikan knduktivitas untuk bahan semiknduktr tipe-n. 24 GANENDRA, Vl. IX, N. 2, Juli 26 Sayn, dkk.

Pembuatan Lapisan Tipis SnO2 Dengan Metde Sputtering DC Untuk Sensr Gas Gas reduktr akan mengikat elektrn dari lapisan permukaan, menambah tebal deplesi, memunculkan penghalang antar butir dan mengurangi knduktivitas untuk bahan semiknduktr tipe-n. TATA KERJA PENELITIAN Persiapan Substrat Substrat yang akan digunakan untuk pembuatan lapisan tipis SnO2 adalah kaca preparat yang diptng dengan ukuran 1 mm 2 mm. ukuran ini disesuiakan dengan hlder substart yang terdapat pada mesin sputtering DC. Setelah dibentuk, kaca preparat dicuci untuk menghilangkan ktran/lemak yang menempel pada permukaan substrat dengan campuran air bersih dan deterjen, selama direndam dengan deterjen digetarkan dengan ultrasnic cleaner selama 3 menit. Kemudian kaca preparat dibersihkan dengan alkhl 99% sambil digetarkan lagi dengan ultrasnic cleaner selama 3 menit. Agar terbebas dari zat-zat pengtr yang melekat, selanjutnya dikeringkan dengan pemanas (ven) dengan suhu 1 C selama 6 menit, dan setelah dingin dimasukkan dalam plastik klip. Prses penumbuhan lapisan tipis Peralatan sistem sputtering yang digunakan dalam pendepsisian lapisan tipis SnO2 dan kntak Ag adalah sistem sputtering DC, dalam sistem ini menggunakan catu daya tegangan tinggi DC. Pembuatan lapisan tipis terdiri atas dua tahap yaitu tahap prses pendepsisian lapisan tipis dan tahap pembuatan kntak perak untuk terminal pada kedua ujung lapisan tipis. Pada prses penumbuhan lapisan tipis terlebih dulu substrat kaca diletakkan pada anda dan target SnO2 pada katda, substrat dipanaskan pada suhu 25 C agar pri-pri permukaan substrat terbuka sehingga atm target mudah tertanam pada permukaan substart. Sementara target SnO2 didinginkan dengan sistem aliran air pendingin agar target tidak berubah bentuk -5 akibat panas yang terlalu tinggi. Kemudian tabung reaktr sputtering dihampakan hingga mencapai 1 trr selanjutnya gas argn dialirkan ke tabung sputtering DC hingga nilai kevakuman akan berkurang menjadi sekitar -2 5.1 trr. Setelah kndisi tersebut tercapai maka sumber tegangan tinggi mesin sputtering dihidupkan dengan mengatur tegangan tinggi DC sebesar 2 kv dan arus 1 ma. Prses pendepsisian dilakukan dengan variasi waku : 3 menit, 6 menit dan 12 menit. Pembuatan kntak perak Prses pelapisan kntak perak bertujuan untuk membuat terminal pada kedua ujung sensr agar mempermudah dalam pengukuran/karakterisasinya, karena dengan diberi kntak perak maka pengukuran resistansi menjadi untuk setiap titik pengukuran menjadi sama dan nilai resistansinya lebih kecil karena tersambung paralel. Pembuatan lapisan kntak perak ini sama langkahnya sama dengan prses penumbuhan lapisan tipis SnO2 yaitu dengan menggunakan sistem sputtering DC. Perbedaannya adalah target yang digunakan perak (Ag) dan alumunium fil untuk melindungi daerah yang tidak ingin dilapisi kntak perak (daerah sensr) dan waktu depsisi pembuatan kntak perak adalah 15 menit. Pengujian sensr Untuk mengetahui keberhasilan pembuatan lapisan tipis SnO2 untuk sensr gas, maka dilakukan pengujian/ karakterisasi sensr SnO2 terhadap gas CO yang meliputi : pengukuran resistansi sensr, sensitivitas, selektivitas terhadap gas uji dan analisis unsur serta struktur mikr permukaan sensr menggunakan SEM-EDS. HASIL DAN PEMBAHASAN Untuk mengetahui keberhasilan prses pembuatan lapisan tipis SnO2 dengan variasi waktu depsisi sputtering DC pada permukaan substrat kaca untuk bahan dasar sensr gas CO, maka dilakukan pengujian /karakterisasi yang meliputi: pengukuran resistansi, suhu sensr, sensitivitas, selektivitas terhadap gas uji dari sensr gas yang telah dibuat. Kemudian untuk mendukung dan melengkapi data penelitian dilakukan analisis struktur mikr, analisis unsur dan tebal lapisan tipis SnO2 yang terbentuk menggunakan SEM-EDS. Penentuan Suhu Operasi Sensr Penentuan suhu perasi sensr dilakukan dengan memberikan perubahan suhu secara bertahap dari 25 C 4 C dengan interval 25 C dan setiap kenaikan suhu 25 C dilakukan pengukuran resistansi yang hasilnya Sayn, dkk. GANENDRA, Vl. IX, N. 2, Juli 26 25

Pembuatan Lapisan Tipis SnO2 Dengan Metde Sputtering DC Untuk Sensr Gas ditunjukkan pada Gambar 3. Pemilihan batas maksimal suhu 4 C dikarenakan SnO2 terglng semiknduktr ksida lgam yang memiliki gejala efek knduktansi permukaan (surface cnductance effect) sehingga memiliki unjuk kerja yang sangat baik sebagai sensr gas pada suhu antara (2 4) C (Cbs, 21). Pada Gambar 3 menunjukkan bahwa suhu perasi sensr yang semakin tinggi akan menghasilkan nilai resistansi semakin rendah. Hal ini terjadi karena waktu sputtering 12 menit menghasilkan jumlah atm-atm SnO2 yang tersepater menuju substrat akan bertambah semakin banyak. Akibatnya atm-atm SnO2 yang terkumpul di atas permukaan substrat semakin besar sehingga berpengaruh terhadap naiknya knduktivitas atau menurunnya resistansi bahan sensr. Penurunan resistansi bahan semiknduktr SnO2 juga dipengaruhi leh kenaikan suhu. Tetapi walaupun suhu terus dinaikkan penurunan nilai resistansi akan semakin kecil dan menuju kndisi yang stabil. Hal ini sebagai akibat adanya migrasi elektrn dari pita valensi menuju ke pita knduksi (menjadi elektrn bebas). Pada keadaan suhu 25 35 C penurunan nilai resistansi telah menunjukkan kestabilan. Hal ini berarti bahwa nilai resistansi pada kndisi tertentu nilainya sudah tidak terpengaruh leh kenaikan suhu, pada kndisi rentang suhu tersebut bahan SnO2 dapat berfungsi sebagai sensr gas karena perubahan nilai resistansi tidak dipengaruhi leh panas tetapi disebabkan adanya prses serapan gas yang mengenai permukaan bahan sensr. Pada penelitian ini suhu perasi sensr ditetapkan 3 C sebagai suhu perasi untuk pengujian sensr selanjutnya.. Apabila suhu sensr terus dinaikkan, maka resistansi kembali menunjukkan gejala kenaikan hal ini sesuai pendapat Gaskv dan Rumyantseva (1999) yang mengatakan bahwa hal tersebut dapat terjadi karena pada suhu di atas suhu perasi sensr, ksigen yang teradsrbsi akan menarik elektrn dari bagian dalam butir yang mengakibatkan pertambahan ketebalan lapisan deplesi yang terlalu besar sehingga seluruh butir akan berada pada daerah bebas/ksng elektrn yang menyebabkan peningkatan resistivitas. Resistansi (kohm)/sheet 3 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 Suhu Operasi (C) Gambar 3. Perubahan suhu perasi terhadap nilai resistansi dari lapisan tipis SnO2 yang didepsisi selama 12 menit. Pengujian Sensitivitas Sensr Terhadap Gas CO Pengujian sensitivitas dilakukan cara variasi knsentrasi gas uji CO pada sampel yang didepsisi selama 3, 6 dan 12 menit, pemilihan gas CO berdasar pertimbangan bahwa gas CO merupakan gas plutan/pencemar sehingga diharapkan sensr gas yang dibuat nantinya dapat digunakan untuk mendeteksi gas tersebut dengan sensitivitas yang tinggi. Hasil pengujian sensitivitas sensr disajikan pada Gambar 4. Pada Gambar 4 terlihat bahwa semakin lama waktu sputtering, maka semakin tinggi nilai sensitivitas sensr. Dan nilai sensitivitas tertinggi dicapai leh perlakuan waktu sputtering 12 menit yakni sebesar 23 % lebih tinggi bila dibanding dengan sampel yang didepsisi dengan waktu 3 dan 6 menit yang menghasilkan sensitivitas masing-masing 5,4% dan 5,1%. Hal ini terjadi karena waktu depsisi selama 12 menit menghasilkan kerapatan atm-atm SnO2 yang tersputter pada permukaan substrat kaca lebih tinggi dan hmgen bila dibanding dengan perlakuan sampel yang didepsisi selama 3 dan 6 menit sehingga daya serap terhadap gas CO akan lebih banyak, hal ini akan meningkatkan jumlah elektrn pada permukaan sensr semakin banyak dengan demikian knduktivitas bahan sensr meningkat. 26 GANENDRA, Vl. IX, N. 2, Juli 26 Sayn, dkk.

Pembuatan Lapisan Tipis SnO2 Dengan Metde Sputtering DC Untuk Sensr Gas Selektivitas Sensr Pada Gas CO Pada pengujian ini diambil sampel yang memiliki sensnitivitas dan linieritas terbaik pada gas CO yaitu sampel dengan waktu sputtering 2 jam dan waktu pendinginan 15 jam. Hasil pengukuran sensitivitas terhadap beberapa uji gas ditunjukkan pada Gambar 5. 25,5 jam 15 1 jam 1 2 jam 5 1 5.2 3 84.18 63.14 42.9 21.5. Fraksi Resistansi (%) 2 Knsentrasi gas (ppm ) Gambar 4. Sensitivitas sensr tehadap gas CO pada sampel yang didepsisi selama 3 menit, 6 menit dan 12 menit. 6 5 Fraksi Resistansi (%) 4 CO 3 NH3 2 C2H5OH CH3COCH3 1-1 2 4 6 8 1 12 knsentrasi gas (ppm) Gambar 5. Selektivitas sensr terhadap beberapa gas uji. Pada Gambar 5 terlihat bahwa dengan parameter waktu sputtering 2 jam dan pendinginan 1 malam untuk gas HNO3 dan C2H5OH grafik cenderung knstan pada jumlah gas 4 ppm sampai dengan 1 ppm dan kurang sensitif (keduanya termasuk jenis gas yang sama dengan gas CO yaitu gas reduktr) sedangkan pada gas CH3COCH3 memiliki sensitivitas yang hampir sama dengan gas CO namun gas tersebut merupakan gas ksidatr yang reaksinya berkebalikan dengan gas CO yaitu semakin banyak knsentrasi gas knduktivitasnya semakin menurun, ini terjadi karena pada gas ksidatr elektrn yang berada pada permukaan sensr justru berpindah ke uap gas ksidatr sehingga permukaan sensr kekurangan elektrn yang berakibat turunnya knduktivitas bahan atau nilai resistansi semakin naik. Sayn, dkk. GANENDRA, Vl. IX, N. 2, Juli 26 27

Pembuatan Lapisan Tipis SnO2 Dengan Metde Sputtering DC Untuk Sensr Gas Struktur Mikr dan Analisis Unsur Dengan SEM-EDS Hasil ft struktur mikr permukaan pada lapisan tipis SnO2 hasil DC sputtering yang di-depsisi 3 menit dan 12 menit ditunjukkan leh Gambar 6a dan 6b. Dari Gambar 6a menunjukkan bahwa pada depsisi 3 menit, butir-butir SnO2 yang terdepsit terlihat lebih kecil dan rapat bila dibandingkan pada depsisi 12 menit yang ditunjukkan pada Gambar 6b. Hal ini terjadi karena waktu untuk depsisi masih terlalu rendah sehingga atm-atm yang terdepsit masih sedikit. Tetapi setelah waktu depsisi ditingkatkan menjadi 12 menit, maka selain akan meningkatkan jumlah atm SnO2 di atas permukaan juga dengan bertambahnya waktu depsisi akan menyebabkan terjadinya panas yang timbulkan leh prses depsisi tersebut. Dengan timbulnya panas akibat prses depsisi akan berpengaruh terhadap ukuran butir atm SnO2 yang semakin besar. Hasil analisis unsur lapisan tipis SnO2 dari hasil sputtering mengunakan EDS (electrn dispersive X-Ray spectrscpy) disajikan pada Gambar 7a dan 7b. Pada Gambar 7a menunjukkan perbandingan % atm untuk unsur Sn dan O pada lapisan tipis SnO2 hasil sputtering. Dari analisis unsur dengan EDS tersebut menunjukkan bahwa banyaknya atm O sebesar 67,37 %, atm Si,91 % dan atm Sn 31,73 % yang berarti setiap atm Sn mengikat 2 atm ksigen, kemudian munculnya atm Si menunjukkan terdeteksinya atm substrat sebagai bahan induk. Hal ini terjadi karena waktu depsisi yang relatif pendek (3) menit membuat atm-atm SnO2 yang terdepsisi belum mampu menutup seluruh permukaan substrat. Sedang pada Gambar 7b. menunjukkan bahwa banyaknya atm O sebesar 69,32 %, dan atm Sn 3,73. Setelah waktu depsisi dinaikkan dari 3 menit menjadi 12 menit, maka atm-atm SnO2 yang terdepsit di atas permukaan substrat semakin banyak hal ini akan berpengaruh pada naiknya prsentase unsur O dan penurunan unsur Sn. Dalam hal ini unsur Si sudah tidak terdeteksi lagi karena seluruh permukaan substrat telah dipenuhi leh atm SnO2 yang semakin rapat. a. Depsisi 3 menit b. Depsisi 12 menit Gambar 6. Struktur mikr permukaan lapisan tipis SnO2 hasil sputtering dengan waktu depsisi 3 menit dan waktu 12 menit dengan pembesaran 2. kali. 28 GANENDRA, Vl. IX, N. 2, Juli 26 Sayn, dkk.

Pembuatan Lapisan Tipis SnO2 Dengan Metde Sputtering DC Untuk Sensr Gas Gambar 7a. Analisis unsur lapisan tipis SnO2 hasil DC sputtering dengan waktu depsisi 3 menit. Gambar 7b. Analisis unsur lapisan tipis SnO2 hasil DC sputtering dengan waktu depsisi 12 menit. KESIMPULAN Dari hasil penelitian pembuatan lapisan tipis SnO2 dengan metde sputtering DC sebagai bahan sensr gas CO dapat disimpulkan sebagai berikut : Telah berhasil dibuat lapisan tipis SnO2 hasil DC sputtering sebagai bahan dasar sensr gas CO dengan suhu perasi sensr gas SnO2 adalah 3 C. Sensr gas yang dibuat dengan waktu sputtering 12 menit mempunyai sensitivitas tertinggi terhadap gas CO sebesar 23% dan sensitivitas terendah sebesar 5,1% diperleh dengan waktu sputtering 6 menit. Pada analisis unsur menggunakan EDS dari sensr yang mempunyai sensitivitas terbaik yakni dengan waktu depsisi selama 12 menit, mempunyai kmpsisi unsur untuk atm O sebesar 69,32%, dan atm Sn 3,73%. UCAPAN TERIMA KASIH Dengan telah selesainya penelitian ini kami mengucapkan banyak terima kasih kepada Bapak : J. Karmadi, Sumarm dan seluruh staf kelmpk Pengembangan Aplikasi Akseleratr atas segala bantuan yang telah diberikan. Sayn, dkk. GANENDRA, Vl. IX, N. 2, Juli 26 29

Pembuatan Lapisan Tipis SnO2 Dengan Metde Sputtering DC Untuk Sensr Gas DAFTAR PUSTAKA 1. MOSELEY, P.T., Materials Selectin fr Semi-cnductr Gas Sensrs, Sensr and Actuatrs B, 6, 149-156, 1992. 2. MROWEC S., Defect And Difusin in Slid, Elsevier Scientific Publishing Cmpany, Plandia, 198. 3. MARDARE, D., RUSU, G.L., Structural and Electrical Prperties f TiO2 RF Sputerred Thin Films, Materials Science and Engineering, B75, 68-71, 2. 4. WASA, K., HAYAKAWA, S., Handbk f Sputter Depsitin Technlgy; Principles, Technlgy and Applicatin, Nyes Publicatin, New Jersy, 1992. 5. SAFONOFA, O. V., DELABOUGLISE, G., CHEINEVER, B., GAKOV, A.M., LEBEAU, M., CO and NO 2 Gas Sensitivity f Nan-cristaline, Tin Dixide thin Films Dped with Pd, Ru, and Rh,, 22. 6. GASKOV, A.M., RUMYANTSEVA, M.N., Material fr Slid Gas Sensr. Inrganic Material, Vl,36, N 293-31, 1999. 7. COBOS JA, Metal Additive Distributin in TiO2 and SnO2 Semicnductr gas sensr nanstructured, Barcelna 21. 8. FLOCKHARDT, B, D. SCOTT, JA., PINCH, R.C., TransFaraday Sc, 62, 3, 1996. 9. XU, C., TAMAKI, J., MIURA, N., YAMAZOE, N., Grain Size Effect n Gas Sensitivity f Prus SnO2, Sensr and Actuatr B, 147-155, 1991. 1. LAMAGNA A., DAN FISHER M., Micr-machined Gas Sensr and Integrated Optical Circuit, MEMS Divisin Physics Dept. CAC-CNEA. 3 GANENDRA, Vl. IX, N. 2, Juli 26 Sayn, dkk.