Redationo, NereusTugur (2014) Proses Plasma Ashing dan Etching untuk Menghilangkan dan Membuat Pola Mikro pada Lapisan Diamond Like Carbon (DLC). Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Diamond Like Carbon (DLC) dewasa ini telah digunakan secara luas dalam berbagai bidang, karena sifat dan karakteristiknya yang begitu unik seperti intan dan grafit. Pada bidang permesinan antara lain untuk meningkatkan sifat mekanik seperti kekerasan dan kekuatan pada alat-alat pemotongan sehingga umur alat potong lebih lama, roda gigi, poros, pin dan guide pin , peralatan molddies, punch, stamping dan lain lain. Lapisan DLC sangat baik untuk mengatasi beberapa aspek tribologi pada peralatan permesinan. Penggunaan secara terus-menerus akibat gaya atau kondisi lain yang mempengaruhinya akan mengakibatkan lapisan DLC mengalami keausan. Secara konvensional penghilangan lapisan DLC dilakukan dengan cara menggosok permukaan DLC dengan amplas/batu gerinda. Cara ini tidak efektif karena lapisan DLC yang cukup kuat dan keras, sehingga sulit menghilangkannya. Selain proses penghilangan yang sulit, proses amplas tidak dapat menjangkau bagian-bagian yang kecil dan dimensi yang tidak beraturan. Masalah lain yang terjadi apabila proses amplas ini tidak rata mengakibatkan dimensi dan akurasi dari komponen menjadi berubah, sehingga komponen tersebut tidak dapat digunakan kembali. Sifat unik dari DLC terutama kekuatan dan ketangguhan pada temperatur tinggi memungkinkan lapisan DLC dijadikan mold-stamping pola mikro untuk produk masal. Penentuan teknologi menghilangkan lapisan DLC dan pembuatan pola mikro sangat penting untuk menjawab permasalahan tersebut. Penggunaan proses plasma ashing/etching menggunakan oksigen murni sebagai salah satu alternatif untuk menghilangkan dan membuat struktur mikro pada lapisan DLC. Desain sistem pembangkit plasma untuk proses ashing/etching dan sistem kontrol otomatis diharapkan mampu mempercepat proses ashing/etching . Pada penelitian ini parameter yang dikontrol adalah tekanan gas, tegangan RF, tegangan DC bias dan jarak magnet. Selama proses plasma ashing/etching berlangsung reaktor dipasang optical emission spectrometer (OES) tipe PMA-11. Hasil pengendalian parameter yang efektif plasma menunjukkan oksigen atomik pada peak 774 nm dengan intesitas sekitar 31734 dan spesies plasma berupa ion O 2 + mempunyai peran utama dalam proses plasma ashing/etching. Peak CO 256 nm menggambarkan secara real time proses plasma ashing/etching yang terjadi. Pada proses ashing untuk menghilangkan lapisan DLC ketebalan 1.1 μm paling efektif pada tekanan 20 Pa, tegangan RF 250 V, tegangan DC bias -600 V dan jarak magnet terhadap substrate 1.5 cm dengan waktu 210 detik. Etching rate yang dihasilkan 5.24 nm/s. Pada proses etching untuk menghasilkan reactive ion etching (RIE) yang sesuai, untuk membuat pola mikro dengan keakuratan yang tinggi/anisotropik terbagi dalam dua perlakuan. Perlakuan pertama untuk pola mikro lebar groove di atas 20 µ m RIE yang efektif pada tekanan 20 Pa, tegangan RF 250 V, dan tegangan DC bias –600 V yang menghasilkan etching rate 5.24 nm/s. Perlakuan kedua pola mikro lebar groove dibawah 20 µ m RIE yang efektif dan efisien pada tekanan 40 Pa, tegangan RF 250 V dan tegangan DC bias -450 V yang menghasilkan etching rate berkisar 3.8 nm/s. Pengendalian RIE sangat penting untuk menghasilkan pergerakan dan reaktifitas ion yang sesuai dengan lebar groove yang dibuat, untuk menghasilkan pola mikro dengan keakuratan yang tinggi/anisotropik.
English Abstract
Diamond Like Carbon (DLC) today has been used widely in various fields, because of the property and characteristics are so unique such as diamond and graphite. In the field of machinery, among others, to improve the mechanical properties such as hardness and strength of the cutting tool so that the cutting tool life for longer, gears, shafts, pins and guide pin, mold equipment-dies, punch, stamping etc. DLC coating is very good to overcome with some aspects of Tribology in machining equipment. The use of continuously due to force or other conditions that affect it will cause wear DLC coating. In conventional DLC coating removal is done by rubbing the surface with sandpaper DLC/grinding stone. This method is not effective because the DLC layer is quite strong and hard, making it difficult to eliminate. In addition to the difficult removal process, the process of sandpaper can not reach the parts are small and irregular dimensions. Another problem that occurs when the process is uneven sandpaper resulted in dimension and the accuracy of the components to be changed, so that the components can not be reused. The unique properties of DLC, especially strength and toughness at high temperatures allows the DLC coating used as a mold for micro-stamping patterns mass product. Determination of DLC coating removal technology and manufacture of micro patterns are very important to address these problem. The use of process plasma ashing/etching using pure oxygen as an alternative to remove and make the DLC coating microstructure. Plasma generation system design for the ashing/etching and automatic control system is expected to speed up the process of ashing/etching. In this study the parameters that are controlled gas pressure, RF voltage, the DC bias voltage and magnetic spacing. During the process of plasma ashing/etching lasts reactor mounted optical emission spectrometer (OES) with PMA-11 type. The result of effective control of plasma parameters shows the atomic oxygen 774 nm with a peak intensity of about 31734 and plasma species such as O 2 + ion has a major role in the process of plasma ashing/etching. CO 256 nm peak describe the process in real time plasma ashing/etching occurs. In the ashing process to remove the DLC layer thickness of 1.1 μm most effective at a pressure of 20 Pa, the RF voltage of 250 V, the DC bias voltage of -600 V and a magnet to the substrate distance of 1.5 cm with a time of 210 seconds. Etching rate generated 5.24 nm/s. In the etching process to produce reactive ion etching (RIE) is appropriate, to make patterns with high precision micro/anisotropic divided into two treatments. The first treatment for micro pattern width of the groove in the above 20 μm RIE effective at a pressure of 20 Pa, the RF voltage of 250 V and -600 V DC bias voltage that results in etching rate of 5.24 nm/s. Second treatment pattern micro groove width under 20 μm RIE effective and efficient at a pressure of 40 Pa, the RF voltage of 250 V and -450 V DC bias voltage which produces the etching rate range 3.8 nm/s. Control of RIE is crucial to produce movement and reactivity ions corresponding to the width of the groove is made, to produce micropatterns with high accuracy/anisotropic.
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | DES/666.88/RED/p/061404679 |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 666 Ceramic and allied technologies > 666.8 Synthetic and artificial minerals and building materials |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Endro Setyobudi |
| Date Deposited: | 03 Nov 2014 14:44 |
| Last Modified: | 03 Nov 2014 14:44 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/161343 |
Actions (login required)
 |
View Item |