Kajian fabrikasi dan karakterisasi struktural thin film PbS

WATI, Mustika, Kamsul Abraha, Ph.D., M.Sc., Drs

2010 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Telah dibuat thin film PbS yang merupakan hasil deposisi dari serbuk PbS 99,9% pada substrat kaca dengan metode evaporasi vakum. Pada sebagian sampel dilakukan proses lanjutan yakni annealing pada suhu 80oC, 100oC, 120oC, dan 150oC masing-masing selama 2 jam. Karakterisasi menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD) menghasilkan informasi yakni konstanta kisi rata-rata berkisar antara (5,782 ± 0,010) Å sampai dengan (5,919 ± 0,006) Å, nilai ini sedikit berbeda dengan nilai yang diperoleh dari acuan, karena film mengalami tekanan dan regangan (under strain). Ukuran butir bervariasi antara (266,440 ± 0,001) Å hingga (694,059 ± 0,002) Å, butir yang paling besar dijumpai pada sampel as-deposited thin film, karena merupakan padatan langsung dari uap serbuk pada saat deposisi, dan setelah melalui proses annealing ukuran butir menjadi lebih halus. Tekanan internal rata-rata yaitu antara (0,364 ± 0,006) × 109 N/m2 sampai dengan (3,247 ± 0,010) × 109 N/m2 dan microstrain yakni antara (2,864 ± 0,006) × 10-3 sampai dengan (25,943 ± 0,010) × 10-3, sampel yang mengalami tekanan serta microstrain terbesar yakni sampel yang telah diannealing pada suhu 150oC, hal ini menunjukkan bahwa proses annealing memberikan gaya terhadap luasan film yang dihasilkan seiring dengan meningkatnya suhu yang diberikan. Dengan Scanning Electron Microscope (SEM) dapat ditunjukkan gambar permukaan sampel as-deposited thin film PbS dan sampel yang telah diannealing pada suhu 120oC dengan perbesaran 1500×. Selain itu juga dapat ditentukan ketebalan thin film berdasarkan perbesaran melintang sebesar 2000×, sehingga diperoleh ketebalan untuk as-deposited thin film berkisar antara (0,63 – 1,30) micrometer dan ketebalan thin film yang telah diannealing pada suhu 120oC berkisar antara (3,37 – 4,34) micrometer. Thin film yang memiliki kualitas terbaik dari penelitian ini adalah thin film dengan annealing pada suhu 120oC, karena menunjukkan puncak-puncak lebih banyak dibandingkan sampel lain. Secara keseluruhan, dapat disimpulkan bahwa proses annealing memberi pengaruh terhadap struktur kristal, ukuran butir, tekanan dan regangan pada kristal.

PbS thin films have been fabricated from 99,9% PbS powder on glass substrates by using vacuum evaporation methods. Some of the samples were then treated by advanced process called annealing. Those samples were annealed in temperature of 80oC, 100oC, 120oC, and 150oC for two hours. The characterization using X-Ray Diffractometer (XRD) resulted in the values of the lattice constant of the films ranging between (5,782 ± 0,010) Å to (5,919 ± 0,006) Å. These value are quite different from the standard, because the films were probably stressed and strained. The grains have size ranging between (266,440 ± 0,001) Å to (694,059 ± 0,002) Å, where the greatest grain size was found in as-deposited thin film because it was directly condensed from powder vapor during the deposition process, and after they have been annealed, the grain size becomes smaller. The average internal stress has values ranging between (0,364 ± 0,006) × 109 N/m2 to (3,247 ± 0,010) × 109 N/m2 and microstrain ranging between (2,864 ± 0,006) × 10-3 to (25,94 ± 0,01) × 10-3. It is found that the film which has the greatest stress and microstrain is the film with annealing temperature of 150oC, showing that the annealing process gives the force on to film areas following the rising of temperature. Using of Scanning Electron Microscope (SEM) shows the surface pictures of the as-deposited thin film and annealed 120oC film. Furthermore the thickness of the samples were obtained by using the cross section of the films, and showed that the thickness of as-deposited thin film is between (0,63 – 1,30) microns and the thickness of annealed 120oC film is between (3,37– 4,34) microns. The best quality thin film from this research is that annealed in 120oC, because it showed more peaks than the other samples. It could be concluded that the annealing process gave effects on the crystal structures, grain size, strain and stress on crystals.

Kata Kunci : Fabrikasi,Karakterisasi struktural,Thin film PbS, Fabrication, structural characterization, PbS thin films