RANCANG BANGUN SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETRY UNTUK MENGUKUR KONSTANTA DIELEKTRIK DAN KETEBALAN LAPISAN TIPIS GRAPHENE/SiO2 MENGGUNAKAN SUMBER CAHAYA PANJANG GELOMBANG TUNGGAL (632,8 nm)

KIKI MEGASARI, Prof. Kamsul Abraha, Ph.D ; Dr. Iman Santoso

2015 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Telah dirancang bangun sistem pengukuran konstanta dielektrik dan pengukuran ketebalan lapisan tipis graphene/SiO2 menggunakan prinsip ellipsometri. Prinsip ellipsometri yang digunakan spectroscopic ellipsometry (SE) yaitu mengkarakterisasi perubahan beda fase dan rasio amplitudo antara sinar pantul yang terpolarisasi-p dan -s. Dalam penelitian ini yaitu merancang dan membangun SE menggunakan konfigurasi Rotating Analyzer Ellipsometry (RAE) dimana RAE merupakan konfigurasi yang paling sederhana. Pengukuran dilakukan pada tiga sudut yang berbeda yakni 60 derajat,62 derajat, dan 64 derajat. Hasil dari material uji emas (Au) pada ketiga sudut datang tersebut masing-masing epsilon_60= -4,3511+ 2,7073i , epsilon_62= -4,3929+ 2,5203i, dan epsilon_64= -4,1858+ 2,4922i. Untuk material silikon diperoleh epsilon_60= -3,8726 - 5,3014i, epsilon_62= -4,1024 - 4,2337i, dan epsilon_64= -4,4881 - 6,767i. Pada lapisan tipis SiO2 didapatkan hasil epsilon_60= -2,1077 - 3,7117i dengan ketebalan 300 nm, epsilon_62= -2,1926 - 4,4726i dengan ketebalan 300 nm, dan epsilon_64= -1,7559 - 5,4660i dengan ketebalan 300 nm. Untuk lapisan graphene/SiO2 diperoleh hasil epsilon_60= -4,6883 - 25,8730i dengan ketebalan 0,355 nm, epsilon_62= -6,3927 - 23,9010i dengan ketebalan 0,355 nm, dan epsilon_64= -8,0736 - 22,8704i dengan ketebalan 0,355 nm. Cara untuk mengekstrak konstanta dielektrik dan ketebalan menggunakan metode Newton Raphson. Hasil yang tidak sesuai dengan referensi tersebut dikoreksi pada beberapa parameter seperti polarisator, analisator, sudut datang, dan penambahan komponen.

The measurement system for determining dielectric constant and thickness of graphene on SiO2/Silicon substrate using ellipsometry technique has been developed. The basic principle that used in spectroscopic ellipsometry (SE) is to analyze the changes in the phase difference and the amplitude ratio between p- and s- polarized reflected light. In this work, the SE configuration that had been used was Rotating Analyzer Ellipsometry (RAE) with He-Ne laser (wavelength = 632.5 nm) employed as a light source. This experiment using single wavelength (632.5 nm) and the angle of incidence at 60 deg., 62 deg., and 64 deg. The value of gold (Au) dielectric constants value obtained at those three incident angles were epsilon_60 = -4.3511+2.7073i, epsilon_62 = -4.3929+2.5203i, and epsilon_64= -4.1858+2.4922i. And for silicon, the dielectric constants obtained were epsilon_60= -3.8726 -5.3014i, epsilon_62= -4.1024 - 4.2337i, and epsilon_64= -4.4881 -6.767i . For SiO2 with thickness 300 nm, the values were epsilon_60= -2.1077 - 3.7117i, epsilon_62= -2.1926 -4.4726i, and with epsilon_64= -1.7559 -5.4660i. Then for graphene/SiO2, the values obtained with thickness 0.355 nm were epsilon_60= -4.6883-25.8730i, epsilon_62= -6.3927 - 23.9010i and epsilon_64= -8.0736 -22.8704i. Newton Raphson numerical method was used to extract the dielectric constants and to determine the thickness of the thin film. The results which were not in agreement with the reference must be corrected in some parameters such as polarizer, analyzer, the angle of incidence, as well as the additional optical component.

Kata Kunci : konstanta dielektrik, spectroscopic ellipsometry, Newton Raphson