A Universal approach for template-directed Assembly of ultrahigh density
magnetic nanodot array
A. Latar Belakang
Ultrahigh density magnetic sebagai alat penyimpan data semakin berkembang seiring dengan besarnya kebutuhan penyimpanan data. Salah satu aspek yang dikembangkan adalah peningkatan kapasitas penyimpanan. Peningkatan kapasitas penyimpanan dilakukan dengan memperkecil ukuran “bit” sebagai satuan penyimpan data.
Data disimpan dalam bentuk kode-kode dan disimpan dalam bahan ferromagnetic dalam ‘kotak” peyimpanan yang disebut dengan Bit dan setiap bit menyimpan satu kode. Semula untuk satu buah bit digunakan satu butir partikel magnetic (dalam pita kaset tipe) dan satu buah grain bahan ferromagnetic (dalam harddisk dan disket), beberapa kelemahan ditemukan antarlain
(1) kapasitas sangat terbatas,
(2) gangguan (Noise) sangat besarnya dan,
(3) medan luar yang digunakan untuk menginduksi induksi bahan ferromagnetic tersebut juga relatif besar.
Era baru muncul dengan penggunaan “patern” sebagai satuan bagian penyimpan data. Patern ini diwakili oleh nanodot (titik) sebagai pengganti grain (butir). Satu buah buah nanodot dapat puluhan hingga ratusan kali lebih kecil dari pada grain. Sehingga kapasitas penyimpanan juga meningkat hingga ratusan kali lebih besar. Patern dihasilkan melalui penggunaan cetakan polimer. 2 buah blok polimer jika dicapurkan akan membentuk susunan tertentu karena perbedaan fasa (phase sparation). Dengan teknik Etching didapatkan cetakan polimer dengan orde 5 sd 50 nm.
Salah satu hasil dari teknik ini adalah CoPt, FePt, FePd nanodot yang memiliki kapasitas 10 kali lebih besar dari pengunaan grain. Hambatan yang ditemukan adalah;
(1) rendahnya koersivitas yang dihasilkan dan
(2) dibutuhkan proses bertahap.
Koersivitas nanodot dapat ditingkatkan dengan anneling suhu tinggi, tetapi akan berakibat merusak susunan yang telah terjadi. Pembuatan nanodot umumnya terdiri dari 2 tahap yakni sintesis nanodot dengan menggunakan surfaktan dan penyusunan pada substrat melalui teknik pelapisan.
Teknik pelapisan juga bagian penting dari penyusunan nanodot. Pelapisan dengan menggunakan vapor deposition selain mahal juga dapat merusak susunan dikarenakan penggunaan suhu tinggi pada metode ini.
Beberapa kelemahan ini yang kemudian mendorong munculnya ide untuk membuat sebuah metode simpel (1 tahap), yang dapat menghasilkan nanodot dengan koersivitas yang tinggi tanpa merusak susunannya,
B. Eksperiment
1. Pembuatan cetakan PS-PMMA
Pembuatan cetakan PS-PMMA dilakukan melalui beberapa tahap. Langkah pertama adalah pencucian lapisan silikon dengan menggunakan larutan Piranha yakni campuran H2SO4 dan H2O2 dengan perbandingan 6 : 4. Pencucian ini dilakukan selama 1 jam pada suhu 120oC. Proses dilanjutkan dengan coating spin lapisan silicon menggunakan PS-r-PMMA diikuti annealing pada suhu 150oC selama 24 Jam pada wadah vakum.
Proses Coating spin kedua dilakukan dengan menggunakan PS-b-PMMA yang telah dicampur dengan 2% (w/v) Toluena. PS-b-PMMA memiliki berat molekul 67 kgmol-1 (MPS = 46 kg mol-1, MPMMA = 21 kg mol-1). Dan diikuti dengan Annealing selama 24 jam pada suhu 190oC pada wadah vakum. Proses selanjutnya adalah proses Etching yang dilakukan pada wadah vakum dengan menggunakan gas oksigen dengan tekanan 100 mTorr dan 50 W RF.
2. Pembuatan CoPt Nanostruktur
Precursor CoPt dihasilkan dengan mengaduk 10 ml Larutan Ethanol berisi (1 mmol CoCl2.6H2O + 1 mmol H2PtCl6.6H2O + 4 mmol Citrid Acid Monohydrate ) selama 3 jam pada suhu 80oC. Larutan tersebut selanjutnya dilapiskan pada cetakan PS berpori melalui proses Spin coating dengan kecepatan putaran 3000 sd 5000 rpm selama 45 detik dilanjutkan dengan pemanasan selama 10 menit pada suhu 120oC.
Pelepasan cetakan dari Prekursor CoPt dilakukan dengan melarutkan cetakan dalam larutan toluene dan dilanjutkan dengan annealing pada suhu 700oC dengan dialiri gas N2/H2 selam 30 menit.
3. Karakterisasi
Ketebalan cetakan block kopolimer dilakukan dengan menggunakan Woollam M2000D Spectroscopic Ellipsometer. Morfologi lapisan diuji dengan mengunakan Hitachi S-4800 FE-SEM dengan tegangan 3 kV. Pola difraksi dilihat dengan menggunakan XRD sementara magnetisasi diukur dengan menggunakan Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) magnetometer pada suhu ruang.
C. Hasil
Cetakan (template) PS berpori dapat terbentuk dalam keteraturan yang tinggi disebabkan perbedaan tingkat Etching (Ps : PMMA = 1 nms-1 : 3 nms-1).
Proses Etching bertujuan untuk membuat pori pada cetakan PS serta membuat cetakan bersifat hidrophilik. Sebelum dilakukan etching dengan plasma oksgen tebal Film 70 nm, diameter silinder PMMA 19 nm dan jarak dengan tetangga (pusat-pusat) 39 nm (gambar 2 ). Perubahan ketebalan menjadi 30 nm sementara diameter pori 19 nm dan jarak dengan tetangga 39 nm.
Ukuran CoPt Nanodot dapat dikontrol melalui dua hal, Pertama dengan mengkontrol ukuran pori cetakan (template). Ukuran pori dikontrol melalui molekul weight Block polimer. Cara kedua untuk mengkontrol ukuran nanodot CoPt adalah dengan mengubah konsentrasi precursor. Ukuran nanodot CoPt naik seiring dengan kenaikan konsentrasi perkusor. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. (a) Precursor dengan konsentrasi 0.02 g ml-1 jarak pisah 19 nm ukuran diameter nanodot 19 nm (b) Precursor dengan konsentrasi 0.008 g ml-1
Larutan CoPt masuk dapat masuk kedalam pori PS karena daya kapilaritas, Proses Etching selain berfungsi membuat pori tetapi juga membuat pori PS template bersifat hidropilik. Sifat hidrophilik meningkatkan daya kapilaritas. Ps template (Cetakan) dilarutkan pd larutan Toluene sehingga tersisa precursor CoPt hal ini disebabkan precursor CoPt tidak larut pada Toluene. Gas N2/H2 dialirkan pada proses Annealing berfungsi untuk merubah precursor CoPt berubah menjadi CoPt nanopartikel.
Gambar 4 menunjukkan hasil XRD dan hasil Uji kemagnetan denagn menggunakan SQUID. Hasil XRD menunjukan fasa Tetragonal dan ditunjukkan dengan ditandai dengan munculnya puncak (001), (110) dan (201) . Sifat kemagnetan diukur dengan Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) magnetometer pada suhu ruang. Hasil yang didapatkan menunjukkan nilai koersivitas yang besar mencapai 10,2 KOe. Sebagai catatan pada beberapa penelitian sebelumnya nilai koersivitas CoPt berada pada kisaran nilai 5 KOe. Besarnya nilai koersivitas ini disebabkan komposisi dan jarak pisah yang seragam. Jarak pisah menyebabkan berkurannya interaksi antara nanodot.
Gambar 4. Hasil XRD dan SQUID pada CoPt nanostruktur
Salah satu keunggulan dari metode ini adalah dapat diaplikasikan pada precursor lain. sebagai contoh, telah dibuat CoFe2O4 nanostruktur dengan diameter rata-rata 17 nm dengan melalui proses annealing pada suhu 600oC.
Hasil menunjukkan fasa tunggal dan kehomogenan yang tinggi. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 5. CoFe2O4 nanostruktur dan hasil XRD
D. Kesimpulan
Metode Block Copolymer lithography dapat digunakkan untuk menghasilkan nanodot Ferromagnetik dengan keteraturan tinggi. Ukuran CoPt nanodot dapat dikontrol dengan variasi konsentrasi precursor. Hasil yang didapatkan menunjukkan nilai koersivitas yang tinggi yakni pada kisaran 10,2 KOe. Metode ini juga dapat diterapkan pada precursor jenis lain.
0 komentar:
Posting Komentar