鈦鉭合金與其氮化物薄膜之微結構與電化學性質研究

Abstract

本研究利用反應式磁控濺鍍系統製備不同的氮化鈦、氮化鉭奈米薄膜以及兼具兩者特性的鈦鉭氮三元複合薄膜，並藉由改變氮氣流量與靶材種類等製程參數，來討論不同薄膜微結構、相組成、表面形貌對電阻率、電阻溫度係數及電化學性質之影響與關聯性。透過控制靶材材料，並通入不同的氮氣流量比進行薄膜沈積。完成後將這些薄膜以低掠角X光繞射儀分析其微結構與結晶相、掃描式電子顯微鏡觀察表面形貌、結合四點探針、表面粗度儀以及加熱平台量測薄膜電阻率與電阻溫度係數，最後利用恆電位儀與電化學交流阻抗分析儀分析薄膜的電化學性質。 實驗結果顯示，薄膜的沉積速率會隨著製程參數的變化而改變，氮氣比例的增加會使薄膜厚度降低。薄膜微結構與表面形貌也會隨著氮氣比例而有所變化，此外TiN與TaN分別在氮氣流量比為20%與5%時，表現出薄膜繞射波峰強度降低的情況，代表此時的薄膜微結構呈現似非晶的狀態，且在此參數下的薄膜表面形貌也變得非常緻密，非晶的微結構也造成薄膜電阻上升。而結合TiN與TaN的TiTaN三元薄膜，則表現出十分穩定的薄膜微結構，使得薄膜性質與製程參數之間有較線性的變化。電化學交流阻抗結果顯示，TiTa金屬薄膜具有最大的阻抗值，而氮化薄膜則以TaN5此組參數擁有最大的阻抗值，其原因與其薄膜表面形貌和微結構相關。整體而言，氮氣比例的增加會使薄膜電阻上升，電阻溫度係數下降。而較非晶的薄膜微結構與緻密的表面有助於薄膜抗腐蝕能力的提升。薄膜性質主要受薄膜微結構與表面形貌的影響，而氮氣流量可做為控制薄膜性質的關鍵參數，並且可根據不同的用途調整適當的參數，在低電阻、高電阻溫度係數、高抗腐蝕能力等薄膜性質之間選擇，甚至可製備出兼具多種?能的薄膜。

Date of Award	2014 Jul 31
Original language	Chinese
Supervisor	Chen-Kuei Chung (Supervisor)