TiN薄膜属于第Ⅳ族过渡金属氮化物。它的结构是由金属键和共价键混合而成，同时具有金属晶体和共价晶体的特点：高熔点、高硬度、优异的热和化学惰性。此外，TiN薄膜还具有高温强度、优越的耐腐蚀性能以及良好的导热性能。TiN薄膜具有广阔的应用前景，在刀具、模具、装饰材料和集成电路中都具有重要的应用价值和广阔的应用前景，因而越来越受到人们的重视。过去人们常常使用先抽除腔体中的空气，再以氮气做为反应性气体的方法制备TiN。由于环保要求日益严苛，使用氮气做反应气体难免会造成环境污染和温室效应，近来有台湾学者试图通过通入空气和氩气的方法来取代氮气制备TiN薄膜，并借此缩短生产时间，打到节能环保降低工艺成本的目的。接下来小编就为大家带来台湾中兴大学杨浚挥先生关于通入空气/氩气制备TiN薄膜的方法。

  本研究主要以PVD在镀著功率200W、偏压-50V，背景压力5×10-6torr，工作压力1×10-3torr下，控制空气/高纯氩气流量比值在（9~12）/100时，氩气制备TiN薄膜之后分别以色度计进行颜色的分析，并针对所镀著之薄膜的结晶相，以X光绕射仪（XRD）作分析，并以场发射电子显微镜（FE-SEM）观察薄膜的微结构，另以欧杰电子能谱仪（AES）及X光光电子能谱仪（XPS）进行薄膜化学组态分析，此外以四点探针进行薄膜的电阻率分析，及以奈米压痕仪进行薄膜的硬度分析。结果薄膜为金黄色（L*：76.0~78.2，a*：1.2~2.4，b*：25.9~28.4）岩盐（rock-salt）型结晶相，微结构为柱状晶，其电阻率为40~178μΩ-cm，硬度为20~23GPa，氧含量为10.2~16.7at%，与文献所报导的TiN性质比对后，证实能以氩气制备TiN薄膜；进一步以背景压力1×10-4torr，控制空气/氩气流量比值在（9∼10）/100时，也能成功制备出电阻率为99~107 μΩ-cm、硬度为21~22 GPa之TiN薄膜，根据本研究之设备抽背景真空度5×10-6torr约需要25~30分钟，而1×10-4torr只需要3~4分钟，两者的抽气时间差异极大，因此能省去抽真空的时间，达到环保节能的目的；然而本研究也发现，当镀著功率升高时，要制备出金黄色TiN所通入的空气流量比值也必须增加。氩气制备TiN薄膜之结果与热力学之预期在300K~1273K于空气中会形成TiO2结果不符，但能确定钛在电浆环境下与空气产生氮化确是动力学控制的结果。

  此外本研究改变不同空气/氩气流量比值时，薄膜颜色会有银白色→金黄色→红铜色→土黄色→酒红色→紫蓝色等变化，此方法能取代过去文献曾经报导，控制N2/O2之比值来达到色彩多元的目的。另外本研究首次尝试将TiN应用于染料敏化太阳电池上，实验过程发现TiN经阳极氧化后，所制备出的奈米多层TiO2，制作成染料敏化太阳能电池后，在持续照光的条件下，电池所量测到的开环电压（Voc）为0.45V，短路电流（Jsc）为0.04mA。因此在绿能概念下氩气制备TiN薄膜于环保与染料敏化太阳能电池上将更具有优势。


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