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氩气新用途-氩气制备TiN薄膜!

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-10-21 09:11:00【

  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。

 

氩气制备TiN薄膜



  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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