光釋放能譜臨場監控反應性濺鍍超親水氧化鈦薄膜之特性分析

李健志 ； 魏敏芝 ； 牛寰 ； 陳錦山

《真空科技》 20卷1期 (2007/10) Pp. 36-43

https://doi.org/10.29808/JVSROC.200710.0007

摘要

本研究在超高真空的背景下，以不同的O2/Ar分壓比例(Po/Ar)的射頻反應性磁控濺擊金屬鈦(Ti)靶材以生長TiO及TiO2等氧化鈦（泛稱TiOx）薄膜，同時，利用臨場的光釋放能譜術(Optical Emission Spectroscopy; OES)監控電漿物種（即Ti流通量）的變化，以獲得薄膜沉積的金屬－中毒轉變行為，依“中毒比例”多寡釐清金屬區、過渡區及中毒區的分野，並採用事後的拉塞福背向散射能譜術（Ti、O組成分析）、掠角光繞射術（微結構分析）及電阻率與沉積速率數據，清楚地理解每一個區域的TiOx薄膜特性。其中，金屬區發生在中毒比例達50%，其確實可生長電阻率僅101、499 μΩ-cm的金屬性Ti及TiO1.0（計量比）薄膜；過渡區發生在中毒比例70~80%，其所生長的薄膜為計量比不足(TiO1.5、TiO1.66)的半導體性TiO2薄膜；中毒區發生在中毒比例≦95%，其可生長計量比(TiO20)及稍過計量比(TiO2.2)薄膜。薄膜的沉積速率會隨著Po/Ar的上升而稍微增加，並於95%~100%的完全中毒情況劇降至1/3~1/4。這種沉積速率的變化狀況與Ti靶材的中毒程度及薄膜的莫耳體積差異有關。最後，掠角X光繞射分析顯示生長於金屬區的TiO1.0薄膜有明顯的複晶結構，而生長於過渡區的氧不足TiO2及中毒區的計量TiO2.0薄膜並沒有良好的結晶狀態，但經過高溫氧氣退火後，前者會轉變為銳鈦曠(A-TiO2)與金紅石(R-TiO2)雙相共存，後者則會轉變為A-TiO2。水接觸角量測證實，此兩種薄膜均具有光誘發超親水特性，並以A-TiO2薄膜單相較佳。

關鍵字

超高真空磁控濺鍍 ； 二氧化鈦 ； 一氧化鈦 ； 光學釋放能譜分析儀 ； 金紅石 ； 銳鈦礦 ； X光繞射 ； 拉塞福背向散射能譜術 ； 光誘發超親水性