TiN薄膜屬于第Ⅳ族過渡金屬氮化物。它的結構是由金屬鍵和共價鍵混合而成，同時具有金屬晶體和共價晶體的特點：高熔點、高硬度、優(yōu)異的熱和化學惰性。此外，TiN薄膜還具有高溫強度、優(yōu)越的耐腐蝕性能以及良好的導熱性能。TiN薄膜具有廣闊的應用前景，在刀具、模具、裝飾材料和集成電路中都具有重要的應用價值和廣闊的應用前景，因而越來越受到人們的重視。過去人們常常使用先抽除腔體中的空氣，再以氮氣做為反應性氣體的方法制備TiN。由于環(huán)保要求日益嚴苛，使用氮氣做反應氣體難免會造成環(huán)境污染和溫室效應，近來有臺灣學者試圖通過通入空氣和氬氣的方法來取代氮氣制備TiN薄膜，并借此縮短生產時間，打到節(jié)能環(huán)保降低工藝成本的目的。接下來小編就為大家?guī)砼_灣中興大學楊浚揮先生關于通入空氣/氬氣制備TiN薄膜的方法。

  本研究主要以PVD在鍍著功率200W、偏壓-50V，背景壓力5×10-6torr，工作壓力1×10-3torr下，控制空氣/高純氬氣流量比值在（9~12）/100時，氬氣制備TiN薄膜之后分別以色度計進行顏色的分析，并針對所鍍著之薄膜的結晶相，以X光繞射儀（XRD）作分析，并以場發(fā)射電子顯微鏡（FE-SEM）觀察薄膜的微結構，另以歐杰電子能譜儀（AES）及X光光電子能譜儀（XPS）進行薄膜化學組態(tài)分析，此外以四點探針進行薄膜的電阻率分析，及以奈米壓痕儀進行薄膜的硬度分析。結果薄膜為金黃色（L*：76.0~78.2，a*：1.2~2.4，b*：25.9~28.4）巖鹽（rock-salt）型結晶相，微結構為柱狀晶，其電阻率為40~178μΩ-cm，硬度為20~23GPa，氧含量為10.2~16.7at%，與文獻所報導的TiN性質比對后，證實能以氬氣制備TiN薄膜；進一步以背景壓力1×10-4torr，控制空氣/氬氣流量比值在（9∼10）/100時，也能成功制備出電阻率為99~107 μΩ-cm、硬度為21~22 GPa之TiN薄膜，根據(jù)本研究之設備抽背景真空度5×10-6torr約需要25~30分鐘，而1×10-4torr只需要3~4分鐘，兩者的抽氣時間差異極大，因此能省去抽真空的時間，達到環(huán)保節(jié)能的目的；然而本研究也發(fā)現(xiàn)，當鍍著功率升高時，要制備出金黃色TiN所通入的空氣流量比值也必須增加。氬氣制備TiN薄膜之結果與熱力學之預期在300K~1273K于空氣中會形成TiO2結果不符，但能確定鈦在電漿環(huán)境下與空氣產生氮化確是動力學控制的結果。

  此外本研究改變不同空氣/氬氣流量比值時，薄膜顏色會有銀白色→金黃色→紅銅色→土黃色→酒紅色→紫藍色等變化，此方法能取代過去文獻曾經報導，控制N2/O2之比值來達到色彩多元的目的。另外本研究首次嘗試將TiN應用于染料敏化太陽電池上，實驗過程發(fā)現(xiàn)TiN經陽極氧化后，所制備出的奈米多層TiO2，制作成染料敏化太陽能電池后，在持續(xù)照光的條件下，電池所量測到的開環(huán)電壓（Voc）為0.45V，短路電流（Jsc）為0.04mA。因此在綠能概念下氬氣制備TiN薄膜于環(huán)保與染料敏化太陽能電池上將更具有優(yōu)勢。


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