奈米刮痕之分析

2500、5000、以及 10000 µN，其時間與應力之相對關係，如圖 4.19 所示，此刮痕形式過程共花了54 秒，分成七個區段(區段時間與反施

其固定來進行側向刮痕移動，主要是用來觀察薄膜受到固定刮痕力時 表面形貌及摩擦係數的變化，從圖 4.21 氧化鋅薄膜受奈米刮痕之 AFM 圖(Normal load 模式)可以觀察出，刮痕深度會隨著正向力預設 值的提高而加寬加深，但在同一固定之正向力中，固定刮痕力在刮痕

2500、5000、以及 10000 µN，其時間與應力之相對關係，如圖 4.23 所示，此刮痕形式過程共花了45 秒，分成以下五個區段(區段時間與 反施加正向力之關係於3.2.2 節有詳細流程)，在 Ramp load 形式中，

氧化鋅薄膜實際受到刮痕影響是在區域三(8 ~ 38 秒)，所以在選取側 向力數據做圖時，主要是以8 ~ 38 秒為主，如圖4.24所示，從圖中 以及表4.6 可以觀察出，正向力的增加，會使得側向力也上升。

在刮痕漸增負載模式中，正向力是隨著側向刮痕移動而逐漸提高 到預設值，主要是用來觀察薄膜受到漸增刮痕力時表面形貌及摩擦係 數的變化情形，從圖4.25氧化鋅薄膜受奈米刮痕之AFM 圖(Ramp load 模式)可以觀察出，刮痕深度會隨著正向力在刮痕行進時的漸增加寬 加深，而刮痕過程中隨著痕力的變大，所產生在刮痕痕跡兩旁的堆積 現象也越來越明顯。

和Normal load 形式不同的是，因為側向力是漸增式的增加，所 以刮痕過程中並未達到臨界負載，氧化鋅薄膜之柱狀晶結構^[44]也就沒 有產生突然碎裂和薄膜剝離的情況，因此並沒有震盪的情況發生。而 摩擦係數雖然在刮痕過程中也會隨著時間與側向力的增加而變大，如 圖4.26所示，但是最後的平均值從表4.6 可以觀察出並沒有受到太大 的影響。所以可以從實驗結果得知，正向力的增加會使得側向力增 加，但側向力的變化對摩擦係數的影響卻不明顯。

15 20 25 30 35 40 0

300 600 900 1200 1500

Pz = 10000 uN

Pz = 5000 uN

Pz = 2500 uN Pz = 1000 uN

Lateral Force (uN)

Time (s)

圖4.19 標準負載形式之時間與正向力關係圖

圖4.20 標準負載形式之時間與側向力關係圖

圖4.21 氧化鋅薄膜表面受奈米刮痕之表面形貌圖(Normal load)

15 20 25 30 35 40

Coefficient of friction

Time (s)

Coefficient of friction

Time (s)

Coefficient of friction

Time (s)

Coefficient of friction

Time (s)

表4.5 標準負載形式下，探針所受之側向力與摩擦係數大小

圖4.22 標準負載形式之時間與摩擦係數大小關係圖

10 15 20 25 30 35 40

Lateral Force (uN)

Time (s)

圖4.23 漸增負載形式之時間與正向力關係圖

圖4.24 漸增負載形式之時間與側向力關係圖

圖4.25 氧化鋅薄膜表面受奈米刮痕之表面形貌圖(Ramp load)

10 15 20 25 30 35 40

Coefficient of friction

Time(seconds)

Coefficient of friction

Time(seconds)

Coefficient of friction

Time(seconds)

Coefficient of friction

Time(seconds) Pz = 10000 uN

表 4.6 漸增負載形式下，探針所受之側向力與摩擦係數大小

圖 4.26 標準負載形式之時間與摩擦係數大小關係圖

第五章 結論

本實驗於 Si(100)上使用射頻磁控式濺鍍法並改變其濺鍍功率 (50、100、150、200、300 W)來沉積高品質氧化鋅薄膜，實驗成果及 結論如下：

測氧化鋅薄膜之硬度與楊氏係數，實驗結果顯示氧化鋅薄膜之硬 度和楊氏係數除了受到結晶結構的影響外，基材效應對機械性質 也是有其重要性。

5. 最後使用奈米刮痕技術，來觀察其探針與薄膜間摩擦係數的大 小，實驗結果顯示，當正向力較小時，摩擦係數會隨著時間而增 加，這是因為在做刮痕試驗時，刮痕周圍所產生的堆積現象，會 使得壓痕器和接觸面之間的黏滯力增加進而使摩擦係數上升，而 當正向力及側向力增加時，因為力量較大，周圍堆積現象對摩擦 係數大小所產生的影響就減小了。

第六章 參考文獻

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