本實驗分別探討濺射系統所鍍製之鋯鈦 (Zr-Ti)以及鋯銅 (Zr-Cu)多層膜，經由 10-5
1× torr 的真空退火熱處理後，設法利用薄膜擴散得到非晶質薄膜，以及利用雙靶共 濺鍍之方法直接得到非晶質薄膜。並且隨後探討其非晶質薄膜機制與特性。實驗流程圖 如圖3-1 所示。將實驗所需之矽基板，其材料製備如表3.1 所示。將矽基板利用鑽石刀 切成適當的尺寸大小，分別利用丙酮(Acetone) 、乙醇(Alcohol)和去離子水(DI water)經 由超音波震盪清洗基板，其清洗之步驟如圖3-2 所示，其後再用空氣槍吹乾。之後將切 好之矽基板固定在試片架上，再放入 Load Lock 中，將 Load Lock 之真空鍍抽至
10-2
3× torr ，就可將試片以及試片架推入濺射系統之真空腔體中，將濺射系統抽真空，
使背景壓力到達約3×10-7torr，然後導入氬氣進行真空濺射，其腔體中之工作壓力設定 在3×10-3torr。而其濺射出之多層膜薄膜可經由真空退火熱處理後，得到的非晶質薄膜，
而濺鍍出的共濺鍍薄膜，濺鍍出來就為非晶質薄膜。所製作出來的非晶質薄膜，其中一 部份之薄膜用來做為成份、厚度以及 XRD 繞射分析等分析之樣品，另一部份薄膜將 從基板上剝離之後，進行非晶質薄膜之熱力學分析。
3-1 實驗設備
3-1-1 濺鍍系統 (Sputtering system)
本實驗使用直流式磁控濺射系統 (DC magnetron sputtering system)，鍍製鋯 (Zr)、
鈦 (Ti)及銅 (Cu)等薄膜於選定基板之表面。濺射系統裝置圖如圖3-3 、3-4 所示。該系 統配置磁控式三濺鍍鎗，真空設備採用機械幫浦 (rotary pump)及冷凍幫浦 (cryo pump) 之組合，可使真空腔體 (chamber)達到約3×10-7torr 的終極壓力 (ultimate pressure)。控 制設備部分，有直流 (DC)、射頻 (RF)兩種電源供應器，可分別提供濺鍍鎗最大電壓 500
W 之輸出功率，其裝載在真空腔體之下方，另有石英燈管及熱電偶式測溫計 (thermal couple thermometer)作為基板以及真空腔體之加熱控制系統，溫度可達250-300 oC。在大 氣下，初次抽真空並且利用加熱控制系統加熱腔體，可使得腔體的真空鍍在短時間到 達。量測設備中，包含有測定濺鍍腔體及管路真空度之熱電偶式真空計 (thermal couple guage) 、 電 容 式 真 空 計 (baratron guage) 及 冷 陰 極 式 離 子 真 空 計 (cold-cathode ion guage)；氣體流量之控制則採用質流量計 (mass flow controller)。基板利用夾具固定在可 旋轉之圓形載臺上，其裝載在真空腔體之上方。而濺射之工作距離也是可以改變濺鍍率 之變數之一，因此工作距離可隨意調整。
3-1-2 真空熱處理系統
本實驗使用真空熱處理系統來進行高溫退火，使鋯鈦、鋯銅多層膜薄膜個別在450
oC以及350 oC的高溫下退火，經過擴散的方式形成非晶質薄膜。真空熱處理系統採用兩 個真空幫浦，先是利用機械幫浦 (rotary pump)進行粗抽，然後再利用擴散幫浦 (diffusion pump)抽至高真空，可使真空腔體 (chamber)達到約5×10-5torr，此系統是先將待退火之 試片放入真空熱處理系統中，當腔體抽至高真空後，開始利用雷射(紅外線)加熱，等熱 處理時間結束，使其於冷卻水系統中冷卻。真空熱處理系統裝置圖如圖3-5 所示。此系 統跟一般利用石英管抽真空再放入高溫退火爐不一樣，因為此系統之試片是隨著腔體溫 度上升，其退火的時間會比一般利用石英管與高溫退火爐還要來的短，因此實驗應用同 一台退火爐進行退火實驗。
3-2 實驗分析儀器
3-2-1 CSM 雷射掃描共軛焦顯微鏡
實驗儀器: Leica TCS-SL
實驗方法:使用雷射掃描共軛焦顯微鏡 (confocal spectral microscope，CSM)在1000倍的 放大倍率下，利用光聚焦於試片上時，形成可見的聚焦面 (focus plane) 然後通過光學 針孔光圈 (pinhole) 蒐集來自試片聚焦面的光線，會形成聚焦影像。而聚焦點外的試片 層為非聚焦面 (out-of focus plane)。將非同一聚焦面的光排除於光學針孔光圈外所形成 的影像，我們稱為共軛焦距影像 (confocal image)。利用此間距的關係可測得薄膜之厚 度，再利用厚度對時間的關係，測得濺射率。雷射掃描共軛焦顯微鏡裝置圖如圖3-6 所 示。
3-2-2 XRD 繞射分析
實驗儀器: SIEMENS D5000 XRD
實驗方法: X光繞射儀 (X-ray diffraction，XRD)的操作電壓值設定為40 kV、電流值為 30 mA，使用的濾片為 0.02 mm。由於實驗上所使用之基板為 (100) 面的矽單晶，為了 避開矽單晶之繞射峰，其 X光繞射分析的繞射角度2θ 範圍從20o~60 o，轉動0.1 o 停 5 秒，並依照 Bragg定律與 JCPDS資料來判定合金是否為非晶質結構。
3-2-3 DSC 熱分析
實驗儀器: DIAMOND DSC
實驗方法: 微熱差分析儀 (differential scanning calorimetry, DSC)利用加熱的過程來測量 Tg、Tx及Tm值，其步驟先在 DSC 加熱爐裡有兩個加熱基座，下方基座放入一為未放任 何樣品之空坩堝，上方基座放入一為待測合金薄膜之坩堝，蓋上封蓋，開啟風扇，並將 氬氣瓶打開，通入氬氣保護之。因為實驗量測目的不同，所以使用非恆溫升溫過程，在 加熱過程中，先在25 oC 下恆溫五分鐘，再以速率 5 K/min 加熱至600 oC，停在600 oC
下恆溫五分鐘，再來也以 5 K/min 降溫至25 oC ，最後在25 oC 恆溫五分鐘。DSC 熱 分析裝置圖如圖3-8 所示。其 DSC 試片的製備是將濺鍍薄膜於基板上剝下，將 2~4 mg 之薄膜放入銅坩堝內，蓋上銅蓋，之後就可以開始測量熱分析。
3-2-4 SEM 掃描式電子顯微鏡與 EDS 能譜元素分析
實驗儀器: JEOL-JSM 6330 SEM
實驗方法:利用掃描式電子顯微鏡 (scanning electron microscopy, SEM)的 SEI 來觀看 其薄膜表面以及 cross-section 的微結構，BEI 來觀看退火後的分佈情形，再利用附設 之能量分散質譜儀 (energy dispersive spectrometry, EDS)來分析其多層膜退火後以及共 濺鍍薄膜之成分。
3-2-5 FIB 雙束型聚焦離子束顯微鏡
實驗儀器: Focus Ion Beam
實驗方法: 先將試片裁切至 50 mm x 50 mm x 12 mm (thickness) 以下。將樣品以銅膠帶 黏於雙束型聚焦離子束 (Focus Ion Beam) 的載體上，並將載體置入 FIB 機器中，放入 高真空腔體中以作處理。樣品需導電，不導電之樣品需經鍍碳或鍍金處理，並且要在製 作 TEM 試片的部分沉積較堅硬的原子，如C，以保護此部分樣品不在接下來的蝕刻過 程中遭到破壞。 FIB 槍以高熱游離出 Source 的 Ga+ 離子，經過連串的聚焦、整形、
加速裝置，以高速撞及樣品表面，將表面分子游離，以破壞的方式進行蝕刻。以 SEM 槍 放出電子撞擊樣品表面，並以二次電子偵測器接收反射之電子，即可得知樣品表面之狀 態。
3-2-6 TEM 穿透式電子顯微鏡與 SAD 擇域繞射分析
實驗儀器: JEOLTEM-3010
實驗方法: 穿透式電子顯微鏡 (transmission electron microscopy, TEM) 之高倍率通常 被使用來觀察奈米級之晶粒，而擇域繞射圖 (selected area diffraction, SAD) 是用來分析 合金內各相之晶格常數的最有效方法之一，而穿透式電子顯微鏡試片之製作，先將厚約 200 nm 之合金薄膜剝下，再將合金薄膜黏於 TEM 銅環上，之後以離子蝕薄機 (ion millers) 使試片中心產生薄區以便觀察分析，而所使用的離子蝕薄機型號為GATAN PIPS-691 Ion-Miller。