實驗流程

本實驗是選用矽基材(100)來備製氧化鋅薄膜，如 3.2.1 所提及，

因為射頻磁控式濺鍍法具有較高沉積速率與可以用於大面積製程之 優點，所以本實驗是使用 RF-sputtering 系統在矽基材(100)上沉積氧 化鋅薄膜，製程時沉積的時間控制在 60 分鐘，靶材材料為鋅靶 (99.999%)，靶材與矽基板之間的距離為 9 公分，工作壓力控制在 10 mtorr，溫度保持在室溫，製程空間為氬氣和氧氣的混合環境，而氬 氣和氧氣的流量皆為2.5 sccm，而實驗時所改變的是濺鍍時的功率，

分別使用50、100、150、200、以及 300 W 在矽基材(100)上濺鍍氧化 鋅薄膜，比較不同的射頻磁控式濺鍍功率條件對沉積在矽基材上氧化

質做進一步的瞭解，壓痕測試是使用Berkovich 探針，控制下壓的深 度在 200 nm，來觀察不同濺鍍功率下沉積出之氧化鋅薄膜其硬度與 其楊氏模數的差異；奈米刮痕實驗所使用的也是Berkovich 三角錐探 針，利用連續的正向力和側向力以及分成標準負載(Normal load)和漸 增負載(Ramp load)二種形式，從所得的數據來計算出摩擦係數。在 Normal load 中，將探針所受到之正向力(P_z)分別控制在 1000、2500、

5000、以及 10000 µN，刮痕過程共花了 54 秒，分成以下七個區段：

－區段一：0 ~ 4 秒，探針位置從 0 µm 移到-5 µm，P_z = 0 µN。

－區段二：4 ~ 9 秒，探針停在-5 µm 的位置 5 秒，P_z從0 µN 開始增 加至預定值(1000、2500、5000、或 10000 µN)。

－區段三：9 ~ 12 秒，探針停在-5 µm 的位置 3 秒，P_z維持在預定值。

－區段二：5 ~ 8 秒，探針停在-5 µm 的位置 3 秒，P_z = 0 µN。

－區段三：8 ~ 38 秒，探針從-5 µm 移到+5 µm，P_z從0 µN 開始增加 至預定值(1000、2500、5000、或 10000 µN)。

－區段四：38 ~ 40 秒，探針停在+5 µm 的位置 2 秒，P_z從預定值回 到0 µN。

－區段五：40 ~ 45 秒，探針從+5 µm 回到 0 µm 的位置，P_z = 0 µN。

氧化鋅薄膜備製與奈米壓刮痕原理之參考文獻收集

氧化鋅薄膜沉積基材的選擇：Si(100)

製程參數設計與試片備製測試

氧化鋅薄膜微區結構之分析︻T E M ︼

氧化鋅薄膜表面形貌之分析︻SEM 、AFM ︼ 氧化鋅薄膜結晶結構之分析︻X R D ︼ 氧化鋅薄膜機械性質之分析︻奈米壓、刮痕︼

實驗結果與數據圖表整理分析

論文寫作

第四章 實驗結果與討論

根據先前的研究及文獻得知，氧化鋅薄膜在光電元件的使用上相 當廣泛，而隨著材料微小化的趨勢，薄膜的沉積品質與機械性質的重 要性也就與日俱增。

本實驗運用射頻磁控式濺鍍法，在矽基材(100)上沉積氧化鋅薄 膜，在濺鍍過程中，分別通入氬氣和氧氣各2.5 sccm，並改變實驗時 的濺鍍功率(50、100、150、200、以及300 W)，探討不同濺鍍功率所 沉積之氧化鋅薄膜其表面形貌與機械性質的改變。首先利用掃瞄式電 子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、以及X光繞射儀(XRD)、以及 穿透式電子顯微鏡(TEM)量測氧化鋅薄膜的表面形貌及其內部結晶 結構，其後使用奈米壓痕量測系統(Nanoindentation system)以及奈米 刮痕系統(Nanoscratch system)量測氧化鋅薄膜之奈米機械特性與磨 潤特性，探討在不同濺鍍功率下所製作之氧化鋅薄膜的硬度與彈性模 數的變化，最後將得到的結果於下列討論。表4.1為此實驗於濺鍍時 的製程參數。

表4.1 實驗製程參數