4-1、薄膜結構分析 4-1-1、XRD 分析
圖4-1 為初鍍之 AIST 薄膜在 150°C 及 250°C 持溫 30 分鐘 XRD 圖譜。由圖 中可知在150°C 持溫 30 分鐘時仍為非結晶相，250°C 之熱處理後轉為結晶相，
由JCPDS 資料庫（80-1722）比對得知其為六方（Hexagonal）結構之 Sb2Te 相。
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
: Sb2Te
As-deposited (119)
(206)
(213) (023)
(005)
(110) (016) (103)
Intensity (a.u)
2 theta(
o)
250OC 150OC
圖4- 1、AIST 初鍍膜及其經 150°C 及 250°C 持溫 30 分鐘熱處理之 XRD 圖。
圖4-2 為 150 nm 厚之 AIST 薄膜在 5°C/min 升溫速度下量測所得之電阻對溫 度之變化，在加熱初期初鍍膜之電阻值高達 106Ω，隨著溫度升高電阻值也隨之 下降，約在200oC 時其電阻值急劇下降至 10 Ω以下，此變化應為 AIST 快速結晶 化之特性所致，電阻變化之程度已符合PCRAM 之所需（應用於 PCRAM 至少需 104電阻變化幅度）。
50 100 150 200 250 300
Temperature(OC)
圖4- 2、150 nm 厚之 AIST 薄膜之電阻對溫度之變化。（升溫速度 = 5°C/min）
以上之實驗無法判定出第一階段的變化是否有前所未知的結構變化，故利用
4-1-2、Kissinger 分析
利用微分法求出電阻值變化最快的位置，將此處對應之溫度定義為 Tc；表 4-1 則彙整 AIST、90A10S 及 85A15S 之厚度及升溫速率對 Tc之關係。從表中可 觀察出，隨著升溫速率的增加 Tc也隨之增加，厚度增加時，Tc則隨之降低；表 中亦可觀察出SiO2的加入，也使得結晶溫度得以提升。
代入Kissinger 方程式做ln 2 Tc
⎛ Φ ⎞
⎜ ⎟
⎝ ⎠對1
T 圖（即Kissinger Plot，如圖 4-5（a）至 4-5（c）所示）計算出活化能 Ea，其結果如表4-2 所列。
2.08 2.10 2.12 2.14 2.16 2.18 2.20 2.22
2.00 2.04 2.08 2.12 2.16 2.20
-13.0
1.86 1.89 1.92 1.95 1.98 2.01 2.04 2.07 2.10 -13.5
圖4- 5、電性量測所得之（a）AIST、（b）90A10S 及（c）85A15S 之 Kissinger Plots。
表4- 2、不同膜厚之 AIST、90A10S 及 85A15S 之 Ea值。
圖4-6 至 4-8 分別為不同溫升速率下，四種不同膜厚（30、50、100 和 150 nm）
的AIST、90A10S 與 85A15S 薄膜之電阻值對溫度變化曲線。既往研究[48，49，
63，64]所報導的 AIST 之 Ea值大約在2.4 至 3.0 eV 左右，與表 4-1 所列者差異
厚之試片Ea值為2.09 eV，30 nm 厚之試片 Ea值則為2.49 eV。膜厚之效應應來
50 100 150 200 250 300
Temperature (oC)
1oC/min
50 100 150 200 250 300
如圖4-9 所示，相變化的過程包含了潛伏期（Incubation Period）、穩定成核 期（Steady-state Nucleation）、成長（Growth）與粗化（Coarsening）四個階段， 時，如此 ln{−ln[1−x(t)]}對應 lnt 圖之截距與斜率均為定值，Avrami 指數與相變 化之活化能才能正確地求出，故τ 值之選擇在實驗中扮演著重要的角色。
圖4-10 至 4-12 為不同厚度之 AIST、90A10S、85A15S 在不同恆溫溫度量測 所得之電性量測所得利用（2-4）式轉換成結晶分率–時間的關係圖，由圖中可觀 察出隨著恆溫溫度的降低，材料完全相變化的時間也隨之增加。利用圖 4-10 至
100 nm 150 nm
4-12 求出τ值，繪出不同膜厚之AIST、90A10S 及 85A15S 薄膜的 ln[ ln(1− −x t( ))]
對ln t 圖（見圖4-13 至 4-15），計算 Avrami 指數得知其 n 值如表 4-2 所列。
圖4- 9、成核理論的四個相變化過程。
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0.0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0.0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0.0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0.0
0 2000 4000 6000 8000 10000
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 0.0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0.0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 0.0
0 500 1000 1500 2000 2500
0.0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 0.0
0 1000 2000 3000 4000
0.0
0 1000 2000 3000 4000 5000
0.0
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
以上其成長模式為三維成長。推測原因應為 SiO2顆粒在薄膜內部提供了許多異 質成核位置，受到分佈均勻的SiO2之影響，相變化過程會趨向於三維成長。
圖 4-16 為不同膜厚 AIST、90A10S 及 85A15S 之 lnk 對 T1 曲線，而表 4-4 所列為依圖4-16 所得之 ΔΗ 值。從表中可以看出，隨著膜厚的遞增，ΔΗ 值也隨 之增加，此與Avrami 指數有著相同趨勢。
2.18 2.20 2.22 2.24 2.26 2.28 2.30
-3.0
1.90 1.95 2.00 2.05 2.10 2.15
-3.00
圖4- 16、成核理論方法所得之不同厚度(a)AIST、(b)90A10S 和(c)85A15S 薄膜之 ln k對1
T 曲線。
（c）
（a） （b）
表4- 4、AIST、90A10S 及 85A15S 在不同膜厚下所得之 ΔΗ 值。
與上述之利用Kissinger Plot 所得之 Ea值比較，利用JMAK 所得 ΔΗ 值偏高，
歸納其原因，Kissinger 為在升溫的電性量測中，代表的是材料在結晶的過程中晶 粒成長需克服之活化能[62]；而利用 JMAK 所得 ΔΗ 值則代表著成長及成核的活 化能值之總和，兩者所代表之物理意義不同。
上述之結果可以得知 Arami 指數與 ΔΗ 有相同的趨勢，可利用（2-8）式 (ΔH = En + (n − 1)Eg)解釋之，（2-8）式顯示 ΔΗ 會隨 Arami 指數之增加而增加；
Arami 指數之增加代表成長之維度數目越高，系統必須給予更多之能量以提供晶 粒成長往多維度方向成長，故ΔΗ 值亦隨之增加；反之，當膜厚減小時，試片之 維度效應受到限制，故ΔΗ 會隨 Arami 指數減小而降低。
材料種類
膜厚(nm) AIST 90A10S 85A15S
30 4.25 2.62 3.89
50 4.82 3.39 4.42
100 4.77 3.45 6.62
150 4.94 4.07 6.32
4-2、潤濕層對含 AIST 奈米複合記錄層光碟之影響
本實驗室對含AIST 奈米複合記錄層光碟記錄特性研究中發現在長 T 訊號寫 入時，其品質與一般光碟片並無太大的差異，但在短 T 訊號之品質卻不如預期 [36]。研判其原因應是奈米複合記錄層與 PC 基板的潤濕性不足，故本實驗故探 討在記錄層上或下加入一潤濕層，藉此改善記錄跡之形貌進而改善其訊號品質，
如圖4-17 所示。
圖4- 17、加入潤濕層改善含 AIST 奈米複合記錄層光碟訊號品質之示意圖。
潤濕層材料除選擇氧化物，如氧化鉻（CrO）、氮化鍺（GeN）、氮化鋁（AlN）
與氧化矽（SiO2）之外，我們還挑選幾種高溫金屬，如鉑（Pt）、銀（Ag）、鈦（Ti）、
金（Au）、鉻（Cr）等[65]，而材料的選擇條件為具有較高的熔點可在雷射寫入 時不會因溫度過高而導致潤濕層熔解，並希望此材料能同時具備有散熱及反射的 功能。
圖4-18 為在熔融之 AIST 滴於不同潤濕層上後之形貌，實驗結果發現只有在 Ti 上有沾黏些許的 AIST，其餘材料上之 AIST 均掉落或剝落。而 GeN 雖然在此 實驗中並無有沾黏之現象但在文獻[66]上發現有其可做為促進成之界面層；因此 採取Ti 與 GeN 做為光碟試片中之潤濕層。
圖4- 18、熔融之 AIST 滴於（a）Pt（b）Ag（c）Ti（d）Au（e）Cr（f）CrO（g）
GeN（h）AlN（i）SiO2材料後之反應形貌。
以 Ti 為潤濕層之光碟試片經測試後發現在短 T 訊號並沒有獲得相當的提 昇，寫入的功率大約在10-12 mW（商用規格要求在 10 mW 以下），Sber 値大約 10−2~10−4（商用規格約在5×10−5），且不論Ti 在 AIST 記錄層之上或下，其訊號 特性均沒有多大的差別，甚至將AIST 記錄層夾於兩層 Ti 之中時其結果最差。圖 4-19 為 AIST 記錄層在 Ti 層之上的光碟試片之記錄跡 TEM 形貌，事實上訊號跡 相當模糊，比未加入Ti 層的光碟的完整程度更差，故 Ti 層並沒有發揮預期的潤 濕的行為。
圖4- 19、含 Ti 潤濕層之光碟試片中訊號之 TEM 影像及訊號區與非訊號區之 SAED 圖。
若以GeN 為潤濕層，在短 T 的表現也沒有很明顯的改善。而寫入的雷射功 率大約在11-12 mW，Sber 値也高於商用規格，約 10−2~10−3。而在鍍GeN 過程 中不管通入的N2量為何，對其寫入功率及Sber 值均無重大的影響，甚至對 power 及Sber 值變大變差。圖 4-20 為 AIST 記錄層在 GeN 上的光碟試片之記錄跡 TEM 形貌，由圖中可知GeN 也沒有達到預期上的潤濕的效果。
圖4- 20、含 GeN 潤濕層之光碟試片中訊號之 TEM 影像及訊號區與非訊號區之 SAED 圖。
綜合以上之結果，歸納其成效不佳的原因有二：
（1） 本實驗利用既有之靶材製作，故材料的選擇上有限。
（2）
潤濕層太厚所得之測試結果均比未加潤濕層之測試結果差，太薄卻往往有 雷射寫入時被高熱能量一併熔掉的問題而導致其無法發揮潤濕作用。此顯示光碟 膜層結構影響整體之光與熱性質；當膜層結構調整時，其光與熱性質隨之改變，以上之研究或許應結合模擬實驗，確認結構與性質變化之對應關係，再配合實驗 驗證，或許可找出符合所求之光碟膜層結構。