第三章 實驗方法與步驟
3.5 薄膜性質分析
3.5.1 膜層厚度與化學成分量測
薄 膜 之 化 學 成 分 分 析 為 利 用 X 光 光 電 子 能 譜 儀 (X-ray Photoelectron Spectroscope, XPS)(K-α, Thermo, USA)來進行分析，以 Al Kα radiation(hν=1486.6eV) 來激發膜層中成分的光電子，以分析薄膜表面之訊號，針對不同元素與軌域 (O1s,Al2p,Ti2p)進行分析，同時進行縱深分析，得到成分與縱深之關係分布，來進行 厚度分析。此外透過橢圓偏光儀(Ellipseometer)(Elli-SE-U, Ellipso Technology, South Korea)來分析同製程中 Si wafer 表面之氧化鋁厚度來進行參考。並先量測未鍍膜之 Si 表面原生氧化層厚度，於後續量測中予以扣除得到 ALD 氧化鋁薄膜厚度。
圖 3- 8 XPS 原理[130]
3.5.2 TEM 分析
TEM 試片是透過聚焦離子束(Focus ion-beam, FIB)顯微鏡進行製備，於表面鍍 白金層進行保護後開始進行離子束剪薄，最後將剪薄之試片放於銅網上，透過穿 透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope, TEM)(Tecnai G2 F20, FEI, USA) 進行分析。TEM 可以觀察到奈米等級尺寸之影像，因此 TEM 分析對於許多微觀 分析是十分重要的，常用於觀察析出物、奈米晶、繞射影像等。
圖 3- 10 TEM 配置示意圖[132]
3.5.3 官能基分析
薄膜之官能基分析為利用傅利葉轉換紅外線光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectrometer, FTIR)(Spectrum One, Perkin Elmer, USA)中的衰減全反射(Attenuated Total Reflection, ATR)模式來進行分析。其主要進行的為定性分析，入射角為45˚，
根據不同官能基的振動頻率來分析膜層內的化合物。
圖 3- 11 ATR 原理[133]
圖 3- 12 IR 光譜官能基振動頻率[134]
3.5.4 親疏水性分析
親疏水性(Hydrophilicity)對於材料與血液之間相容性有很大的影響，其分析方 法為使用水滴接觸角(Water Contact Angle, WCA)(DIGIDROOP, GBX co., France)方 法來進行研究。於室溫下，將水滴接觸表面後靜置 10 秒等待平衡，透過影像拍照 後量測水滴兩側與材料表面之角度(θ)，透過觀察角度(θ)來判斷膜層表面之親疏水 性 。θ<90˚ 代 表 固 體 被 液 體 潤 濕 (wetting) ， θ>90˚ 代 表 固 體 不 被 液 體 潤 濕 (non-wetting)。
圖 3- 13 液體滴於固體表面之各種情況示意圖[135]
3.5.5 彎曲測試
彎曲測試如圖 3-14 所示，其主要是利用試片延模具圓桿彎曲時於表面會產生 一預應變量(pre-strain)。其預應變量公式如下所示，其中 T 為試片厚度，D=2R 為 模具圓桿直徑，ε 為預應變量：
ε =
𝐷𝐷+𝑇𝑇𝑇𝑇 ---式 3-1透過不同模具圓桿直徑的大小，則可以決定預應變量 ε 的大小，本實驗針對
ε=1%、2%、3.2%、5%、6%來進行彎曲後回復的測試，其中將製片製備成 50mm×1mm×1mm，延模具圓桿彎曲成角度 θi後使其回復至 θf後，透過掃描式電 子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM)( NOVA NANO SEM 450, FEI, USA) 對於承受不同預變形量後回復的試片表面進行觀察。
圖 3- 14 彎曲測試(Bending Test)示意圖
3.5.6 抗腐蝕性測試
抗腐蝕性測試透過恆電位儀(Potemtiostat)(Parstat 4000, Princeton Applied Research, USA)於試片表面極化曲線來進行分析，其選擇溶液為 Hank’s Solution，
如表 3-1 所示。其底材之掃描範圍為-0.3V 至 0.3V(vs. OCP)，而鍍膜之掃描範圍為 -0.05V 至 0.8V(vs. OCP)，掃描速率設定為 0.167 mV/sec，並將所得數據以
V(Potential) vs. logI 作圖，以分析其抗腐蝕性質能力，並透過塔佛外插法(Tafel extrapolation)來求得底材的 Ecorr與 Icorr。
表 3- 1 Hank’s Solution 之成分[136, 137]
Component Concentration(g/L)
NaCl 8