不同雷射頻率的影響

圖4-17 為不同雷射頻率製程的 XRD 2Theta-Theta scan 分析結果，從圖 中可看出，三者皆有TiN(200)的訊號，且(400)也有出現，而無其他方向訊 號出現，表示三者皆為單一方向性薄膜，其成長方向和基板相同。而且不 論雷射頻率大小，皆無出現TiO2的訊號，證實TiO2的生成與通入氮氣有關。

以三者的TiN(200) peak 位置計算之 d 值由低頻率至高頻率分別為 2.067Å、

2.076 Å、2.067 Å。

圖4-10 為 XRD rocking curve 分析結果，雷射頻率 10 Hz 製程的薄膜半 高寬最窄為2.43˚，而 5 Hz 和 20 Hz 的分別為 3.41˚和 4.23˚。從以上可得知，

雷射頻率10 Hz 製程的薄膜品質最佳、方向性最好。

圖 4-17 不同雷射頻率製程之 XRD 2Theta-Theta scan 分析結果。

圖4-18 XRD rocking curve，(a)5 Hz，(b)10 Hz，(c)20 Hz。

4.2.2 SEM 和 AFM 表面形貌分析

圖4-16 為不同雷射頻率製程試片的 SEM 表面影像，從圖中可知薄膜 表面晶粒沒有特定形狀也無特定排列方向。而圖4-17 為 AFM 影像，5 Hz 製程薄膜的rms 值為 6.39 nm，10 Hz 者為 3.10 nm，20 Hz 者為 1.39 nm。

可知5 Hz 製程的薄膜表面高低起伏最大，10 Hz 和 20 Hz 製程的薄膜影像 皆為一顆一顆的顆粒堆疊而成，而 5 Hz 製程的表面有晶粒聚合成長過的痕 跡。

由雷射頻率的不同，造成薄膜表面粗糙度的不同。當頻率較高時，靶 材上被雷射熔融而噴出的顆粒抵達基板後尚未開始成長，由於頻率很快，

下一批粒子團又覆蓋上去，因此表面呈現顆粒狀。當頻率較低時，熔融的 顆粒抵達基板後，在下一批粒子團抵達之前，有足夠的時間聚合成長，表 面較為粗糙、起伏較大、顆粒感較少。因此，當頻率愈高，表面愈平坦，

反之，頻率愈低時，表面愈粗糙。

圖4-19 不同雷射頻率製程表面形貌之 SEM 影像，(a)5 Hz，(b)10 Hz，(c)20 Hz。

圖4-20 不同雷射頻率製程表面形貌之 AFM 影像，(a)5 Hz，(b)10 Hz，(c)20 Hz。

4.2.3 TEM 分析

當靶材表面的粒子吸收雷射能量後熔融而噴出形成plume，隨著雷射頻 率的增加，plume 的形狀隨之增加而拉長，抵達基板後，團聚的原子隨著表 面能和應變能而移動到低能量的位置。然而雷射頻率20 Hz 的製程，基板 表面的原子尚未能有足夠的時間移動，後面的原子團又覆蓋上去，因此其 晶格排列凌亂，薄膜品質不佳。而在相同雷射脈衝次數下，20 Hz 的膜厚比 10 Hz 還薄，顯示頻率高時沉積速率並沒有增加反而減少，靶材熔融的溫度 很高，粒子皆帶有很大的動能，由於頻率較高，熔融出的粒子數目較多，

相互碰撞的機率增加反而降低沉積速率。

圖4-21 雷射頻率 10 Hz 的橫截面 TEM 分析，(a) BF 影像，(b)SAD 圖形。

圖4-22 雷射頻率 10 Hz 的 TiN 與矽基板界面之橫截面 HRTEM 分析，

(a)HRTEM 影像，(b)TiN 薄膜上部的 FFT 圖形，(c)TiN 靠近矽基板 界面的FFT 圖形。

圖4-23 雷射頻率 10 Hz 的 TiN 薄膜接近表層之橫截面 HRTEM 分析，

(a)HRTEM 影像，(b)TiN 薄膜的 FFT 圖形。

圖4-24 雷射頻率 20 Hz 的橫截面 TEM 分析，(a) BF 影像，(b)SAD 圖形。

圖4-25 雷射頻率 20 Hz 的 TiN 與矽基板界面之橫截面 HRTEM 分析，

(a)HRTEM 影像，(b)TiN 薄膜上部的 FFT 圖形，(c)TiN 靠近矽基板 界面的FFT 圖形。