臺灣博碩士論文加值系統

壓克力(PMMA)具有耐衝擊性、耐壓性、且具有良好的光學性質，常被應用於光學鏡片、太陽眼鏡或交通工具的擋風玻璃，氮化鈦具有高硬度與耐磨耗性高的特性，常被用於做防蝕的表面塗層，在半導體製程亦是使用頻繁的一種阻障材料。本研究的目的即使用磁控濺鍍法在壓克力上沉積氮化鈦薄膜。期望提高壓克力的附加價值。
我們在壓克力基板與氮化鈦中間先鍍上一層鋁膜。鋁膜擁有較低的電阻率，亦是常使用的中介層材料。試著提高氮化鈦薄膜的附著性並探討不同鋁膜厚度的中介層對其氮化鈦薄膜的顯微結構及機械性質的影響。實驗中，我們使用表面粗度儀先測量鋁膜於壓克力及氮化鈦在鋁膜上的沉積速率，試著控制鋁膜的厚度為20、40、80nm，氮化鈦的厚度為80nm。藉由原子力顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、X-ray繞射儀分析氮化鈦/鋁膜的特性，機械性質則測量薄膜的硬度，及觀察表面接觸角的變化情形。
由實驗結果發現表面粗糙度和鍍膜的硬度值隨著薄膜厚度越厚而增加。鋁中介層為40nm可使表面接觸角達105°成為疏水性表面結構。此外，在XRD分析中發現鍍層的優選方向由TiN（200）有逐漸轉變為TiN（111）的趨勢。

關鍵字 : 氮化鈦/鋁膜、磁控濺鍍、接觸角、優選方向

Acrylic(PMMA) has the best impact resistant, pressure resistant, and good optical properties, so it is applied in the optics lens, sunglasses or windscreen of transportation. Titanium nitride has the characteristic of the high hardness and high wear resistant, is often used as a protective coating for corrosion and wear. It is a barrier material kind of frequently used in semiconductor process. The purpose of this paper is deposition titanium nitride films by magnetron sputtering on PMMA. Hope that acrylic has better value.
We deposited a layer of aluminum film between acrylic substrate and titanium nitride film first. The aluminum film has lower resistivity, and it is one of the materials of inter-layer that often be used. Try to improve the adhesion of the titanium nitride film and probe into influence of microstructure and mechanical properties of different thickness inter-layer of aluminum films to its titanium nitride films. In the experiment, we measured the deposition rate of aluminum film on PMMA and titanium nitride film on aluminum film by surface profiler (Alpha-step) first, and try to control the thickness of the aluminum films are 20nm, 40nm and 80nm, titanium nitride film is 80nm. The physical properties of the TiN/Al films are analyzed from AFM, SEM, XRD, mechanical properties are measured hardness of the films, and observation its change of the contact angle on the surface.
As the results of experiments, we find the surface roughness and hardness of the films are increased as the films increased gradually. The contact angle is 105° while the inter-layer thickness of aluminum films are 40nm, surface structure will change from hydrophilic to hydrophobic. Besides, we find preferred orientation is changed into the TiN（111）trend from the TiN（200）.
Key words : TiN/Al films, magnetron sputtering, contact angle, preferred orientation.

目　　次
摘要 i
英文摘要 ii
致謝 iv
目次 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 序論 1
1.1前言 1
1.1.1塑膠基材上鍍膜的難處 1
1.2研究動機 2
第二章 理論基礎 4
2.1電漿原理 4
2.2氣相沉積技術 4
2.2.1化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition , CVD） 4
2.2.2物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition , PVD） 5
2.3磁控濺鍍理論 5
2.3.1濺鍍原理 5
2.3.2磁控濺鍍 7
2.3.2.1直流磁控濺鍍（DC magnetron sputtering） 8
2.3.2.2射頻磁控濺鍍（RF magnetron sputtering） 9
2.4薄膜之微結構 9
2.5影響鍍膜品質的主要因素 10
2.6氮化鈦的鍍膜性質 13
2.7氮化鈦鍍膜的優選方向（Preferred Orientation） 15
2.8薄膜的親水性與疏水性 15
第三章 實驗方法與步驟 18
3.1實驗設備 18
3.2實驗材料 20
3.3實驗試片製備 20
3.4實驗流程 22
3.5試片分析及檢測 24
3.5.1鍍層之成長速率量測 24
3.5.2鍍層表面微結構觀察 25
3.5.3鍍層表面粗操度量測 25
3.5.4鍍層晶體結構分析 27
3.5.5奈米壓痕試驗 27
3.5.6接觸角量測分析 28
第四章 結果與討論 29
4.1薄膜之成長速率 29
4.2薄膜之表面型態分析 30
4.3薄膜之表面粗糙度及表面形貌 37
4.4薄膜之結構分析 43
4.5薄膜之奈米壓痕量測 47
4.6接觸角量測分析 49
第五章 結論 55
未來研究方向 57
參考文獻 58
作者簡介 60

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