TiN薄膜屬于第Ⅳ族過(guò)渡金屬氮化物。它的結(jié)構(gòu)是由金屬鍵和共價(jià)鍵混合而成，同時(shí)具有金屬晶體和共價(jià)晶體的特點(diǎn)：高熔點(diǎn)、高硬度、優(yōu)異的熱和化學(xué)惰性。此外，TiN薄膜還具有高溫強(qiáng)度、優(yōu)越的耐腐蝕性能以及良好的導(dǎo)熱性能。TiN薄膜具有廣闊的應(yīng)用前景，在刀具、模具、裝飾材料和集成電路中都具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，因而越來(lái)越受到人們的重視。過(guò)去人們常常使用先抽除腔體中的空氣，再以氮?dú)庾鰹榉磻?yīng)性氣體的方法制備TiN。由于環(huán)保要求日益嚴(yán)苛，使用氮?dú)庾龇磻?yīng)氣體難免會(huì)造成環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，近來(lái)有臺(tái)灣學(xué)者試圖通過(guò)通入空氣和氬氣的方法來(lái)取代氮?dú)庵苽銽iN薄膜，并借此縮短生產(chǎn)時(shí)間，打到節(jié)能環(huán)保降低工藝成本的目的。接下來(lái)小編就為大家?guī)?lái)臺(tái)灣中興大學(xué)楊浚揮先生關(guān)于通入空氣/氬氣制備TiN薄膜的方法。

  本研究主要以PVD在鍍著功率200W、偏壓-50V，背景壓力5×10-6torr，工作壓力1×10-3torr下，控制空氣/高純氬氣流量比值在（9~12）/100時(shí)，氬氣制備TiN薄膜之后分別以色度計(jì)進(jìn)行顏色的分析，并針對(duì)所鍍著之薄膜的結(jié)晶相，以X光繞射儀（XRD）作分析，并以場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡（FE-SEM）觀察薄膜的微結(jié)構(gòu)，另以歐杰電子能譜儀（AES）及X光光電子能譜儀（XPS）進(jìn)行薄膜化學(xué)組態(tài)分析，此外以四點(diǎn)探針進(jìn)行薄膜的電阻率分析，及以奈米壓痕儀進(jìn)行薄膜的硬度分析。結(jié)果薄膜為金黃色（L*：76.0~78.2，a*：1.2~2.4，b*：25.9~28.4）巖鹽（rock-salt）型結(jié)晶相，微結(jié)構(gòu)為柱狀晶，其電阻率為40~178μΩ-cm，硬度為20~23GPa，氧含量為10.2~16.7at%，與文獻(xiàn)所報(bào)導(dǎo)的TiN性質(zhì)比對(duì)后，證實(shí)能以氬氣制備TiN薄膜；進(jìn)一步以背景壓力1×10-4torr，控制空氣/氬氣流量比值在（9∼10）/100時(shí)，也能成功制備出電阻率為99~107 μΩ-cm、硬度為21~22 GPa之TiN薄膜，根據(jù)本研究之設(shè)備抽背景真空度5×10-6torr約需要25~30分鐘，而1×10-4torr只需要3~4分鐘，兩者的抽氣時(shí)間差異極大，因此能省去抽真空的時(shí)間，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的；然而本研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鍍著功率升高時(shí)，要制備出金黃色TiN所通入的空氣流量比值也必須增加。氬氣制備TiN薄膜之結(jié)果與熱力學(xué)之預(yù)期在300K~1273K于空氣中會(huì)形成TiO2結(jié)果不符，但能確定鈦在電漿環(huán)境下與空氣產(chǎn)生氮化確是動(dòng)力學(xué)控制的結(jié)果。

  此外本研究改變不同空氣/氬氣流量比值時(shí)，薄膜顏色會(huì)有銀白色→金黃色→紅銅色→土黃色→酒紅色→紫藍(lán)色等變化，此方法能取代過(guò)去文獻(xiàn)曾經(jīng)報(bào)導(dǎo)，控制N2/O2之比值來(lái)達(dá)到色彩多元的目的。另外本研究首次嘗試將TiN應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)電池上，實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)TiN經(jīng)陽(yáng)極氧化后，所制備出的奈米多層TiO2，制作成染料敏化太陽(yáng)能電池后，在持續(xù)照光的條件下，電池所量測(cè)到的開(kāi)環(huán)電壓（Voc）為0.45V，短路電流（Jsc）為0.04mA。因此在綠能概念下氬氣制備TiN薄膜于環(huán)保與染料敏化太陽(yáng)能電池上將更具有優(yōu)勢(shì)。


  氬氣制備TiN薄膜的方法大家清楚了么，武漢紐瑞德特種氣體供應(yīng)5N高純氬氣,6N超高純氬氣。氬氣制備TiN薄膜使用的氬氣紐瑞德特氣也有售！氬氣價(jià)格找生產(chǎn)氬氣廠家紐瑞德氣體電聯(lián)洽談400-6277-838！

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