Abstract
本實驗利用非平衡磁控濺鍍系統(UBMS)，於P 型(100)矽晶片上改變鍍膜時間以 製備鈦-矽-氮薄膜。此篇論文的目的為研究不同厚度下鈦-矽-氮薄膜的機械性質，特 別著重在殘留應力和硬度的部份，並且製備高硬度與高厚度的鈦-矽-氮薄膜以適合工 業應用。薄膜厚度隨著鍍膜時間的增加而上升，從281 nm 上升至 2044 nm。結構上藉 由X 光繞射 (XRD) 的測定得知，氮化鈦的優選方向為(111)方向或是(200)方向是取決 於厚度。而藉由X 光光電子儀 (XPS) 的測定得知在此複合材料裡有氮化矽的鍵結存 在。因此，在此實驗中的鈦-矽-氮薄膜為氮化鈦/氮化矽奈米複合材料。這些奈米複合 材料試片的硬度和膜厚達成了一個很好的結合，在硬度上達到37 GPa，而膜厚也達到 了2 μm。 利用雷射光學曲率及X 光繞射之改良式 sin2ψ 的方法可個別量測薄膜的平 均殘留應力，及氮化鈦相的應力。在氮化鈦/氮化矽奈米複合材料裡的非晶氮化矽可以 有效的釋放平均殘留應力，其範圍分別從19% 到68%。釋放殘留應力的程度隨著厚度 的上升而提高，此現象可能是奈米複合材料厚度可以到達2 μm 以上的主因。經由破裂 力學計算得知，薄膜可承受之臨界應力隨著膜厚增加而下降。當量測之真實應力達到 臨界應力計算值時，薄膜會開始剝落。