Abstract
二氧化鈦(TiO2)薄膜是一具有高折射率、高介電常數、在可見光及近紅外光區不吸收、化學性質穩定、硬度高耐磨等優良特性的薄膜材質。為擴充二氧化鈦薄膜在光學方面的應用範圍及提昇品質，本研究以快速交互濺鍍法及雙電子鎗共蒸鍍法，摻鍍低折射率的二氧化矽(SiO2)於二氧化鈦薄膜中，研究二氧化鈦薄膜的光學性質調變與製程控制；並以電子鎗蒸鍍法鍍二氧化鈦薄膜於不同玻璃基板上，探討玻璃基板的性質對二氧化鈦薄膜光學性質造成的影響。俾使得吾人在二氧化鈦薄膜製造過程中能確切掌握膜層的性質及進行必要的性質調變。研究結果顯示快速交互濺鍍法及雙電子鎗共蒸鍍法摻鍍二氧化矽於二氧化鈦薄膜中，皆可對二氧化鈦薄膜的折射率、色散特性及結晶結構進行調變。混合膜折射率值的大小及色散程度皆隨二氧化矽摻鍍比例的增加而平順的變小。以此兩種方法摻鍍，當混合膜中二氧化矽摻鍍比例分別高於28%及11%時，皆確定可將原純二氧化鈦薄膜之多結晶結構調變成非結晶結構。這些性質的調變及製程控制的掌握，使摻鍍二氧化矽的二氧化鈦混合膜可應用於折射率漸變(gradient-index)的膜層上；也可提供折射率值介於二氧化鈦與二氧化矽兩材質折射率之間任何折射率值的膜層；結晶結構調變為非結晶結構之特性，可使膜層的光散射量降低，提昇雷射陀螺儀及高能雷射鏡片的功能；色散程度的降低可簡化多層薄膜的光學設計，例如，簡化寬波域多層膜濾波片的設計。不同玻璃基板對二氧化鈦薄膜光學性質影響的研究結果，發現在同樣鍍膜條件之下，不同基板上形成的二氧化鈦薄膜，具有不同的折射率及吸收係數且成膜速率也不同，更發現玻璃基板中氧化鋁(Al2O3)及氧化鈉 Na2O)含量的多寡，會對氧分壓門檻值造成影響；此氧分壓門檻值乃係於電子鎗鍍膜過程中，為使二氧化鈦薄膜不產生吸收而需通入於鍍膜腔體中之最低氧分壓。氧化鋁含量高此門檻值就高，氧化鈉含量高，此門檻值就低。玻璃基板中氧化鋁及氧化鈉含量的多寡亦會對二氧化鈦薄膜中金紅石 (rutile)結晶結構出現於銳鈦礦(anatase)結晶結構中的難易程度造成影響；氧化鋁含量高會促進此同質異像(polymophism)情況的發生，氧化鈉含量高則會抑制此情況發生。這些結果顯示玻璃基板的成份會影響二氧化鈦薄膜的性質，因此在決定二氧化鈦鍍膜的最佳化製程參數時，必須將不同玻璃基板的影響一併考量。