Abstract
在重視環保的前提下，再加上燃料價格迅速的上漲，使我們希望精確地控制內燃機內燃燒前進氧的成分與廢氣的成分，故使用氧氣感測器監控是必行的措施。一個成功的廢氣感測器必須是簡單的，不昂貴的設計，而且能操作在極高溫，有熱震的嚴苛環境中。而使用氧化鋯當固態電解質的氧氣感測器不但反應快，性質穩定，耐用，靈敏度高等，更可在非常惡劣的環境下測試氧含量，正符合我們的要求。 利用半導體製程的氧化鋯電化學式氧氣感測器，由於可配合國內的半導體技術，製作出小型化，低價格，性能更穩定、壽命更長、且可與信號處理元件結合的感測器，為目前值得投入開發的新型產品。 本論文所探討的是以濺鍍（sputtering）方式鍍出的氧化鋯薄膜其製程與導氧率的關係，以及溫度、氧氣含量與薄膜導氧率的關係，以期找出可適用於半導體製程氧化鋯電化學式氧氣感測器的最佳氧化鋯薄膜之濺鍍趨勢。此種濺鍍方式有別於以往以燒結方式燒出的氧化鋯厚膜，由於氧化鋯為陶瓷性材料，故以這兩種不同方式作出來的膜會有所不同，所以在文中我們亦會將兩者導氧率的差別加以比較。 研究結果顯示就濺鍍速率而言，功率越高，通入氣體壓力越小，其濺鍍速率越大，反之則越小。就薄膜特性而言，我們可以藉由XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)的數據找到導氧率與氧缺陷濃度之間的關係，至於在氮化矽基板上所濺鍍出的氧化鋯，不論是否經過退火的過程，其XRD (X-Ray Diffraction)都顯示其為正方晶相。 在導氧率表現方面，當我們以固定濺鍍功率濺鍍，通入氬氣分壓不宜過大或過小，以中等之分壓其導氧率表現最好，且在相同功率下鍍出之氧化鋯薄膜，其活化能都一樣。另一方面，在固定氬氣分壓下改變濺鍍功率，氧化鋯導氧率並沒有太大的差別。高濕通氧退火的過程對導氧率的提昇是相當重要的，有經過退火的薄膜，導氧率會大幅提高。當我們在濺鍍時通入一定比例的氧氣時，可看出當氬氣比氧氣之比值大時，導氧率和比值並沒有太大的關係，但當比值下降時，導氧率就因氧缺陷濃度之下降而明顯下降。掌握以上的原則，就可以在濺鍍氧化鋯時，得到較佳導氧率之薄膜。之後應用於氧氣感測器，便可得到較佳之感測表現。