以直流磁控濺鍍法在玻璃與PET 上製作TiO2 薄膜之光學與機械性質之研究

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盧韋源(Wei-Yuen Lu) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

以直流磁控濺鍍法在玻璃與PET 上製作TiO2 薄膜之光學與機械性質之研究
(Optical and mechanical properties of TiO2 thin films deposited on glass and PET substrates by DC magnetron sputtering)

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摘要(中)

本實驗使用直流磁濺鍍法在室溫下來濺擊鈦靶以製備TiO2光學薄膜。以Ar為工作氣體，分(1)製鍍功率、(2)氬離子助鍍功率、(3)氧離子助鍍功率三部分來討論TiO2薄膜製鍍在玻璃和PET基板上的光學特性、表面粗糙度以及應力的影響。
當不加離子助鍍時，TiO2薄膜在玻璃基板上均有高穿透率，power 2 kw之鍍率為power 1.5 kw的1.3倍，折射率與表面粗糙度較power 1.5 kw大，而應力以power 2 kw最大。對TiO2薄膜在PET基板上亦均有高穿透率，而壓應力值以power 2 kW之-509MPa最大。
氬離子助鍍之功率低於IAD(40V,1.4A)時，不會造成TiO2薄膜在硬性基板與PET基板上之穿透率下降，且薄膜表面粗糙度變化不明顯，其中TiO2薄膜在PET基板上之應力亦無明顯之變化，但氬離子助鍍有助於提高TiO2薄膜之折射率。
氧離子助鍍可提升TiO2薄膜在玻璃基板上之折射率，但是氧離子助鍍會造成TiO2薄膜在PET上表面粗糙度變大，穿透率下降，且樣品製鍍後呈現不規則、不均勻之形變。

摘要(英)

In this research, titanium oxide (TiO2) thin films were fabricated by DC reactive magnetron sputtering with titanium target at room temperature. Ion assisted deposition (IAD) was also conducted during the thin film deposition. The working gas was argon and oxygen, and the substrates were glass and Poly Ethylene Terephthalate (PET).
The optical properties, surface roughness and stress of the film were discussed with different sputtering and IAD power. The sputtering power was varied from 1.5 to 2 kW, and IAD power was varied from 24 to 56 W. The average transmittance of the fabricated TiO2 thin films was 91% on both glass and PET substrates.
The deposition rate, refractive index and surface roughness were increased as the function of sputtering power. The trend of thin film stress on glass and PET tended to compressive as sputtering power increased, and reached a maximum value of -509MPa on PET at 2kW.
In the case of argon IAD, the refractive index of TiO2 thin film increased as the function of ion current. However, the variation of surface roughness and stress of the film was not obvious in this case.
We figured out that the refractive index of TiO2 thin film was increased using oxygen IAD. Nevertheless, the etching effect on PET substrate by oxygen ion caused higher roughness and reduction of transmittance. The samples also deformed after the deposition process.

關鍵字(中)

★ 薄膜
★ 應力
★ 可撓式基板

關鍵字(英)

★ thin film
★ stress
★ flexible substrate

論文目次

目錄
第一章緒論 1
1-1研究動機 1
1-2文獻回顧 3
1-3 PET基板簡介 4
第二章理論 5
2-1薄膜應力定義 5
2-2硬性基板與軟性基板的應力 6
2-2-1硬性基板的薄膜應力 6
2-2-2軟性基板的薄膜應力 8
2-3薄膜應力量測技術 9
2-3-1相位偏移干涉儀 9
2-3-2陰影疊紋干涉儀(Moire儀) 11
第三章實驗設備與量測儀器 14
3-1實驗設備 14
3-2量測儀器 15
3-2-1可見光-近紅光光譜 15
3-2-2原子力顯微鏡 15
3-2-3橢圓偏光儀 17
第四章實驗結果與討論 19
4-1濺鍍功率對薄膜性質的影響 19
4-1-1以光譜儀量測穿透率，討論製鍍功率對穿透率之影響 20
4-1-2 討論磁控離子束濺鍍製鍍功率對鍍率影響 21
4-1-3橢圓偏光儀量測折射率，討論製鍍功率對折射率的影響 22
4-1-4 Twyman-Green與Moire量測應力，討論製鍍功率對應力的影響 23
4-1-5 以AFM量測表面粗糙度，討論製鍍功率對表面粗糙度之影響 24
4-2氬離子助鍍對薄膜性質的影響 26
4-2-1氬離子源電流對薄膜性質的影響 26
4-3氧離子助鍍對薄膜性質的影響 32
4-3-1光譜儀量測氧離子助鍍對穿透率之影響 32
4-3-2橢圓偏光儀量測折射率，討論氧離子助鍍對折射率的影響 34
4-3-3 Twyman-Green與Moire量測應力，討論氧離子助鍍對應力的影響 34
4-3-4 AFM量測表面粗糙度，討論氧離子助鍍對粗糙度之影響 35
4-3-5 結論 36
第五章結論 37
Reference 41

參考文獻

Reference
[1]李正中，薄膜光學與鍍膜技術，第五版，藝軒出版社，台北市，民國九十五年.
[2]王宣文，「以電漿表面預處理法在塑膠基板上製鍍抗反射膜」，國立中央大學光電科學研究所，碩士論文，94.07
[3] G. Gore, “On the Properties of Electro-deposited Antimony”, Trans. Roy. Soc. (London), Part 1, pp.185, 1858.
[4] E. J. Mills, “On Electrostriction”, Proc. Roy. Soc, 26, pp.504,1877.
[5] G. G. Stoney, “The tension of metallic films deposited by electrolysis ” , Proc.Roy. Soc., A82, pp.172-175,1909.
[6] K. G. Soderberg and A. K. Graham, “Stress in electro-deposits -Itssignificance ”, Proc. Am. Electroplater’s Soc. ,34, pp.97,1947.
[7] R. H. D. Barklie and H. J. Davies, “The effect of surface conditions and electrodeposited metal on the resistance of materials to repeated stress”, Proc. Inst. Mech. Eng.,pp.2731,1930.
[8] R. W. Hoffman, “ physics of nonmetallic Thin Films ”, edited by C. H.S. Dupuy and A. Cachard, Plenum Press: New York, pp.273, 1976.
[9] L. B. Freund, S. Suresh, “ Thin film materials : stress, defect formation and surface evolution ”, Cambridge, UK, chapter 2,2003.

指導教授

李正中(Cheng-Chung Lee)

審核日期

2008-7-18

推文