新兴科技之薄膜技术应用，依据光波分类（中央大学薄膜技术中心）http .DOC

薄膜技術Thin film Technology 一、 何謂薄膜技術 薄膜是目前最流行的表面處理法之一，可應用於裝飾品、餐具、刀具、工具、模具、半導體元件等之表面處理，泛指在各種金屬材料、超硬合金、陶瓷材料及晶圓基板的表面上，成長一層同質或異質材料薄膜的製程，以期獲得美觀耐磨、耐熱、耐蝕等特性依據沈積過程中，可以區分為物理氣相沈積(hysical vapor deposition；)通常稱為物理蒸鍍及化學氣相沈積(hemical vapor deposition；)通常稱為化學蒸鍍。隨著沈積技術及沈積參數差異，所薄膜的可「單晶」「多晶」、或「非結晶」的結構。?二、薄膜成長機制（Thin film growth mechanism） 薄膜的成長是一連串複雜的過程所構成的。圖（一）為薄膜成長機制的說明圖。首先到達基板的原子必須將動量降低或發散，原子才能「吸附」(Adsorption)在基板上。這些原子會在基板表面發生化學反應並進行薄膜的表面作擴散運動，這個現象稱為吸附原子的「表面遷徙」(Surface migration)。當原子彼此相互碰撞時會結合而形成原子團過程，稱為「成核」(Nucleation)。原子團必須達到一定的大小之後，才能持續不斷穩定成長。因此小原子團會傾向彼此聚合以形成一較大的原子團，以調降整體能量。原子團的不斷成長會形成「核島」(Island)。核島之間的縫隙須要填補原子才能使核島彼此接合而形成整個連續的「薄膜成長」。而無法與基板鍵結的原子則會由基板表面脫離而成為自由原子，這個步驟稱為原子的「吸解」(Desorption)。依據薄膜成長機制可分為PVD與物理性吸附與吸解作用，化學吸附與吸解反應。技術物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD) 技術PVD鍍膜有三種基本型式，即蒸鍍(Vacuum Evaporation) 、濺鍍(Sputtering Deposition)及離子鍍(Ion Plating)，三種的沈積過程的原則大致相同。圖為PVD的沈積過程及概念圖。三：(1)薄膜材料經各種不同的方法加熱，由固態或液態激發成氣態(2)薄膜材料的氣態原子、分子或離子，由蒸發源穿越真空抵達基座表面(3)材料抵達基座表面後，沈積而逐漸形成薄膜。m ～ 5μm）且無污染的環保型表面處理方法，它能夠製備各種單一金屬膜（如鋁、鈦、鋯、鉻等),氮化物膜（TiN、ZrN、CrN、TiAlN）和碳化物膜（TiC、TiCN),以及氧化物膜（如TiO等)。因此可以在幾乎不影響工件原來尺寸的情況下提高工件表面的各種物理性能和化學性能，鍍後不須再加工。 圖二、物理氣相沉積示意圖 四、化學氣相沈積技術化學氣相沈積(Chemical apor deposition, CVD)技術是利用含有欲鍍薄膜成分的一種或多種氣體化合物是指以單獨的或綜合的利用熱能、電漿放電、紫外光照射等形式的能源，使氣態物質在固體的熱表面上發生並在該表面上沈積，形成穩定的固態物質膜的過程這種薄膜沈積方式主要涉及化學反應，故以「化學」氣相沈積法稱之。圖為CVD之基本概念圖。CVD技術有：(1)「大氣壓化學氣相沈積」(Atmospheric pressure CVD、縮寫APCVD)系統、(2)「低壓化學氣相沈積」(Low pressure CVD、縮寫LPCVD)系統、(3)「電漿輔助化學氣相沈積」(Plasma enhanced CVD、縮寫PECVD)系統。化學氣相沈積過程所包含五個主要的步驟：(1)導入反應氣體，以及稀釋用的惰性氣體所構成的混合氣體，稱為『主氣流』(Mainstream)、(2)主氣流中的反應氣體原子或分子往內擴散移動通過停滯的『邊界層』(Boundary layer)而到達基板表面，稱為「擴散作用」、(3)反應氣體原子被『吸附』(Adsorbed)在基板上，稱為「吸附作用」、(4)吸附原子(Adatoms)在基板表面遷徙，並且產生薄膜成長所須要的表面化學反應，稱為「表面化學反應」、(5)表面化學反應所產生的氣庇生成物被『吸解』(Desorbed)，並且往外擴散通過邊界層而進入主氣流中，並由沈積室中被排除。此技術CVD的缺點為披覆時的溫度較高(800~1000℃)，且因沈積的速度較快(每小時 1~100微米)，鍍膜的厚度較大(通常大於10微米)。嚴格地說，CVD為奈米至微米的鍍膜技術，並不是純粹奈米技術。 圖三、化學氣相沈積目前薄膜技術已經廣泛應用在半導體、機械、民生、光電、能源、環保、生醫及奈米等產業，強大需求不只在全球形成一股「薄膜產業」潮流，外界預估其產值更將從2003年的80億美金，暴增至2008年的124億美金，發展潛力可見一斑。 （一）、硬質薄膜材料在機械工業之應用：利用各種硬質薄膜材料披覆於各式機械工具、刀具