多孔性钛及钛合金气体吸收膜制作与其性质研究.pdf

行 金 精 類 行 年年 行 李福 參理 論 理 年 多孔性鈦及鈦合金氣體吸收膜製作與性質研究 Fabrication and characterization of porous Ti and Ti alloy film getters 計畫編號 ：NSC-95-2221-E230-008 執行期限 ：95 年8月 1日至 96 年7月 31日 計劃主持人 ：李丁福 教授 正修科技大學電機工程學系 摘要 本研究以濺鍍法成長多孔鈦膜，並探討鍍膜參數對整體鍍層之微結構、氣體 吸附及活化性質之影響。實驗結果發現藉由控制鍍膜製程的工作壓力及靶材與基 板表面的法線夾角 ，可成長高孔隙度 、奈米柱狀結構之鈦膜，薄膜的比表面積明 顯提高 ；由熱重分析方法結果顯示鈦膜具強氣體吸附的性能 ，且多孔膜較非多孔 膜有更高的吸附量 ；此外膜層的活化反應過程經同步輻射 X 光光電子能譜儀分 析研究 ，結果顯示鈦及鈦鋯釩薄膜分別經過250℃的熱活化過程後 ，表面之氧化 態 大部分被還原成金屬態，亦即本研究製作的鈦薄膜活化溫度可降低 至250℃ ； 顯示 多孔之鈦膜很適合作為晶片式真空封裝的氣體吸收劑 。 一、研究計畫之背景及目的 隨著微機電系統 (MEMS)技術的進 根據文獻的報導指出 ：高多孔性及 展 ，微小化真空元件的產品化快速增加 ， 具高表面粗糙度的氣體吸收膜 ，可 例如 紅外線感測器、電子場發射 元件、高 大大提升氣體吸收膜的氣體吸收 Q值共振器及平面燈源等產品 ，目前低成 速率 ，甚至在常溫的環境下，仍具 本生產的重要關鍵在於晶片上的元件同 有高的吸氣速率 ；因此 ，多孔薄膜 時 構裝封合，亦即晶片式構裝是技術發展 式非蒸發型吸收膜(non-evaporable 趨勢。由於晶片式封合 ，晶片間距小 ，內 getter film) ，對於微機電系統技術 部的氣體很難抽離 ，封合過程或使用時所 的真空元件發展將扮演關鍵角 釋放的氣體 ，將導致真空度降低、氣體壓 色 。當以濺鍍法成長薄膜時 ，若氣 力不穩定，傳統陰極射線管 (CRT)封裝時 體原子不是垂直入射基板表面且 以粒狀或片狀的氣體吸收劑解決 ，然而由 基板溫度夠低，由於吸附於基板表 於其尺寸太厚無法用於新型的晶片式封 面原子或成核粒子的自身遮蔽 裝 ，必須發展薄膜式氣體吸收劑；另外 ， (self-shadowing) 效應 ，會形成柱 狀 、螺旋或平頂多孔結構 ，故本研究探討 圖 1為钛膜在固 定溅射角度為 以濺鍍法成長多孔鈦膜的鍍膜參數 (工作 70度及直流功率(d.c. power) 120W 壓力及濺射角度 )對整體鍍層之微結構、氣 條件與不同工作壓力下之破壞橫 體吸附和活化性質之影響。 截面 SEM影像觀察 。圖中顯示在 不同的工作壓力下 ，隨著工作壓力 二、實驗方法 的增加薄膜斷面從較緻密的組織 實驗中所採用的基材為 Si (100)晶 結構轉變為鬆散的柱狀型態 ，屬於 片 。濺鍍製程中所採用的靶材為