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高功率脈衝磁控與射頻系統共濺鍍Cr-W-N膜之研究

為了解決vn650規格的問題，作者吳承恩 這樣論述：

本研究使用高功率脈衝磁控濺鍍系統搭配鉻(Cr)靶與鎢(W)靶通入氬氣與氮氣沉積氮化鉻鎢(Cr–W–N)鍍膜於矽晶片(100)、不鏽鋼(SUS420)及碳化鎢(WC)基材上，觀察顯微結構、機械性質與抗氧化性質，研究Cr–W–N鍍膜應用於玻璃模造保護層。透過顯微結構、電性分析判斷應用於擴散阻障層之可行性。3吋鉻靶(純度99.99%)濺鍍功率固定500 W，改變2吋鎢靶(純度99.95%)的RF電源功率由0至100 W，在氣體總流量30 sccm下改變N2/(N2+Ar)比為0.1、0.2、0.3、0.4，鎢靶功率從0到100 W，研究不同氮含量與鎢含量對Cr–W–N鍍膜的顯微結構及機械性質的影響

。在N2/(N2+Ar)比例0.2及靶材功率50 W下給予20 V及40V的負偏壓，透過改變偏壓方式(持續偏壓、同步偏壓、延遲偏壓)研究不同偏壓模式對Cr–W–N鍍膜的顯微結構及機械性質的影響。由X光繞射儀發現當N2/(N2+Ar)在0.2以下鍍膜相結構為六方晶結構Cr2N(111)，當N2/(N2+Ar)比例≥0.3時轉為面心立方CrN (111)與(200)，實驗結果顯示製程隨鎢靶功率從0上升到100 W 使鍍膜鎢含量從0增加至10 at.%，硬度從15.4上升至22.4 GPa，表面粗糙度從1.42上升至2.56 nm。以快速退火爐在氮氣環境下從270 ℃至580 ℃做熱循環測試，並在5

80 ℃停留60秒以模擬玻璃模造的作業環境。實驗結果顯示經熱循環退火後鍍膜表面產生氧化層使鍍膜硬度下降，Cr56W10N34鍍膜經20個循環後硬度從22.4 GPa降至18.01 GPa，表面粗糙度從2.56 nm增加至5.16 nm。偏壓模式對Cr-W-N鍍膜殘留應力有明顯的影響，持續施加偏壓-40 V測得殘留應力為-1.61 GPa，當偏壓同步HIPIMS時殘留應力減小至-0.22 GPa，偏壓延遲50 μs觸發時殘留應力近一步減小至-0.03 GPa。在矽晶片上濺鍍厚度100 nm的Cr–W–N鍍膜，並在上方沉積100 nm的銅，在高真空環境(5×10-6 torr)退火500 ℃至65

0 ℃，使用四點探針(FPP)、X光繞射儀(XRD)及奈米級歐傑電子(AES)研究Cr–W–N鍍膜作為擴散阻障層的能力，結果顯示在退火650 ℃後，銅並未擴散至Cr–W–N鍍膜與矽基板產生銅矽化合物。