โครงสร้างและพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของฟิล์มบางไทเทเนียมไนไตรด์ ที่เคลือบด้วยเทคนิครีแอคทีฟดีซีแมกนีตรอนสปัตเตอริง

Abstract

          งานวิจัยนี้ศึกษาโครงสร้างและพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของฟิล์มบางไทเทเนียมไนไตรด์ (TiN) ที่เคลือบด้วยเทคนิควิธีรีแอคทีฟดีซีแมกนีตรอนสปัตเตอริง โดยศึกษาโครงสร้างผลึกและพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิ อบอ่อนในช่วง 500 - 1000 °C จากนั้นทำการศึกษาลักษณะเฉพาะด้วยเทคนิควิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (XRD), เทคนิคเอกซ์เรย์สเปคโตรสโคปีแบบกระจายพลังงาน (EDS) และ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดชนิดฟิลด์อีมิสชัน (FE-SEM) ผลการศึกษาด้วยเทคนิค XRD พบว่าเกิดออกซิเดชัน โดยมีรูปแบบการเลี้ยวเบนของโครงสร้างไทเทเนียมไดออกไซด์เฟสรูไทล์ตั้งแต่อุณหภูมิ 600 °C ขึ้นไปและความเข้มการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิอบอ่อน มีการรวมตัวของเกรนไปตามอุณหภูมิซึ่งสังเกตจากเทคนิค FE-SEM จากภาคตัดขวางของฟิล์มบางแสดงให้เห็นชั้นออกไซด์ขนาดบางบนฟิล์ม ที่เคลือบได้ที่อุณหภูมิ 500 °C และชั้นออกไซด์มีความหนาเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิอบอ่อน ในขณะที่เกรนของฟิล์มบางไทเทเนียมไนไตรด์ที่อยู่ด้านล่างโตขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 500 °C และเริ่มมีช่องว่างเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 700 °C ขึ้นไป จากเทคนิค EDS พบธาตุออกซิเจนที่อุณหภูมิ 600 °C องค์ประกอบทางเคมีของธาตุไทเทเนียม ไนโตรเจน และออกซิเจน มีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิในการอบอ่อน ส่วนค่าอัตราการเกิดออกซิเดชันนั้นขึ้นกับอุณหภูมิในการอบอ่อน และค่าพลังงานกระตุ้นในการเกิดออกซิเดชันที่คำนวณได้ในงานวิจัยนี้มีค่าเท่ากับ 44.54 kJ/mol            The structural and oxidation behavior of TiN thin films, grown by reactive DC magnetron sputtering technique was studied. To evaluate crystal structure and oxidation behavior of coated samples, annealing with the different temperature in the range of 500 - 1000 °C were conducted. After annealing, the films were characterized using X-ray Diffractometer (XRD), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) and Field-Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM). The XRD resulted revealed that the formation oxidation which TiO2 rutile phase diffraction peak appear from 600 °C and the intensity of oxide increased gradually with temperature. The aggregation of grain increased with temperature were observed from FE-SEM. The cross-sectional results showed that the thin dense oxide over layer was present at 500 °C and the oxide thickness increased gradually with temperature. Meanwhile, underneath TiN grain grew above 500 °C and become more void structure after annealing at 700 °C. The oxygen content was found at 500 °C and the evolution of Ti, N and O with different elements compositions at various annealing temperatures were investigated from EDS technique. The oxidation rate was found to depend strongly on annealing temperature. The oxidation activation energy of 44.54 kJ/mol was obtained.