本實驗分別利用離子束濺鍍法以及蒸鍍法，以金為靶材、NaCl(001)單晶為基板來沉積奈米金薄膜，並研究其燒結之現象，再利用穿透式電子顯微鏡來分析薄膜性質。在離子束濺鍍能作出[001]結構之薄膜，成為[001]及[013]共存之織構。蒸鍍法則初步作出較弱之[001]織構，低溫燒結以上之薄膜可見晶粒逐漸長大及減少數目，但亦快速的失去其織構而成為均勻之結構，本研究並以高解析電子顯微鏡分析奈米粒子旋轉融合之機構。

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目錄
一、簡介 1
1-1 金系統 1
1-2 薄膜沉積機制 2
1-3 離子束濺鍍(Ion beam sputtering) 4
1-4 熱蒸鍍(Evaporation Processes) 6
1-4.1 簡介 6
1-4.2 蒸鍍過程 7
1-4.3 蒸鍍系統 8

二、實驗部份 13
2-1 濺鍍部份 13
2-1.1 實驗儀器與材料 13
2-1.2 實驗步驟 13
2-2 蒸鍍部份 15
2-2.1 實驗儀器與材料 15
2-2.2 實驗步驟 15
2-3 儀器分析 16

三、實驗結果 18

四、討論 21
4-1蒸鍍之織構 21
4-2金晶粒與NaCl(001)之晶向關係 23
4-3金晶粒繞射點之分析 23
4-4退火溫度、時間對於晶粒尺寸之關係 24
4-5聚合及布朗運動 24

五、結論 27

六、未來方向 28

七、參考文獻 29













表目錄
表2-1 離子束濺鍍儀使用範圍 31
表2-2 濺鍍儀實驗材料規格表 31
表2-3 濺鍍試片編號與製程條件 32
表2-4 蒸鍍試片編號與製程條件 33
表3-1 電子繞射圖鑑定表（圖3-1） 33
表3-2 電子繞射圖鑑定表（圖3-1） 34
表3-3 電子繞射圖鑑定表（圖3-2） 34
表3-4 電子繞射圖鑑定表（圖3-2） 34
表3-5 電子繞射圖鑑定表（圖3-3） 35
表3-6 電子繞射圖鑑定表（圖3-3） 35
表3-7 濺鍍晶粒尺寸表 36
表3-8 蒸鍍繞射及晶粒尺寸表 37












圖目錄
圖1-1 自由能與晶粒大小的關係 38
圖1-2 兩個半徑相近的晶粒聚集的過程 38
圖1-3 薄膜沉積機構 39
圖1-4 離子濺鍍系統 39
圖1-5 離子源示意圖 40
圖1-6 基本薄膜蒸鍍系統 40
圖1-7 小型真空蒸鍍設備 41
圖2-1 實驗流程圖 42
圖3-1 TEM電子繞射圖（a）TN-0（b）TN200-0.02（c）TN200-1（d）TN200-2（e）TN200-6（f）TN200-8。（鑑定如表3-1＆3-2） 43
圖3-2 TEM電子繞射圖（a）TN400-1（b）TK200-2（c）TK200-6（d）TK200-12（e）TK300-1（f）TK400-1。（鑑定如表3-3＆3-4） 44
圖3-3 TEM電子繞射圖（a）TK500-1（b）TK600-1（c）TK-A（d）TK-B（e）W。（鑑定如表3-5＆3-6） 45
圖3-4明視野圖（a）TN-0（b）TN200-0.02（c）TN200-1（d）TN200-2（e）TN200-6（f）TN200-8。（晶粒尺寸如表3-7） 46
圖3-5明視野圖（a）TN400-1（b）TK200-2（c）TK200-6（d）TK200-12（e）TK300-1（f）TK400-1。（晶粒尺寸如表3-7） 47
圖3-6明視野圖 （a）TK500-1（b）TK600-1（c）TK-A（d）TK-B（e）W。（晶粒尺寸如表3-7） 48
圖3-7試片E13CM180S之TEM結果。（a）電子繞射圖（b）明視野圖（c）暗視野圖。 49
圖3-8試片E13CM300S之TEM結果。（a）電子繞射圖（b）明視野圖（c）暗視野圖。 50
圖3-9 試片E13CM100C300S之TEM結果。（a）電子繞射圖（b）明視野圖。 51
圖3-10 試片E13CM200C300S之TEM結果。（a）電子繞射圖（b）明視野圖。 51
圖3-11試片E15CM300S之TEM結果。（a）電子繞射圖（b）明視野圖（c）暗視野圖。 52
圖3-12試片E15CM100C300S之TEM結果。（a）電子繞射圖（b）明視野圖。 53
圖3-13試片E15CM100C600S之TEM結果。（a）電子繞射圖（b）明視野圖。 53
圖3-14試片E15CM300C600S之TEM結果。（a）電子繞射圖（b）明視野圖。 54
圖3-15試片E17CM180S之TEM結果。（a）電子繞射圖（b）明視野圖。 54
圖3-16試片E17CM100C180S之TEM結果。（a）電子繞射圖（b）明視野圖。 55
圖3-17試片E17CM200C180S之TEM結果。（a）電子繞射圖（b）明視野圖。 55
圖4-1 （a）（b）為試片E13CM100C300S之電子繞射圖及明視野圖。（c）（d）為試片E13CM200C300S之電子繞射圖及明視野圖。 56
圖4-2 （a）（b）為試片E15CM300S之電子繞射圖及明視野圖 。 （c）（d）為試片E15CM100C300S之電子繞射圖及明視野圖。 57
圖4-3（a）（b）為試片E15CM100C300S之電子繞射圖及明視野圖。（c）（d）為試片E15CM100C600S之電子繞射圖及明視野圖。 58
圖4-4（a）（b）為試片E15CM300S 之 電子繞射圖及明視野圖 。 （c）（d）為試片E15CM100C300S之電子繞射圖及明視野圖 。 （e）（f）為試片E15CM300C300S之電子繞射圖及明視野圖。 59
圖4-5（a）（b）為試片E13CM100C300S之電子繞射圖及明視野圖。（c）（d）為試片E15CM100C300S之電子繞射圖及明視野圖。 60
圖4-6 （a）（b）為試片E13CM180S之電子繞射圖及明視野圖 。 （c）（d）為試片E17CM180S之電子繞射圖及明視野圖。 61
圖4-7 金薄膜大氣退火400℃1小時的晶相關係。(a)電子繞射圖(b)繞射環與繞射弧定義。 62
圖4-8 金晶粒與NaCl基板之晶相關係原子位置關係圖。(a) (001) Au的原子位置圖。(b) (001) NaCl的原子位置圖。(c)[001]Au//[001]NaCl，(001)Au//(001)NaCl之金原子與NaCl原子的關係圖。 63
圖4-9 金晶粒與NaCl基板之晶相關係原子位置關係圖。(a) (013) Au的原子位置圖。(b) (001) NaCl的原子位置圖。(c)[013]Au//[001]NaCl，(001)Au//(001)NaCl之金原子與NaCl原子的關係圖。 64
圖4-10 區軸為[011]之Twin spot簡圖。 65
圖4-11 （a）為具有{111}雙晶面及double diffraction extra spots之F.C.C.倒置晶格。（b）為Z=[001]之繞射點簡視圖。 66
圖4-12 TN200-1之試片以[001]垂直基板表面的晶格影像。(a)晶格影像。(b)平面Fourier transform，區軸為[001]。(c)選區影像重建圖。 67
圖4-13 E15CM300C300S之試片以[001]垂直基板表面的晶格影像。(a)晶格影像。(b)平面Fourier transform，區軸為[001]。(c)選區影像重建圖。 68
圖4-14 E13CM200C300S之試片以[011]垂直基板表面的晶格影像。(a)晶格影像。(b)平面Fourier transform，區軸為[011]。(c)選區影像重建圖。 69
圖4-15 E15CM300C300S之試片以[ ]垂直基板表面的晶格影像。(a)晶格影像。(b)平面Fourier transform，區軸為[ ]。(c)選區影像重建圖。 70
圖4-16 TN200-1之試片以區軸近似於[001]垂直基板表面的晶格影像。(a)晶格影像。(b)平面Fourier transform，區軸為近似於[001]。(c)選區影像重建圖 71
圖4-17 TN200-1之試片以區軸近似於[001]垂直基板表面的晶格影像。(a)晶格影像。(b)平面Fourier transform，區軸為近似於[001]。(c)選區影像重建圖。 72
圖4-18 E15CM300C300S之試片以區軸近似於[001]垂直基板表面的晶格影像。(a)晶格影像。(b)平面Fourier transform，區軸為近似於[001]。(c)選區影像重建圖。 73
圖4-19 TN200-1之試片以區軸近似於[001]垂直基板表面的晶格影像。(a)晶格影像。(b)平面Fourier transform，區軸為近似於[001]。(c)選區影像重建圖。 74
圖4-20 TN200-1之試片以區軸近似於[001]垂直基板表面的晶格影像。(a)晶格影像。(b)平面Fourier transform，區軸近似於[001]。(c)選區影像重建圖。 75
圖4-21 E15CM300C300S之試片以區軸近似於[001]垂直基板表面的晶格影像。(a)晶格影像。(b)平面Fourier transform，區軸近似於[001]。(c)選區影像重建圖。 76














附錄
附錄一 Au的JCPDS File 77
附錄二 W的JCPDS File 77

1. “科學發展”, 390期 (2005年6月) pp. 46-49
2. Metal and Alloys, Data Book, JCPDS International , Vol.1 pp.81,4-784
3. H. Okamoto and T.B. Massalski, Phase Diagrams of Binary Gold Alloy, ASM International, pp. 3
4. Z.C. Chang, F.H. Lu and F.S. Shieu, “Characterization of the microstructure and phase formation in the Au-In system using transmission electron microscopy”, Materials Chemistry and Physics 70 (2001) pp. 137-143
5. A. Zenkevitch, J. Chevalliar and I. Khabelashvili, “ Nucleation and growth of pulsed laser deposited gold on sodium chloride (100)”, Thin Solid Films 311 (1997) pp. 119-123
6. N. Schell, T. Jensen, J.H. Petersen, K.P. Andreasen, J. Bøttiger and J. Chevallier, “The nanostructure evolution during and after magnetron deposition of Au films”, Thin Solid Films 441(2003)pp.96-103
7. R. L. Penn and J. F. Banfield, “Imperfect Oriented Attachment: Dislocation Generation in Defect-Free Nanocrystals”, Science, Vol.281 (1998) pp.969
8. F. Huang, H. Zhang and J. F. Banfield, “The Role of Oriented Attachment Crystal Growth in Hydrothermal Coarsening of Nanocrystalline ZnS”, J. Phys. Chem. B 107 (2003) pp.10470-10475
9. Metal and Alloys, Data Book, JCPDS International , Vol.1 pp.85,4-807
10. 李俊翔，以雙離子束濺鍍法成長二氧化鈦薄膜之微觀組織研究，國立中山大學材料科學研究所碩論文(2004)
11. A.P. Alivisatos, “Enhanced: Naturally Aligned Nanocrystals”, Science 289:5480 (2000) pp. 736-737
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13. A. Masson, J.J. Métois, et R. Kern, “Migration Brownienne de Cristallites sur une Surface et Relation avec L’Épitaxie I. Partie Expérimentale”, Surface Science 27 (1971) pp. 463-482
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15. J.J. Métois, M. Gauch, A. Masson, et R. Kern, “Épitaxie: Phenoméne de post nucleation sur L’Exemple des Couches Minces Discontinues d’Aluminium et d’Or sur (100) KCl,” Thin Solid Films 11 (1972) pp. 205-218
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18. 蔡孟修, 雷射融蝕鈦靶與氧分壓條件對二氧化鈦凝聚物之微結構相變化與顆粒大小分佈的影響，國立中山大學材料科學研究所碩論文(2001)
19. 真空技術與應用，行政院國家科學委員會精密儀器發展中心，pp. 349-450 (2001)
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22. K. N. Tu, “Electronic Thin Film Science”, pp.37