（一）

過去五年內主要研究成果說明

研究是以陶瓷材料為主。原本研究對象是陶瓷纖維複合材料，但受限於學生興趣、設備經費考量、國內就業市場等因素，使自己必須調整研究方向。此外，由於是新成立系所，儀器設備十分不足，自己的研究就必須儘量配合有限的設備，如果大量依賴外援，研究生交通往返將會疲於奔命，不利研究與訓練。因此，確立的研究方向分為陶瓷鍍膜、機能性複合材料與強介電電子陶瓷的材料開發，著重於製程控制和性質之間的關係。

陶瓷鍍膜

在陶瓷鍍膜方面，研製的方法有﹕化學氣相沉積法 (CVD, chemical vapor deposition) 及磁控濺鍍法 (magnetron sputtering)。其中，CVD法包括了傳統CVD, PE-CVD (plasma-enhanced CVD), MOCVD (metal-organic CVD)等。由於著重於複雜陶瓷的沈積，沈積系統自然較複雜，利用不同的實驗條件控制，製備變化多樣的陶瓷鍍膜，分析沈積動力學、物理性質、機械性質以及微觀結構。

複雜的CVD鍍膜系統如下﹕

傳統CVD 製備Ti-Si-C-N 系列: 沈積 TiN, TiSiN, TiCN, TiSiCN

MOCVD製備Al-Si-O系列: 沈積 Al₂O₃, Al₂O₃-SiO₂

PE-CVD 製備Si-C-N-O系列: 沈積 SiO₂, SiCN

其中，Ti-Si-C-N 及Al-Si-O系統分別利用NH₃取代N₂及TEOS ( tetraethyl orthosilicate) 取代HMDSN (hexamethyldisilazane) 均可以增加實驗的變化，利於比較實驗結果。

於實際光電元件中，急需沈積SiO₂厚膜於矽晶圓上做為緩衝層，避免光強度被矽基板吸收，然而，厚的鍍膜往往因內應力高造成膜破裂，而不易製備。於PE-CVD製備SiO₂鍍膜的實驗，本實驗成功地製備厚度達 6 �m 的SiO₂厚膜，具有高的沈積速度 ( 6 �m/h)、可控制的內應力狀態、良好的膜/晶圓的附著力、以及良好的機械性質。係第一次以 HMDSN 製備此厚膜之研究，以及具有最快的沈積速率等特色。

此外，亦利用磁控濺鍍法製備陶瓷薄膜，於閘極氧化層、DRAM高介電層等應用，研究的系統如下，而研究成果將於近期整理並發表﹕

Al-Ti-O系列: 沈積TiO₂, Al₂O₃-TiO₂

Zr-Si-O系列: 沈積ZrO₂, ZrO₂-SiO₂

BaTiO₃系列: 沈積多重摻雜BaTiO₃薄膜

機能性複合材料

在機能性複合材料方面，已進行的是與工研院化工所合作的高介電陶瓷/高分子複合材料及台電委託的功能性陶瓷/金屬梯度型材料。這二類型都有關於跨領域的材料組合，具有前膽性。

於高介電陶瓷/高分子複合材料研究中，採用自行研發的高介電陶瓷粉體，使實驗具有獨特性。此外，對粉體進行不同熱處理，改變粉體粒徑大小，以了解對複合電容電特性的影響。另外，商品化陶瓷粉體也進行相同實驗進行比對。

實驗結果發現，自行研發粉體製成的複合電容，於40%的陶瓷量下(軟性印刷電路板必須具有可撓性，過多陶瓷二次相會使機能性複合材料呈現脆性)，表現出比目前商業化產品還高的介電率，原本介電損失高的特性受環氧樹脂存在的影響，而於複合電容中表現的是環氧樹脂的低介電損失。許多前人研究報導及會議出版等顯示，即使陶瓷粉體量增加，亦無法達到本研究的高介電率。

此項研究也獲得2000年材料年會海報論文獎電子陶瓷組佳作。

於功能性陶瓷/金屬梯度型材料的研究中，二種材料組合已被成功地製備﹕【玻璃陶瓷/鎳】及【陶瓷/超合金738】。此類金屬與陶瓷形成的功能性梯度材料，結合了金屬的韌性與陶瓷耐高溫、高硬度、耐高溫腐蝕等特性，而形成一種獨特的材料組合。但由於金屬及陶瓷材料二者有十分顯著不同的物理及化學性質，其中熱膨脹係數的巨大差異會造成二者接觸時產生巨大的殘留熱應力，足以使二者分離，無法接合。本研究中的【玻璃陶瓷/鎳】組合不僅製備成功，甚至於室溫和900° C間，經歷100次嚴苛的快速昇降溫實驗後，仍保持材料的完整性。此項研究成果，己於88年申請中華民國專利。

強介電電子陶瓷的材料開發

鈦酸鋇鐵電電子陶瓷已被廣泛研究與應用近五、六十年的歷史，其鐵電特性也廣為研究者所熟悉。其中為了於室溫有高介電常數，有居禮溫度遷移元素的添加；為了有對溫度穩定的介電率而有居禮溫度加寬元素的添加及PMN延緩型鐵電材料的發現。但這些溫度穩定型鐵電陶瓷隨介電率的提高都呈現極高的介電溫度係數。商品化產品如Y5V, Y5U及Z5U等，其介電率低於20,000，且介電溫度係數於-30~85^oC溫度範圍介於 +22%~-82%。

於三年前起一直投入人力對強介電鈦酸鋇進行材料的開發工作，先前研究也遭遇到無法突破的困境，一點一滴到現在得到了一些不同且優異的結果，，這項材料的開發所得的強介電電子陶瓷鈦酸鋇不僅有高於一般商品化強介電陶瓷材料的介電常數，更有低於 ± 5% ~ ± 15%變化的介電溫度係數，有於 0.02-0.1的介電正弦損失，及達1 GW × cm的電阻係數，這項高介電陶瓷的開發目前已申請美國專利。

由於個人電腦對速度僅性能要求日益殷切，而且大型積體電路之電源電壓亦不斷往低電壓發展，所以需要一更穩定之直流電源，進而使得對電容值在10-100�n�F範圍之電容器有迫切需要。如果採用開發的高介電陶瓷材料製作積層陶瓷電容器，介電層介電常數是50,000，10 �m厚的介電層可以輕易獲得50層~50 �F；5 �m厚的介電層可以輕易獲得50層~100 �F；1 �m厚的介電層可以輕易獲得50層~500 �F；10 �m厚的介電層可以輕易獲得100層~100 �F；5 �m厚的介電層可以輕易獲得100層~200 �F；1 �m厚的介電層可以輕易獲得100層~1000 �F的嚴苛高電容值要求，電容值遠遠高於現有的MLCCs (multilayered ceramic capacitors, < 1 �F)、鉭質(1-10 �F)及鋁質(10-100 �F)電容器，對被動元件的發展十分重要。

歷屆指導之碩士論文與成果

八十八年碩士班畢業生成果統計表
學生姓名	碩士論文題目	成果統計
楊東記	以電漿化學氣相沈積法蒸鍍SiO₂及Si(C,N)薄膜之研究	1. J. Electrochem. Soc. 147 (2000) 2679-2684 [7月] 2. Thin Solid Films, 374 (2000) 92-97.[10月]
黃冠文	化學氣相沈積 Ti-Si-C-N 鍍膜之成長特性及其性質研究	1. Surf. Coat. Tech. 135 (2000) 150-157 2. Thin Solid Films, 394 (2001) 81-89. [8月] 3. Thin Solid Films, 394 (2001) 72-80. [8月]
全永夫	以化學合成法製備多重摻雜鈦酸鋇介電性質之研究	中華民國發明專利，專利證書號碼：發明第一五一三八二號，公告編號: 476733。核准日期：91年2月21日。

八十九年碩士班畢業生成果統計表
學生姓名	碩士論文題目	成果統計
張謙志	平面型複合電容之製備與電性量測	1. J. of the European Ceramic Society, 21 (2001) 1171-1177. [9月] 2. J. of the European Ceramic Society, submitted
莊伯佑	以有機金屬化學氣相沈積法成長氧化鋁及鉬來薄膜及其性質之研究	1. J. of Vac. Sc. Technol. A, 20 [5] 1511-1516, 2002. [9月/10月] 2. J. Am. Ceram. Soc., 86 (2003) 969-974. [6月] 3. Thin Solid Films, 398-399 (2001) 35-40. [11月] 4. J. of Non-Crystalline Solids, 324 (2003) 159-171. [8月]

九十年碩士班畢業生成果統計表
學生姓名	碩士論文題目	成果統計
廖文傑	化學氣相沉積法製備複雜的四元Ti-Si-C-N鍍膜	1. Applied Surface Science, 199 (2002) 278-286. [10月] 2. Thin Solid Films, 419 (2002) 11-17. [11月]
簡吉鴻	磁控濺鍍法製備氧化矽、氧化鋯與矽酸鋯薄膜及其性質之研究	1. Thin Solid Films, 420-421 (2002) 47-53. [12月]. 2. Thin Solid Films, 429 (2003) 40-45. [4月]. 3. J. of Vac. Sc. Technol. A, submitted (曾國華)
王志弘		US patent pending, 2001.
曾國華	磁控濺鍍法製備氧化鋁、二氧化鈦與鈦酸鋁薄膜及其性質之研究	1. Thin Solid Films, 420-421 (2002) 497-502.[12月]. 2. Thin Solid Films, submitted. 3. J. of Vac. Sc. Technol. A, submitted (簡吉鴻)

九十一年碩士班畢業生成果統計表
學生姓名	碩士論文題目	成果統計
賴欽詮	異質摻雜二氧化鈦薄膜之研究
蔡文斌	多重摻雜鈦酸鍶塊材之研究
薛正男	化學氣相沈積二氧化鈦及鈦酸鋁薄膜成長與性質之研究	1. Chemical Vapor Deposition, accepted. 2. J. of Non-Crystalline Solid, submitted. 3. J. of Vac. Sc. Technol. A, accepted 4. Thin Solid Films, submitted.

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