基本内容

须晶之制造方法,尤其是第一个利用燃烧合成法来制备氮化铝须晶之方法。在结构陶瓷的应用方面,若於制造氮化铝陶瓷体时,添加适量之氮化铝须晶(whisker)於其内部,便可大幅地增强其韧性与机械强度。 本研究是以化学气相沉积法成长碳化矽须晶，利用三氯一甲基矽烷为反应源，使用H2当载流气体，并另通以H2主气流以稀释MTS至适当的浓度，於低压及高温下使MTS分解产生碳及矽，并藉由VLS机构成长碳化矽须晶。其目的在探讨不同的金属杂质特性及其在制程中的特性变化对後续须晶凝核与成长特性的影响，并对VLS机构中的液滴表面张力效应，以及表面张力在决定须晶直径扮演的角色深入解析。以期能建立一通用且普遍的须晶凝核与成长模式，并瞭解成长高品质须晶的制程条件范围。 本研究所获得的结论概述如下：无论是添加不同厚度的镍镀层或直接以镍箔为基板皆能以VLS机构为须晶成长机构成功成长出碳化矽须晶。由於不同厚度的镍镀层在石墨基板上凝缩分裂过程的差异，使石墨基板上独立的镍球颗粒数随著镀层厚度之增加而减少，而直径则呈现相反趋势。须晶在石墨基板上的凝核过程是属於单一凝核现象，因此须晶的凝核密度、长度与长短轴比皆随镍镀层厚度之增加而降低，但须晶直径则随镀层厚度的增加而上升。 由於镍箔在加热过程不若镍镀层会发生凝缩分裂，而是维持整体微组织完整性。但金属液滴则以镍箔的晶界熔融逐步由晶界向晶粒内部深入，当局部区域达到所需的过饱和度即能析出须晶，其凝核现象是以多重凝核方式从单一液滴析出大量的须晶。须晶的凝核与成长特性及所成长须晶之品质虽深受金属杂质液滴的提供方式及液滴特性的影响，但亦可经由适当的金属杂质特性与制程参数的选择而获得预期的结果。 基於对碳化矽须晶成长动力学的探讨，乃提出孕育期、暂态成长期及稳定成长期的三阶段须晶成长理论，并修正前人有关须晶成长的二阶段成长理论。以镀镍石墨基板进行一系列不同时间的气相反应，发现必须至少让反应进行3分钟後才有明显数量的须晶出现，及至约8分钟的反应时间後，才能完成孕育期阶段。且须晶从液滴中凝核析出所需孕育期和液滴大小有关，由於液滴体积效应与液滴曲率效应的相互作用下，须晶的孕育期与液滴大小的关系，在本研究所采用的反应条件下会出现一最短孕育期所对应的液滴直径在约2μm处。 在本研究中亦提出有关碳化矽须晶直径大小的主要决定因素，可归纳为VLS机构和VS机构共同运作的结果。前者决定液滴的固液界面面积，并进而决定须晶析出时的直径；而後者则决定於气相沉积的成长动力。液滴的固液界面面积主要是由液滴体积和界面气液固三相表面张力的平衡状况所决定。至於在本研究所采用的条件下，其气相沉积的成长动力由Arrhenius关系式可求得活化能值约为180kJ/mol。经由本研究之结果，亦一并对文献所报导有关须晶直径与液滴直径呈比例关系的合理性及其与制程条件的相依性予以修正，并指出须晶直径与液滴直径成比例的关系仅发生在三阶段成长中的稳定成长期。