โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่...

34
การหาเงื่อนไขที่เหมาะสมสาหรับการสร้างฟิล์มกราฟีน ด้วยเทคนิคพลาสมาสปัตเตอริง Finding the Optimal Parameter for Generated Graphene by Plasma Sputtering โครงงานที่ 32

Upload: others

Post on 26-Jul-2020

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การหาเงอนไขทเหมาะสมส าหรบการสรางฟลมกราฟน

ดวยเทคนคพลาสมาสปตเตอรง

Finding the Optimal Parameter for Generated Graphene

by Plasma Sputtering

โครงงานท 32

Page 2: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

OUTLINE

ทมา

และความส าคญ

วตถประสงค

ขอบเขต

การศกษา

ประโยชนท

คาดวาจะไดรบ

ขนตอนการ

ด าเนนงาน

ทฤษฎท

เกยวของ

สรปผล

การวเคราะหขอเสนอแนะ

ปญหา

และแนวทาง

การแกไข1

2

3 4

5

6

7 8

9

Page 3: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

ทมา และความส าคญ

กฎของมวร (Moore’s Law) เปนแนวคดในการพฒนา

ทางดานชปซลคอนของ Gordon Moore โดยไดกลาวไววา

จ านวนทรานซสเตอรทสามารถบรรจลงในชปจะเพมขนเปนสอง

เทาในทก ๆ สองป ซงอาจจะท าใหพฤตกรรมของอเลกตรอนเกด

ความไมแนนอนตามหลกควอนตมฟสกส จงไมเหมาะสมทจะใช

เปนอปกรณอเลกทรอนกสไดตอไป

การหาวสดชนดใหมมาทดแทนซลคอน ในอปกรณ

อเลกทรอนกสจงเปนการคนควาวจยท ส าคญมากในโลกยค

ปจจบน และกราฟนกเปนหนงในวสดทมความเปนไปไดมากทสด

Page 4: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

ทมา และความส าคญ

ผวจยไดออกแบบการทดลองโดยใชเทคนค (Design of Experiment :

DOE) เพอหาคาพารามเตอรทเหมาะสมในการสรางฟลมกราฟนดวยเทคนค

พลาสมาสปตเตอรง โดยศกษาปจจยทมผลตอการสรางฟลมบาง 3 ปจจย คอ

ความของดนกาซ เวลาในการดชชารจพลาสมา และอตราสวนระหวางกาซอะ

เซทรนกบไฮโดรเจน ก าหนดปจจยคงท คอ ขนาดของแผนกระจกสไลด และ

ความดนอากาศท 10-1 ทอร มการตรวจสอบคามมสมผสดวยวธ Sessile

Drop ตรวจสอบความหนาของฟลมกราฟนดวยวธ Atomic Force

Microscope (AFM) และตรวจสอบเอกลกษณของกราฟนดวยวธ Raman

spectroscopy

Page 5: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

วตถประสงค

เพอหาคาพาราม เตอรท เหมาะสม

ส าหร บการข น ร ป กราฟ นดวย เทคนค

พลาสมาสปตเตอรง

เพอยนยนเอกลกษณของกราฟนบน

ผวเคลอบดวยวธ Raman Spectroscopy

การก าหนดคาของพารามเตอรท

ใชในการทดลองโดย ก าลงไฟฟา 60 –

100 วตต อตราสวนระหวาง C2H2 : H2

คอ 30:70 40:60 50:50 และระยะเวลา

ในการดสชารจพลาสมา 10 – 30 นาท

ดวยวธการออกแบบการทดลองเทคนค

การออกแบบการทดลองแบบเตมจ านวน

ตรวจสอบความหนาของฟลมก

ราฟนดวยวธAtomic Force โดยคาทได

ตองมความใกลเคยง 0.34 นาโนเมตร

(คาทยอมรบได 0.5 – 1.0 นาโนเมตร)

ขอบเขตการศกษา

ไดทราบเงอนไขทเหมาะสมส าหรบ

การเคลอบผวกราฟนดวยเทคนคการตก

เคลอบดวยไอทางเคม

ประโยชนทคาดวาจะไดรบ

Page 6: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

กราฟน (Graphene)

เปนวสดแผนเสมอนสองมต

เปนวสดทมความแขงแรงมากกวาเหลกกลาถง 200

เทา

กราฟนน าไฟฟาไดดกวาโลหะทองแดงถง 4 เทา

เพราะการสงผานอเลกตรอนเปนไปอยางรวดเรว

เชอมตอกนเปนโครงรางลกษณะเหมอนกบรงผง ดวย

พนธะโควาเลนตทมความแขงแรง

ประกอบดวยธาตคารบอนเรยงตวตอกนเปนวงหก

เหลยม (Hexagonal)

มความโปรงใส (Transparent) โดยแสงสามารถ

สองผานไดกวา 97 เปอรเซนต

ทฤษฎทเกยวของ

Page 7: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)

การสงเคราะหฟลมบาง

เปนกระบวนการทใชพลาสมาในการสรางปฏกรยาสะสมไอเคม ม

การเพมขวไฟฟาเขาไปในตเคลอบซงใชความดนไอต า ความตางศกยไฟฟา

ทจายระหวางขวไฟฟาจะเหนยวน าใหโมเลกลของไอเคมทอยระหวาง

ขวไฟฟานนแตกตวเปนพลาสมา เนองจากสารตงตนทแตกตวและอยใน

พลาสมามความสามารถในการท าปฏกรยาทสงขน สงผลใหปฏกรยาเคม

การสรางสารเคลอบเกดไดทอณหภมต ากวาปกตมาก

กราฟนทผลตขนโดยเทคนคน เปนกราฟนทมคณภาพสง สามารถ

ควบคมจ านวนชนของกราฟนได และมการน าไฟฟาทดจงเหมาะอยางยง

กบการน าไปใชในงานดานอเลกทรอนกส

Page 8: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การวเคราะหฟลมบางContact Angle

ใ น ว จ ย น ผ ว จ ย ต ร ว จส อบด ว ย ว ธ

Sessile Drop การหยดของเหลวออกจากหลอดฉด

ยาขนาดเลก โดยการน าพนผวขนไปสมผสกบหยดน า

ตามทฤษฎแลวมมสมผสของฟลมบาง

กราฟน มคามมระหวาง 90 – 127 องศา

เปนเทคนคในการศกษาสภาพพนผวของตวอยาง โดยการหยด

สารละลาย เชน น า ลงบนพนผว และวดมมสมผสทเกดขน การโคงของผว

ของเหลวจะเหนวาผวของเหลวกบผวของแขงจะท ามมกน เรยกวามมสมผส

(Contact angle) มมสมผสจะบอกใหทราบวาถงลกษณะของฟลมบางท

เกดขน

Page 9: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การวเคราะหฟลมบางAtomic Force Microscopy

ภาพแสดงความหนาของกราฟน Monalayer (a)

และ Bilayer (b)

เ ป น กล อ งจ ลทรรศน ชน ดห วอ านส อ งกราด

(Scanning Probe Microscopes : SPMs) ชนดหนง กลอง

จลทรรศนแรงเมอกดหวอานลงบนพนผวทจะตรวจวด จะเกด

แรงทกระท าตอกาน ของหวอาน จะท าใหหวอานเอยงดวยมม

ตาง ๆ กนตามสภาพความสงต าของพนผวซงจะสามารถ

ตรวจวดไดจากมมสะทอนของล าแสงเลเซอรทยงลงไปยงกาน

ของหวอาน จากนนคอมพวเตอรกจะแปลงสญญาณออกมาเปน

ภาพของพนผวทตองการตรวจสอบได

Page 10: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การวเคราะหฟลมบาง

กราฟตวอยางแสดงอตราสวนระหวางความเขมของพค D-

Band และ G-Band ซงเปนตวบงบอกถงความเปนระเบยบของ

โครงสรางผลก และความบรสทธของแผนฟลม

Raman Spectroscopy

เปนเทคนคทใชในการตรวจสอบ โครงสรางของโมเลกล

เนองจากสเปกตรมของรามานบอกขอมลในสวนของการสนภายใน

โมเลกล หรอการสนภายในผลกตาขาย เทคนครามานสเปกโตรสโคป

จงเปนเทคนคทเหมาะสม ในการศกษาวสดทเปนของแขง ของเหลว

และแกสได ซงการฉายแสงทเปนโฟตอนลงไปยงวสดจะไมท าลายวสด

ตวอยาง

Page 11: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การออกแบบการทดลองโดย

ใชวธแบบแฟคทอเรยล 2k

โดยใชโปรแกรมมนแทป

ขนตอนการเตรยมชนงานกอน

การสงเคราะหกราฟน

ขนตอนการสงเคราะหกราฟน

และการการเกบชนงาน

ขนตอนการวเคราะหดวยเครอง

Contact Angle , AFM และ

Raman Spectroscopy

ขนตอนการวเคราะหดวยโปรแกรมมนแทบ

สรปผลและจดท ารายงานน าเสนอ

ขนตอนการด าเนนงาน

Page 12: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

ปจจย

ระดบการตงคา

สญลกษณ

ต า (-1)

กลาง

(0) สง (+1)

1. ก าลงไฟฟา (วตต) 60 80 100A

2.อตราสวนระหวาง

กาซอะเซทลนกบกาซ

ไฮโดรเจน 30:70 40:60 50:50

B

3. ระยะเวลาในการ

ดสชารจพลาสมา

(นาท) 10 20 30

C

การออกแบบการทดลองโดยใชวธแบบ

แฟคทอเรยล 2k โดยใชโปรแกรมมนแทป

จ านวนการทดลองทงหมด 8 การทดลอง

โดยท าการทดลอง 2 ซ า และท าการทดลองซ าทจด

กงกลางจ านวน 5 ครง

ท าการทดลองหมดทงสน 21 การทดลอง

StdOrder RunOrder CenterPt Blocks ก าลงไฟฟา(วตต) อตตราสวน

C2H2 : H2

เวลา (นาท)

21 1 0 1 80 40:60 20

3 2 1 1 60 50:50 10

2 3 1 1 100 30:70 10

1 4 1 1 60 30:70 10

17 5 0 1 80 40:60 20

13 6 1 1 60 30:70 30

10 7 1 1 100 30:70 10

14 8 1 1 100 30:70 30

5 9 1 1 60 30:70 30

15 10 1 1 60 50:50 30

11 11 1 1 60 50:50 10

12 12 1 1 100 50:50 10

18 13 0 1 80 40:60 20

7 14 1 1 60 50:50 30

8 15 1 1 100 50:50 30

19 16 0 1 80 40:60 20

6 17 1 1 100 30:70 30

16 18 1 1 100 50:50 30

20 19 0 1 80 40:60 20

4 20 1 1 100 50:50 10

9 21 1 1 60 30:70 10

Page 13: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

อปกรณ

สารเคม กาซอารกอน ( Ar ) กาซอะเซททลน ( ) กาซไฮโดรเจน ( )

ตดกระจกสไลด

ขนาด 1 x 1 cm.

ท าความสะอาดดวย

สารละลายอะซโตนแชทงไว

10 นาท

เกบชนงานตามเงอนไขดวย

ถงซปลอค

ขนตอนการเตรยมชนงาน

C2H2 H2

กระจกสไลด ทชชไรขน ถงมอไรแปง ถงซปลอค

Page 14: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

ท าสญลกษณบนชนงาน วางชนงานบนฐานรอง

โดยวางทต าแหนงเดมเสมอ

ท าความสะอาดชนงาน

โดยใชพลาสมาอารกอนเปนเวลา 5 นาท

1 ปมอากาศใหความดนภายใน

ภาชนะสญญากาศเทากบ 2 x 10 -2

ปมอากาศใหความดนภายในภาชนะสญญากาศ

เทากบ 2 x 10 -2 อกครง

สงเคราะหฟลมโดยใชเงอนไขตาง ๆ

ตามตารางการทดลอง

2 3 4

5 6 เกบชนงานลงในกลอง

และเกบไวในตกนความชน7

Page 15: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

Base Pressure 8 x 10-2

C2H2 (Torr) H2 (Torr)

30 : 70 2.4 x 10-2 6.5 x 10-2

40 : 60 3.2 x 10-2 4.8 x 10-2

50 : 50 4.0 x 10-2 4.0 x 10-2

การค านวณอตราสวนกาซทใชในการดสชารจท าพลาสมา

2 x 10 -2

ความดนกาซทตองใช

Page 16: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

Contact Angle Goniometer

เมอท าการประยกตพลาสมาเรยบรอย

แลว น าชนงานมาวเคราะหดวยเครอง

ทดสอบวดมมสมผสทนท เพอปองกน

การลอกของฟลมเมอสมผสกบหยดน า

ศนยวจยทางฟสกสของพลาสมา และล าอนภาค

มหาวทยาลยเชยงใหม

น าชนงานทท าการประยกตพลาสมามา

ลบรอยปากกาดวยแอลกอฮอล กอน

น าไปวเคราะหเพอใชเปนตวเปรยบเทยบ

ความหนาของฟลมบางทสงเคราะหได

ศนยเครองมอกลาง คณะวทยาศาสตร

มหาวทยาลยเชยงใหม

Atomic Force Microscope

อทยานวทยาศาสตรและเทคโนโลย

มหาวทยาลยเชยงใหม

Raman Spectroscopy

น าชนงานทประยกตพลาสมาในเงอนไขทดทสด

มาวเคราะห เพอหาอตลกษณของฟลมบางท

สงเคราะหขน

Page 17: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

ผลการทดสอบวดมมสมผส

StdOrder

คามมสมผส (องศา)

ซาย ขวา เฉลย

21 46.17 39.28 42.725

3 55.36 59.75 57.55

2 60.56 58.69 59.62

1 51.38 59.06 55.22

17 45.3 54.49 49.895

13 60.32 67.48 63.9

10 63.58 60.39 61.98

14 61.33 59.86 60.6

5 69.1 64.79 66.95

15 64.64 64.76 64.7

11 62.16 65 63.58

12 66.54 65.35 65.95

18 68.42 66.17 67.29

7 63.24 65.18 64.21

8 57.79 54.58 56.19

19 68.43 66.17 67.3

6 58.76 66.48 62.62

16 69.33 69.59 69.46

20 67.72 65.14 66.43

4 63.67 66.28 64.975

9 69.01 72.82 70.915

BEFORE

AFTER

จากการวเคราะหไมสามารถสรปแนวโนมของคามมสมผสได แตสามารถ

บอกไดวาพนผวของชนงานกอน และหลงการประยกตพลาสมามการ

เปลยนแปลงเกดขน และหยดน ามลกษณะเปน Hydrophilic

Page 18: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

น าภาพถายผวหนาของชนงานทได

วเคราะหดวยโปรแกรม

Nanoscope SPM

คาระยะแนวระนาบ Vert Distance

จะแสดงคาความหนาของฟลม

ผลการวเคราะหดวยกลองจลทรรศนแรงอะตอม

Atomic Force Microscope (AFM)

Page 19: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

POSITION 1 POSITION 2 POSITION 3 POSITION 4 POSITION 5

ผลการวเคราะหดวยกลองจลทรรศนแรงอะตอม

Atomic Force Microscope (AFM)

ท าการวด 5 ต าแหนง น าคาทไดมาหาความหนาเฉลยของความหนาชนงาน

Page 20: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

ผลการวเคราะหดวยกลองจลทรรศนแรงอะตอม

Atomic Force Microscope (AFM)

การทดลอง

ปจจย การท าซ า

ก าลงไฟฟา อตตราสวน เวลา1 2

(วตต) C2H2 : H2 (นาท)

1 60 50:50 10 152.04 90.74

2 100 30:70 10 86.96 67.62

3 60 30:70 10 115.15 42.03

4 60 30:70 30 232.62 102.56

5 100 30:70 30 131.57 103.68

6 60 50:50 30 154.38 271.83

7 100 50:50 10 41.51 120.75

8 100 50:50 30 253.8 215.23

1 182.41

2 225.39

3 145.85

4119.88

5 96.78

คากลางจากการว เคราะหผลการทดลอง

พบวาชนงานทมความหนานอยทสด

ทเงอนไขการทดลอง ก าลงไฟฟา 60

วตต อตราสวนกาซ 30 : 70 และ

เวลาในการดสชารจ 10 นาท ม

ความหนา เฉล ยของฟลมท ากบ

41.51 นาโนเมตร มมสมผสเฉลย

ระหวางหยดน ากบพนผวชนงาน

เทากบ 65.95 องศา

Page 21: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

S R-sq R-sq (adj) R-sq (pred)

53.8329 61.30% 35.50% 0.00%

ตารางการ 5.1 วเคราะหคาสมประสทธการตดสนใจ (R-Square)

Source DF Coef Adj SS Adj MS F-Value P-Value

Model 8 55090.9 6886.4 2.38 0.086

Linear 3 47204.1 15734.7 5.43 0.014

ก าลงไฟฟา 1 -8.8 1229.2 1229.2 0.42 0.527

อตราสวน 1 26.1 10924.5 10924.5 3.77 0.076

เวลา 1 46.8 35050.4 35050.4 12.09 0.005

2-Way Interactions 3 3655.2 1218.4 0.42 0.742

ก าลงไฟฟา*อตราสวน 1 4.1 262.8 262.8 0.09 0.768

ก าลงไฟฟา*เวลา 1 1.6 42.3 42.3 0.01 0.906

อตราสวน*เวลา 1 14.6 3350.1 3350.1 1.16 0.303

3-Way Interactions 1 3043.5 3043.5 1.05 0.326

ก าลงไฟฟา*อตราสวน*เวลา 1 13.8 3043.5 3043.5 1.05 0.326

Curvature 1 17.7 1188.1 1188.1 0 0.534

Error 12 34775.7 2898.0

Total 20 89866.6

ตาราง 5.2 การวเคราะหความแปรปรวนของผลตอบความหนาของฟลมบาง

พจารณาคาสมประสทธการตดสนใจ

(R-Square) เพอวดสมรรถนะโดยรวม

ของแบบจ าลอง มคาเทากบ 61.30 %

P-value มคาเทากบ 0.086 ซง

มากกวา 0.05 จงปฏเสธสมมตฐานหลก

ทระดบนยส าคญ 0.05 แสดงวา

แบบจ าลองไมเหมาะสม

Page 22: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การคดกรองเฉพาะผลกระทบทมผลตอกระบวนการอยางมนยส าคญ

ผลกระทบของปจจยทผลตอความหนา

ของฟลมอยางมนยส าคญทระดบความ

เชอมนรอยละ 95 พบวา ผลกระทบ

หลก ไดแก ปจจย C คอ เวลาในการ

ดสชารจพลาสมา

Page 23: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การทดลองทจดกงกลางของปจจย (Curvature)

พจารณาความสมพนธของขอมลทมความเปนเสน

โคง ม P-Value เทากบ 0.534 ของผลตอบ

ความหนาของฟลมบาง

จงยอมรบสมมตฐานหลกทระดบนยส าคญ 0.05

ทวาผลรวมของครอตดราตกมคาเทากบศนย แสดง

วาแบบเชงเสนรวมผลกระทบรวมเหมาะสมแลว และไม

จ าเปนตองท าการทดลองเพมเตม

Source DF Coef Adj SS Adj MS F-Value P-Value

Model 8 55090.9 6886.4 2.38 0.086

Linear 3 47204.1 15734.7 5.43 0.014

ก าลงไฟฟา 1 -8.8 1229.2 1229.2 0.42 0.527

อตราสวน 1 26.1 10924.5 10924.5 3.77 0.076

เวลา 1 46.8 35050.4 35050.4 12.09 0.005

2-Way Interactions 3 3655.2 1218.4 0.42 0.742

ก าลงไฟฟา*อตราสวน 1 4.1 262.8 262.8 0.09 0.768

ก าลงไฟฟา*เวลา 1 1.6 42.3 42.3 0.01 0.906

อตราสวน*เวลา 1 14.6 3350.1 3350.1 1.16 0.303

3-Way Interactions 1 3043.5 3043.5 1.05 0.326

ก าลงไฟฟา*อตราสวน*เวลา 1 13.8 3043.5 3043.5 1.05 0.326

Curvature 1 17.7 1188.1 1188.1 0 0.534

Error 12 34775.7 2898.0

Total 20 89866.6

Page 24: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การวเคราะหสวนตกคางของผลตอบความหนาของฟลม

จากกราฟความนาจะเปนแบบปกตของ

สวนคาง กระจายตวของสวนตกคาง

ของขอมลผลตอบ มแนวโนมกระจายตว

แบบปกต

Page 25: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การวเคราะหสวนตกคางของผลตอบความหนาของฟลม

กราฟระหวางสวนตกคางกบคาทถกท านาย

พบวา สวนตกคางมการกระจายตวแบบไมอสระ

ขนอยกบคาทถกท านาย ดงนนการทดลองในครง

นจงไมควรน าไปใช

Page 26: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การสรางแบบจ าลองถดถอย

แบบจ าลองจะรวมเฉพาะปจจยทจ าเปน ไดแก ปจจยทมผลตอกระบวนการอยางมนยส าคญ และตดปจจยทไม

จ าเปนออก ดงน

Y = 136.4 - 8.8A + 26.1B + 46.8C + 4.1 AB + 1.6AC + 14.5 BC + 13.8ABC + 17.7 Ct Pt

Y = 136.4 - 8.8A

โดยเงอนไขทดทสดของการออกแบบการทดลอง คอ

ก าลงไฟฟา 60 วตต

อตราสวนระหวางกาซอะเซทลน กบกาซไฮโดรเจนเทากบ 30 : 70

เวลาในการดสชารจพลาสมา 10 นาท

Page 27: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การหาคาทเหมาะสมของปจจยส าหรบผลตอบ

Response Optimizer

คาพยากรณทเหมาะสมทสดทจะท าใหไดฟลมทมความหนานอยทสด คอ

• ก าลงไฟฟา 60 วตต

• อตราสวนระหวางกาซอะเซทลนกบกาซไฮโดรเจนเทากบ 30 : 70

• เวลาในการดสชารจพลาสมา 10 นาท

ไดคาพยากรณความหนาเทากบ 77.2873 นาโนเมตร

จากนนท าการทดลองอกครงเพอยนยนผล

Page 28: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

ชนงานท ความหนาของฟลม (นาโนเมตร)

ต าแหนง 1 ต าแหนง 2 ต าแหนง 3 ต าแหนง 4 ต าแหนง 5 คาเฉลย

1 80.574 79.377 80.429 80.651 81.423 80.4908

2 70.561 69.157 68.866 67.688 66.829 68.6202

3 72.395 71.762 72.608 70.08 71.479 71.6648

เมอประยกตพลาสมาในเงอนไข

ก าลงไฟฟา 60 วตต

อตราสวนระหวางกาซอะเซทลนกบกาซไฮโดรเจนเทากบ 30 : 70

เวลาในการดสชารจพลาสมา 10 นาท

ตรวจสอบความหนาของฟลมบางโดยใช AFM

ผลทไดจากการวเคราะห

Page 29: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การทดสอบ T-testเพอยนยนผลวาแบบจ าลองตอผลตอบความหนาของฟลมบางสามารถใชไดจรง และมคาใกลเคยงกบคาพยากรณทไดจาก

แบบจ าลองหรอไม

N Mean StDev SE Mean 95% CI for ต

3 73.59 6.17 3.56 (58.28, 88.91)

ท าการทดสอบเทยบกบคาพยากรณความหนาของฟลมบาง

พบวามคา P-value เทากบ 0.408

ซงมคามากกวา 0.05 จงยอมรบสมมตฐานหลก

แสดงวาขอมลความหนาของฟลมมคาเทากบ คาพยากรณท 77.2873 นาโนเมตร

Test

Null hypothesis H₀: μ = 77.2873

Alternative hypothesis H₁: μ ≠ 77.2873

ทระดบนยส าคญ α = 0.05

T-Value P-Value

-1.04 0.408

Page 30: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

การวเคราะหดวย Raman Spectroscopy

จากการวเคราะหชนงานทผานการสงเคราะหในเงอนไขทม

ก าลงไฟฟา 60 วตต อตราสวนอะเซททลนตอไฮโดรเจนเทากบ

30:70 และใชเวลาในการดสชารจพลาสมา 10 นาท พบวาเลข

คลน (Wave number) มคาเทากบ 1382.10 cm-1 ซงไมใช

ลกษณะของฟลมกราฟน แตมลกษณะโครงสรางเปนแบบกราฟน

ไดออกไซด ซงมคาเลขคลนอยท 1380 cm-1

Page 31: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

สรปผลการวเคราะห

ปจจยทมผลตอการทดลองอยางมนยส าคญ คอ เวลาในการดสชารจ คาทเหมาะสมทสดในการ

ดสชารจพลาสมา คอ ก าลงไฟฟา 60 วตต อตราสวนระหวางกาซอะเซทลน กบกาซไฮโดรเจนเทากบ 30 : 70

เวลาในการดสชารจพลาสมา 10 นาท ความหนาฟลมบางนอยทสดเทากบ 77.2873 นาโนเมตร

เมอวเคราะหท าการวเคราะหหาคามมสมผสน า และวเคราะหเอกลกษณของฟลมบางโดยใชเทคนครา

มานสเปกโครสโคป แลวท าใหทราบวาแผนฟลมทไดนนไมใชแผนฟลมกราฟนโดยตรง แตเปนแผนฟลมกราฟน

ออกไซด

Page 32: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

1. การศกษากระบวนการดสชารจอากาศ ไดท าการทดลองเพอหาคาพารามเตอรทเหมาะสมในการสงเคราะหฟลมก

ราฟนลงบนวสดฐาน จงท าใหคาพารามเตอรทไดอาจไมใชคาพารามเตอรทเหมาะสมทสดกบการสงเคราะหกราฟนดวย

วสดฐานทกชนด การท าการทดลองเพมเตมเพอเปนประโยชนทางดานอตสาหกรรมของประเทศไทย

2. การใชเครองดสชารจพลาสมาความดนต า ควรใชเครองปมสญญากาศทมก าลงมากขนเพอใหมความดนทต า

มากเพอใหอากาศภายในภาชนะสญญากาศสะอาดมากทสด และเพมประสทธภาพในการสงเคราะหฟลมกราฟน

ขอเสนอแนะ

3. ควรท าการทดลองในหองปดเพอเพมประสทธภาพในการท างานของเครองปมสญญากาศ

4. ชนวางชนงานทดสอบภายในภาชนะสญญากาศมพนเหมาะส าหรบวางชนงานทดสอบทมขนาดเลก และเหมาะ

ส าหรบชนงานจ านวนไมมาก ดงนนหากตองการใชพนทส าหรบวางชนงานทดสอบหลายตวอยางควรเปลยนไปใชเครอง

พลาสมาความดนต ามขนาดใหญกวาเพอความเหมาะสมในการทดลอง

Page 33: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

ปญหา และแนวทางการแกไข

ปญหา อปสรรค แนวทางการแกไข

1. การปมสญญากาศคอนขางใชเวลานาน เนองจากความสามารถของ

เครองปม และอากาศบรเวณรอบขางท าใหการทดลองในแตละเงอนไขใช

เวลานาน

ท าการด าเนนเครองดสชารจพลาสมาอยางตอเนองเพอใหความดนใน

ภาชนะสญญากาศต าเสมอ

2. มอากาศตกคางในทอน ากาซทตอมายงภาชนะสญญากาศ ท าการดสชารจพลาสมาทมสวนผสมของกาซอะเซทลน และไฮโดรเจนกอน

น าชนงานใสเขาไปยงภาชนะสญญากาศ แลวจงเรมการทดลอง

3. การด าเนนเครองดสชารจพลาสมาตอเนองในกระบวนการตกเคลอบไอ

สะสมของกาซอะเซทลน จะเกดการสะสมของไอทบรเวณผนงของภาชนะ

สญญากาศ ท าใหภาชนะสญญากาศไมสะอาด

ท าความสะอาดผนงของภาชนะสญญากาศโดยน ากระดาษทชชชบ

แอลกอฮอลเชดออก หากภาชนะมความสกปรกมากใหท าการถอดภาชนะ

สญญากาศออกมาแชดวยน าสะอาดเปนเวลา 2 วน

4. หากเกบชนงานเปนเวลาเกน 1 สปดาห จะท าฟลมลอกออกได หลงจากท าการประยกตพลาสมาแลวควรน าไปตรวจวดมมสมผสทนทเพอ

ปองกนการหลดลอกของฟลมเมอโดนหยดน า และจดเกบชนงานใน

ตควบคมความชนไมเกน 3 วน กอนทจะน าไปตรวจดวยกลองจลทรรศน

แรงอะตอม

Page 34: โครงงานที่ 32 การหาเงื่อนไขที่ ...ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/downloads/2020_04/1067/32... · 2020-04-07 · การออกแบบการทดลองแบบเต็มจ

Thank You

นางสาวณฐวรา ขนธกล 590610275

นางสาวลลนลลต อาชวะนนท 590610331

อาจารยทปรกษา รศ.ดร.คมกฤต เลกสกล

ปการศกษา 2562