透明導電氧化物應用在氮化鎵蕭基二極體之研究

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林仕尉(Shin-Wei Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

透明導電氧化物應用在氮化鎵蕭基二極體之研究
(Conductive transparent oxide applied to GaN Schottky barrier diodes)

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摘要(中)

本實驗研究以氧化銦錫（ITO）、氧化鋅鋁（AZO）做為蕭特基接觸金屬，濺鍍於氮化鎵蕭特基二極體之光偵測器。而利用氧化銦錫當作透明導電膜的研究已有相當的瞭解，本論文改為利用氧化鋅鋁薄膜當作蕭S基接觸的薄膜。對於氧化鋅鋁的薄膜做過一連串的電性、光性及結構分析，找出氧化鋅鋁在不同的溫度下的電阻率及穿透率；進而製作在氮化鎵上當作光偵測器，量測的部分包括了元件的蕭特基能障高度、暗電流、照光電流響應及光頻譜響應。期望氧化鋅鋁薄膜在360nm的高穿透率，可以提高元件的光響應度。

關鍵字(中)

★ 氮化鎵
★ 蕭特基
★ 透明導電氧化層
★ 半導體

關鍵字(英)

★ semiconductor
★ schottky
★ ITO
★ GaN
★ AZO

論文目次

摘要…………………………………………………………….Ι
致謝…………………………………………………………Ⅱ
目錄…………………………………………………………Ⅲ
圖目錄………………………………………………………Ⅳ
表目錄………………………………………………………Ⅴ
第一章導論………………………………………………1
第二章實驗原理與實驗裝置……………………………5
??2-1 蕭特基接觸的原理……………………………………5
??2-2 濺鍍原理………………………………………………8
??2-3 霍爾量測電阻率 ……………………………………12
??2-4X-ray繞射之基本理論…………………………………12
??2-5電容-電壓量測原理 ……………………………………13
??2-6光偵測器的光響應度的量測原理 …………………15
第三章透明導電薄膜氧化銦錫及氧化鋅鋁的材料特性分析……………………………………………17
3-1氧化銦錫及氧化鋅鋁的成長條件……………………17
3-2不同熱退火溫度對於氧化銦錫及氧化鋅鋁的電阻率…19
3-3不同熱退火溫度對於氧化銦錫及氧化鋅鋁的穿透率…20
3-4不同熱退火溫度對於氧化鋅鋁的X ray 之材料分析…21
第四章氮化鎵蕭特基接觸光偵測器的結構及製程………23
4-1蕭特基接觸光偵測器的結構 …………………………23
4-2 蕭特基接觸光偵測器的製作步驟………………………23
? 4-2-1以氧化鋅鋁作為蕭特基接觸的蕭特基二極體紫外光偵測器之製作 ………………………………………………………………24
4-2-2以氧化銦錫作為蕭特基接觸的蕭特基二極體紫外光偵測器之製作 ………………………………………………………………28
4-3 量測設備的介紹 ………………………………………31
4-3-1 電流-電壓特性之量測設備…………………………………31
????4-3-2 電容-電壓特性之量測設備…………………………………31
????4-3-3 光偵測器的光響應頻譜之量測設備 ………………………32
第五章透明導電薄膜應用在蕭特基二極體紫外光偵測器之元件特性分析……………………………………33
5-1光偵測器簡介 …………………………………………33
5-2 氧化銦錫之透明導電膜的電性分析 …………………33
???? 5-2-1 不同熱退火溫度對元件的暗電流特性之影響 ……………33
5-2-1-1氧化銦錫於沒有低溫成長氮化鎵覆蓋層的電性分析...34
5-2-1-2氧化銦錫於具有低溫成長氮化鎵覆蓋層的電性分析...35
5-2-2不同熱退火溫度對元件的光響應頻譜數據量測及比較 .....37
5-2-2-1氧化銦錫於沒有低溫成長氮化鎵覆蓋層的光響應頻譜數據量測及比較……………………………………………37
5-2-2-2氧化銦錫於具有低溫成長氮化鎵覆蓋層的光響應頻譜數據量測及比較……………………………………………38
5-3 氧化鋅鋁之透明導電膜的電性分析…………………39
5-3-1不同熱退火溫度對元件的暗電流特性之影響……………39
5-3-2不同熱退火溫度對元件的光響應頻譜數據量測及比較…42
5-3-2-1氧化鋅鋁於沒有低溫成長氮化鎵覆蓋層的光響應頻譜數據量測及比較…………………………………………42
5-3-2-2氧化鋅鋁於具有低溫成長氮化鎵覆蓋層的光響應頻譜數據量測及比較…………………………………………43
5-4 氧化銦錫及氧化鋅鋁之透明導電膜的電性分析比較 ……………………………………………………44
5-4-1 氧化銦錫及氧化鋅鋁應用在沒有低溫成長氮化鎵的分析比較……………………………………………………44
???? 5-4-2氧化銦錫及氧化鋅鋁應用在具有低溫成長氮化鎵的分析比較..........................................44
第六章結論與未來展望...........................48
圖目錄
圖2-1 一孤立金屬靠近n型半導體能帶圖‥……………………………………50
圖2-2 熱平衡時，金半接觸能帶圖‥……………………………………………50
圖2-3 熱離子發射‥………………………………………………………………51
圖2-4 熱游離場發射‥……………………………………………………………51
圖2-5 場發射‥……………………………………………………………………51
圖2-6 熱離子發射之電流傳輸 (a)熱平衡 (b)順向偏壓 (c)逆向偏壓‥………52
圖2-7 低壓電漿反應器內電壓電流關係。Ι：Townsend 放電 Ⅱ：崩潰放電 Ⅲ：正常輝光放電 Ⅳ：不正常輝光放電 Ⅴ：電弧放電‥…………………53
圖2-8布拉格繞射理論 2dsinθ= nλ‥……………………………………………53
圖3-1 濺鍍機示意圖‥……………………………………………………………54
圖3-2不同溫度ITO薄膜的穿透率‥……………………………………………55
圖3-3不同溫度AZO薄膜之穿透率‥……………………………………………55
圖3-4氧化鋅鋁在氧化鋁基板經過不同溫度熱處理的X ray繞射圖形‥………56
圖3-5氧化鋅鋁在氧化鋁基板經過不同溫度熱處理的Rocking Curve繞射圖形.56
圖 4-1 樣品結構圖（a）氮化鎵樣品 (b)?有低溫成長氮化鎵覆蓋層‥………57
圖4-2 平台 ‥………………………………………………………………………58
圖4-3 蕭特基接觸 ‥………………………………………………………………58
圖4-4 歐姆接觸 ‥…………………………………………………………………58
圖4-5 平台………………………………………………………………………59
圖4-6 內縮ITO‥………………………………………………………………59
圖4-7 歐姆接觸‥………………………………………………………………59
圖4-8 光響應度量測系統‥……………………………………………………60
圖5-1 氧化銦錫於GaN在不同溫度熱退火處理後之順向I-V圖‥…………61
圖5-2氧化銦錫於GaN在不同溫度熱退火處理後之順向對數I-V圖‥……61
圖5-3氧化銦錫於GaN在不同溫度熱退火處理後之反向對數I-V圖‥……62
圖5-4氧化銦錫於LT-GaN在不同溫度熱退火處理後之順向對數I-V圖‥…62
圖5-5氧化銦錫於LT-GaN在不同溫度熱退火處理後之反向對數I-V圖‥…63
圖5-6 氧化銦錫於GaN在500℃熱退火處理後之光響應度‥………………63
圖5-7 氧化銦錫於GaN在600℃鰤h火處理後之光響應度‥………………64
圖5-8 氧化銦錫於GaN在700℃熱退火處理後之光響應度‥………………64
圖5-9 氧化銦錫於LT-GaN在500℃熱退火處理後之光響應度‥……………65
圖5-10 氧化銦錫於LT-GaN在600℃熱h火處理後之光響應度 ‥…………65
圖5-11 氧化銦錫於LT-GaN在700℃熱退火處理後之光響應度 ‥…………66
圖5-12氧化鋅鋁於GaN在不同溫度熱退火處理後之順向對數I-V圖‥……66
圖5-13氧化鋅鋁於GaN在不同溫度熱退火處理後之反向對數I-V圖‥……67
圖5-14 氧化鋅鋁於GaN不同溫度熱處理後的照片（a）as-deposited （b）500℃ （c）600℃ （d）700℃………………………………………………68
圖5-15氧化鋅鋁於LT-GaN在不同溫度熱退火處理後之順向對數I-V圖‥…69
圖5-16氧化鋅鋁於LT-GaN在不同溫度熱退火處理後之反向對數I-V圖‥…69
圖5-17氧化鋅鋁於GaN在as-deposited的條件之光響應度‥…………………70
圖5-18 氧化鋅鋁於GaN在500℃熱退火處理後之光響應度 ‥………………70
圖5-19 氧化鋅鋁於GaN在600℃熱退火處理後之光響應度‥…………………71
圖5-20 氧化鋅鋁於GaN在700℃熱退火處理後之光響應度‥…………………71
圖5-21氧化鋅鋁於LT-GaN在as-deposited的條件之光響應度‥………………72
圖5-22 氧化鋅鋁於LT-GaN在500℃熱退火處理後之光響應度 ‥……………72
圖5-23 氧化鋅鋁於LT-GaN在600℃熱退火處理後之光響應度‥………………73
圖5-24 氧化鋅鋁於LT-GaN在700℃熱退火處理後之光響應度 ‥……………73
表目錄
表3-1氧化鋅鋁不同瓦數電性的比較‥…………………………………………74
表3-2氧化銦錫薄膜在不同溫度的電性比較‥…………………………………74
表3-3氧化鋅鋁薄膜在不同溫度的電性比較‥…………………………………75
表5-1 ITO和AZO於GaN的蕭特基能障高度的比較 ‥………………………75
表5-2ITO和AZO於GaN的光響應頻譜的比較‥………………………………76
表5-3 ITO和AZO於LT-GaN的蕭特基能障高度的比較‥……………………76
表5-4ITO和AZO於LT-GaN的光響應頻譜的比較‥…………………………77

參考文獻

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指導教授

張正陽、許進恭
(Jeng-Yang Chang、Jinn-Kong Sheu)

審核日期

2005-7-7

推文