摻雜鋁於氧化鋅透明導電膜之光特性與電特性研究

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張坤榮(Kun-Rong Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

摻雜鋁於氧化鋅透明導電膜之光特性與電特性研究
(Study of electrical and optical properties of Al doped ZnO transparent conducting films)

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摘要(中)

隨著光電產業的快速發展，各種材料不斷被開發，而透明導電膜是近年來產業應用最多的新材料，所以本論文針對透明導電氧化物－氧化鋅(Zinc-Oxide，ZnO)－進行材料特性分析及實際應用的研究。在文章中的第一部分進行對此材料的基本特性研究，從薄膜製備、後續之熱處理及量測分析做了一系列的探討，並經由氧缺位(oxygen vacancy)對薄膜經各種處理前後的變化做合理的解釋。文章的第二部我們嘗試摻雜鋁金屬於氧化鋅薄膜中，試圖提高其導電率及紫外光波段的穿透率。首先以射頻(Radio Frequency)濺鍍(sputtering)系統將ZnO薄膜濺鍍於三氧化二鋁(sapphire)基板上，形成ZnO薄膜，經由不同射頻功率及適當的熱處理流程使該薄膜之特性達到所需求者。針對不同濺鍍條件及熱處理狀況，以四點探針(Four Point Probe)量測其電學特性、以紫外光/可見光分光光譜儀(UV/VIS 4100 Spectrophotometer)系統量測其穿透特性、以原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)系統量測其表面微觀結構特性、以X光單晶繞射(X-Ray Diffractometer，XRD)系統觀察薄膜結晶特性、以霍爾量測(Hall measurement)系統判斷其半導體基本參數，最後利用各種機制合理解釋上述各種量測及觀察到的現象。在第一部分中我們得到最佳製程參數為：以100W射頻功率鍍膜，通入純氬氣流量20sccm，系統總壓力為10mTorr，可以得到電阻低與高穿透率兼備的透明導電氧化物ZnO薄膜。另外藉由最佳條件：500℃氫氣熱處理5分鐘可使電阻率下降至0.124Ω-cm，同時我們也可以兼顧薄膜穿透率在可見光波段平均達到80%以上的水準。我們摻雜鋁金屬試圖提高ZnO薄膜濃度，以期在穿透率可以符合柏斯坦-摩斯(Burstein-Moss)效應並且有藍移現象，最後測量之結果：摻雜鋁金屬之ZnO薄膜在375nm波長之穿透率從原本為13%提高至50.6%，載子濃度為-2.4×1020cm-3，電阻率為3.72×10-3Ω-cm。

關鍵字(中)

★ 濺鍍
★ 熱處理
★ 氧化鋅
★ 擴散

關鍵字(英)

★ annealing
★ sputter
★ ZnO
★ Al doped ZnO
★ diffusion

論文目次

第一章緒論……………………………………………………………1
第二章理論基礎………………………………………………………3
2-1 ZnO晶體結構及特性……………………………………………3
2-2 濺射原理…………………………………………………………5
第三章實驗方法及步驟………………………………………………7
3-1 ZnO薄膜製程……………………………………………………7
3-1-1 樣品清洗過程………………………………………………7
3-1-2 濺鍍製程……………………………………………………8
3-1-3 熱處理製程…………………………………………………9
3-1-4 量測分析…………………………………………………11
3-1-4-1 膜厚測量……………………………………………11
3-1-4-2 電阻率量測…………………………………………12
3-1-4-3 穿透率量測…………………………………………12
3-1-4-4 霍爾量測……………………………………………14
3-2 結果與討論……………………………………………………14
第四章摻鋁ZnO薄膜製程……………………………………………16
4-1 濺鍍及蒸鍍製程………………………………………………16
4-2 熱處理製程……………………………………………………17
4-3量測分析…………………………………………………………18
4-3-1 膜厚測量…………………………………………………18
4-3-2 電阻率量測………………………………………………19
4-3-3 穿透率量測………………………………………………20
4-3-4 霍爾量測…………………………………………………21
4-3-4 PL量測……………………………………………………22
4-4 結果與討論……………………………………………………23
第五章結論……………………………………………………………24
參考文獻
圖目

參考文獻

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指導教授

李清庭、許進恭
(Ching-Ting Lee、Jinn-Kong Sheu)

審核日期

2004-7-14

推文