臺灣博碩士論文加值系統

本研究使用水平式管狀爐進行化學氣相沈積，以Zinc 2,4-pentanedionate monohydrate[Zn(C5H7O2)2．H2O]作為鋅的前驅物，在鋁酸鋰(200)(γ-LiAlO2, LAO)單晶基板上沉積氧化鋅薄膜，成長溫度分別為675℃，640℃和575℃，薄膜成長時間100~10800秒，探討氧化鋅磊晶薄膜成長機制與缺陷分析。
在本研究的溫度範圍內，LAO基板上最先形成沿[10-10]方向成長的氧化鋅核種（簡稱M平面氧化鋅)，且以島狀模式成長。在成長溫度為575℃時，隨成長時間的增加，沿[0002]方向成長的氧化鋅（簡稱C平面氧化鋅)也會直接在基板上成核，且成長速度較M平面氧化鋅高，因此當成長時間增加，C平面氧化鋅會逐漸覆蓋在M平面氧化鋅的上方。此外，在磊晶成長的後期，也會偵測到少量沿[10-11] 方向成長的氧化鋅。成長溫度為640℃時，C平面氧化鋅的成核速率明顯下降，因此磊晶是以M平面氧化鋅為主，其間散佈了少量的C平面氧化鋅結晶。當成長溫度為675℃時，C平面氧化鋅的成核已經被完全抑制，因此得到平行堆疊的長條狀M平面氧化鋅。
電子背向繞射和穿透式電子顯微鏡繞射分析證實C平面氧化鋅與LAO基板之間，存在(0002)ZnO//(200)LAO，[ -1-120]ZnO//[00-1]LAO和[1-100] ZnO //[010]LAO的晶向關係。另外， M平面氧化鋅與LAO基板之間，存在(10-10) ZnO//(200)LAO， [000-1]ZnO//[010]LAO和[-12-10] ZnO //[00-1]LAO的晶向關係。
在640℃與575℃磊晶1000秒時M平面氧化鋅X光角繞射（rocking curve)之半高寬值分別為1.88°和2.19°，隨著成長時間增加至10800秒，半高寬值大幅減少為0.76°和0.58°。
利用穿透式電子顯微鏡觀察氧化鋅磊晶的缺陷，發現在界面處會有大量錯配差排(misfit dislocation)，大部分的貫穿式差排會垂直界面，M平面氧化鋅具有高差排密度約為1×1010cm-2。從M平面氧化鋅間隙直接在LAO基板成核的C平面氧化鋅，由於與LAO基板接觸面積非常小，差排集中在與基板接觸的部分，因此在側向成長的部分差排密度相當低。其平均差排密度約為6×109cm-2。

摘要I
總目錄III
圖目錄V
表目錄XI
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧與理論基礎3
2.1 化學氣相沉積法3
2.2 異質磊晶成長機制6
2.2.1層狀成長( Frank-van der Merwe mode)6
2.2.2島狀成長( Volmer-Weber mode)8
2.2.3混合成長(Stranski-Krastanov mode)8
2.2.4磊晶與基材之晶格匹配9
2.2.5鋁酸鋰基材15
2.3 氧化鋅磊晶薄膜16
2.3.1氧化鋅磊晶薄膜的應用20
2.3.2極性氧化鋅磊晶薄膜的性質與顯微組織21
2.3.3非極性氧化鋅磊晶薄膜的性質與顯微組織27
2.4 結晶取向與結晶缺陷分析31
2.4.1電子背向繞射(EBSD)分析31
2.4.2 X光繞射分析34
2.4.3穿透式電子顯微鏡分析34
第三章 實驗方法43
3.1磊晶成長43
3.1.1 基板準備43
3.1.2 磊晶成長參數43
3.2氧化鋅磊晶薄膜分析45
3.2.1掃瞄式電子顯微鏡觀察與分析45
3.2.1.1磊晶表面形貌與結晶方向分析45
3.2.1.2原子力顯微鏡觀察與分析45
3.2.2 X光光電子能譜分析46
3.2.3電子微探儀分析46
3.2.4 X光繞射分析46
3.2.5穿透式電子顯微鏡分析46
3.2.5.1正面電子顯微鏡試片製作46
3.2.5.2剖面電子顯微鏡試片製作47
3.2.5.3穿透式電子顯微鏡分析47
第四章 實驗結果49
4.1掃瞄式電子顯微鏡觀察與分析49
4.1.1掃瞄式電子顯微鏡觀察與分析49
4.1.2電子背向繞射(EBSD)分析磊晶表面結晶方向56
4.2 X光繞射分析62
4.3原子力顯微鏡觀察與分析78
4.4 X射線光電子能譜分析82
4.5穿透式電子顯微鏡觀察與分析89
第五章 討論 98
5.1溫度與成長時間對於氧化鋅成長的影響98
5.2氧化鋅與LAO基板的磊晶關係99
5.3氧化鋅中的結晶缺陷99
第六章 結論 101
第七章 參考文獻103

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