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研究生:羅丞曜
論文名稱:銦鋅氧化膜基本特性及其與氮化鎵接觸應用之研究
指導教授:李清庭
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:光電科學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:銦鋅氧化物氧缺位氮化鎵射頻濺鍍歐姆接觸透明導電氧化物光電元件
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本論文針對近年來在學術界所提出的一種新的透明導電氧化物─銦鋅氧化物(Indium-Zinc-Oxide,IZO)─進行材料特性及實際應用的研究。在文章中的第一部份進行了此材料的特性研究,從薄膜製備、後續熱處理及量測分析做了一系列的探討,並且經由氧缺位(oxygen vacancy)對薄膜經各種處理前後的變化進行合理的解釋。在文章中的第二部分我們嘗試的製作了不同用途的光電元件,並將IZO薄膜應用於其上與半導體材料─氮化鎵(GaN)─形成p-n接面的結構。
首先以射頻(Radio Frequency,RF)濺鍍(sputtering)系統將IZO材料濺鍍於石英玻璃(Corning 7059 glass)上,形成IZO透明導電薄膜,再經由適當的熱處理流程使該薄膜之特性達到所求。並且針對不同的鍍膜條件及熱處理狀況,以四點探針(Four Point Probe)系統量測其電學特性、以光譜系統量測其穿透特性、以原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)系統觀察其表面微觀結構特性、以X光單晶繞射(X-Ray Diffractometer,XRD)系統觀察其結晶特性、以霍爾量測(Hall measurement)系統判斷其半導體基本參數,最後,藉由薄膜材料中的氧缺位導電機制來合理並成功的解釋上述所有量測及觀察到的現象。在這一部分的研究中,我們得到的最佳製程參數為:以500瓦射頻功率鍍膜,通入純氬氣流量40sccm,系統總壓力為10mTorr,可以得到電阻率為4×10-4W-cm的透明導電氧化物IZO薄膜。另外,藉由最佳條件:氫氣300℃三分鐘的熱處理,可使薄膜的電阻率再下降約35.5﹪,而達到2.58×10-4W-cm的等級;同時,我們也能兼顧薄膜的穿透率在可見光波段維持平均而言80﹪以上的水準。
經由霍爾量測系統的結果顯示IZO為一種n型高濃度半導體材料,故我們製作了IZO/n-GaN結構以形成歐姆接觸(Ohmic contact);製作IZO/p-GaN結構以形成蕭特基接觸(Schottky contact),並且製作了p-n接面二極體(diode)及p-n接面光檢測器(photodetector,PD)來嘗試透明導電材料的應用。我們得到IZO/n-GaN歐姆接觸之特徵接觸電阻率(specific contact resistivity)為1.12×10-2W-cm2;IZO/p-GaN之p-n接面二極體特性為位障(barrier)高度0.46eV,理想因數(ideality factor)為1.52,起始(turn-on)電壓為5V,而崩潰(breakdown)電壓為20V;IZO/p-GaN之p-n接面光檢測器特性為暗電流(dark current)10pA,光電流(photocurrent)1nA,量子效率(quantum efficiency)為5.93﹪,響應度(responsivity)為0.017W/A。
一、緒論……………………………………………………………1
二、薄膜製程………………………………………………………5
(A)樣品清洗過程…………………………………………………5
(B)微影製程………………………………………………………6
(C)剝離製程………………………………………………………7
(D)濺鍍製程………………………………………………………8
(E)熱處理製程……………………………………………………11
三、量測分析………………………………………………………14
(A)膜厚量測………………………………………………………14
(B)電阻率量測……………………………………………………14
(C)穿透率量測……………………………………………………16
(D)表面特性量測…………………………………………………18
(E)成分分析………………………………………………………19
(F)霍爾量測………………………………………………………20
(G)結果與討論……………………………………………………21
四、材料應用與特性評估…………………………………………22
(A)IZO與n-GaN之接觸特性 ……………………………………24
(B)IZO與p-GaN之接觸特性 ……………………………………25
(C)IZO/p-GaN之p-n接面二極體 ………………………………26
(D)IZO/p-GaN之p-n接面光檢測器 ……………………………27
(E)抗反射膜的設計與應用………………………………………28
五、結論……………………………………………………………31
六、參考文獻………………………………………………………33
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