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研究生:盧坤新
研究生(外文):Kun-Hsin Lu
論文名稱:射頻磁控濺鍍透明導電膜AZO/AgPd/AZO複層薄膜特性分析
指導教授:林義成林義成引用關係
指導教授(外文):Yi-Cheng Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:機電工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:磁控濺鍍透明導電膜AZO/AgPd複層薄膜
外文關鍵詞:RF magnetron sputteringTransparent conducting filmsAZO/AgPd multi-layer films
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透明導電薄膜的備製不僅需要良好的導電性且要有高的可見光穿透率,為此發展複層式沉積。藉由銀鈀本身的低電阻,可得AZO/AgPd/AZO低電阻高穿透率的透明導電膜。本實驗利用反應性射頻磁控濺鍍的方法,疊層沉積AZO(ZnO:Al)及AgPd薄膜於康寧玻璃1737F。藉由調整射頻功率、基板溫度、工作壓力、薄膜厚度,分析其對於複層薄膜之光學電性及微結構的影響。利用X光繞射儀及穿透式電子顯微鏡,觀察薄膜微結構和晶體結構。掃描式電子顯微鏡觀察薄膜厚度,歐傑電子進行成份分析測定。四點探針量測電性、分光光度計量測光穿透率。經分析結果顯示,本研究以射頻磁控濺鍍法製備,AZO薄膜內夾層AgPd之複層薄膜結構,在沉積功率350W/150W/350W與薄膜厚度60nm/5nm/50nm下,基板未加熱可得電阻率8.28×10-4Ω-cm及可見光穿透率90%。外層AZO薄膜由60nm至160nm隨著厚度增加,電阻係數隨之增加。厚度由160nm增加至200nm時,薄膜電阻係數呈現下降。隨著外層AZO薄膜厚度的增加,對於光學穿透率有下降的趨勢。基板加熱會同時提高AZO與AgPd之結晶性,但卻不利可見光穿透率。隨著工作壓力上升使得AZO/AgPd/AZO薄膜的電阻係數提高及光穿透率下降,主要為AgPd薄膜的結晶性較差及可能是AZO與AgPd的界面結構不連續所致。AgPd沉積功率從50W至150W,對於薄膜光學性質與電性皆有幫助,當功率從150W至350W時,則相反,電性與光性最佳值在150W,原因為150W有較佳的AgPd結晶性有關。當AZO/AgPd/AZO複層薄膜之外層AZO薄膜較薄時(60nm),中間層AgPd薄膜結構結晶化程度會主導複層薄膜之電性及光性,AgPd結晶較佳,則有較佳電性及光性。
The aims of the study were to investigate the effects of process parameters on electrical and optical properties of AZO(ZnO:Al) and AgPd multi-layer films by radio frequency(RF) magnetron sputtering on type 1737F Corning glass. The processes include RF power, substrate temperature, working pressure and thickness of thin film, respectively. After the deposition, four-point probe and spectrophotometer were used to measure resistivity and transmittance of thin films. X-ray diffractiometer and transmission electron microscope were used to identify the crystalline. The experimental results show that the multi-layer deposition of AZO and AgPd thin films in RF power of 350W/150W/350W, thickness of 60nm/5nm/50nm of multi-layer films and without heating on substrate has 90% transmittance and a low resistivity as 8.28×10-4Ωcm be obtained. Resistivity is increased with increase of thickness of outside-layer AZO film in the range from 60nm to 160nm. But, resistivity is reduced with thickness of outside-lay AZO thin film in the range from 160nm to 200nm. The transmittance is reduced with increase of thickness of outside-layer AZO thin film. To heat substrate during process will increase the crystalline of AZO and AgPd, but decrease the transmittance. The resistivity is increased and transmittance is decrease with increase of working pressure, it is because that the AgPd layer have more defects and discontinuous interface between AgPd and AZO. The relationship between the transmittance/resistance and RF power has not existed lineally. The best optics and electricity occurs at RF power of AgPd in 150W. The crystalline of AgPd is a domain factor to effect electricity and optics in AZO/AgPd/AZO multilayer film. Low resistance and high transparency with better crystalline of AgPd.
目 次
頁 次
摘要……………………………………………………………………I
謝誌……………………………………………………………………III
目次……………………………………………………………………IV
表次……………………………………………………………………VI
圖次……………………………………………………………………VII

第一章 緒論…………………………………………………………1
1-1 研究背景與動機…………………………………………………1
1-2 研究目的…………………………………………………………2
1-3名詞解釋…………………………………………………………4

第二章 文獻探討……………………………………………………6
2-1 透明導電膜的應用………………………………………………6
2-2 複層透明導電膜…………………………………………………6
2-3 電學性質…………………………………………………………15
2-4 光學性質…………………………………………………………18
2-5 薄膜成長成核理論………………………………………………21

第三章 實驗方法與步驟……………………………………………24
3-1 實驗流程…………………………………………………………24
3-2 濺鍍系統…………………………………………………………25
3-3 材料與試片準備…………………………………………………27
3-4 薄膜濺鍍實驗……………………………………………………27
3-5 試片量測分析……………………………………………………30
3-5-1 濺鍍速率量測…………………………………………………30
3-5-2 微結構分析……………………………………………………30
3-5-3 薄膜成份分析…………………………………………………34
3-5-4 電性量測………………………………………………………35
3-5-5 可見光穿透量測………………………………………………36

第四章 結果與討論…………………………………………………37
4-1 薄膜厚度與基板溫度對AZO/AgPd/AZO薄膜性質的影響………37
4-1-1 電學性質………………………………………………………37
4-1-2 光學性質………………………………………………………50
4-2 工作壓力對AZO/AgPd/AZO薄膜性質的影響……………………53
4-2-1 電學性質………………………………………………………53
4-2-2 光學性質………………………………………………………60
4-3 AgPd沉積功率對AZO/AgPd/AZO薄膜性質的影響……………60
4-3-1 電學性質………………………………………………………60
4-3-2 光學性質………………………………………………………67

第五章 結論與未來研究……………………………………………69
5-1結論………………………………………………………………69
5-2未來研究…………………………………………………………70
參考文獻………………………………………………………………71

表 次
表1 透明導電膜的材料應用與製作過程……………………………7
表2 透明導電膜應用所做的分類……………………………………8
表3 康寧玻璃1737F成份表……………………………………………27
表4 實驗參數表………………………………………………………29
表5 射頻功率AZO(350W)/AgPd(150W)/AZO(350W)、基板溫度300℃、工作壓力5×10-3 torr、薄膜厚度為60nm/5nm/50nm其繞射環分析………………………………………………………………………48

圖 次
圖1 ITO/Ag/ITO光學穿透與反射率…………………………………10
圖2 ZnO/Ag/ZnO光學穿透與反射率…………………………………10
圖3 不同AgCu厚度對IMI複層薄膜的光學穿圖……………………11
圖4 不同AgCu厚度對IMI複層薄膜片電阻值的影響………………11
圖5 射頻功率與基板溫度對薄膜電阻率的關係圖…………………12
圖6 各種複層透明導電膜沉積在玻璃上的光學穿透量測…………12
圖7 ZnS(40nm)/Ag(18nm)/ZnS(40nm)薄膜之光學穿透(T)、反射(R)以及吸收(A=1-T-R)……………………………………………………14
圖8 增加Ag薄膜厚度對薄膜電阻率的影響…………………………14
圖9 通氧比例0%、基板不加熱、Ag/Pd薄膜厚度80Å時,RF功率與AZO/Ag(Pd)AZO薄膜電阻係數的關係…………………………………16
圖10 通氧比例0%、基板不加熱、Ag/Pd厚度80Å時,RF功率與AZO/Ag(Pd)/AZO薄膜的光穿透率的關係……………………………………16
圖11 通氧比例0%、基板不加熱、RF功率(a)50W(b)150W(c)250W(d)350W、Ag/Pd薄膜厚度80Å所得AZO/(Ag/Pd)/AZO薄膜的X光繞射圖………………………………………………………………17
圖12 鋁含量與X-ray之關係圖(A)ZnO/Ag/ZnO (B)1AZO/Ag/1AZO (C)3AZO/Ag/AZO (D)5AZO/Ag/AZO (E)10AZO/Ag/10AZO,分別為(a)未進行潮溼性測試 (b)潮溼性測試後之X-Ray……………………………19
圖13 薄膜成長示意圖…………………………………………………22
圖14 薄膜成核成長模型示意圖 (a) 島狀或稱Volmer-Weber mode (b) 層狀結構或稱Frank-van der Merwe mode (c) 層狀加島狀複合結構或稱Stranski-Krastanov mode…………………………………23
圖15 Thornton 所提出的濺鍍結構區模型…………………………23
圖16 實驗流程圖………………………………………………………24
圖17 濺鍍系統示意圖…………………………………………………26
圖18 基板清洗流程圖…………………………………………………28
圖19 掃瞄式電子顯微鏡(JOEL, JSM-6360)…………………………31
圖20 沉積速率薄膜量測示意圖………………………………………31
圖21 低掠角X光繞射法的幾何關係示意圖…………………………32
圖22 穿透式電子顯微鏡(JOEL, JEM-2010)..………………………33
圖23 歐傑電子產生原理示意圖………………………………………34
圖24 四點探針量測示意圖……………………………………………35
圖25 紫外 / 可見光光譜儀(UV/VIS spectrophotometer)………36
圖26 AgPd薄膜厚度5nm,底層AZO厚度50nm,不同AZO厚度與基板溫度對電阻係數之影響……………………………………………………38
圖27 製程溫度300℃、各種不同外層AZO薄膜,所得AZO/AgPd/AZO薄膜的X光繞射圖…………………………………………………………39
圖28 基板不加熱、各種不同外層AZO薄膜厚度,所得AZO/AgPd/AZO薄膜的X光繞射圖…………………………………………………………40
圖29 基板溫度300℃、薄膜外層AZO厚度(a)60nm (b)100nm (c)160nm (d)200nm,在TEM觀察下所得之明視影像……………………42
圖30 基板不加熱、薄膜外層AZO厚度(a)60nm (b)100nm (c)160nm (d)200nm,在TEM觀察下所得之明視影像……………………………43
圖31 沉積功率350W/150W/350W、基板加熱300℃、薄膜厚度60nm/ 5nm/50nm,所得複層薄膜AZO/AgPd/AZO橫截面的SEM二次電子影像………………………………………………………………………44
圖32 基板加熱300℃,外層AZO薄膜厚度(a)60nm (b)100nm (c)160nm (d)200nm,所得之選區繞射圖………………………………45
圖33 基板不加溫、薄膜外層AZO厚度 (a)60nm (b)100nm (c)160nm (d)200 nm,所得之選區繞射圖………………………………………47
圖34 沉積功率AZO(350W)/AgPd(150W)/AZO(350W) 、AgPd薄膜厚度5 nm、基板溫度 (a)不加熱 (b)300℃,AES縱深成份分析圖………49
圖35 RF功率AZO(350W)/AgPd(150W)/AZO(350W)、基板溫度300℃、不同AZO厚度對薄膜光穿透率之影響……………………………………51
圖36 RF功率AZO(350W)/AgPd(150W)/AZO(350W)基板不加熱、不同AZO厚度對薄膜光穿透率之影響…………………………………………52
圖37 沉積功率為150W、基板不加熱、工作壓力對薄膜電阻係數之影響………………………………………………………………………54
圖38 沉積功率為150W、基板不加熱、各種不同工作壓力下所得AZO/ AgPd/AZO薄膜的X光繞射圖……………………………………………55
圖39 沉積功率為150W、基板不加熱、調變工作壓力(a)10×10-3torr (b)8.0×10-3torr (c)5.0×10-3torr (d)2.0×10-3torr所得AZO/Ag Pd/AZO薄膜TEM明視野像………………………………………………57
圖40 沉積功率為150W、基板不加熱、調變工作壓力(a)10.0×10-3 torr (b)8.0×10-3 torr (c)5.0×10-3 torr (d)2.0×10-3 torr 所得AZO/AgPd/ AZO薄膜之選區繞射圖……………………………………58
圖41 沉積功率150W、AgPd薄膜厚度8nm、基板不加熱之AES縱深成份分析圖…………………………………………………………………59
圖42 基板不加熱、沉積功率150W、AgPd厚度8nm、工作壓力對薄膜光穿透率之影響…………………………………………………………61
圖43 基板不加熱、固定工作壓力、AgPd薄膜厚度為5nm,AgPd沉積功率對薄膜電阻係數之影響……………………………………………62
圖44 AZO沉積功率350W,不同AgPd沉積功率所得AZO/Ag Pd/AZO薄膜的X光繞射圖……………………………………………………………63
圖45 調變AgPd沉積功率(a)50W (b)250W (c)350W所得AZO/AgPd/AZO薄膜之明視野影像……………………………………………………64
圖46 調變AgPd沉積功率(a)50W (b)150W (c)250W (d)350W所得AZO/AgPd/AZO薄膜之選區繞射圖……………………………………66
圖47 AgPd沉積功率對薄膜光穿透率之影響…………………………68


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