臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要探討DC sputter與RF sputter配合Zn與ZnO靶材濺鍍氧化鋅（ZnO）薄膜在不同的基板上（Si基板、GaN/Sapphire基板、純sapphire基板）的探討。並且使用不同反應氣體（O2；N2）與氣體比例生成氧化鋅（P-ZnO）薄膜於薄膜分析探討與發光二極體元件之應用與研究。本研究主要分為以下四部份：第一部份是以不同的濺鍍系統配合較高之濺鍍功率與較長之濺鍍時間沉積ZnO薄膜於GaN/Sapphire基板上之探討。第二部份是以不同的濺鍍系統，配合相異的氣體（O2；N2）與氣體比例沉積ZnO於Si基板上之探討。第三部份是以相同的濺鍍系統與濺鍍參數，濺鍍ZnO於不同基板上之探討。第四部份為發光二極體元件製作與I-V量測分析的探討與比較。

This research mainly discusses DC magetron sputter（Zn target） and RF magetron sputter（ZnO target） and the deposition of the zinc oxide thin films on different substrates. This research uses the different gas and the ratio of Ar/（Ar+O2） to deposite P-ZnO thin films. This research divides into four parts: The first part is to study on different sputter system ,change power and time to deposition P-ZnO thin film on GaN/Sapphire substrates. The second part uses the different reacting gas（O2；N2） and the ratio of Ar/（Ar+O2） and Ar/（Ar+N2） to deposite P-ZnO thin films on Si substrates. The third part is to study on different substrates（Sapphire、GaN/Sapphire） by the same deposition condition. The fourth part is to study the I-V curve characteristic and manufacture of ZnO LEDs.

中文摘要………………………………………………………………………………i
英文摘要 ……………………………………………………………………………ii
目次…………………………………………………………………………………iii
表目錄………………………………………………………………………………vii
圖目錄 ………………………………………………………………………………ix
第一章 緒論…………………………………………………………………………1
第一節 研究動機…………………………………………………………………1
第二節 發光二極體介紹…………………………………………………………2
第三節 氧化鋅（ZnO）介紹 ……………………………………………………3
壹、氧化鋅（ZnO）之特性 …………………………………………………………3
貳、氧化鋅（ZnO）之光學性質 …………………………………………………5
参、氧化鋅（ZnO）之導電特性 …………………………………………………5
第四節 製程參數對氧化鋅薄膜的影響…………………………………………6
第五節 基板材質介紹……………………………………………………………8
壹、氮化鎵（GaN）之結構與特性 ………………………………………………8
貳、矽（Si）之結構與特性 ……………………………………………………10
参、Sapphire之結構與特性……………………………………………………10
第六節 論文研究重點概述 ………………………………………………………13
第二章 實驗原理 …………………………………………………………………15
第一節 電漿（Plasma）理論…………………………………………………15
第二節 電漿碰撞 ………………………………………………………………16
第三節 平均自由路徑（MFP）……………………………………………………18
第四節 離子轟擊 …………………………………………………………………19
第五節 輝光放電 …………………………………………………………………21
第六節 濺鍍原理 …………………………………………………………………23
第七節 濺鍍系統 …………………………………………………………………24
壹、二極直流濺鍍機（DC Sputter）原理………………………………………24
貳、射頻濺鍍機（RF Sputter）原理……………………………………………28
第八節 薄膜沉積原理 ……………………………………………………………31
第三章 製程步驟與量測原理 ……………………………………………………35
第一節 本實驗氧化鋅沉積參數研究 …………………………………………35
壹、氣體比例 ………………………………………………………………………35
貳、濺鍍距離 …………………………………………………………………35
参、基板溫度 …………………………………………………………………36
肆、濺鍍工作壓力……………………………………………………………………36
伍、濺鍍功率…………………………………………………………………………36
第二節 實驗流程 ………………………………………………………………38
第三節 實驗材料整理 …………………………………………………………39
壹、實驗材料規格………………………………………………………………39
貳、基板清洗流程………………………………………………………………39
第四節 濺鍍機（Sputter）系統結構與操作步驟………………………………41
壹、濺鍍機（Sputter）系統結構………………………………………………41
貳、濺鍍機（Sputter）操作步驟………………………………………………41
第五節 量測系統與簡易原理介紹 ……………………………………………44
壹、霍爾量測……………………………………………………………………45
貳、光激發光譜儀（Photo Luminescence：PL）……………………………46
参、X光繞射分析（X-RD） …………………………………………………47
肆、AFM量測系統 ……………………………………………………………49
伍、LED測試機…………………………………………………………………50
第四章 實驗與結果分析 …………………………………………………………52
第一節 相異濺鍍系統之比較………………………………………………… 52
壹、薄膜濺鍍參數………………………………………………………………52
貳、霍爾量測分析………………………………………………………………53
参、X光繞射（X-RD）分析……………………………………………………55
肆、掃瞄式電子顯微鏡（SEM）分析…………………………………………59
伍、原子力顯微鏡（AFM）分析………………………………………………61
陸、總結…………………………………………………………………………64
第二節 相異反應氣體之比較………………………………………………… 65
壹、薄膜濺鍍參數………………………………………………………………65
貳、光激發光譜儀（PL）分析…………………………………………………66
参、X光繞射（X-RD）分析……………………………………………………76
肆、霍爾量測分析………………………………………………………………82
伍、薄膜表面結構之分析………………………………………………………85
陸、總結…………………………………………………………………………88
第三節 相異基板之比較……………………………………………………… 89
壹、薄膜濺鍍參數………………………………………………………………89
貳、光激發光譜儀（PL）分析 ………………………………………………90
参、X光繞射（X-RD）分析 …………………………………………………98
肆、薄膜表面結構之分析 ……………………………………………………104
伍、總結 ………………………………………………………………………106
第四節 發光二極體元件製作…………………………………………………107
壹 發光二極體元件結構與濺鍍參數………………………………………107
貳 電流-電壓（I-V）特性曲線分析與結果 ………………………………110
第五章 結論………………………………………………………………………114
參考文獻……………………………………………………………………………116
附錄 作者簡介……………………………………………………………………122

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