臺灣博碩士論文加值系統

透明導電氧化物(transparent conducting oxide, TCO)薄膜因為具有特殊的光電性質，可應用於諸多領域。TCO可分為兩類，一類是n-type，以電子傳輸為主，其發展較早且技術較成熟；另一類為p-type，以電洞傳輸為主，因目前尚未得到較低的電阻值所以仍需要投入研究，故本研究以p-type TCO為架構，利用濺鍍法，以單一銅鋁氧靶材為主體來製備薄膜，並搭配製程參數的改變，期望成長出結晶結構的銅鋁氧薄膜。
研究結果顯示，濺鍍單一銅鋁氧靶材之薄膜，在室溫下XRD顯示為非晶形(amorphous)，在可見光範圍內的光穿透性約為40〜70％。使用高溫箱型爐作熱處理，也無法成長出結晶結構的銅鋁氧薄膜，加上升溫階段加熱時間長因熱效應的關係導致較多雜相產生，當改變氧化銅中介層的濺鍍功率為10W時，因薄膜內銅含量增加，從XRD中發現薄膜更容易產生氧化銅(CuO)和CuSiO3的相。而利用快速退火爐作熱處理，可以明顯改善高溫箱型爐因升溫階段加熱時間久導致薄膜過多雜相產生的問題。以氧化鋁為中介層且當溫度在900和950℃時，會有氧化銅(CuO)的結晶產生，但是因為結晶不完全，使得薄膜附著力不佳，很容易與基板剝離。
只有在加熱速率20℃/sec且中介層為氧化鋁，溫度為1050℃作快速熱退火時，所得的XRD圖發現有銅鋁氧(CuAlO2)的結晶相，但是因為銅鋁氧薄膜的結晶為局部性，和同時產生氧化銅(CuO)的結晶混合，導致薄膜的阻抗過高(＞200MΩ)，無法由四點探針量測得到電阻值，而薄膜在可見光的光穿透性約為35％。

Transparent conducting oxide (TCO) thin films with special optical and electrical properties can use in many applications. The TCO can be classified with two types. One is n-type using electron transmission, its development was early and the technique is more mature; another is p-type using hole transmission, because it haven't got a low resistivity and still need to research. This thesis mainly studies p-type TCO. A sputtering method was used and a copper aluminum oxide was used as target. The process parameter were changed and expect to grow a crystallize structural of copper aluminum oxide thin films.
The experimental results showed that the structure are amorphous at room temperature measured by XRD and the optical transmittance was 40〜70％. Using chamber furnace to make heat treatment, the film can't from a crystallize structure of copper aluminum oxide thin films. The heating effect of long time causes miscellaneous patterns easily. When the sputtering power of copper oxide interlayer change to 10W, because of increasing the copper content inside the film, CuO and CuSiO3 peaks are found obviously in XRD analyses. Using rapid thermal annealing to make heat treatment, the method can obviously improve the thermal effect of furnace to avoid the miscellaneous problem due to heating too long. Temperature is set at 900℃ and 950℃ and with aluminum oxide interlayer, the crystallization of copper oxide is produced in part. The film can't get better adhesion, it is easy to strip with substrates.
Only at heating velocity of 20℃/sec, with aluminum oxidize interlayer, and 1050℃, the crystallize patterns of copper aluminum oxide (CuAlO2) is detected. But crystallize of copper aluminum oxide is local, and mixes with copper oxide crystallize. The films has a high resistance beyond 200MΩ, it can't be measured by Four-point method.

中文摘要………i
英文摘要…………ii
致謝…………iii
總目錄……………iv
圖目錄…………vii
表目錄…………xi
第一章 緒論………1
1-1 前言…………………1
1-2 研究動機與目的………3
第二章 文獻回顧與理論基礎………4
2-1 透明導電膜簡介…………4
2-1-1 金屬薄膜………4
2-1-2 金屬氧化物薄膜……………4
2-1-3 P型透明導電膜……6
2-2 濺鍍原理……………7
2-2-1 電漿原理………7
2-2-2 射頻放電…………9
2-2-3 磁控濺鍍法………9
2-3 薄膜成長理論………………10
2-4 銅鋁氧基本特性………………12
2-5 銅鋁氧薄膜製程相關文獻回顧…………14
第三章 實驗方法與步驟……………………17
3-1 實驗流程圖………………17
3-2 實驗材料……………………18
3-3 鍍膜設備………………18
3-3-1 實驗系統說明…………………18
3-3-2 鍍膜參數及步驟………………………19
3-4 薄膜性質分析………………21
3-4-1 膜厚與成長速率之量測………21
3-4-2 四點探針電性量測………………22
3-4-3 光學穿透率量測………………………………22
3-4-4 結晶結構分析……………………23
3-4-5 成分分析………………….23
3-4-6 掃描式電子顯微鏡………………23
第四章 真空退火爐熱處理對薄膜性質之影響……24
4-1 製程條件對薄膜厚度之影響…………24
4-1-1 工作壓力對薄膜厚度之影響………………24
4-1-2 濺鍍時間對薄膜厚度之影響……………25
4-2 低溫熱處理對薄膜性質之影響…………26
4-2-1 薄膜結晶結構探討……………26
4-2-2 薄膜光電特性分析………………28
第五章 高溫箱型爐熱處理對薄膜性質之影響………30
5-1 製程壓力對薄膜性質之影響………30
5-1-1薄膜結晶結構探討………30
5-1-2薄膜光電特性分析………31
5-1-3薄膜表面型態分析………31
5-2 中介層濺鍍功率對薄膜性質之影響………33
5-2-1薄膜結晶結構探討………33
5-2-2薄膜光電特性分析……………35
第六章 快速退火爐熱處理對薄膜性質之影響……37
6-1氧化銅中介層對薄膜性質之影響………37
6-1-1薄膜結晶結構探討……37
6-1-2薄膜光電特性分析…………40
6-1-3薄膜表面型態分析…………43
6-2氧化鋁中介層對薄膜性質之影響…………44
6-2-1薄膜結晶結構探討……44
6-2-2薄膜光電特性分析………47
6-2-3薄膜表面型態分析………50
第七章 結論…………………52
參考文獻…………53
附錄……………56

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