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研究生:楊基愷
研究生(外文):Chi-kai Yang
論文名稱:奈米多孔矽及其表面分析之研究
論文名稱(外文):The Study of Nano-scale Porous Silicon and Its surface Analysis
指導教授:林嘉洤
指導教授(外文):Jia-Chuan Lin
學位類別:碩士
校院名稱:中國文化大學
系所名稱:材料科學與奈米科技研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:多孔矽實驗設計氧化鎂
外文關鍵詞:Porous silicon、Design of experiments、MgO
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在本論文中我們以單晶之矽晶片在氫氟酸與乙醇混合之電解液中以電化學原理作陽極蝕刻,透過氫氟酸溶液所通過的穩定電流,以調變各種製程參數的方式,來獲得各種不同孔隙率之多孔矽試片,分析其結構及表面成份。另在實驗過程中,以氧化鎂加入蝕刻液及將其混合沉澱覆蓋於多孔矽表面的方式,觀察其對發光強度之影嚮。
本論文中採用實驗設計的方法,從特徵化實驗的結果,規劃一個L18的陣列條件,得到各種孔隙率大小的多孔矽試片,分析製程參數調變對孔隙率的影嚮及其製程參數間的交互作用,並利用儀器量測孔隙率對光激發光強度的影嚮。利用變異數分析(ANOVA)方法,找出影嚮孔隙率最大的因子,並求得特定邊界條件下最大孔隙率所搭配的最佳化製程條件。
在量測的部份,我們使用SEM、FTIR、PL等儀器,分別對實驗結果試片作測量並討論其結構特性。
另外本研究發現將氧化鎂沉澱於多孔矽表面,其光激發光強度減弱許多,但其波長有向短波長靠近的現象,推測主要原因應是孔洞內氧化鎂的高反射率特性,使得入射光無法到達量子點,使得孔洞內量子點之電子電洞對的碰撞機率減低,同時也間接證明造成多孔矽光激發光的原因為孔洞內的量子點的侷限效應。
In this study、the porous silicon films are fabricated by chemical etching method. Via design of experimental method、the L18 matrix with the change of ionization current density、etching time、HF concentration、substrate type and with light or not were investigated. And base on the ANOVA analysis、we find out the most influenced factor to the porosity and the best solution for porosity with limited boundry conditions.
Base on the experiment results、the P-L、SEM、EDS Mapping、and FTIR are used to evaluate the porous silicon characteristics especially for the surface.
And we discovered the addition of MgO in the pores can influence the PL result. The Porous silicon with coating the MgO show lower PL intensity in PL measurement、but the wavelength peak show the blue shift phenomena. We assume that it could be due to the high reflect index of Mgo to make the photon can’s reach the quantum dot、and the electron and hole in the dot would not merge and release photon form higher energy states.
總目錄
摘要……………………………………………………………………….Ι
總目錄………………………………………………………..................ΙV
圖目錄………………………………………………………..................VI
表目錄………………………………………………………...................X
第一章 緒論……………………………………………………………..1
1-1多孔矽之簡介………………………………………………………..1
1-2研究動機……………………………………………………………..4
第二章 多孔矽的形成機制與特性………..……………………………5
2-1多孔矽的形成模型……………………………………………….….5
2-1.1比爾模型(Beale Model)………………………………........6
2-1.2擴散限制模型(Diffusion-Limited Model)…………………8
2-1.3量子模型(Quantum Model)…………………………………9
2-2多孔矽表面解離化學……………………………………………....11
2-3多孔矽的光激發光特性……………………………………………16
第三章 實驗方法與設備………………………………………………21
3-1試片前置處理………………………………………………………21
3-2蝕刻槽的製備………………………………………………………22
3-3量測儀器介紹………………………………………………………25
3-3.1掃瞄式電子顯微鏡……….….…………………..…………..25
3-3.2光激發光光譜分析儀…………………………….………….25
3-3.3紅外線光譜儀………………………………………..………27
3-3.4 X光繞射分析儀.…..………………………………..………28
3-3.5 雷射繞射粒徑分析儀.…..……………………………..….…29
3-4多孔矽孔隙率計算…………………………………………………30
3-5實驗設計方法介紹…………………………………………………31
3-5色彩科學與氧化鎂特性介紹………………………………………32
第四章 實驗結果討論…………………………………………………35
4-1實驗設計結果討論…………………………………………………35
4-1.1特徵化實驗結果……………………………………..………35
4-1.2 L18實驗設計規劃及最大孔隙率預測…….……..………..40
4-1.3製程參數交互作用討論……………………………………..52
4-1.4多孔矽表面粉末分析…………………………….………….54
4-2多孔矽表面成份分析與光激發光特性比較………………………57
4-2.1 N型與P型多孔矽結構之比較……………………..………57
4-2.2多孔矽表面之成份分析…..……..…………………..………61
4-2.3混入氧化鎂對多孔矽之影嚮……….………………………..64
第五章 結論……………………………………………………………79
5-1 結論………………………………..……………………………….79
5-5 未來展望…………………………………………………………...80
參考文獻………………………………………………………………..81
參考文獻
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