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研究生:吳佳軒
研究生(外文):Chia Hsuan Wu
論文名稱:離子佈值應用於氮化鎵基板高品質被動元件及高亮度發光二極體之研究
論文名稱(外文):High quality spiral inductors on GaN substrates and High-Brightness Light Emitting Diode with ion implantation technology
指導教授:邱顯欽
指導教授(外文):H. C. Chiu
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
論文頁數:83
中文關鍵詞:氮化鎵螺旋電感發光二極體離子佈值
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中文摘要

本論文第一部分主要是利用離子佈值技術在GaN基板上佈值不同離子,提升GaN基板之絕緣度,並降低GaN基板之電容耦合性。在其上製作被動電感,經實驗證明,的確能提升元件之品質參數(Q-value),且並不會因佈值離子而降低元件之穩定性及可靠度。經由高頻量測後取出之等效電路模型,更間接證明離子佈值於GaN基板上的確能提升GaN基板之絕緣度及降低其耦合電容。
在第二部分主要是利用離子佈值技術形成發光二極體之電流阻隔層,將電流侷限在較小面積中,並量測其電性及光性,並分析離子佈值技術對發光二極體造成的影響。
第三部份則是利用電子槍蒸鍍製程形成AZO透明導電薄膜,分析其材料特性,並將其應用於發光二極體之透明導電層中,再進一步量測發光二極體之電性及光性,分析了解AZO透明導電薄膜應用於發光二極體之優點。
Abstract
The first part of this paper is using the technology of ion implantation to implant several type ions, in order to raise the isolation, and reduce the coupling capacitance of GaN substrate. Fabricate passive devices on implanted substrates not only can raise the Q-value, but also can get enough stability on our devices at high frequency. And its can be proved by our experiment. Through the high frequency measure we can extract the effective circus model. It proved that the technology of ion implant on GaN substrate can really raise the ability and reduce its coupling capacitance indirectly.
In the second part, we use the technology to create a current block layer of LED. To block current in smaller region, and measure its electrical and light characteristics. Analyze the influence of ion implantation can bring about our LED devices.
The third part is using the Electron Beam Evaporator to fabricate AZO transparent conducting thin film. Analyze its material characteristics, and using it to fabricate transparent conducting layer of LED. Measure the electric and luminous characteristics and realized what AZO thin film can bestead our LED devices.
目 錄

指導教授推薦書…………………………………………………………i
口試委員會審定書…………………...…………………………………ii
授權書………………………….……………………….……………….iii
誌謝………………………………………………………..…………….vi
中文摘要………………………………………………..………………vii
英文摘要………………………………………………………..…….viii
目錄………………………………………………………..…………….ix
第一章 序論…………………….………………………………….. 1
1.1 研究動機…………………………………………………... 1
1.2 論文綱要…………….…………………...……...….……… 6
第二章 被動元件電感建構於氮化鎵基板之設計與製作……… 7
2. 1 簡介………………………...……………………………… 7
2. 2 離子佈值技術………………...……………………………. 8
2. 2.1 離子佈值技術簡介…………...…………..……..….. 8
2. 2.2 離子佈值實驗步驟…………...…………………… 11
2. 3元件製程及步驟………………………...…………….…… 12
2. 4射頻電感的設計原理………………….....……………..… 17
2.4.1電感的種類………………………...………..……… 17
2.4.2品質因數(Q-factor)的定義…..………...………...… 19
2.4.3影響電感品質因數的參數種類……..…...…...…… 22
2. 5螺旋形電感之模型建立………………..……...………..… 25
2.5.1 電感高頻參數萃取及等效模型…..………..…… 25
2.5.2 電感品質因數之換算…………..........…..……… 28
2. 6電容之設計與模型建..………..……....……..……….…… 32
2.6.1 簡介……………...……...…………….…..……… 32
2.6.2 指叉電容與 MIM 電容……...…...…...…...…… 32
2.6.3 電容之等效模型與高頻參數的萃取……........… 33
第三章 離子佈值技術應用於發光二極體之電流阻隔層之研究 ………………………………………..…………… 35
3.1 簡介………..……………………..……………..………… 35
3.2 發光二極體元件結構及製程…………..………………... 36
3.3元件量測結果與討論…………………….………………. 42
3.3.1 發光二極體之電性量測……...…..……………... 42
3.3.2 發光二極體之光性量測………….....…………… 46
第四章 電子槍蒸鍍製程之AZO薄膜應用於高亮度發光二極體之研究..………………..………………………….…………… 50
4.1簡介……………………...………………………..………... 50
4.2 AZO透明導電膜之材料特性...........…….……………….. 52
4.2.1 AZO薄膜透光度量測……….…………...……… 52
4.2.2 AZO薄膜XRD分析…………..…………………. 53
4.2.3 AZO薄膜EDX分析…………..………….....…… 54
4.2.4 AZO薄膜四點探針電性分析…….....…..………. 55
4.3 AZO及Ni/Au透明導電薄膜應用於發光二極體之光、電特性量測……………..……………………………………… 57
4.3.1 發光二極體元件結構及製程................................ 57
4.3.2 發光二極體元件光電特性量測............................ 61
第五章 結論與建議……………………….…...…………………. 66
參考文獻………………………………………………………….…. 67



























圖目錄
圖2.1 離子佈值示意圖……….…...…………………...……..…..…. 8
圖2.2 離子進入路徑……….…...…………………….………………. 9
圖2.3 電容電感光罩平面圖……….……....….....…..……………. 14
圖2.4 電感3D立體示意圖……….……...………..……..…………. 14
圖2.5 電感5.5圈完成圖………………...…………………………. 15
圖2.6 電容完成圖………….…...……………….…………………. 15
圖2.7 電感SEM圖……………………………...…….……………. 16
圖2.8 電感SEM圖………….………………...….……...…………. 16
圖2.9 射頻前端電路………….…………...……….………………. 17
圖2.10 主動式電感………….………...…………...………………. 18
圖2.11 打線式電感………….……...……………...………………. 19
圖2.12 實際具寄生電阻的電感….……..………...………………. 21
圖2.13 扣除訊號基準線(pad)效應的方法…………………......…. 26
圖2.14 電感的等效電路模型………….…………….…...……..…. 26
圖2.15 1.5圈電感Q值比較………….……………..…………..…. 30
圖2.16 圈數對最高Q值的比較圖…………………...……………. 30
圖2.17 螺旋形電感1.5圈的有效感值……..………...………...…. 31
圖2.18 電容種類………….…….………...……………...…………. 32
圖2.19 電容的等效模型………...…….…………………..……..…. 33
圖3.1 元件磊晶結構圖…………….....…………………..……..…. 36
圖3.2 元件平面光罩圖………….…...…………………….………. 40
圖3.3 元件完成圖………….…...………………………….………. 40
圖3.4 元件發光圖………………………………………….………. 41
圖3.5 元件立體結構圖………….……...………………….………. 41
圖3.6 氮離子佈值發光二極體I-V 曲線…………………….……. 43
圖3.7 氧離子佈值發光二極體I-V 曲線………....………….……. 43
圖3.8 (a) 氮離子佈值發光二極體順向電壓對佈值範圍比較
(b) 氧離子佈值發光二極體順向電壓對佈值範圍比較..... 44
圖3.9 (a)氮離子佈值發光二極體Log(I)-V 曲線圖(b) 氧離子佈值發光二極體Log(I)-V 曲線圖…......…………………………... 45
圖3.10 氮離子佈值元件EL峰值曲線圖………………………….. 47
圖3.11 氧離子佈值元件EL峰值曲線圖…………………..……… 48
圖3.12 (a) 氮離子佈值發光二極體LI量測圖 (b) 氧離子佈值發光二
極體LI量測圖………..….……..……………….……....…. 49
圖4.1 AZO薄膜透光度分析…………………....…………………. 52
圖4.2 AZO薄膜XRD分析圖………….……………………………. 53
圖4.3 AZO薄膜EDX分析圖……...….……………...……..………. 55
圖4.4 四點探針量測系統示意圖……..….…………….…………. 55
圖4.5 元件磊晶結構圖………….…...………….…………………. 60
圖4.6 發光二極體元件完成圖 (a) TCL使用Ni/Au 50Å /50Å (b) TCL
AZO 500 Å………….…...........……….............................…. 60
圖4.7 發光二極體元件發光圖 (a) TCL使用Ni/Au 50Å /50Å (b) TCL
使用AZO 500 Å……………….................…………………. 61
圖4.8 元件I-V曲線特性圖………….………..……………………. 62
圖4.9 元件Log(I)-V曲線特性圖………….…….…………………. 62
圖4.10 元件EL特性曲線(a) 1mA (b) 20mA (c) 80mA (d) 100mA……......…………....………….……......……………. 65
圖4.11 元件LI特性曲線……….....……….…….…………………. 65
表目錄
表2.1 3.5圈螺旋形電感的等效電路模型量測參數……...………. 28
表2.2 電容60μm×60μm等效電路模型參數…….…...……..…….. 34
表4.1 四點探針量測資料…….….…….…….…...…………..……. 56
參考文獻
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