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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊瑞福
研究生(外文):Jui Fu Yang
論文名稱:射頻磁控濺鍍法成長摻雜鋁之氧化鋅透明導電薄膜
論文名稱(外文):Growth of Al Doped ZnO as Transparent Conductive Film by RF Magnetron Sputtering
指導教授:郭守義郭守義引用關係
指導教授(外文):S. Y. Kuo
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:2009
畢業學年度:97
論文頁數:95
中文關鍵詞:氧化鋅濺鍍
外文關鍵詞:ZnOsputtering
相關次數:
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本研究利用射頻磁控濺鍍系統沉積AZO,在室溫下用不同電漿環位置沉積AZO薄膜,並改變其濺鍍功率、通入氣體流量、沉積時間,來探討其透明導電薄膜特性,藉由霍爾量測、XRD、FE-SEM、UV-Vis、AFM、等儀器來分析。實驗結果在低功率、室溫下成功的
在電漿環外圍區域沉積出薄膜厚度為270 nm電阻率為8x10-4 Ω-cm,在可見光區平均穿透率約84 %以上的透明導電薄膜。其次分別在電漿環、電漿環中央、電漿環外圍沉積薄膜,比較其透明導電薄膜特性,可以得知隨著電漿沉積位置不同,透明導電薄膜特性的差異性,這可能是由於沉積時氣體互相碰撞影響解離速率的不同,造成缺
陷,導致其透明導電薄膜電性差異,可應用於不同的元件。
As compared to In2O3 and SnO2-based transparent conductive oxides (TCOs), ZnO:Al (AZO) are especially attractive since they promise cost-effectiveness, due to the relative abundance of Zn. Furthermore, the technological applicability of AZO-based TCOs have been well-established in recent years, for example as a standard front contact in solar cells and light emitting diodes.
In this study, we discussed the effects of growth parameters on the structural and optical properties of AZO deposited by radio-frequency magnetron sputtering. The AZO films have been characterized in detail using X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), atomic force microscopy (AFM), Hall-effect measurement system and UV-visible spectrophotometer. It was found that the morphological, structural, electrical and optical properties of AZO films are greatly dependent on sputtering power, argon flow rate, deposition time, and deposition position. According to our experimental results, the AZO films can be used in versatile devices to meet various requirements.
目錄
指導教授推薦書
口試委員會審定書
長庚大學博碩士論文著作授權書 iii
致謝 iv
摘要 v
Abstract vi
目錄 vii
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 前言與研究目的 1
1.2 氧化鋅薄膜摻雜III族之電性 4
1.3 氧化鋅薄膜摻雜III族之光學特性 6
第二章 理論基礎 8
2.1 電漿 8
2.2 磁控濺鍍機原理 9
2.2.1 離子轟擊 11
2.2.2 能量轉移理論 12
2.2.3 直流濺鍍電源與射頻濺鍍電源 13
2.3 薄膜沉積理論 15
第三章 實驗設備與方法 17
3.1 實驗流程圖 17
3.2 材料準備 18
3.3 濺鍍設備 19
3.4 實驗參數:本實驗用參數表 20
3.5 量測設備 22
3.5.1 表面輪廓儀(α-step) 22
3.5.2 場發射掃描式電子顯微鏡(Field-Emission Scanning Electron Microscope) 22
3.5.3 霍爾效應量測(Hall effect measurement) 23
3.5.4 X射線繞射分析儀 (X-ray Diffractometer) 24
3.5.5 原子力學顯微鏡 (Atomic force microscope) 25
3.5.6 紫外光/可見光分光光譜儀(Ultraviolet/Visible Spectrometer) 26
第四章 實驗結果與討論 27
4.1 薄膜之電性均勻性探討 27
4.2 電漿環外圍之AZO透明導電膜分析 27
4.2.1 不同功率之透明導電膜分析 28
4.2.2不同氣體流量之透明導電膜分析 36
4.2.3 不同濺鍍沉積時間之透明導電膜分析 43
4.3 電漿環中心之AZO透明導電膜分析 51
4.3.1改變不同射頻濺鍍功率來沉積AZO薄膜之特性 51
4.3.2 不同氣體流量之透明導電膜分析 57
4.3.3不同濺鍍沉積時間之透明導電膜分析 63
4.4 電漿環不同沉積位置之AZO透明導電膜分析 71
第五章 結論 79
參考文獻 81














表目錄
表2.1 DC與RF比較 14
表3.1 濺鍍功率變化之製程參數表 20
表3.2 不同通入氣體流量變化之製程參數表 20
表3.3 不同濺鍍沉積時間變化之製程參數表 21
表3.4 不同濺鍍沉積位置變化之製程參數表 21















圖目錄
圖1.1 氧化鋅晶體結構 2
圖1.2 一些常見II-VI族化合物材料特性 2
圖1.3 一些透明導電材料的性質比較 3
圖1.4 只考慮單一性質時的最佳透明導電材料 3
圖2.1 磁控濺鍍表面電漿分佈圖 10
圖2.2 磁控濺鍍之示意圖 10
圖2.3 濺鍍過程示意圖 11
圖2.4 濺鍍過程示意圖 12
圖2.5 薄膜沉積機制 16
圖3.1 實驗流程圖 17
圖3.2 濺鍍設備示意圖 19
圖3.3 霍爾量測區段示意圖 23
圖3.4 布拉格繞射原理 24
圖3.5 UV/Vis光譜儀示意圖 26
圖4.1 本實驗示意圖 27
圖4.2 不同濺鍍功率下之膜厚沉積圖 28
圖4.3 不同濺鍍功率沉積下之薄膜XRD圖 30
圖4.4 不同濺鍍功率下沉積之薄膜(002)相面之XRD圖 30
圖4.5 不同濺鍍功率下沉積之薄膜 (002)相面之角度偏移情形 31
圖4.6不同濺鍍功率下沉積之薄膜AFM 32
圖4.7 不同濺鍍功率下沉積薄膜之穿透率 33
圖4.8 不同濺鍍功率下沉積之薄膜電性圖 35
圖4.9 不同氣體流量下之膜厚沉積圖 36
圖4.10 不同氣體流量下沉積之薄膜XRD圖 37
圖4.11 不同氣體流量下沉積之薄膜(002)相面之XRD圖 38
圖4.12 不同氣體流量下沉積之薄膜 (002)相面之角度偏移情形 38
圖4.13 不同流量下沉積之薄膜AFM 39
圖4.14 不同氣體流量下沉積薄膜之穿透率 40
圖4.15 不同氣體流量下沉積之薄膜電性圖 42
圖4.16 不同濺鍍時間下所沉積之薄膜厚度 43
圖4.17 不同濺鍍時間下所沉積之薄膜XRD圖 44
圖4.18 不同濺鍍時間下沉積之薄膜(002)相面之XRD圖 45
圖4.19 不同濺鍍時間下沉積之薄膜 (002)相面之角度偏移情形 45
圖4.20 不同濺鍍時間下沉積之薄膜FE-SEM 46
圖4.21 不同濺鍍時間下沉積之薄膜 AFM圖 47
圖4.22 不同濺鍍時間沉積下之薄膜穿透率 48
圖4.23 不同濺鍍時間沉積下之能帶圖 49
圖4.24 不同濺鍍時間沉積下之電性圖 50
圖4.25 不同濺鍍功率下之膜厚沉積圖 51
圖4.26 不同濺鍍功率沉積下沉積之薄膜XRD圖 52
圖4.27 不同濺鍍功率沉積下沉積之薄膜(002)相面之XRD圖 53
圖4.28 不同濺鍍功率下沉積之薄膜 (002)相面之角度偏移情形 53
圖4.29 不同濺鍍功率下沉積之薄膜AFM 54
圖4.30 不同濺鍍功率下沉積之薄膜穿透率 55
圖4.31 不同濺鍍功率下沉積之薄膜電性圖 56
圖4.32 不同氣體流量下之膜厚沉積圖 57
圖4.33 不同氣體流量下沉積之薄膜XRD圖 58
圖4.34 不同氣體流量下沉積之薄膜(002)相面之XRD圖 59
圖4.35 不同氣體流量下沉積之薄膜(002)相面之角度偏移情形 59
圖4.36 不同氣體流量沉積之薄膜AFM 60
圖4.37 不同氣體流量沉積之薄膜穿透率 61
圖4.38 不同氣體流量沉積之薄膜電性圖 62
圖4.39 不同濺鍍時間所沉積之薄膜厚度 63
圖4.40 不同濺鍍時間下沉積之薄膜之XRD 64
圖4.41 不同濺鍍時間下沉積之薄膜 (002)相面之XRD 65
圖4.42 不同濺鍍時間下沉積之薄膜 (002)相面之角度偏移情形 65
圖4.43 不同濺鍍時間下沉積之薄膜FE-SEM 66
圖4.44 不同濺鍍時間下沉積之薄膜AFM 67
圖4.45 不同濺鍍時間沉積下之薄膜穿透率 68
圖4.46 不同濺鍍時間沉積下之薄膜能帶圖 69
圖4.47 不同濺鍍時間沉積下之薄膜電性圖 70
圖4.48 不同電漿位置之薄膜沉積速度 71
圖4.49 不同電漿環位置之沉積之薄膜XRD圖 72
圖4.50 不同電漿位置沉積之薄膜(002)相面之XRD圖 73
圖4.51 不同電漿環位置之沉積薄膜(002)相面之XRD角度偏移情形 73
圖4.52 不同電漿環位置沉積之薄膜 FE-SEM圖 74
圖4.53 不同電漿環位置之沉積之薄膜AFM 75
圖4.54 不同電漿環位置之薄膜沉積穿透率 76
圖4.55 不同電漿環位置之薄膜沉積之能帶圖 77
圖4.56 不同電漿環位置之薄膜沉積之電性圖 78
參考文獻
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