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研究生:劉陽春
研究生(外文):Liu Yang Chun
論文名稱:金屬/氧化鋅具高界面位障之整流特性研究
論文名稱(外文):High-barrier rectifying characteristics of metal/ZnO samples
指導教授:林祐仲
指導教授(外文):Lin Yow Jon
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:光電科技研究所
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
語文別:中文
論文頁數:56
中文關鍵詞:氧化鋅整流接觸費米能階釘札熱游子場放射電偶極
外文關鍵詞:ZnOrectifying contactsFermi-level pinningthermionic field emissiondipole
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本論文中,無摻雜氧化鋅(Zinc oxide, 簡稱ZnO)表面經硫化銨溶液處理後表面形成大量缺陷,再分別鍍上鈦與鎳,可形成高位障整流接觸。因為ZnO內部缺陷(施體型缺陷)的因素,例如:氧-氫相關鍵結(O-H、O-OH),使ZnO呈現N型的半導體特性,當鍍上金屬電極時,這些高濃度的缺陷會使金屬/ZnO界面不容易製作整流接觸。根據X光光電子能譜儀、光激發螢光光譜儀量測結果分析得知,硫化後在金屬/ZnO界面處出現很高的鋅空位(VZn)缺陷密度(受體型缺陷),導致費米能階釘札而形成高位障整流接觸,此電位障不會因不同金屬功函而改變,並且觀測到導帶底端與VZn缺陷能階之間能量轉換所產生的藍光放射譜。再依據電特性量測與模擬結果得知,此整流接觸有穿隧電流機制存在,因此在計算界面蕭特基(Schottky)位障高度時不能單純以熱游子放射理論來分析其界面的電特性。此外,由於硫化後之ZnO表面吸附硫(S)原子並形成S-Zn鍵結而引發表面電偶極,此表面電偶極會些微降低金屬/ZnO界面位障高度促使界面傳輸電流增加。
We have analyzed the barrier height of rectifying contacts to (NH4)2Sx-treated undoped ZnO samples using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and current–voltage (I–V) measurements. High-barrier Schottky contact formation in Ti or Ni contact to the (NH4)2Sx-treated undoped ZnO film grown by pulsed-laser deposition was achieved in this study. According to the results from XPS and photoluminescence (PL) measures, we found that (NH4)2Sx treatment could lead to formations of Zn vacancy (VZn) defects (acceptor states) at the surface and blue luminescence, resulting in formations of Fermi-level pinning and high-barrier rectifying contacts. We deduced that blue luminescence transition is from the conduction band edge to the VZn-related level. In addition, according to the results from XPS and I–V measures, we found that the discrepancy in barrier-height values obtained from XPS and I–V measurements suggests the formation of S–Zn surface dipoles with S atoms on the surfaces. This concept can be extended to understand and control Schottky barrier formation in other compound semiconductors as well and will be presented in future publications.
中文摘要 I
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅶ
表目錄 Ⅹ
第一章 緒論
1.1 前言 1
1.2 氧化鋅簡介 2
1.3 研究動機與目的 4
第二章 實驗理論與量測儀器
2.1 金屬與半導體接觸理論 8
2.1.1 蕭特基接觸 8
2.1.2 金屬與半導體界面載子傳輸機制 9
2.1.3 歐姆接觸 10
2.2 X光光電子能譜儀 16
2.3 光激發螢光 19
2.4 二次離子質譜儀 20
2.4.1 二次離子質譜儀簡介 20
2.4.2 二次離子生成機制 21
2.4.3 二次離子儀器原理 22
2.5 X光繞射分析儀 25
2.5.1 X光繞射簡介 25
2.5.2 X光對晶體之繞射 25
2.6 費米能階釘札機制 29
第三章 實驗步驟
3.1 脈衝雷射沉積法製作氧化鋅試片 31
3.2 氧化鋅試片清洗 33
3.3 氧化鋅試片硫化處理 33
3.4 電子束蒸鍍法製作鈦、鎳金屬薄膜 34
3.5 製作蕭特基二極體 35
第四章 實驗結果與討論
4.1 表面硫化後之光特性分析 37
4.2 氧化鋅蕭特基二極體電特性分析 46
第五章 結論 51
參考文獻 53


圖目錄
圖1.1、ZnO晶體結構 6
圖1.2、α-NPD/ZnO蕭特基二極體之結構圖 6
圖1.3、PEDOT:PSS/ZnO蕭特基二極體之結構圖 7
圖2.1、金屬與N型半導體蕭特基接觸前(qfm>qfs) 11
圖2.2、金屬與N型半導體蕭特基接觸後(qfm>qfs) 11
圖2.3、金屬與P型半導體蕭特基接觸前(qfm<qfs) 12
圖2.4、金屬與P型半導體蕭特基接觸後(qfm<qfs) 12
圖2.5、熱離子放射能帶圖 13
圖2.6、熱離子場放射能帶圖 13
圖2.7、場放射能帶圖 14
圖2.8、金屬與N型半導體歐姆接觸前(qfm<qfs) 14
圖2.9、金屬與N型半導體歐姆接觸後(qfm<qfs) 15
圖2.10、金屬與P型半導體歐姆接觸前(qfm<qfs) 15
圖2.11、金屬與P型半導體歐姆接觸後(qfm<qfs) 16
圖2.12、光電子發生原理示意圖 18
圖2.13、光激發螢光系統架構圖 20
圖2.14、二次離子生成機制示意圖 24
圖2.15、可見光對針孔的繞射圖形與其強度和空間的關係圖 27
圖2.16、布拉格繞射示意圖 28
圖2.17、X光繞射之ω-scan掃描型態 28
圖2.18、X光繞射之θ-2θ scan掃描型態 29
圖3.1、PLD系統腔體之結構圖 32
圖3.2、電子槍蒸鍍系統示意圖 34
圖3.3、金屬/ZnO蕭特基結構(a)俯視圖和(b)側視圖 36
圖4.1、(a)無硫化處理和(b)有硫化處理的ZnO試片表面價帶能譜圖 39
圖4.2、(a)無硫化處理和(b)有硫化處理的ZnO試片表面能帶示意圖 40
圖4.3、(a)硫化ZnO表面之EZn3d能譜圖以及(b)Ti/硫化處理ZnO與
(c)Ni/硫化處理ZnO界面之EZn3d 能譜圖 41
圖4.4、金屬/硫化ZnO界面能帶示意圖 42
圖4.5、(a)無硫化處理和(b)有硫化處理的ZnO之PL觀測圖 42
圖4.6、2.72 eV藍光放射能帶示意圖 43
圖4.7、ZnO缺陷形成能與EF的關係 43
圖4.8、無硫化ZnO表面之O 1s能譜圖 44
圖4.9、無硫化ZnO之XRD圖 44
圖4.10、氧化物半導體裡氫(能階)的位置示意圖 45
圖4.11、無硫化ZnO之二次離子質譜儀量測的元素分佈圖 45
圖4.12、無硫化處理的Ni/ZnO和Ti/ZnO二極體之J-V觀測曲線 48
圖4.13、Ti/硫化ZnO與Ni/硫化ZnO二極體在順向偏壓下所觀測之J-V曲線以
及以TE與TFE理論摸擬之J-V曲線 48
圖4.14、金屬/硫化ZnO界面電偶極能帶示意圖 49
圖4.15、(a)Ti/硫化ZnO與(b) Ni/硫化ZnO界面處的S 2p核心能譜圖 50


表目錄
表1、ZnO基本特性 7
表2、X光光源的能量及其能譜半高寬 18
表3、二次離子質譜儀操作條件 24
參考文獻
1. S. T. Tan, X. W. Sun, J. L. Zhao, S. Iwan, H. Z. Cen, T. P. Chen, J. D. Ye, G. Q. Lo, D. L. Kwong, and K. L. Teo, Appl. Phys. Lett. 93, 013506 (2008).
2. C. Y. Chang, F. C. Tsao, C. J. Pan, G. C. Chi, H. T. Wang, J. J. Chen, F. Ren, D. P. Norton, and S. J. Pearton, Appl. Phys. Lett. 88, 173503 (2006).
3. M. C. Jeong, B. Y. Oh, M. H. Ham, and J. M. Myoung, Appl. Phys. Lett. 88, 202105 (2006).
4. S. H. K. Park, J. I. Lee, C. S. Hwang, and H. Y. Chu, Jpn. J. Appl. Phys. 44, L242 (2005).
5. Y. I. Alivov, J. E. V. Nostrand, D. C. Look, M. V. Chukichev, and B. M. Ataev, Appl. Phys. Lett. 83, 2943 (2003).
6. C. Yuen, S. F. Yu, S. P. Lau, Rusli, and T. P. Chen, Appl. Phys. Lett. 86, 241111 (2005).
7. A. Tsukazaki, M. Kubota, A. Ohtomo, T. Onuma, K. Ohtani, H. Ohno, S. F. Chichibu, and M. Kawasaki, Jpn. J. Appl. Phys. 44, L643 (2005).
8. T. L. Yang, D. H. Zhang, J. Ma, H. L. Ma, and Y. Chen, Thin Solid Films 326, 60 (1998).
9. A. W. Ott and R. P. H. Chang, Materials Chemistry and Physics 58, 132 (1998).
10. H. K. Yadav, K Sreenivas, and V. Gupta, Appl. Phys. Lett. 90, 172113 (2007).
11. B. J. Coppa, R. F Davis, and R. J. Nemanich, Appl. Phys. Lett. 82, 400 (2002).
12. S. H. Kim, H. K. Kim, and T. Y. Seong, Appl. Phys. Lett. 86, 022101 (2004).
13. H. von Wenckstern, E. M. Kaidashev, M. Lorenz, H Hochmuth, G. Biehne, J. Lenzner, V. Gottscchalch, R. Pickenhain, and M. Grundmann, Appl. Phys. Lett. 84, 79 (2003).
14. M. S. Oh, D. K. Hwang, J. H. Lim, Y. S. Choi, and S. J. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 042109 (2007).
15. A. Y. Polyakov, N. B. Smirnov, E. A. Kozhukhova, V. I. Vdovin, K. Ip, Y. W. Heo, D. P. Norton, and S. J. Pearton, Appl. Phys. Lett. 83, 1575 (2003).
16. H. von Wenckstem, G. Biehne, R. A. Rahman, H. Hochmuth, M. Lorenz, and M. Grundmann, Appl. Phys. Lett. 88, 092102 (2006).
17. M. W. Allen, S. M. Durbin, and J. B. Metson, Appl. Phys. Lett. 91, 053512 (2007).
18. L. J. Brillson, H. L. Mosbacker, M. J. Hetzer, Y. Strzhemechny, D. C. Look, G. Cantwell, J. Zhang, and J. J. Song, Appl. Surf. Sci. 254, 8000 (2008).
19. R. Y. Gunji, M. Nakano, A. Tsukazaki, A. Ohtomo, T. Fukumura, and M. Kawasaki, Appl. Phys. Lett. 93, 012104 (2008).
20. S. Mridha and D. Basak, Appl. Phys. Lett. 92, 142111 (2008).
21. H. Frenzel, A. Lajn, M. Brandt, H. von Wenckstern, G. Biehne, H. Hochmuth, M. Lorenz, and M. Grundmann, Appl. Phys. Lett. 92, 192108 (2008).
22. C. Li, Y. Li, Y. Wu, B. S. Ong, and R. O. Loutfy, J. Appl. Phys. 102, 076101 (2007).
23. 王茂進, 利用射頻磁控濺鍍法在具有鑽石薄膜之矽晶片上沉積氧化鋅薄膜及表面聲波之應用, 私立大同大學光電工程研究所碩士論文, 台北市 (2007).
24. R. D. Vispute, V. Talyansky, S. Choopun, R. P. Sharma, T. Venkatesan, M. He, X. Tang, J. B. Halpern, M. G. Spencer, Y. X. Li, L. G. Salamanca-Riba, A. A. Iliadis, and K. A. Jones, Appl. Phys. Lett. 73, 348 (1998)
25. P. F. Cai, J. B. You, X. W. Zhang, J. J. Dong, X. L. Yang, Z. G. Yin, and N. F. Chen, J. Appl. Phys. 105, 083713 (2009).
26. H. S. Yang, D. P. Norton, S. J. Pearton, and F. Ren, Appl. Phys. Lett. 87, 212106 (2005).
27. J. Hu and B. C. Pan, J. Appl. Phys. 105, 083710 (2009).
28. C. L. Tsai, Y. J. Lin, Y. M. Chin, W. R. Liu, W. F. Hsieh, C. H. Hsu, and J. A. Chu, J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 095108 (2009).
29. K. Ip, G. T. Thaler, H. Yang, S. Y. Han, Y. Li, D. P. Norton, S. J. Pearton, and F. Ren, J. Cryst. Growth 287, 149 (2005)
30. Ü. Özgür, Y. I. Alivov, C. Liu, A. Teke, M. A. Reshchikov, S. Do an, V. Avrutin, S. J. Cho, and H. Morkoç, J. Appl. Phys. 98, 041301 (2005).
31. R. Kumar, N. Khare, V. Kumar, G. L. Bhalla, R. Srivastava, G. Chauhan, and M. N. Kamalasanan, Semicond. Sci. Technol. 24, 045020 (2009).
32. M. Nakano, a. Tsukazaki, R. Y. Gunji, K. Ueno, A. Ohtomo, T. Fukumura, and M. Kawasaki, Appl. Phys. Lett. 91, 142133 (2007).
33. 汪建民, 材料分析, 中國材料科學學會, 新竹 (1998).
34. 李嗣涔, 管傑雄, 孫台平, 半導體元件物理, 三民書局, 台北 (1995).
35. 李世鴻, 半導體物理及元件, 台商圖書有限公司, 台北 (2003)
36. A. Zur, T. C. Mcgill, and D. L. Smith, Phys. Rev. B 28, 2060 (1983).
37. J. M. Woodall, G. D. Pettit, T. N. Jackson, and C. Lanza, Phys. Rev. Lett. 51, 1783 (1983).
38. 陳錦山, 真空沉積薄膜實驗, 逢甲材料科學與工程學系, 網路資源(www.mse.fcu.edu.tw/download/basic_experiment/B/B-06.doc)
39. F. Tuomisto, V. Ranki, K. Saarinen, and D. C. Look, Phys. Rev. Lett. 91, 20, 205502 (2003).
40. F. Tuomisto, K. Saarinen, K. Grasza, and A. Mycielski, Phys. Status. Solidi. b 243, 794 (2005).
41. A. F. Kohan, G. ceder, D. Morgan, and C. G. Van de Walle, Phys. Rev. B 61, 15019 (2000).
42. C. H. Patterson, Phys. Rev. B 74, 144432 (2006).
43. E. G. Bylander, J. Appl. Phys. 49, 1188 (1977).
44. H. Morkoc, Nitride Semiconductors and Devices, Springer, Berlin, Germany (1999).
45. Y. J. Lin, W. X. Lin, C. T. Lee, and H. C. Chang, Jpn. J. Appl. Phys. 45, 2505 (2006).
46. H. Kim, J. Ryou, R. D. Dupuis, S. N. Lee, Y. Park, J. Weon, and T. Y. Seong, Appl. Phys. Lett. 93, 192106 (2008).
47. Y. J. Lin, Appl. Phys. Lett. 86, 122109 (2005).
48. Y. J. Lin and C. H. Hsu, J. Electron. Matter 33, 1036 (2004).
49. L. S. Yu, Q. Z. Liu, Q. J. Xing, D. J. Qiao, S. S. Lau, and J. Redwing, J. Appl. Phys. 84, 2099 (1998).
50. H. Ishii, K. Sugiyama, E. Ito, and K. Seki, Adv. Mater. 11, 605 (1999).
51. R. Agrawal and S. Ghosh, Appl. Phys. Lett. 89, 222114 (2006).
52. T. U. Kampen, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 82, 457 (2005).
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