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研究生:邱偉銘
研究生(外文):Wei-Ming Chiu
論文名稱:利用脈衝雷射沉積法成長氧化亞銅薄膜及特性研究
論文名稱(外文):Pulsed Laser Deposition of Cu2O Thin Films
指導教授:洪魏寬
指導教授(外文):Wei-Kuan Hung
口試委員:黃智賢林泰源王耀德
口試委員(外文):Jih Shang HwangT. Y. LinY. T. Wang
口試日期:2009-07-13
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:光電工程系研究所
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:86
中文關鍵詞:脈衝雷射沉積氧化亞銅
外文關鍵詞:PLDCu2O
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本論文主要利用脈衝雷射沉積法(Pulsed Laser Deposition, PLD),在A-plane Sapphire (110)和C-plane Sapphire (006)基板上成長出氧化亞銅薄膜,有系統地探討生長參數對薄膜表面形貌、粗糙度、結晶度、及光學特性的影響。所使用的光源為Nd:YAG Q-switched雷射,其波長為266 nm、脈衝寬度小於10 ns、重覆頻率10 Hz;使用的靶材為純度5N的氧化銅粉末,並經過高溫燒結製成的靶材。而我們也使用來源不同以及燒結溫度也不同的靶材來進行沉積,當同樣參數條件下也會因為不同的靶材而有不同的結果,而我們所使用的光源也同第一部份一樣。
而我們沉積出的的氧化亞銅薄膜經由X光繞射儀(XRD)進行分析,發現到容易出現氧化亞銅和氧化銅的混合相,但在特定參數下,量測到僅出現氧化亞銅在(110)的晶相,故推測為單晶的結構,並試著改變參數使其成長出更高品質的薄膜。當我們先沉積一層氧化鎂薄膜,在於其上所成長的氧化亞銅薄膜經由X光繞射儀進行分析,發現其結晶方向會有所改變,因此我們可以藉由不同的基板成長出各種不同結晶方向的薄膜。
In this study, thin films of cuprous oxide were deposited on Al2O3 substrates by pulsed laser deposition technique. An Nd:YAG Q-switched laser operating at a wavelength of 266nm, a pulsed duration less than 10ns, and a repetition rate of 10Hz, was used to ablate a Cu2O target. The Target for the deposition was obtained by sintering high-purity CuO powder(99.999%) at 1000℃ for 5 hours. The effects of the growth parameters on the film morphology, roughness, crystallinity, and optical properties were systematically investigated. In addition, the effects of the target for PLD on the film qualities were also investigated in details.
The X-ray diffraction results show that the structure of the films changes from Cu2O and CuO phase with the different parameters. In particular conditions, we proposed that the Cu2O thin films was the single crystal by X-ray diffraction. Finally, we also find the Cu2O thin films grown on a MgO films exhibits different structure.
摘 要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目 錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 材料簡介 5
1.3.1銅 5
1.3.2氧化銅 5
1.3.3氧化亞銅 5
第二章 實驗方法與步驟 7
2.1脈衝雷射沉積 7
2.1.1 脈衝雷射沉積簡介 7
2.1.2 脈衝雷射蒸鍍法原理 7
2.1.3 脈衝雷射沉積法實驗架構 9



2.2 實驗流程 11
2.2.1 實驗材料準備 12
2.2.2 基板清洗 13
2.2.3 脈衝雷射成長薄膜步驟 14
第三章 分析儀器原理概述 15
3.1 掃描式電子顯微鏡[19] 15
3.2.1 X光的產生 18
3.2.2 X光繞射原理 18
3.3 原子力顯微鏡[21] 20
3.4 穿透光譜 22
第四章 Cu2O薄膜成長與光學特性 23
4.1 靶材分析 23
4.2 未通氧下成長Cu2O薄膜 24
4.2.1 XRD分析 24
4.2.2 SEM分析 26
4.3 通氧下改變溫度成長Cu2O薄膜 27
4.3.1 XRD分析 28
4.3.2 SEM分析 30
4.3.3 AFM分析 31
4.3.4 穿透光譜分析 33







4.4 通氧下改變壓力成長Cu2O薄膜 35
4.4.1 XRD分析 35
4.4.2 SEM分析 37
4.4.3 AFM分析 37
4.4.4 穿透光譜分析 40
4.5 通氧下改變雷射發數成長Cu2O薄膜 41
4.5.1 XRD分析 41
4.5.2 穿透光譜分析 43
4.6 通氧下改變雷射頻率成長Cu2O薄膜 44
4.6.1 XRD分析 44
4.6.2 AFM分析 46
4.6.3 穿透光譜分析 47
4.7 先蒸鍍MgO與Cu2O薄膜關係 48
4.7.1 XRD分析 49
4.7.2 AFM分析 51
4.7.2 穿透光譜分析 52
4.8 總結 53
第五章 利用不同靶材成長Cu2O薄膜 54
5.1 靶材分析 54
5.1.1 不同靶材的X-ray分析 55
5.2 通氧下改變溫度成長Cu2O薄膜 56
5.2.1 XRD分析 57
5.2.2 SEM分析 60
5.2.3 AFM分析 63
5.2.4 穿透光譜分析 67
5.3 通氧下改變壓力成長Cu2O薄膜 69
5.3.1 XRD分析 70
5.3.2 SEM分析 73
5.3.3 AFM分析 76
5.3.4 穿透光譜分析 79
5.4 總結 81
第六章 結論 82
參考文獻 84
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