臺灣博碩士論文加值系統

本研究是利用水平式爐管進行化學氣相沉積，以Zinc 2,4-pentanedionate monohydrate[Zn(C5H7O2)2．Ｈ2O]作為鋅的前驅物，磊晶成長非極性的(10-10)ZnO薄膜於(100)LiGaO2基板，並研究其成長機制。
在成長溫度為550℃與600℃，成長時間為7200秒時，薄膜表面以不具特定成長方位的叢狀結構ZnO為主，在相同成長時間下，成長溫度上升至650℃與700℃時，薄膜表面形貌會逐漸以長條狀的(10-10)ZnO為主。X光繞射圖也顯示，在成長時間均為7200秒下，(10-10)ZnO的繞射峰強度會隨著成長溫度上升而增加。
在成長溫度為650℃與700℃，成長時間為1500秒～10800秒下，在(100)LGO基板磊晶成長(10-10)ZnO薄膜時，由二次電子影像可發現，在650℃下，(10-10)ZnO的成長速率較快，但會觀察到較多不具特定成長方位的六邊形與六角柱結構的(0002)ZnO，而在這兩種成長溫度下，(10-10)ZnO的成長方向均平行[0001]ZnO。X光繞射圖則顯示在650℃與700℃下，(10-10)ZnO的繞射峰強度均會隨著成長時間增加而上升，針對(10-10)ZnO繞射峰所做的rocking curve，其半高寬均隨著成長時間增加而降低(1.1°～2.2°)，顯示(10-10)ZnO的內部缺陷隨著成長時間增加，有逐漸變少的趨勢。分別針對(120)LGO與(2-1-10)ZnO的繞射峰所做的Phi scan得知，LGO與ZnO存在[001]LGO∥[0001]ZnO與[010]LGO∥[11-20]ZnO的晶向關係。從電子顯微鏡試片的選區繞射圖亦得知當(100)LGO∥(10-10)ZnO時，存在[010]LGO∥[11-20]ZnO與[001]LGO∥[0001]ZnO的晶向關係
在(10-10)ZnO成長初期，LGO基板表面均可觀察到尺寸為30nm～50nm的奈米晶粒，從電子顯微鏡觀察得知，該奈米晶粒為尖晶石結構的ZnGa2O4，由選區繞射圖可發現由ZnGa2O4的(220)、(400)、(311)、(440)、(511)等平面的繞射電子束，會構成具有四重對稱的繞射弧，從繞射弧出現的方位得知，(400)ZnGa2O4與(511)ZnGa2O4應為兩組與(001)LGO具有晶格匹配關係的平面。從橫截面電子顯微鏡試片觀察得知，ZnGa2O4與LGO之間的接觸界面凹凸不平，而大部份(10-10)ZnO在成長初期均與LGO基板有所接觸，所以(10-10)ZnO應從LGO基板成核並側向成長，而ZnGa2O4的形成則是藉著Zn原子擴散到LGO基板產生置換反應，或者是部分LGO基板分解後與ZnO產生反應。　

總目錄
摘要 I
總目錄 Ⅲ
圖目錄 Ⅴ
表目錄 X
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧與理論基礎 3
2-1化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD) 3
2-1-1化學氣相沉積反應過程 3
2-1-2化學氣相沉積反應熱力學 4
2-1-3化學氣相沉積反應動力學 4
2-1-3-1流量(flow rate)對反應速率的影響 5
2-1-3-2基板溫度對反應速率的影響 6
2-2成核與生長機制 7
2-2-1均質成核(homogeneous nucleation)與生長 7
2-2-2異質成核(heterogeneous nucleation)與生長 7
2-2-2-1層狀成長(Frank-van der Merve mode) 9
2-2-2-2島狀生長 (Volmer- Weber mode ) 9
2-2-2-3混合式生長(Stranski-Krastanov mode) 10
2-3異質磊晶薄膜與基板的晶格匹配 11
2-3-1晶格差異(lattice mismatch) 11
2-3-2γ-LiAlO2基板 13
2-3-3 LiGaO2基板 13
2-4緩衝層(buffer layer) 17
2-4-1應用於GaN的緩衝層 17
2-4-2應用於ZnO的緩衝層 24
第三章 實驗方法 26
3-1 基板準備 26
3-2 磊晶成長 26
3-3氧化鋅磊晶薄分析 27
3-3-1掃描式電子顯微鏡分析 27
3-3-2 X光繞射分析 27
3-3-3微光致螢光(photoluminescence，PL)光譜分析 27
3-3-4穿透式電子顯微鏡( TEM)分析 28
3-3-4-1正面電子顯微鏡試片製作 28
3-3-4-2橫截面電子顯微鏡試片製作 28
3-3-4-3穿透式電子顯微鏡分析 28
第四章 實驗結果 31
4-1 不同成長溫度與前驅物溫度對ZnO磊晶薄膜結構的影響 31
4-1-1 SEM分析 31
4-1-2 X光繞射分析 36
4-2 ZnO磊晶薄膜的成長過程 39
4-2-1 SEM分析 39
4-2-2 背向散射電子繞射分析 49
4-2-3 X光繞射分析 51
4-3 Phi scan分析 55
4-4 PL光譜分析 56
4-5 TEM分析 58
第五章 討論 70
5-1 成長溫度對氧化鋅磊晶薄膜的影響 70
5-2 氧化鋅磊晶薄膜與LGO基板間的晶格匹配關係 71
5-3 非極性氧化鋅磊晶薄膜在(100)LGO基板的成長機制 71
5-4 ZGa2O4的形成機制 73
第六章 結論 76
第七章 參考文獻 78

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