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研究生:李岳勳
研究生(外文):Yue-XunLee
論文名稱:不同製程ITO導電薄膜之殘留應力分析
論文名稱(外文):Residual Analysis of ITO Conductive Thin Film Prepared by Two Different Methods
指導教授:賴啟銘賴啟銘引用關係
指導教授(外文):Chi-Ming Lai
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:133
中文關鍵詞:薄膜銦錫氧化物殘留應力溶膠凝膠法濺射法X光繞射
外文關鍵詞:thin filmITOresidual stresssol-gel methodsputteringXRD
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薄膜製程方式有許多種,薄膜微結構在複雜沉積過程中,大多會與基板介面處產生殘留應力,應力過大時容易造成機板彎曲變形而導致薄膜破裂損壞,因此準確評估薄膜殘留應力問題是一個非常重要的課題。
本研究目標為總結薄膜應力的量測方法。介紹測量基材曲率變形分析和X光繞射法量測晶格變形等量測薄膜應力及其測量原理。目前來說最常使用方法為非破壞性XRD和GIXRD來決定材料殘留應力及應變,且能夠提供較高準確度。
本研究論文利用溶膠凝膠法製成ITO薄膜,在與市售一般使用sputter製程之ITO薄膜,經由奈米壓痕、四點探針、SEM、XRD和GIXRD等等各項檢測中,可以發現sputter製程於各方面表現出薄膜其品質較(Sol-Gel)製程良好,但因sputter製程在價格方面較為昂貴且取得也較不容易;而溶膠凝膠法製程方便又快速,價格上也便宜許多。爾後可以從如何讓(Sol-Gel)製程的薄膜品質提高這方面下去探討與研究。

In processing a thin film, the micro structure of the film has complex deposition process. It generates residual stress in the most of the substrate interface. Excessive stress may lead to the bending deformation of the board and resulted in the film rupture damage. Therefore, accurate assessment of the residual stress is a very important issue to be studied.
Different kinds of thin film stress measurements are summarized. The principle of thin film stress measurements are discussed, including the laser macroscopic deformation analysis based on measuring the bending curvature of substrate and the X-ray diffraction measurement based on crystal lattice deformation. The X-ray diffraction (XRD) and GIXRD method is a non-destructive method which can accurately measure the stress-strain relationship.
This study is using the sol-gel method to process the ITO film. The commercial sputter process of ITO films consists of the detection of nano-indentation and four-point probe, SEM, XRD and GIXRD, etc. Using sputter process, all performance aspects to show the quality of the film prepared by sol-gel method can be found. However, the sputter process is more expensive and difficult to conduct, while the sol-gel method is more convenient and fast, the price is much cheaper as well. In the future, the quality of sol-gel thin film in this area can be developed more.

摘 要 I
Abstract II
誌 謝 III
目 錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 論文架構 3

第二章 TCO基礎理論與特性 4
2.1 溶膠凝膠合成法 4
2.1.1 溶膠凝膠水解與聚縮反應 4
2.1.2 薄膜塗布方式 8
2.2 奈米壓痕試驗 10
2.2.1 奈米壓痕儀架構 10
2.2.2 奈米壓痕鑽石探針之特性 12
2.2.3 奈米壓痕基本理論 13
2.3 光電特性量測 17
2.3.1 四點探針 17
2.3.2 光譜式橢圓儀 18
2.4 XRD原理及應用 19
2.4.1 X光繞射儀簡介 19
2.4.2 基本結晶學 20
2.4.3 銦錫氧化物之特性 23
2.4.4 倒晶格空間 24
2.4.5 X光繞射原理 25
2.4.6 薄膜低掠角繞射 28
2.5 薄膜表面型態 30
2.5.1 掃描式電子顯微鏡 30

第三章 薄膜應力量測分析與文獻回顧 31
3.1 薄膜應力定義 31
3.1.1 殘留應力 33
3.1.2 熱應力 33
3.1.3 相變化引發之應力 34
3.1.4 磊晶應力 34
3.1.5 本質應力 34
3.2 薄膜應力量測方法 35
3.2.1 懸臂法 35
3.2.2 牛頓環法 36
3.2.3 X射線繞射法 37
3.2.4 XRD量測薄膜之殘留應力 38
3.2.5 平面應力轉換及莫爾圓分析 44
3.3 文獻回顧 48
3.3.1 量測基板受應力作用彎曲程度 50
3.3.2薄膜量測之優劣 51

第四章 實驗方法及規劃 53
4.1薄膜製作方法 53
4.2 實驗儀器和藥品 54
4.3 實驗流程 55
4.3.1 基板清洗 56
4.3.2 試片備製 58
4.4 GIXRD殘留應力量測規劃 64
4.4.1 應力量測流程 64
4.4.2 量測設備 66
4.4.3 量測規劃 67

第五章 實驗結果與討論 68
5.1 ITO薄膜之奈米壓痕分析 68
5.2 ITO薄膜之高解析熱電子型場發射掃描式電子顯微鏡 76
5.3 ITO薄膜之光電特性 83
5.3.1 ITO薄膜厚度分析 83
5.3.2 ITO薄膜之片電阻 84
5.4 ITO薄膜之殘留應力 85
5.4.1 應用XRD量測薄膜平面應力 85
5.4.2 平面應力轉換、莫爾圓分析結果 108
5.4.3 運用GIXRD量測薄膜表面應力梯度 115

第六章 結論與建議 121
6.1 結論 121
6.2 建議 122
參考文獻 123
附錄A 127
附錄B 133 

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