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研究生:張傑凱
研究生(外文):Chieh-Kai Chang
論文名稱:導電式原子力顯微鏡應用於氧化銦錫局部氧化之研究
論文名稱(外文):Nano-oxidation of indium tin oxide using a conductive atomic force microscope
指導教授:黃智賢黃智賢引用關係
指導教授(外文):Jih-Shang Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:光電科學研究所
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:66
中文關鍵詞:銦錫氧化物原子力顯微鏡奈米氧化導電式原子力顯微鏡光電流分佈顯像
外文關鍵詞:Indium Tin OxideAtomic Force MicroscopeNano-oxidationConductive Atomic Force MicroscopePhotocurrent Mapping
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本論文中,我們成功地利用原子力顯微鏡,以奈米氧化的方式對ITO進行表面氧化。該奈米氧化主要是施加一偏壓於原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM)之導電探針上與ITO間,運用原子力顯微鏡的探針與ITO表面之間形成水橋,在偏壓下使ITO表面產生陽極氧化反應,進而改變ITO表面形貌與導電性。實驗顯示,我們必須至少加上大於4V的樣本偏壓,才能開始氧化。我們更發現,運用266nm紫外光雷射照射ITO表面,能讓ITO內部產生電子電洞對,可提升氧化反應的效果。進一步的電流分布分析顯示,我們所氧化後的ITO表面的導電度會提高。此外,掃描速度減慢與相對濕度提高也有助於ITO的奈米氧化。我們相信,此原子力顯微鏡之ITO奈米氧化技術的開發,未來可以運用於各種不同ITO應用領域,將ITO表面加工提升到奈米級圖案化的層次。
In this thesis, we successfully employed nano-oxidation to oxidize the indium tin oxide (ITO) surface using an atomic force microscope (AFM). During the oxidation, a water bridge would be formed automatically between the AFM tip and the ITO substrate. A bias voltage was applied between the conductive probe of the AFM and the ITO substrate for inducing oxidation reaction on the substrate, leading to changes in surface morphology and conductivity of the ITO film. Our experimental results show that a threshold sample bias voltage of 4V was required for the oxidation reaction to be started. We also found that shining of 266nm UV laser light on the ITO surfaces, generating more photo-carriers, did help enhance the oxidation reaction. Further analysis of spreading resistance shows that electric conductance of the ITO surface after oxidation was increase. In addition, we also found the nano-oxidation can be enhanced either by lowering the scanning speed or increasing the humidity. We believe that the proposed technique will find its applications in a variety of fields, and hopefully open up new directions in ITO-based research.
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VIII
第一章 簡介 1
第二章 基本原理 4
2.1 原子力顯微鏡介紹與基本工作原理[] 4
2.2 原子力顯微鏡基本操模式 8
2.2.1 接觸掃描模式(contact mode) 9
2.2.2 非接觸掃描模式(non-contact mode) 10
2.2.3 半接觸掃描模式(semi-contact mode) 10
2.2.4 掃描電阻影像模式(spreading resistance imaging) 11
2.3 原子力顯微鏡奈米微影技術基本原理[] 12
2.4 光導電式原子力顯微鏡[-] 14
2.5 ITO基本性質與介紹 15
2.5.1 ICO發展與種類介紹 15
2.5.2 透明導電薄膜種類 15
2.5.3 氧化銦錫透明導電薄膜 16
2.5.4 ITO薄膜的電學特性 17
2.5.5 ITO薄膜的光學特性 21
第三章 實驗方法與儀器操作 23
3.1 實驗設計與研究方法 23
3.2 儀器介紹與操作 24
3.2.1 原子力顯微鏡(atomic force microscopy ) 24
3.2.2 探針選擇及安裝 24
3.2.3 四象限光電二極體與雷射的調整 29
3.2.4 表面形貌量測 31
3.2.5 ITO表面電流分佈影像 35
3.2.6 原子力顯微鏡奈米氧化微影技術 37
3.2.7 原子力顯微鏡系統校正與操作 39
第四章 實驗結果與討論 43
4.1 ITO照光與不照光的氧化物高度 43

4.1.1 用掃描電阻影像模式(spreading resistance imaging)掃描ITO照光與不照光的氧化物之電流分布 47
4.2 AFM在不同電壓下奈米氧化物高度比較 51
4.3 AFM在不同成長速度下奈米氧化物高度比較 55
4.4 AFM在不同濕度環境下奈米氧化物高度比較 58
第五章 結論 62
參考文獻 63


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