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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王聖文
研究生(外文):Sheng-Wun Wang
論文名稱:磁控濺鍍法製備摻銅氧化鋅薄膜之研究
論文名稱(外文):The Study of Cu-doped ZnO Thin Films by Sputtering
指導教授:王耀德王耀德引用關係
指導教授(外文):YAO-DE-WANG
口試委員:呂輝宗洪魏寬
口試委員(外文):HUEI-ZONG-LUWEI-KUAN-HONG
口試日期:2012-07-25
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:57
中文關鍵詞:銅摻雜氧化鋅濺鍍退火
外文關鍵詞:Cu-dopedZnOSputteringPost-annealing
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本研究使用RF磁控濺鍍系統在C-plane Sapphire基板上備製摻銅氧化鋅(以下簡稱CZO)薄膜,探討銅之摻雜對氧化鋅薄膜的結晶結構與導電特性之影響。本實驗之樣品分別以XRD、霍爾量測儀器來進行量測分析。
本實驗先以純氧化鋅靶材,透過基板溫度、濺鍍功率、濺鍍時間來調整製程參數調整,發現基板溫度在600℃、製程壓力10mTorr、濺鍍功率40W與濺鍍時間45分鐘下氧化鋅會形成以C軸(002)面為取向的薄膜且有較佳的電性。
因而以此參數製備摻銅氧化鋅薄膜。
CZO薄膜備製上,經由XRD分析與霍爾量測,發現隨著摻雜濃度提高,(002)峰值所對應的角度會往大度偏移,證實了銅原子取代了鋅原子形成CZO薄膜,而且當摻雜濃度為0.9at%時,CZO薄膜開始轉成p-type半導體,其中本實驗最佳的導電特性在摻雜濃度為1at%時,其電阻率為31.14(Ω-cm)、遷移率1.268(cm2/V-s)、載子濃度3×1016 cm-3。另外本實驗發現CZO薄膜可藉由退火處理進一步改善其導電特性,摻雜濃度為1at%退火處理後,其電阻率降低至7.22(Ω-cm)、遷移率提高為5.26(cm2/V-s)、載子濃度3.12×1016 cm-3。


In this study, Cu-doped Zinc Oxide (CZO) films on the Sapphire were prepared by RF magnetron sputtering system. We measured the crystal structure and electronic properties of the thin films by X-ray diffraction and Hall Effect measurement.
The processing parameters were optimized according to the crystalline guality of as-sintered undoped ZnO films. We found that ZnO films had good crystallinity on the c-axis orientation at substrate temperature of 600℃,working pressure of 10mTorr,
sputtering power of 40W, and deposition time of 45 minutes.
(002)-peak shifting toward higher angles with increase of Cu doping concertrations due to the substitution of zinc by Cu atoms. When Cu concentration was 0.9at %, CZO films turned the sample to p-type semiconductor. When Cu concentration was 1at %,it had a resistivity of 31.14(Ω-cm),mobility of 1.268(cm2/V-s)and carrier concentration of 3×1016 cm-3.In this study CZO films were successfully grown on sapphire by sputtering. Resistivity and mobility of samples become best after post-annealing.A good quality CZO film with resistivity of 7.22(Ω-cm),mobility of 5.26(cm2/V-s)and carrier concentration of 3.12×1016 cm-3.


目錄
摘 要-----------------------------------i
摘 要-----------------------------------ii
誌謝-------------------------------------iii
目錄-------------------------------------iv
表目錄-----------------------------------vi
圖目錄-----------------------------------vii
第一章 緒論-------------------------------1
1.1 前言---------------------------------1
1.2 研究目的------------------------------2
第二章 理論基礎----------------------------3
2.1氧化鋅材料介紹--------------------------3
2.2 薄膜介紹------------------------------6
2.2.1 薄膜沉積原理-------------------------6
2.2.2 薄膜成長模式與基板影響-----------------8
2.3氧化鋅摻雜介紹--------------------------10
2.3.1氧化鋅摻雜----------------------------10
2.3.2 P-type氧化鋅之摻雜-------------------11
2.3.3 製備氧化鋅薄膜之方法-------------------11
2.4濺鍍原理--------------------------------13
2.4.1電漿原理------------------------------14
2.4.2 平均自由路徑--------------------------16
2.4.3 直流濺鍍系統 --------------------------17
2.4.4 射頻濺鍍系統 --------------------------18
2.4.5 射頻磁控濺鍍系統-----------------------19
2.4.6 退火系統------------------------------20
第三章 實驗流程與架構-------------------------22
3.1 實驗流程--------------------------------22
3.1.1 基板裁切與清洗-------------------------23
3.1.2 實驗材料與靶材壓制----------------------24
3.2 濺鍍系統--------------------------------26
3.2.1 濺鍍流程------------------------------28
3.3 量測儀器--------------------------------29
3.3.1 X-ray繞射系統-------------------------29
3.3.2霍爾量測系統(Hall Effect Measurement)---31
第四章 實驗結果與討論--------------------------37
4.1 氧化鋅製程參數之探討-----------------------37
4.1.1 不同濺鍍功率----------------------------37
4.1.2 不同基板溫度 ----------------------------39
4.1.3 不同濺鍍時間 ----------------------------41
4.2銅摻雜之研究-------------------------------43
4.2.1 改變銅摻雜濃度--------------------------43
4.2.1.1 XRD繞射結構--------------------------44
4.2.1.2 電性分析-----------------------------47
4.2.2 退火處理-------------------------------48
4.2.2.1 結果探討-----------------------------53
第五章 結論-----------------------------------54
參考文獻--------------------------------------55

參考文獻
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