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研究生:鍾定澤
研究生(外文):Ting-Tse Chung
論文名稱:脈衝雷射蒸鍍法成長 摻銻氧化鋅/氧化鋅 p-n接面之特性研究
論文名稱(外文):Characterization of ZnO:Sb/ZnO p-n junctions grown by pulsed-laser deposition
指導教授:洪魏寬
口試委員:修宇鋒劉達人王耀德
口試日期:2012-07-28
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:69
中文關鍵詞:脈衝雷射蒸鍍氧化鋅P-N接面
外文關鍵詞:PLDZnOP-N junctions
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本論文使用脈衝雷射蒸鍍法(pulsed-laser deposition)製程p型摻銻氧化鋅薄膜以及n型純氧化鋅薄膜來形成p-n接面。其中n型純氧化鋅薄膜沉積在(002)晶格取向的藍寶石基板上並在製程時通氧氣以減少氧空缺,p型摻銻氧化鋅薄膜在製程結束後通氮氣降溫以提高載子濃度。
在文中,我們此用了一種等效電路的方法,此方法經過市售二極體之驗證,證明可以袪除量測p-n接面的電流-電壓特性時所產生的蕭特基效應。此外,此樣品經由KeithLink 2400的電流-電壓量測後,得到純氧化鋅與摻銻氧化鋅薄膜的接面之間存在著電壓閥值為0.8伏特且反向漏電流為0.1微安培的整流特性。並且使用X光繞射儀分析可看出氧化鋅薄膜有良好的(002)晶格取向。霍爾量測指出經過通氮氣降溫的製程後電洞濃度可提高到1018。而使用穿透光譜量測接面時看出在可見光的波長範圍內,樣本的穿透率為60~80%。


In this study, Sb-doped ZnO films are used for the p-type sides and intrinsic ZnO films for the n-type sides of p-n junctions grown by pulsed-laser deposition. ZnO films have been deposited on (002) sapphire substrates in an ambient gas of oxygen to reduce oxygen vacancies. P-type ZnO:Sb films have been cooled in nitrogen ambient to raise the hole concentration.
We found another procedure which can removal the schottky effect in p-type ZnO:Sb films during the current-to-voltage (I-V) measurement. And distinct rectifying I-V characteristics are observed for junctions between ZnO and p-type ZnO:Sb films , exhibiting a threshold voltage of 0.8 V and reverse-bias leakage current was 0.1 uA . The X-ray diffraction shows that ZnO films are highly orientated along the (002) direction. Hall measurement indicated that the hole concentration was raised into high order of 1018cm-3 after cooled procedure. The optical transmission of the p–n junction sample was 60~80% in the visible region.


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 1
第二章 材料特性與P-N接面簡介 3
2.1 材料簡介 3
2.1.1 氧化鋅之結構與特性 3
2.1.2 n-type氧化鋅 4
2.1.3 p-type 氧化鋅之摻雜 5
2.2 p-n接面簡介 7
2.2.1 p-n接面形成[26] 7
2.2.2 p-n接面電學特性 7
2.2.3 歐姆接觸與蕭特基接觸 9
第三章 實驗架構與量測儀器 11
3.1 ZnO:Sb靶材製作流程 12
3.2 PLD製程流程 13
3.3霍爾量測 18
3.3.1霍爾量測 18
3.3.2霍爾效應原理 18
3.3.3 van der Pauw量測法及其實驗裝置 19
3.4 X-ray繞射量測原理 [30] 21
3.5 穿透光譜原理 [31] 24
第四章 實驗結果與討論 26
4.1 n型純氧化鋅薄膜特性分析 26
4.1.1 改變n型純氧化鋅薄膜之成長背景氣體 27
4.1.1.1霍爾量測分析 27
4.1.1.2 X-ray繞射圖分析 28
4.1.2 改變n型純氧化鋅薄膜之成長溫度 30
4.1.2.1霍爾量測分析 30
4.1.2.2 X-ray繞射圖分析 31
4.1.3 n型純氧化鋅薄膜之製程參數總結 33
4.2 p型摻銻氧化鋅薄膜特性分析 33
4.3 p-n接面特性分析 34
4.3.1 元件設計 34
4.3.2 祛除蕭特基效應 36
4.3.3 等效電路實際運用 42
4.3.4 p-n接面實驗參數 45
4.3.5 p-n接面霍爾量測分析 46
4.3.6 p-n接面I-V曲線分析 47
4.3.7 理想因子分析 48
4.3.7.1 公式推導與論述[37] 48
4.3.7.2 模型驗證 51
4.3.7.3 理想因子實際量測 53
4.3.8 p-n接面XRD繞射圖形分析 55
4.3.8.1 n型純氧化鋅薄膜之XRD圖 55
4.3.8.2 p型純氧化鋅薄膜之XRD圖 56
4.3.9 p-n接面穿透光譜分析 58
4.3.9.1 純氧化鋅膜薄膜穿透光譜分析 58
4.3.9.2 摻銻氧化鋅膜薄膜穿透光譜分析 59
4.3.10 p-n接面PL光譜分析 62
第五章 結論與未來展望 64
參考文獻 65
附錄一 68
附錄二 69



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