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研究生:張旻瑋
論文名稱:以不同基板沉積氧化鋅透明導電薄膜之研究
論文名稱(外文):With different substrate deposition of zinc oxide transparent conductive film studies
指導教授:黃勝斌
學位類別:碩士
校院名稱:建國科技大學
系所名稱:電機工程系暨研究所
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:射頻磁控濺鍍氧化鋅鋁不同基板
外文關鍵詞:RF magnetron sputterAZOdifferent substrates
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本研究利用射頻磁控濺鍍法在四種不同基板上(Glass、a-SiC/glass、a-Si/glass、Si)沉積氧化鋅鋁(AZO)透明導電薄膜,並探討不同射頻功率、熱處理的影響。利用分光光譜儀(UV/VIS)分析薄膜之光學特性,X 光繞射儀(XRD)分析晶體結構,電性方面利用霍爾效應儀(Hall Effect)量測電阻率、載子濃度和電子遷移率。在a-Si基板,濺射功率100W工作壓力5mtorr氣體為Ar流量15sccm時載子濃度7.07x1020cm-3、移動率1.455cm2/V-s、電阻率6.07x10-3Ω-cm,退火溫度400℃時間為10min時載子濃度8.6x1020cm-3、移動率9.45cm2/V-s、電阻率6.71x10-4Ω-cm,在可見光範圍內,玻璃基板薄膜穿透率大於80%,a-Si基板則是因為a-Si會將光吸收的原故所以薄膜穿透率不高。
關鍵字:射頻磁控濺鍍、氧化鋅鋁、不同基板
In this study, the use of RF magnetron sputtering at four different substrates (Glass, a-SiC/glass, a-Si/glass, Si) deposition of aluminum zinc oxide (AZO) transparent conductive film, and explore different RF power, heat effects. Using the spectrophotometer (UV / VIS) analysis of the optical properties of thin films, X-ray diffraction (XRD) analysis of crystal structure, electrical properties, the use of the Hall effect device (Hall Effect) measuring resistivity, carrier concentration and electron mobility . The a-Si substrate, a working pressure of the sputtering power of 100W in an Ar gas flow rate 15sccm 5mtorr the carrier concentration 7.07x1020cm-3, mobility 1.455cm2/Vs, resistivity of 6.07x10-3Ω-cm, temperature of 400 ℃ annealing time is 10min the carrier concentration 8.6x1020cm-3, mobility 9.45cm2/Vs, resistivity 6.71x10-4Ω-cm, in the visible range, the film transmittance of the glass substrate than 80%, a-Si substrate, it is because the a-Si it will accommodate a light absorption film penetration is not high.
Keyword:AZO、RF magnetron sputter、different substrates
目錄
摘要 I
Abstract III
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 論文架構 5
第二章 理論基礎 6
2-1氧化鋅薄膜 6
2-1-1氧化鋅結構特性 6
2-1-2氧化鋅薄膜光學性質 10
2-1-3氧化鋅鋁薄膜導電機制 11
2-2電漿原理 12
2-3射頻磁控濺鍍 18
2-4 薄膜成核及成長理論 24
第三章 實驗方法及步驟 26
3-1 濺鍍系統 26
3-1-1 鍍膜參數與步驟 28
3-2 熱處理 30
3-3 測量設備 31
3-3-1 膜厚與成長速率之量測 31
3-3-2 X光繞射儀 32
3-3-3 霍爾量測 36
第四章結果與討論 40
4-1射頻功率對不同基板沉積氧化鋅薄膜之影響 40
4-1-1成長速率之分析 40
4-1-2薄膜結構分析 41
4-1-3電性分析 45
4-1-4光學性質分析 47
4-2熱處理對不同基板沉積氧化鋅薄膜之影響 50
4-2-1薄膜結構之分析 50
4-2-2電性之分析 54
第五章 結論 56
參考文獻 57


表目錄
表1-1 The domain of the present transparent electric conductive thin filmApplication 3
表2-1 氧化鋅基本性質 10
表3-1實驗參數設定 30
表3-2 氧化鋅 JCPDS Date 37


圖目錄
圖2-1氧化鋅晶體結構 9
圖2-2 Burstein-Moss效應示意圖 11
圖2-3電漿在正常放電區間下操作時的發光情形 18
圖2-4電子撞擊前後示意圖 18
圖2-5激發碰撞前後示意圖 19
圖2-6鬆弛過程示意圖 19
圖2-7分解碰撞過程示意圖 19
圖2-8 Interaction of ions with target surface 23
圖2- 9 Schematic illustration of the distribution of magnetic lines and electric lineson target surface 23
圖2- 10 RF 濺鍍系統圖 24
圖2-11 薄膜沉積步驟:(a)成核、(b)晶粒成長、(c)晶粒聚結、(d)縫道填補、(e)薄膜沉積 27
圖3-1 射頻磁控濺鍍系統示意圖 29
圖3-2 射頻磁控濺鍍系統實體圖 29
圖3-4 布拉格方程式之幾何關係 36
圖3-5 霍爾效應原理示意圖 38
圖3-6 穿透光譜儀量測系統裝置示意圖 41
圖3-7 反射光譜儀量測系統裝置示意圖 41
圖4-1不同射頻功率下,不同基板薄膜沉積速率之關係圖 42
圖4-2不同基板濺射功率25W之XRD繞射圖 43
圖4-3不同基板濺射功率50W之XRD繞射圖 44
圖4-4不同基板濺射功率75W之XRD繞射圖 44
圖4-5不同基板濺射功率100W之XRD繞射圖 45
圖4-6不同基板濺射功率FWHM之關係圖 46
圖4-7不同基板濺射功率晶粒大小之關係圖 47
圖4-8不同基板濺射功率所成長AZO 薄膜的霍爾量測結果 48
圖4-9不同基板濺射功率所成長AZO 薄膜的霍爾量測結果 49
圖4-10不同基板濺射功率所成長AZO 薄膜的霍爾量測結果 50
圖4- 11以射頻功率25W在不同基板上之光穿透光譜圖 51
圖4- 12以射頻功率50W在不同基板上之光穿透光譜圖 52
圖4- 13以射頻功率75W在不同基板上之光穿透光譜圖 52
圖4- 14以射頻功率100W在不同基板上之光穿透光譜圖 53
圖4- 15不同基板之光學能隙關係圖 53
圖4-16以功率25W在不同基板上以熱處理溫度400℃之穿透光譜圖 54
圖4-17以功率50W在不同基板上以熱處理溫度400℃之穿透光譜圖 55
圖4-19以功率100W在不同基板上以熱處理溫度400℃之穿透光譜圖 56
圖4-20不同基板濺射功率以熱處理溫度400℃FWHM之關係圖 57
圖4-21不同基板濺射功率以熱處理溫度400℃晶粒大小之關係圖 58
圖4-22不同基板熱處理溫度之霍爾電性關係圖 59
圖4-23不同基板熱處理溫度之霍爾電性關係圖 60
圖4-24不同基板熱處理溫度之霍爾電性關係圖 60


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