跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(18.97.14.81) 您好!臺灣時間:2025/02/19 03:59
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:蘇揚哲
研究生(外文):Yang-Zhe Su
論文名稱:液滴磊晶成長氮化鎵量子點之微觀結構及相變化分析
論文名稱(外文):Microstructure Analysis and Phase Transformation of GaN Quantum Dots by Droplet Epitaxy
指導教授:余英松
指導教授(外文):Ing-Song Yu
學位類別:碩士
校院名稱:國立東華大學
系所名稱:材料科學與工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
論文頁數:112
中文關鍵詞:穿透式電顯微鏡分子束磊晶液滴磊晶相變化
外文關鍵詞:TEMMBEDroplet epytaxyPhase transformation
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:102
  • 評分評分:
  • 下載下載:9
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本研究使用電漿輔助式分子束磊晶系統 (PA-MBE), 以液滴磊晶成長方式在矽基板上成長氮化鎵量子點,在超高真空環境下,先成長島狀鎵金屬接著進行氮化處理,以形成氮化鎵量子點,量子點的密度及大小可藉由改變成長基板溫度 (475-550 ℃)、氮化處理時間 (5-10分鐘)和是否進行基板預先氮處理去控制,試片可以分為A、B及C系列。可藉由掃描式電子顯微鏡(SEM)對各條件下的量子點進行密度大小之分析,並以穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察量子點尺寸大小變化,使用原子力顯微鏡(AFM)分析表面粗糙度,以及X-射線光電子能譜儀(XPS)探討表面鍵結成分,而本研究主要利用解析式穿透式電子顯微鏡(AEM),判斷不同成長條件之下,氮化鎵量子點的微觀結構,以TEM繞射圖以及高解析影像判定氮化鎵量子點為cubic 或wurtzite結構。研究發現氮化處理時間會影響氮化鎵量子點的材料相變化:隨著氮化處理時間增加,鎵液滴與氮更充分地進行鍵結,使得氮化鎵量子點以介穩相cubic結構轉變為穩定相wurtzite結構。
In this report, droplet epitaxy method, the formation of gallium droplets in the ultra-high vacuum and then nitridation, was used to growth GaN quantum dots (QDs) on Si (111) by plasma-assisted molecular beam epitaxy (PAMBE). The phase transformation of GaN QDs was dominated by the growth parameters such as growth temperature (475-550oC), nitridation time (5-10mins) and the treatment of substrate pre-nitridation, which were sorted as A, B and C series, respectively. The microstructures and sizes of GaN QDs (cubic or wurtzite) can be identified by the images of high resolution transmission electron microscopy (TEM) and diffraction patterns of TEM. According to the result of TEM analysis that nitridation time affects the phase transformation of the GaN QDs, with the increase of nitriding time, gallium droplets were more fully bonded with nitrogen, lead to GaN QDs phase transformation from metastable phase cubic structure into stable phase wurtzite structure.
目錄
誌謝 i
摘要 ii
ABSTRACT iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 研究動機及目的 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 成長Cubic結構量子點 4
2.2 SK mode成長量子點 9
2.3 液滴磊晶成長量子點 15
2.4 量子點之TEM相關分析 20
第三章 儀器介紹與工作原理 26
3.1電漿輔助式分子束磊晶系統 26
3.2場發射掃描式電子顯微鏡 31
3.3穿透式電子顯微鏡 33
3.3.1試片製備流程 35
3.4解析型穿透式電子顯微鏡 (JEOL JEM-3010 Analytical Scanning Transmission Electron Microscope) 39
3.5原子力顯微鏡 40
3.6 X-射線光電子能譜儀 41
第四章 實驗方法與流程 42
4.1分子束磊晶系統長晶前置作業 42
4.2 鎵原子及氮離子流量測試 43
4.3 分子束磊晶﹙MBE﹚成長氮化鎵量子點 45
4.3.1 磊晶的成長方式 45
4.3.2 基板的選擇 47
4.3.3 液滴狀磊晶成長模式﹙Droplet epitaxy,DE mode﹚ 47
4.3.4 基板清洗流程 47
4.3.4 樣品成長流程 50
4.4 氮化鎵量子點的實驗參數 54
4.4.1 改變成長基板溫度之氮化鎵樣品(編號為A系列) 54
4.4.2改變氮化時間之氮化鎵量子點樣品(編號為B系列) 55
4.4.3 矽基板是否預氮處理之氮化鎵量子點樣品(編號為C系列) 56
第五章 結果與討論 57
5.1分子束磊晶鎵流量測試 57
5.2改變成長基板溫度對氮化鎵量子點的影響 59
5.2.1以FE-SEM分析量子點密度變化趨勢 60
5.2.2以TEM觀察量子點橫截面分析其粒徑大小 63
5.2.3使用AFM分析量子點表面粗糙度 65
5.2.4 表面分析整體趨勢及成長示意圖 67
5.2.5使用XPS分析量子點表面鍵結 69
5.2.6使用HRTEM判斷量子點結晶性 71
5.2.7利用ring pattern對量子點進行相分析 73
5.3改變氮化時間對氮化鎵量子點的影響 75
5.3.1以FE-SEM分析量子點密度變化趨勢 76
5.3.2以TEM觀察量子點橫截面分析其粒徑大小 78
5.3.3使用AFM判斷量子點表面粗糙度 80
5.3.4 表面分析整體趨勢及成長機制示意圖 81
5.3.5使用XPS分析量子點表面鍵結 83
5.3.6使用HRTEM判斷量子點結晶性 84
5.3.7利用ring pattern對量子點進行相分析 86
5.4是否預氮處理對氮化鎵量子點的影響 88
5.4.1以FE-SEM分析量子點密度變化趨勢 89
5.4.2以TEM觀察量子點橫截面分析其粒徑大小 91
5.4.3使用AFM判斷量子點粗糙度 94
5.4.4 表面分析整體趨勢及成長示意圖 96
5.4.5使用XPS分析量子點表面鍵結 98
5.4.6使用HRTEM判斷量子點結晶性 100
5.4.7利用ring pattern對量子點進行相分析 102
第六章 結論 104
參考文獻 105
[1] S. Nakamura et al., Appl. Phys. Lett. 72, 211, 1998.
[2] C. Adelmann, J. Simon, G. Feuillet, N. T. Pelekanos, B. Daudin, and G. Fishman, Appl. Phys. Lett. 76, 1570, 2000.
[3] W. W. Chow and H. C. Schneider, Appl. Phys. Lett. 81, 2566, 2002.
[4] L. W. Ji, Y. K. Su, S. J. Chang, S. H. Liu, C. K. Wang, S. T. Tsai, T. H. Fang, L. W. Wu, and Q. K. Xue, Solid-State Electron. 47, 1753, 2003.
[5 B. Daudin et al., Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 40, 1892, 2001.
[6] B. Daudin et al., Phys. Status Solidi A 176, 621, 1999.
[7] K. Kawasaki, D. Yamazaki, A. Kinoshita, H. Hirayama, K. Tsutsui, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 79, 2243, 2001.
[8] I.-S.Yu et al. Nanoscale Research Letters 9, 682, 2014
[9] C. W. Hu, A. Bell, F. A. Ponce, D. J. Smith, and I. S. Tsong, Appl. Phys. Lett. 81, 3236 , 2002.
[10] C. L. Wu, L. J. Chou, and S. Gwo, Appl. Phys. Lett. 85, 2071, 2004.
[11] V. A. Fonoberov and A. A. Balandin, J. Vac. Sci. Technol., B 22, 2190, 2004.
[12] D.J. As, Microelectron. J. 40, 204, 2009.
[13] S. H. Park and Y. T. Lee, Chin. Phys. Lett. 27, 044208, 2010.
[14] C. Xia, Z. Zeng, and S. Wei, J. Lumin. 131, 623, 2011.
[15] C. Xia, X. Chen, S. Wei, and Y. Jia, J. Appl. Phys. 113, 214310, 2013.
[16] T. Schupp, T.Meisch, B.Neuschl, M.Feneberg, K.Thonke, K.Lischka, D.J.As, Journal of Crystal Growth 312, 3235, 2010.
[17] T. Schupp, T.Meisch, B.Neuschl, M.Feneberg, K.Thonke, K.Lischka, D.J.As, Journal of Crystal Growth 323, 286, 2011.
[18] Joo Han Kim and Paul H. Holloway, Applied Physics Letters 84, 711, 2004.
[19] D.J. Eaglesham, M. Cerullo, Physical Review Letters. April 64 (16), 1943, 1990.
[20] K. Hoshino, Y. Arakawaa, Journal of Crystal Growth. 272, 161, 2004.
[21] S. Dalmasso, B. Damilano, N. Grandjen, J. Massies, M. Leroux, J.-L. Reverchon, J.-Y. Duboz , Thin Solid Films 380, 195, 2000.
[22] K.P. O'Donnell, R.W. Martin,P.G. Middleton ,Phys. Rev. Lett 82, 237, 1999.
[23] S.A. Teys, Applied Surface Science 392, 1017, 2017.
[24] C. Adelmann, E. Martinez Guerrero, F. Chabuel, J. Simon, B. Bataillou, G. Mula, Le Si Dang, N.T. Pelekanos, B. Daudin, G. Feuillet, H. Mariette, Materials Science and Engineering B82, 212, 2001.
[25] N.Koguchi, K.Ishige, Jpn. J. Appl. Phys. 32, 2052, 1993.
[26] R.K. Debnatha, T.Stoica, A.Besmehn, K.Jeganathan, E.Sutter, R.Meijers, H.Lu¨ th, R.Calarco, Journal of Crystal Growth 311, 3389, 2009.
[27] Takahiro Maruyamaa, Hiroaki Otsubo, Toshiyuki Kondo,Yo Yamamoto, Shigeya Naritsuka, Journal of Crystal Growth 486,301, 2007.
[28] Toshiyuki Kondo, Koji Saitoh, Yo Yamamoto, Takahiro Maruyama, and Shigeya Naritsuka, phys. stat. sol. (a) 203, No. 7, 1700, 2006.
[29] J.H. Rice, R.A. Oliver, J.W. Robinson, J.D. Smith, R.A. Taylor, G.A.D. Briggs, M.J. Kappersc, C.J. Humphreysc, S. Yasind, Physica E 21, 546, 2004.
[30] Jun Maa, HeBai, JianjunZhang, YujieYuan, JianNi, KailiangZhang, Solar Energy Materials & Solar Cells 157, 923, 2016.
[31] D. Yang, L. Wang, Z.-B. Hao, Y. Luo, C. Sun, Y.Han, Bing Xiong, Jian Wang, Hongtao Li, Superlattices and Microstructures 99, 221, 2016.
[32] S.-P. Cho, Y. Nakamura, M. Ichikawa, N. Tanaka, Thin Solid Films 517, 2865, 2009.
[33] L. Wang, D. Yang, Z.B. Hao, Y. Luo, Phys. B, 24, p. 067303, 2015.
[34] D. Yang, L. Wang, W. Lv, Z. Hao, Y. Luo, Superlattice Microstruct., 82, pp. 26, 2015.
[35] D. Kirchenbuechler, Y. Mutsafi, B. Horowitz, S. Levin-Zaidman , D. Fass, S. G. Wolf , and M. Elbaum, biophy 3, 259, 2015.
[36] D. Guo, G. Xie and J. Luo, J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 013001, 2014.
[37] R. Toyoshima and H. Kondoh, J. Phys.: Condens. Matter 27, 083003, 2015
[38] C. Gaquiere, S. Trassert, B. Boudart, and Y. Crosnier. IEEE Microwave
and Guided Wave Letters, Vol. 10, No.1, 2000.
[39] C. Adelmann, E. Martinez Guerrero, F. Chabuel, J. Simon, B. Bataillou, G. Mula, Dang LS, N.T. Pelekanos, B. Daudin, G. Feuillet, H. Mariette, Materials Science and Engineering B82, 212-214, 2001.
[40] R.K. Debnatha, T.Stoica, A.Besmehn, K.Jeganathan, E.Sutter, R.Meijers, H.Lu¨ th, R.Calarco, Journal of Crystal Growth 311, 3389-3394, 2009.
[41] 薛智仁,「氮化鎵半導體量子點及氧化鎵奈米線之成長及分析」,國立成功大學,碩士論文,民國93年6月。
[42] 吳貞瑩,「Ⅲ-族氮化物半導體奈米柱陣列之成長及基本物性研究」,國立清華大學,碩士論文,民國95年7月。
[43] 辜瑞泰,「在矽基板上成長三族氮化物之磊晶及物性研究」,國立交通大學,博士論文,民國100年11月。
[44] 張耀一,「分子束磊晶之鎵氮流量比對氮化鎵表面特性的影響與分析」,國立中山大學,碩士論文,民國96年6月。
[45] M. A. Herman, and H. Sitter, Molecular Beam Epitaxy﹙Fundamentals and Current Status﹚, 1989.
[46] 郭浩中,賴芳儀,郭守義,LED原理與應用﹙第二版﹚,民國101年3月
[47] D.J. Eaglesham, and M Cerullo, Phys. Rev. Lett. 64, 1943, 1990.
[48] Shangjr Gwo, et al, Applied Physics Letters, volume 85, number 11, 2004.
[49] Shigeya Naritsuka, et al, Journal of Crystal Growth 300, 118-122, 2007.
[50] Bull. Korean Chem. Soc. , Vol. 23, 225, 2002.
連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊