臺灣博碩士論文加值系統

由於目前傳統TCOs薄膜會有許多物理和化學性質缺陷，產學界藉由摻雜多元的TCOs薄膜獲得新型態的氧化物薄膜，利用其不同物理和化學特性來改善電子濃度，以及提升導電率。也可設計出不同比例的TCOs薄膜，應用於不同需求上。現今ITO是最廣泛使用的TCOs電極。而IZO具有高光學透明度以及低電阻率，也表現出極好的化學穩定性，有望取代ITO成為薄膜太陽能電池的透明電極材料。
本研究分為兩部分，第一部分為了解ITO濺鍍參數對其光電性質的影響。第二部分使用是交互濺鍍ITO與AZO薄膜的方式來製備IZO薄膜。並探討IZO膜晶體結構與光電特性。
實驗結果顯示，ITO薄膜厚度與濺鍍時間和功率成線性關係。隨著導電性增加，ITO膜在紅外光的穿透率快速下降。薄膜能隙在3.6 ~ 3.8 eV之間。製備厚度100 ~ 120 nm的ITO膜，濺鍍功率在70W ~ 90W之間，薄膜電性最佳。最佳樣品電阻率 3.21×10-4 Ωcm。Zn% < 15%，片電阻在100 Ω/sq以內。光學能隙隨Zn%增加而逐漸降低，從3.8eV遞減至3.3eV。添加Zn改變薄膜微結構，可用來控制紅外線穿透率。k因子能反映薄膜結構的特性，未來可應用來監控薄膜組成成分。

Traditional TCOs films have many drawbacks in physical and chemical properties. Multicomponents oxide thin films is a new kind of oxide film. By changing its physical and chemical properties, the carrier density can be improved and conductivity can thus be enhanced. TCOs films with different component proportions can be designed and applied to different needs. ITO is the most widely used TCOs electrode today. With high optical transparency and low resistivity, IZO also shows very good chemical stability, so it is expected to replace the transparent electrode of ITO thin film solar cell materials.
This study is divided into two parts. The first part is to understand the influences of sputtering parameters on its optoelectronic properties of ITO films. The second part is to use alternative sputtering method to prepare IZO films and to study the crystal structure and electrical properties of the IZO films.
Experimental results show that ITO film thickness has a linear relation with the sputtering time and power. With the increase of conductivity, the transmittance of ITO films in infrared regime declines rapidly. The energy gap of the film is between 3.6 ~ 3.8 eV. The best electrical property appears on ITO films of thickness 100 ~ 120 nm with sputtering power 70W ~ 90W. The best resistivity of the sample is 3.21x10-4 cm. When Zn% is less than 15%, the sheet resistance is less than 100 /sq. Optical energy gap decreases from 3.8eV to 3.3eV with the increase of Zn%. Adding Zn changes the microstructure of the film, which can be used to control the transmittance in infrared area. Because The k-factor reflects the structure properties of films, it can be used to monitor the composition of the films in the future.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目次 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 2
1.3、論文架構 3
第二章 基礎理論與文獻回顧 4
2.1、透明導電薄膜基礎理論 4
2.1.1、透明導電薄膜之光學性質 4
2.1.2、透明導電薄膜之導電機制 5
2.1.3、磁控射頻濺鍍之濺鍍機制 8
2.2、橢圓儀模型介紹 9
2.3、文獻回顧 10
第三章 實驗方法及特性量測 12
3.1、實驗與流程 12
3.1.1、實驗藥品及材料 12
3.1.2、實驗流程 13
3.2、檢測儀器介紹 15
3.2.1、磁控式濺鍍機 15
3.2.2、X光繞射儀 16
3.2.3、分光光譜儀 19
3.2.4、光譜式橢圓儀 20
3.2.5、場發射掃描式電子顯微鏡 23
3.2.6、四點探針 25
3.2.7、霍爾效應量測儀 26
3.2.8、原子力顯微鏡 29
第四章 結果與討論 31
4.1、ITO薄膜光電特性分析 31
4.1.1、分光光譜分析 31
4.1.2、SE分析 35
4.1.3、AFM表面形貌分析 39
4.1.4、XRD分析 46
4.1.5、電性分析 48
4.1.5.1、霍爾量測電性分析 48
4.1.5.2、四點探針量測 50
4.1.6、SEM截面與表面形貌分析 51
4.1.7、小結 56
4.2、IZO薄膜組成成分及光電特性分析 57
4.2.1、分光光譜分析 57
4.2.2、SE分析 62
4.2.3、AFM表面形貌分析 69
4.2.4、EDS薄膜成分分析 75
4.2.5、XRD晶體結構分析 76
4.2.6、電性分析 79
4.2.6.1、霍爾量測電性分析 79
4.2.6.2、四點探針量測 81
4.2.7、SEM截面與表面形貌分析 82
4.2.8、小結 90
第五章 結論與展望 91
參考文獻 93
附錄 96
A-1、ITO實驗參數表 96
A-2、IZO實驗參數表 99
B-1、ITO-能隙Tauc作圖 103
B-2、IZO-能隙Tauc作圖 107
C-1、ITO-SE擬合結果 116
C-2-1、IZO-SE擬合結果 137
C-2-2、IZO-振幅Ψ擬合結果 155
C-2-3、IZO-相位Δ擬合結果 156
D-1、ITO樣品紀錄表 157
D-2、IZO樣品紀錄表 161
作者簡介 165

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