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研究生： 羅丞曜
Chen-Yao Luo
論文名稱： 銦鋅氧化膜基本特性及其與氮化鎵接觸應用之研究
指導教授： 李清庭
Ching-Ting Lee
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Optics and Photonics
畢業學年度： 89
語文別： 中文
論文頁數： 66
相關次數： 點閱：16  下載：0 
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    • 本論文針對近年來在學術界所提出的一種新的透明導電氧化物—銦
    鋅氧化物（Indium-Zinc-Oxide，IZO）— 進行材料特性及實際應用的
    研究。在文章中的第一部份進行了此材料的特性研究，從薄膜製備、
    後續熱處理及量測分析做了一系列的探討，並且經由氧缺位（ oxygen
    vacancy）對薄膜經各種處理前後的變化進行合理的解釋。在文章中
    的第二部分我們嘗試的製作了不同用途的光電元件，並將IZO 薄膜應
    用於其上與半導體材料— 氮化鎵（GaN）— 形成p-n 接面的結構。
    首先以射頻（Radio Frequency，RF）濺鍍(sputtering)系統將IZO
    材料濺鍍於石英玻璃（Corning 7059 glass）上，形成IZO 透明導電
    薄膜，再經由適當的熱處理流程使該薄膜之特性達到所求。並且針對
    不同的鍍膜條件及熱處理狀況，以四點探針(Four Point Probe)系統
    量測其電學特性、以光譜系統量測其穿透特性、以原子力顯微鏡
    (Atomic Force Microscope，AFM)系統觀察其表面微觀結構特性、以
    X 光單晶繞射(X-Ray Diffractometer，XRD)系統觀察其結晶特性、
    以霍爾量測(Hall measurement)系統判斷其半導體基本參數，最後，
    藉由薄膜材料中的氧缺位導電機制來合理並成功的解釋上述所有量
    測及觀察到的現象。在這一部分的研究中，我們得到的最佳製程參數
    為：以500 瓦射頻功率鍍膜，通入純氬氣流量40sccm，系統總壓力
    為10mTorr，可以得到電阻率為4×10-4W-cm 的透明導電氧化物IZO 薄
    膜。另外，藉由最佳條件：氫氣300℃三分鐘的熱處理，可使薄膜的
    電阻率再下降約35.5﹪，而達到2.58×10-4W-cm 的等級；同時，我們
    也能兼顧薄膜的穿透率在可見光波段維持平均而言80﹪以上的水準。
    經由霍爾量測系統的結果顯示IZO 為一種n 型高濃度半導體材料，故
    我們製作了IZO/n-GaN 結構以形成歐姆接觸(Ohmic contact)；製作
    IZO/p-GaN 結構以形成蕭特基接觸(Schottky contact)，並且製作了
    p-n 接面二極體（diode）及p-n 接面光檢測器（photodetector，PD）
    來嘗試透明導電材料的應用。我們得到IZO/n-GaN 歐姆接觸之特徵接
    觸電阻率(specific contact resistivity)為1.12×10-2W-cm2；
    IZO/p-GaN 之p-n 接面二極體特性為位障(barrier)高度0.46eV，理
    想因數(ideality factor)為1.52，起始（turn-on）電壓為5V，而
    崩潰（breakdown）電壓為20V；IZO/p-GaN 之p-n 接面光檢測器特性
    為暗電流（dark current）10pA，光電流（photocurrent）1nA，量
    子效率（quantum efficiency）為5.93﹪，響應度(responsivity)
    為0.017W/A。

    一、 緒論… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 1 二、 薄膜製程… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 5 (A) 樣品清洗過程… … … … … … … … … … … … … … … … … … … 5 (B) 微影製程… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 6 (C) 剝離製程… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 7 (D) 濺鍍製程… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 8 (E) 熱處理製程… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 11 三、 量測分析… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 14 (A) 膜厚量測… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 14 (B) 電阻率量測… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 14 (C) 穿透率量測… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 16 (D) 表面特性量測… … … … … … … … … … … … … … … … … … … 18 (E) 成分分析… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 19 (F) 霍爾量測… … … … … … … … … … … … … … … … … … .… ...… 20 (G) 結果與討論… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 21 四、 材料應用與特性評估… … … … … … … … … … … … … … … … 22 (A) IZO 與n-GaN 之接觸特性 … … … … … … … … … … … … … … 24 II (B) IZO 與p-GaN 之接觸特性 … … … … … … … … … … … … … … 25 (C) IZO/p-GaN 之p-n 接面二極體 … … … … … … … … … … … … 26 (D) IZO/p-GaN 之p-n 接面光檢測器 … … … … … … … … … … … 27 (E) 抗反射膜的設計與應用… … … … … … … … … … … … … … … 28 五、 結論… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 31 六、 參考文獻… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 33

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