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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 應用力學研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/62292
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor陳建彰
dc.contributor.authorShao-Tzu Lienen
dc.contributor.author連紹慈zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-16T13:39:07Z-
dc.date.available2018-08-15
dc.date.copyright2013-07-19
dc.date.issued2013
dc.date.submitted2013-07-15
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/62292-
dc.description.abstract本研究使用大氣噴射電漿(APPJ)退火之濺鍍氧化鋅(zinc oxide)薄膜性質,並將其應用於氧化鋅鎂/氧化鋅(MgZnO/ZnO)異質結構。因APPJ所產生之氮氣電漿具有高反應性,故可在短時間內達到與熱退火相同之效果。藉由X光繞射儀與紫外光-可見光譜進行分析,顯示大氣電漿處理氧化鋅薄膜可增加其薄膜結晶性,並釋放濺鍍過程中在薄膜內所產生之殘留壓應力。在我們先前的研究中指出,在具有高缺陷密度的濺鍍氧化鋅鎂/氧化鋅異質結構中要能夠形成二維電子氣體(2DEG),氧化鋅熱退火過程為一關鍵步驟。本研究結果顯示30秒的大氣電漿處理足以取代30分鐘400 °C熱退火,使濺鍍之多晶MgZnO/ZnO異質結構因極化效應產生位能阱,並侷限大量自由載子於MgZnO/ZnO介面,形成二維電子氣體。
另外我們也研究了溶膠-凝膠法製備之氧化鋅鎂薄膜在不同的預烤溫度與不同大氣電漿處理時間下其薄膜之其表面型態、光學性質、晶體結構與電阻率。在較高之預烤溫度下,其薄膜繞射峰相對強度較強表示其結晶性較好;而隨著大氣電漿後處理時間的增加其繞射峰相對強度也變強。以溶膠-凝膠法製備MgxZn1-xO之薄膜其在可見光區平均光學穿透超過80%,而光學能隙則隨著鎂含量的增加而增加,這是由於鎂原子進入至氧化鋅之晶格中取代鋅所造成;同樣的,隨著鎂含量的增加其薄膜電阻率也隨之上升,在鎂含量達20%時期薄膜電阻率較氧化鋅薄膜有2~3個數量級的上升。隨著大氣電漿處理的時間增長,穿透光譜的吸收邊緣斜率也有一系列的變化,這是由於量子局限效應的影響,較大晶粒會造成的能帶溝值的下降。
zh_TW
dc.description.abstractRf-sputtered ZnO films, annealed by atmospheric pressure plasma jet (APPJ), are characterized and used for MgZnO/ZnO heterostructures. The highly reactive N2 plasma generated by APPJ allows much shorter treatment time compared with conventional thermal anneals. The APPJ treatment can increase the crystallinity of ZnO films and release the compressive residue stresses, verified by XRD and UV–Vis transmission measurements. In our previous studies, we demonstrate that thermal anneal is the critical step for the formation of two-dimensional electron gases in defective rf-sputtered MgZnO/ZnO heterostructures. This thesis reports the experimental results that APPJ treatments can be used for the same purpose with a much shorter processing time. A thirty-second APPJ anneal on ZnO can be used to replace 400 °C × 30 min furnace-anneal to promote the formation of 2DEGs in MgZnO/ZnO heterostructure. The ultra-short processing time is attributed to the synergy of plasma reactivity and temperature of APPJ.
This thesis also reports the characterization of sol-gel derived MgZnO thin films converted by APPJs. The MgZnO films exhibit high transparency (> 80%) in the visible light wavelength region. The optical band gap reveals a blue shift as the Mg content increases. The resistivity of the MgxZn1-xO films increases by two to three orders of magnitude for 20% Mg content thin film, owing to the substitution of Mg atoms into the Zn lattice sites. The absorption band edge becomes sharper as the APPJ treatment time increases. This can be attributed to the grain growth of the films. As the grain size is small, the quantum confinement effect causes the slight decrease of the band gap, resulting in the slope alteration at the absorption edge.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-16T13:39:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1
ntu-102-R00543059-1.pdf: 18914152 bytes, checksum: d09ba363dc8d0ede3ce56a52b1e74331 (MD5)
Previous issue date: 2013
en
dc.description.tableofcontents致謝 I
摘要 II
Abstrat III
目錄 V
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1. 前言 1
1.2. 研究動機 2
1.3. 論文架構 3
第一章 參考文獻 4
第二章 基本原理與文獻回顧 7
2.1. 金屬氧化物半導體 7
2.1.1. 氧化鋅(Zinc Oxide, ZnO) 8
2.1.2. 氧化鋅鎂(Magnesium Zinc Oxide, MgZnO) 11
2.2. 氧化鋅與氧化鋅鎂薄膜製備方法 15
2.2.1. 濺鍍法原理與薄膜成長機制 15
2.2.2. 溶膠-凝膠法 20
2.2.3. 噴霧熱裂解法(spray pyrolysis) 27
2.3. 異質接面原理與文獻回顧 30
2.3.1. 氧化鋅鎂/氧化鋅異質接面 31
2.3.2. 散射機制 31
2.3.3. 二維電子氣體與極化效應 33
2.3.4. 以磊晶方法製備氧化鋅鎂/氧化鋅異質結構之文獻回顧 35
2.3.5. 多晶系統下氧化鋅鎂/氧化鋅異質結構之文獻回顧 37
2.3.6. 屏蔽效應(screeing effect) 39
2.4. 大氣電漿 40
2.4.1. 大氣電漿之分類 40
2.4.2. 本研究所使用之大氣電漿系統 41
第二章 參考文獻 43
第三章 實驗方法與流程 52
3.1. 陶瓷靶材的製備 52
3.2. 基板清洗方法 53
3.2.1. 玻璃基板與石英玻璃與清洗流程 53
3.2.2. 矽晶圓清洗方法 53
3.2.3. 商用ITO基板清洗方法 54
3.3. 實驗流程 54
3.3.1. 氧化鋅鎂/氧化鋅異質結構製備流程 54
3.3.2. 以溶膠-凝膠法製備氧化鋅鎂實驗流程 58
3.4. 量測儀器與原理 62
3.4.1. 表面輪廓儀 62
3.4.2. X光繞射儀(X-ray Diffraction) 63
3.4.3. 紫外-可見光光譜儀(UV-Visable spectrometer) 66
3.4.4. 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM) 67
3.4.5. X光能量散佈分析儀(X-ray Energy Dispersive Spectrometers, EDS) 69
3.4.6. 波長散佈分析儀(Wavelength Dispersive Spectrometer, WDS) 69
3.4.7. 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM) 70
3.4.8. X光光電子能譜(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) 71
3.4.9. 霍爾效應量測儀 72
3.4.10. 兩點探針電性量測 73
第三章 參考文獻 75
第四章 實驗結果與討論 76
4.1. 大氣噴射電漿於氧化鋅鎂/氧化鋅異質接面結構之實驗結果 76
4.1.1. 大氣噴射電漿之溫度變化趨勢 76
4.1.2. 薄膜表面形態分析 78
4.1.3. 低掠角X光繞射分析 84
4.1.4. 氧化鋅薄膜光學性質分析 87
4.1.5. 氧化鋅鎂/氧化鋅異質結構之片阻值分析 90
4.1.6. 大氣電漿與RTA應用於氧化鋅鎂/氧化鋅異質結構其片阻值比較 92
4.1.7. 氧化鋅鎂/氧化鋅異質結構之霍爾量測結果 93
4.2. 大氣噴射電漿處理溶膠-凝膠法製備之氧化鋅鎂薄膜之實驗結果 94
4.2.1. 在sol-gel中大氣電漿短時間處理取代長時間熱退火製程之可能性 94
4.2.2. 熱退火與大氣電漿處理sol-gel氧化鋅鎂薄膜其材料性質分析 110
第四章 參考文獻 134
第五章 結論與未來展望 136
附錄 138
附錄A 大氣噴射電漿處理氧化鋅薄膜之X光光電子能譜分析 138
附錄B 大氣噴射電漿沉積氧化鋅鎂薄膜 142
B.1 大氣噴射電漿沉積系統 142
B.2 反應先驅物溶液 144
B.3 0.2M之氯化鋅摻入30at% 鎂之前驅物其大氣電漿沉積薄膜性質 145
B.4 0.2M之醋酸鋅摻入30at% 鎂之前驅物其大氣電漿沉積薄膜性質 149
B.5 0.2M之硝酸鋅摻入30at% 鎂之前驅物其大氣電漿沉積薄膜性質 153
附錄C 反向異質結構(ZnO/MgZnO)之研究 157
參考文獻 159
dc.language.isozh-TW
dc.subject氧化鋅zh_TW
dc.subject氧化鋅鎂zh_TW
dc.subject異質結構zh_TW
dc.subject大氣噴射電漿zh_TW
dc.subject溶膠-凝膠法zh_TW
dc.subjectMgZnOen
dc.subjectZnOen
dc.subjectheterostructureen
dc.subjectAPPJen
dc.subjectsol-gelen
dc.title大氣噴射電漿於氧化鋅鎂/氧化鋅異質接面結構之應用zh_TW
dc.titleAtmospheric Pressure Plasma Jet Annealed ZnO Films for MgZnO/ZnO Heterojunction Applicationen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear101-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.oralexamcommittee陳弈君,徐振哲
dc.subject.keyword氧化鋅,氧化鋅鎂,異質結構,大氣噴射電漿,溶膠-凝膠法,zh_TW
dc.subject.keywordZnO,MgZnO,heterostructure,APPJ,sol-gel,en
dc.relation.page159
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2013-07-16
dc.contributor.author-college工學院zh_TW
dc.contributor.author-dept應用力學研究所zh_TW
顯示於系所單位:應用力學研究所

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