請用此 Handle URI 來引用此文件:
http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/40535
完整後設資料紀錄
DC 欄位 | 值 | 語言 |
---|---|---|
dc.contributor.advisor | 陳敏璋(Miin-Jang Chen) | |
dc.contributor.author | Ching-Yi Chiu | en |
dc.contributor.author | 邱瀞儀 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2021-06-14T16:50:32Z | - |
dc.date.available | 2010-08-05 | |
dc.date.copyright | 2008-08-05 | |
dc.date.issued | 2008 | |
dc.date.submitted | 2008-07-29 | |
dc.identifier.citation | 1 E. Fortunato, A. Goncalves, V. Assuncao, A. Marques, H. Aguas, L. Pereira, I. Ferreira, and R. Martins, Thin Solid Films 442, 121-126 (2003).
2 C. S. H. T. Cao, Z. L. Pei, A. Y. Wang, L. S. Wen, R. J. Hong and X. Jiang, Journal of Materials Science: Materials in Electronics 15, 169-174 (2004). 3 H. Tanaka, K. Ihara, T. Miyata, H. Sato, and T. Minami, Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films 22, 1757-1762 (2004). 4 V. Musat, B. Teixeira, E. Fortunato, R. C. C. Monteiro, and P. Vilarinho, Surface and Coatings Technology 180-181, 659-662 (2004). 5 E. Fortunato, A. Goncalves, V. Assuncao, A. Marques, H. Aguas, L. Pereira, I. Ferreira, and R. Martins, Thin Solid Films 442, 121-126 (2003). 6 A. Yamada, B. Sang, and M. Konagai, Applied Surface Science 112, 216-222 (1997). 7 E. Fortunato, A. Goncalves, V. Assuncao, A. Marques, H. Aguas, L. Pereira, I. Ferreira, and R. Martins, Thin Solid Films 442, 121-126 (2003). 8 A. Yamada, B. Sang, and M. Konagai, Applied Surface Science 112, 216-222 (1997). 9 S. J. Lim, S. Kwon, and H. Kim, Thin Solid Films 516, 1523-1528 (2008). 10 S. J. Lim, S. Kwon, and H. Kim, Thin Solid Films 516, 1523-1528 (2008). 11 A. Yamada, B. Sang, and M. Konagai, Applied Surface Science 112, 216-222 (1997). 12 K. D. Baosheng Sang, Akira Yamada and Makoto Konagai Japanese Journal of Applied Physics 37, pp. L206-L208 (1998). 13 M. K. Atsushi Tsukazaki, Akira Ohtomo, Takeyoshi Onuma, Keita Ohtani, Hideo Ohno, Shigefusa F. Chichibu and Masashi Kawasaki, Japanese Journal of Applied Physics 44, Blue Light-Emitting Diode Based on ZnO (2005). 14 X. Hao, J. Ma, D. Zhang, T. Yang, H. Ma, Y. Yang, C. Cheng, and J. Huang, Applied Surface Science 183, 137-142 (2001). 15 C. R. Gorla, N. W. Emanetoglu, S. Liang, W. E. Mayo, Y. Lu, M. Wraback, and H. Shen, Journal of Applied Physics 85, 2595-2602 (1999). 16 D. C. Look, D. C. Reynolds, C. W. Litton, R. L. Jones, D. B. Eason, and G. Cantwell, Applied Physics Letters 81, 1830-1832 (2002). 17 J. P. J. N. M. P. M. N. L. Niinisto M. Nieminen, physica status solidi (a) 201, 1443-1452 (2004). 18 J. Lim, K. Shin, H. W. Kim, and C. Lee, Materials Science and Engineering B 107, 301-304 (2004). 19 M Ritala and M. Leskela, 1 (2002). 20 T. A. M Ritala, M Leskela, J Skarp Materials Research Society Symposium Proceedings 426, 513 (1996). 21 A. P. Roth and D. F. Williams, Journal of Applied Physics 52, 6685 (1981). 22 A. B. S. Major, K.L. Chopra . Thin Solid Films 143, 19 (1986). 23 K. D. Baosheng Sang, Akira Yamada and Makoto Konagai Japanese Journal of Applied Physics 38, 4983-4988 (1999). 24 S.-H. Ko Park and Y. E. Lee, Journal of Materials Science 39, 2195-2197 (2004). 25 S.-H. Ko Park and Y. E. Lee, Journal of Materials Science 39, 2195-2197 (2004). 26 S.-H. Ko Park and Y. E. Lee, Journal of Materials Science 39, 2195-2197 (2004). 27 S.-H. Ko Park and Y. E. Lee, Journal of Materials Science 39, 2195-2197 (2004). 28 S.-H. Ko Park and Y. E. Lee, Journal of Materials Science 39, 2195-2197 (2004). 29 M. Digiulio, G. Micocci, R. Rella, P. Sicilaano, and A.Tepore, Thin Solid Films 148, 273 (1987). 30 D.Jiles, cha9, Chapman and Hall,chap9 (1994). 31 C. S. H. S.K.Kim, S.-H,K.Park,and S.J.Yun, Thin Solid Films 478, 103 (2005). 32 C.-S. H. Sang-Hee Ko Park, Ho-Sang Kwack, Jin-Hong Lee, and Hye Yong Chu, Electrochemical and Solid State 9, G299-G301 (2006). 33 S.-Y. Kuo, W.-C. Chen, F.-I. Lai, C.-P. Cheng, H.-C. Kuo, S.-C. Wang, and W.-F. Hsieh, Journal of Crystal Growth 287, 78-84 (2006). 34 J. Aranovich, A. Ortiz, and R. H. Bube, Journal of Vacuum Science and Technology 16, 994-1003 (1979). 35 R. Ayouchi, F. Martin, D. Leinen, and J. Ramos-Barrado, Journal of Crystal Growth 247, 497 (2003). 36 S. Yamauchi, Y. Goto, and T. Hariu, Journal of Crystal Growth 260, 1 (2003). 37 J. Wang, G. Du, Y. Zhang, B. Zhao, X. Yang, and D. Liu, Journal of Crystal Growth 263, 269-272 (2004). 38 W. Shan, W. Walukiewicz, J. W. Ager, Iii, K. M. Yu, H. B. Yuan, H. P. Xin, G. Cantwell, and J. J. Song, Applied Physics Letters 86, 191911-3 (2005). 39 F. Decremps, J. Pellicer-Porres, A. M. Saitta, J.-C. Chervin, and A. Polian, Physical Review B 65, 092101 (2002). 40 C. Klingshirn, R. Hauschild, J. Fallert, and H. Kalt, Physical Review B (Condensed Matter and Materials Physics) 75, 115203-9 (2007). 41 C. Klingshirn, R. Hauschild, J. Fallert, and H. Kalt, Physical Review B (Condensed Matter and Materials Physics) 75, 115203-9 (2007). 42 S. F. Yu, C. Yuen, S. P. Lau, W. I. Park, and G.-C. Yi, Applied Physics Letters 84, 3241-3243 (2004). 43 H. D. Li, S. F. Yu, A. P. Abiyasa, C. Yuen, S. P. Lau, H. Y. Yang, and E. S. P. Leong, Applied Physics Letters 86, 261111-3 (2005). 44 X. Hao, J. Ma, D. Zhang, T. Yang, H. Ma, Y. Yang, C. Cheng, and J. Huang, Applied Surface Science 183, 137-142 (2001). 45 X. Hao, J. Ma, D. Zhang, T. Yang, H. Ma, Y. Yang, C. Cheng, and J. Huang, Applied Surface Science 183, 137-142 (2001). | |
dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/40535 | - |
dc.description.abstract | 本文利用原子層沉積技術在玻璃基材上成長氧化鋅(ZnO)薄膜,探討其電性及光學性質。本論文分為三個不同主題,第一部份為氧化鋅作為透明導電膜之研究,結果顯示摻雜Al為2%的ZnO薄膜其最低電阻值為1.45×10-3Ω-cm,其穿透度約為74%以上,且此薄膜的光吸收邊界值為3.35eV,很接近ZnO的能隙3.37eV。此外我們發現利用ALD所製備的ZnO薄膜做為透明導電膜,最主要的機制是改善載子遷移率來降低其電阻率,這與其他的製程方法有效提高載子濃度是不同的。並觀察出傾向於( )方向成長且其晶粒形貌類似楔子狀之AZO薄膜比傾向往(0002)方向成長的ZnO薄膜其晶粒型貌類似柱狀,具有較高的電子遷移率(mobility)。
第二部份,我們主要研究如何利用ALD沉積高品質的ZnO薄膜於玻璃基材上。我們利用兩段式的成長方式成長ZnO薄膜,並藉由X-光繞射儀(X-ray diffraction, XRD)觀察得知其薄膜具有(0002)晶面擇優取向的晶體結構。並由光激發光頻譜(Photoluminescence, PL)的研究顯示,此薄膜關於defect的發光強度很低,主要發光波長是靠近ZnO能隙位置(near band gap)所發的紫外光,研究顯示我們已得到具有良好晶體品質的ZnO薄膜於玻璃基材上。 第三部份主要是將第二部份所得到的高品質ZnO薄膜做PL光學性質的量測,探討其發光性質。在變溫系統下的PL量測,觀測其LO(longitudinal optical)聲子與FX(free exciton)自由激子在不同溫度下互相作用的變化情形,另外我們發現在ZnO薄膜裡發生random rasing 的行為,其具有低的臨界強度值(threshold intensity)以產生受激輻射(stimulated emission)的現象,顯示使用ALD技術所成長的ZnO薄膜具有良好的光學品質。 | zh_TW |
dc.description.abstract | This thesis presents the investigation of the electrical and optical properties of the ZnO films deposited by atomic layer deposition (ALD) on the glass substrates. The thesis is divided into three topics. The first topic is the deposition of ZnO films as transparent conductive oxide (TCO). The Al-doped ZnO film with a low resistivity of 1.45×10-3Ω-cm was obtained and the average optical transmittances of the films is in excess of 74%.The decrease in the resistance of ZnO films by the Al doping is caused by the increase in the mobility (>200cm2/V-s),which may be attributed the the increase in the grain size with( )orientation as indicated in the X-ray diffraction(XRD) pattern.
The second topic is the preparation of high-quality ZnO films on the glass substrate using the ALD technique.We used two-step approach to grow ZnO films with high (0002) orientation indicated by the XRD measurement. The PL spectrum of ZnO exhibits a strong, near-band-edge UV emission at 379 nm with negligible defect-related bands. The buffer layer and the deposition temperature are important factors for the the growth of ZnO films with high optical quality. The third topic is the study of the optical properties of the high-quality ZnO thin films grown by ALD on the glass substrate. The exciton emission and their multiple-phonon replicas were observed in the low-temperature PL spectrum. The optically pumped stimulated emission with a low threshold intensity (51kW/cm2) was also observed at room temperature. The low-threshold stimulated emission indicates the ZnO film grown by the ALD technique on the glass substrate has a high optical quality. | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-14T16:50:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-97-R95527058-1.pdf: 2612351 bytes, checksum: 18260599adf7289e5afc0f9908d562e7 (MD5) Previous issue date: 2008 | en |
dc.description.tableofcontents | 口試委員會書…………………………………………………………………………
致謝 中文摘要…………………………………………………………………………………i 英文摘要………………………………………………………………………………...ii 第一章 前言…………………………………………………………………………...1 1.1 研究動機………………………………………………………………………..1 1.2 文獻回顧………………………………………………………………………..1 1.2.1 氧化鋅作為透明導電膜…………………………………………………….1 1.2.2 氧化鋅作為光電元件……………………………………………………….4 第二章 簡介…………………………………………………………………………...6 2.1 原子沉積技術…………………………………………………………………6 2.1.1 原子沉積技術之原理與特性.......................................................................6 2.1.2 原子沉積技術之製程因素………………………………………………...8 2.1.2.1氣體注入時間 (pulse time)…………………………………………….8 2.1.2.2 化學反應物流量 (precursor flux)…………………………………….9 2.1.2.3 抽氣時間 (purge time)………………………………………………10 2.1.2.4 成長速率與溫度的關係……………………………………………..10 2.1.3原子沉積技術設備之簡介………………………………………………..11 2.2 康寧玻璃1737介紹.........................................................................................13 第三章 氧化鋅作為透明導電膜之研究……………………………………………...14 3.1 實驗方法..........................................................................................................14 3.2 氧化鋅成長速率……………………………………………………………..15 3.3 沉積溫度對氧化鋅薄膜電性的影響………………………………………..16 3.4 摻雜鋁濃度變化對AZO薄膜電性之影響…………………………………17 3.4.1 摻雜鋁濃度變化對AZO薄膜光學性質之影響…………………………22 3.5 薄膜厚度對AZO薄膜光穿透度之影響…………………………………….24 3.5.1 薄膜後度對AZO薄膜光學性質之影響…………………………………27 3.6 結論…………………………………………………………………………..28 第四章 沉積高品質氧化鋅薄膜於玻璃基板之研究………………………………...29 4.1 實驗方法……………………………………………………………………..29 4.1.1 成長緩衝層之實驗流程………………………………………………….30 4.1.2 成長主要層之實驗流程………………………………………………….31 4.2 緩衝層的成長………………………………………………………………..32 4.2.1 沉積溫度對緩衝層的影響……………………………………………….32 4.2.2 緩衝層的退火溫度……………………………………………………….35 4.2.3 緩衝層的退火時間……………………………………………………….39 4.3 在緩衝層上成長主要層……………………………………………………..41 4.3.1 在ALD成長飽和溫度內成長主要層……………………………………41 4.3.2 在ALD成長飽和溫度外成長主要層……………………………………45 4.4 有無緩衝層下所成長的主要層之比較……………………………………..48 4.5 結論…………………………………………………………………………..52 第五章 高品質ZnO薄膜發光性質之研究………………………………………..…53 5.1 實驗流程……………………………………………………………………..53 5.2 ZnO薄膜變溫光譜之研究…………………………………………………54 5.3 ZnO薄膜受激放射之研……………………………………………………57 5.4 結論…………………………………………………………………………..61 第六章 總結…………………………………………………………………………...62 參考文獻……………………………………………………………………………….64 圖目錄 圖1-1利用rf sputtering法沉積ZnO薄膜於玻璃基材上之電性...................................3 圖1-2利用ALD技術沉積ZnO薄膜於玻璃基材上之電性…………………………….3 圖2-1 ALD反應過程………………………………………………………………….7 圖2-2 成長速率與注入時間的關係…………………………………………………...9 圖2-3 薄膜成長速率與成長溫度的關係…………………………………………….11 圖2-4 ALD設備示意圖……………………………………………………………...12 圖3-1 成長以ZnO為TCO薄膜之實驗流程…………………………………………14 圖3-2 ZnO成長速率與溫度的關係…………………………………………………15 圖3-3 不同溫度下ZnO薄膜電性之影響…………………………………………….16 圖3-4 摻雜不同含量的Al對ZnO薄膜電性之影響…………………………………17 圖3-5 未摻雜與有摻雜2%Al的ZnO薄膜的XRD圖譜…………………………...18 圖3-6 不同摻雜Al含量的ZnO之XRD圖譜...............................................................19 圖3-7 未摻雜與有摻雜Al的ZnO薄膜的表面型態。(a)為AZO薄膜,(b)為ZnO 薄膜…………………………………………………………………………...20 圖3-8 不同結晶方向的ZnO薄膜其XRD圖與SEM圖……………………………21 圖3-9 玻璃基材上成長未摻雜及有摻雜Al的ZnO薄膜之光穿透度……………..22 圖3-10 不同Al含量的ZnO薄膜其α2 vs hν的關係圖……………………………...23 圖3-11 不同膜厚下對AZO薄膜電性之影響………………………………………24圖3-12 不同膜厚度下的AZO薄膜XRD圖譜……………………………………….25 圖3-13 不同膜厚的AZO薄膜其表面型態。圖(a)500 cycles的ZnO,圖(b)500 cycles 的AZO,圖(c)2500 cycles的AZO………………………………………….26 圖3-14 不同膜厚的AZO對光穿透度的影響………………………………………..27 圖3-15 不同膜厚的AZO薄膜其α2 vs hν的關係圖…………………………………28 圖4-1 製備高品質ZnO薄膜於玻璃基材上之結構圖……………………………….29 圖4-2 成長適當ZnO緩衝層於玻璃基材上之實驗流程…………………………….30 圖4-3 成長主要層ZnO於緩衝層之實驗流程……………………………………….31圖4-4不同溫度下成長的的ZnO薄膜之XRD圖譜………………………………..33 圖4-5 ZnO薄膜於不同溫度下其表面形態的變化。(a) 125℃下成長ZnO,(b)175 ℃下成長ZnO,(c)250℃下成長ZnO,(d)300℃下成長ZnO薄膜之表面型 貌.......................................................................................................................34 圖4-6 緩衝層於不同溫度下退火之XRD圖譜………………………………………35 圖4-7 不同溫度下退火的緩衝層其半高寬值變化………………………………….36 圖4-8 ZnO緩衝層於不同退火溫度下其表面形態的變化。(a) 於500℃下退火,(b) 於600℃下退火,(c)於 800℃下退火之表面形貌………………….……….37 圖4-9 康寧玻璃的PL發光圖譜………………………………………………………38 圖4-10 比較ZnO緩衝層與玻璃基材在不同退火溫度下PL頻譜的變化………….39 圖4-11 緩衝層在800℃以不同時間退火之XRD的半高寬變化…………..………40 圖4-12 緩衝層於800℃下不同退火時間之PL圖譜………………………………..40 圖4-13 緩衝層與在其上面成長主要層之XRD圖譜。(a)ZnO緩衝層,(b)在緩衝層 上於150℃下成長主要層,(c)在緩衝層上於150℃下成長主要層,之後再 經由退火處理………………………………………………..…...………..…42 圖4-14 緩衝層與在其上面成長主要層之表面型態。(a)ZnO緩衝層,(b)在緩衝層 上於150℃下成長主要層,(c)在緩衝層上於150℃下成長主要層之後再經 由退火處理…………………………………………………………………...43 圖4-15 緩衝層與其上面成長主要層之PL圖譜。(a)ZnO緩衝層,(b)在緩衝層上 於150℃下成長主要層,(c)在緩衝層上於150℃下成長主要層,之後再經 過退火處理…………………………………………………………………...44 圖4-16 緩衝層與其上面成長主要層之XRD圖譜。(a)ZnO緩衝層,(b)在緩衝層上 於300℃下成長主要層,(c)在緩衝層上於150℃下成長主要層,之後在經 過退火處理…………………………………………………………………...45 圖4-17 緩衝層與其上面成長主要層之表面型態。(a)ZnO緩衝層,(b)在緩衝層上 於300℃下成長主要層,(c)在緩衝層上於150℃下成長主要層,之後在經 過退火處理………………………………………………………………...…46 圖4-18 緩衝層與其上面成長主要層之PL圖譜。(a)ZnO緩衝層,(b)在緩衝層上於 300℃下成長主要層,(c)在緩衝層上於300℃下成長主要層,之後在經過退 火處理……………………………………………………………………...…47 圖4-19 有無緩衝層的ZnO薄膜之XRD圖譜。(a)沒有成長緩衝層而直接成長主要 層的ZnO薄膜,(b)成長緩衝層後在150℃下成長1000 cycles的ZnO主要 層,(c)成長緩衝層後在300℃下成長1000 cycles的ZnO主要層………..…48 圖4-20 有無緩衝層的ZnO薄膜之表面型態。(a)沒有成長緩衝層而直接成長主要 層的ZnO薄膜,(b)成長緩衝層後在150℃下成長1000 cycles的ZnO主要 層,(c) 成長緩衝層後在300℃下成長1000 cycles的ZnO主要…………....50 圖4-21 有無緩衝層的ZnO薄膜之PL圖譜。(a)沒有成長緩衝層而直接成長主要 層的ZnO薄膜,(b)成長緩衝層後在150℃下成長1000 cycles的ZnO主要 層,(c) 成長緩衝層後在300℃下成長1000 cycles的ZnO主要層…………51 圖5-1 PL光路架構圖..................................................................................................54 圖5-2 ZnO薄膜在14K下顯示的低溫PL圖譜…………………………………….55 圖5-3 ZnO薄膜於14K~100K的PL圖譜…………………………………………...56 圖5-4 ZnO薄膜於100K~300K所作的變溫PL圖譜……………………………...57 圖5-5 在不同激發強度下,ZnO薄膜PL圖譜之變化……………………………...59 圖5-6 PL頻譜的積分強度值對激發強度之關係圖………………………………..59 圖5-7 形成光子封閉路徑之示意圖………………………………………………….60 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | 利用原子層沉積技術成長氧化鋅薄膜於玻璃基材上之研究 | zh_TW |
dc.title | Study of Zinc Oxide Thin Films Deposited on the Glass Substrate by Atomic Layer Deposition | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 96-2 | |
dc.description.degree | 碩士 | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 楊哲人(Jer-Ren Yang),黃建璋(JianJang Huang),何志浩(Jr Hau He),鄭永楨(Yung-Chen Cheng) | |
dc.subject.keyword | 原子層沉積技術,氧化鋅,透明導電膜,受激輻射, | zh_TW |
dc.subject.keyword | atomic layer deposition,ZnO,transparent conductive oxide,stimulated emission, | en |
dc.relation.page | 66 | |
dc.rights.note | 有償授權 | |
dc.date.accepted | 2008-07-31 | |
dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 材料科學與工程學研究所 | zh_TW |
顯示於系所單位: | 材料科學與工程學系 |
文件中的檔案:
檔案 | 大小 | 格式 | |
---|---|---|---|
ntu-97-1.pdf 目前未授權公開取用 | 2.55 MB | Adobe PDF |
系統中的文件,除了特別指名其著作權條款之外,均受到著作權保護,並且保留所有的權利。