基板温度对磁控溅镀法制备氧化锌薄膜特性影响之研究.pdfVIP

基板溫度對磁控濺鍍法製備氧化鋅薄膜特性影響之研究 白世南 林鴻達 建國科技大學電子工程系暨研究所 (NSC 96-2221-E-270 -003) 摘要 本研究利用射頻磁控濺鍍法在康寧玻璃基板上成長氧化鋅薄膜 ，藉由改變基板溫度 ，探討其對鋁摻雜氧化 鋅薄膜微結構、電學及光學性質之影響 。並利用場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM)觀察薄膜的表面形態及成長 速度 、高解析度 X 光繞射儀(HRXRD)探討其微觀結晶構造與結晶方向 、紫外光可見光光譜儀/ (UV-VIS)分析透 光率、以及四點探針量測薄膜電阻係數等特性。經由量測與分析結果發現 ，提高濺鍍時的 基板溫度 ，薄膜晶粒 有明顯變小的趨勢 ，因而使薄膜表面顯得較為 平坦。此外 ，實驗中也發現 薄膜成長速率隨著基板溫度的增加而 減小 ，光穿透率與電阻率特性亦受基板溫度的影響。 關鍵詞 ：氧化鋅薄膜 、射頻磁控濺鍍法 、基板溫度 1.前言 性 ，在鍍膜前 ，先將基板放入裝有丙酮的燒杯中，以 超音波震盪器清洗10分鐘，再以去離子水去除基板表 氧化鋅是一種重要且用途相當廣泛的 Ⅱ-Ⅵ族多 面之有機溶液 。實驗中所採用的濺鍍源為直徑 3英吋 功能氧化物半導體材料 ，具有高的熔點(1975℃)和熱 圓形的 ZnO靶材 (純度99.99%)混合4wt.%的 Al O (純度 2 3 穩定性 。在室溫下具有較寬的直接能隙(3.37eV)與高 99.99%) 。將清洗後的基板置入濺鍍腔體內 ，以機械 的激子結合能 (60meV) ，此一高的激子結合能為氮化 幫浦對濺鍍室進行粗抽 ，再用渦輪幫浦細抽至 -6 鎵(GaN)的 2.4倍 ，因此在室溫下的發光效率頗佳 ，可 8×10 Torr ，之後再通入總流量為10 sccm的氬氣與氧 以作為短波長發光元件或是應用在紫外光雷射。此 氣之混合氣體 ，並保持腔體內之壓力為2.5 mTorr ，基 外 ，氧化鋅薄膜具有顯著的 軸優選成長取向及透明c 板溫度範圍為30至350C 。濺鍍功率與薄膜沉積時間 性，同時具有優異的壓電及壓光效應 ，再加上氧化鋅 分別為80 瓦及60分鐘。 薄膜的表面織構化或坑洞化的表面型態對於光學元 氧化鋅薄膜的特性分析 ，以場發射掃描式電子顯 件有強化陷光(enhanced light trapping)的特性 因此氧， 微鏡 (FE-SEM)觀察薄膜的表面形態及成長速率 、高解 化鋅被應用於許多不同的領域 ，例如透明電極 、太陽 析度X 光繞射儀(HRXRD)探討其微觀結晶構造與結晶 能電池 、氣體感測元件 、表面聲波元件、和壓電元件 方向、紫外光可見光光譜儀/ (UV-VIS)分析透光率、以 等。近幾年來 ，有許多製備氧化鋅薄膜的方法被開發 及四點探針量測薄膜電阻係數等特性。藉由改變基板 出來，包括化學氣相沉積法 (CVD)[1] 、氣液固沈積法 溫度 ，探討其對鋁摻雜氧化鋅 薄膜之微結構、電學 、 (VLS)[2] 、溶膠-凝膠法(Sol-Gel)[3] 、射頻磁控濺渡法(RF 及 光學性質的影響。 Magnetron Sputtering)[4~6] 等 。與其他的製備方法比 較 ，射頻磁控濺渡法具有許多優點 ，包括製程參數容 3.結果與討論 易精確控制 、薄膜物理性質均勻、可以製作在大面積   鍍膜製程上 、不會造成