氧化鋅氧化錫系非晶透明導電薄膜｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	王清輝 Wang, Chin-Hui
論文名稱：	氧化鋅氧化錫系非晶透明導電薄膜
指導教授：	吳振名 Wu, Jenn-Ming
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2009
畢業學年度：	97
語文別：	中文
論文頁數：	98
中文關鍵詞：	透明、導電、氧化鋅、氧化錫
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近年來隨著光電產業發展，透明導電氧化物薄膜被廣泛的研究及使用，目前多使用的材料就是ITO，但由於氧化銦的短缺以及平面顯示器與太陽能電池產業的大量需求，急需發展出替代之材料。此外，由於OLED與大面積平面顯示器的需求下，非晶(amorphous)的TCO也逐漸受到重視，但基本上使用的材料還是ITO及其化合物；故在a-TCO的部分也急需發展出替代之材料。
在許多被研究的材料中，ZTO是十分有希望的候選材料，首先是因為ZnO與SnO2較In2O3便宜許多；其次是ZTO薄膜同時擁有ZnO在還原氣氛下十分穩定與SnO2在氧化氣氛下穩定和抗酸耐鹼的特性，這與ITO所缺乏的。而且這兩種材料沒有毒性在地球上純量豐富。但目前ZTO薄膜最大的問題就是導電性質較差，與含有In2O3的材料相比電阻率多了1-2數量級，因此有研究想藉由常用的摻雜方式來改善，但成效不彰且機制尚不明瞭。故本實驗想藉由氫離子與鈮離子的摻雜，來達到降低電阻率的目的。
本實驗採用射頻磁控濺鍍法(rf-sputtering)在玻璃基板鍍上a-ZTO薄膜，並藉由兩階段的退火熱處理使電阻率下降至約8 x10-3 Ωcm。並且試著以氫摻雜與鈮摻雜的方式來提升導電性質：摻雜氫的方式是利用在濺鍍氣體中加入氫氣，然而目前尚無法成功使薄膜電阻下降，且因為加入氫氣所薄膜品質較差，導電性質反而來的差；但仍可利用兩階段退火使電阻率下降到約8x10-3 Ωcm，穿透率也在85%以上。另外也以嘗試鈮摻雜，但摻雜鈮的效果反而使電阻率上升至約5 x10-2 Ωcm，與其他研究的結果類似。未來也可嘗試不同的摻雜，希望可以使得導電性質再提升，使得ZTO有機會成為新一代的a-TCO薄膜。

摘要    II
表目錄    V
圖目錄    VI
Chapter 1 前言    1
1-1 透明導電薄膜簡介    1
1-2 實驗動機    2
Chapter 2 文獻回顧    4
2-1 transparent conducting oxide, TCO    4
2-1-1 TCO的導電機制    5
2-1-2 TCO的光學性質    6
2-1-3 TCO的種類    7
2-1-4 TCO的製備18    8
2-2 amorphous TCO (a-TCO)    9
2-2-1 Ionic amorphous oxide semiconductor, IAOS    10
2-2-2 a-TCO的種類    11
2-3 ZnO-SnO2, ZTO thin film    12
2-3-1 ZTO的結構與性質    12
2-3-2 ZTO thin film的研究成果    12
Chapter 3 實驗方法與步驟    19
3-1 製作靶材    19
3-2 製備基板    20
3-3 鍍製薄膜    20
3-3-1 鍍製薄膜    20
3-3-2 退火處理    20
3-4 材料分析與性質量測    21
3-4-1 X-ray繞射儀 (XRD)    21
3-4-2 掃描式電子顯微鏡 (SEM)    21
3-4-3 原子力顯微鏡 (AFM)    21
3-4-4 霍爾效應量測系統 (Hall effect measurement system)    21
3-4-5 紫外光-可見光光譜儀 (UV-vis Spectrophotometer)    22
3-4-6化學分析電子能譜儀 (Electron Spectroscopy Chemical Analysis, ESCA)    22
Chapter 4 實驗結果與討論    26
4-1    評估主要製程參數    26
4-1-1 工作壓力之影響    27
4-1-2 射頻功率之影響    29
4-1-3 總結    31
4-1-4 後續熱處理    31
4-2    鍍製各種比例的氧化鋅錫薄膜    31
4-2-1 初鍍膜    32
4-2-2 還原氣氛退火    33
4-2-3 不同的退火熱處理    35
4-2-4 結論    40
Chapter 5 摻雜的a-ZTO薄膜    72
5-1 氫摻雜(H-doped)的a-ZTO薄膜    72
5-1-1 濺鍍參數的影響    72
5-1-2 退火熱處理    76
5-2 鈮摻雜(Nb-doped)的a-ZTO薄膜    78
5-2-1 薄膜厚度    78
5-2-2 成分分析    79
5-2-3 結構分析與表面分析    79
5-2-4 電性分析    79
5-2-5 光學性質    80
5-2-6 結論    80
Chapter 6 結論    94
Reference    95

                                

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