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研究生： 劉嘉蓉
Liu, Chia-Rong
論文名稱： 三族氮化物奈米柱異質接面陣列之成長與電子特性研究
Study of III-Nitride heterojunction nanorod array: growth and electronic properties
指導教授： 果尚志
Gwo, S.
口試委員: 唐述中
安惠榮
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年： 2011
畢業學年度： 99
語文別： 中文
論文頁數： 87
中文關鍵詞： 異質接面磊晶 、光電子顯微/能譜技術 、奈米柱 、烏采結構 、極化場 、本質能帶結構
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    • 本篇論文的研究主題為決定三族氮化物異質接面之本質能帶排列，排除自發極化場與壓電極化場之影響，使用同步幅射光電子顯微/能譜技術，決定出三族氮化物異質接面之本質價帶能差(ΔEv)和能帶結構。
    利用電漿輔助式分子束磊晶系統(PA-MBE)成長出烏采結構之三族氮化物半導體之異質接面磊晶-氮化銦/氮化鎵/氮化鋁奈米柱陣列，使用光電子顯微/能譜術(SPEM/S)對其作截面微區探測，量測沿c軸垂直對齊的異質接面奈米柱陣列之劈裂面，幾何上為非極性面，故可排除自發極化場之影響；且經X光繞射分析(XRD)可知三族氮化物因低維度之關係能良好地釋放應力，異質接面奈米柱陣列近乎於無應力，排除了壓電極化場的影響。綜合兩者之結果，我們量測可得三族氮化物半導體之異質接面的本質價帶能差(ΔEv) 與本質能帶結構，氮化銦/氮化鎵、氮化鎵/氮化鋁和氮化銦/氮化鋁之異質接面價帶能差(ΔEv)分別為0.8狰0.1 eV、0.6狰0.1 eV 和1.4狰0.1 eV，吻合先前對三族氮化物異質接面薄膜的量測結果，並且遵守傳遞規則，此三族氮化物異質接面屬type-I異質接面。
    此外，我們同時成長出三族氮化物奈米柱陣列，使用光電子能譜術(PES)確認其核帶到價帶之束縛能差值，對照已知的三族氮化物薄膜，證實核帶到價帶差值(ECL-EV)為一本質常數，使得我們對三族氮化物異質接面奈米柱陣列之本質價帶能差(ΔEv)的量測結果更具可信度。

    目錄 第一章、背景簡介 1.1 序言 1 1.2文獻回顧 3 1.2.1極化場影響之異質接面不對稱性 3 1.2.2 三族氮化物奈米柱陣列的成長 6 1.2.3 HCl濕化學之清理方式 8 1.2.4截面微區方式探測介面能帶結構 9 1.3 論文簡介 14 第二章、儀器介紹與原理 2.1電漿式輔助式分子束磊晶系統 (PA-MBE) 16 2.1.1分子束磊晶 16 2.1.2系統介紹 18 2.1.3成長機制 21 2.1.4反射式高能量電子繞射 (RHEED) 24 2.2同步輻射光源 29 2.2.1同步幅射光源介紹 29 2.2.1.1簡介 29 2.2.1.2同步輻射設備 30 2.2.1.3 同步輻射光的特性 32 2.2.1.4 同步輻射的研究與應用 33 2.2.2 X光繞射術 34 2.2.2.1 簡介 34 2.2.2.2 X光繞射分析原理 35 2.2.2.3 X光繞射儀器原理 36 2.2.3光電子顯微術/能譜技術 37 2.2.3.1簡介 37 2.2.3.2基本原理 37 2.2.3.3 X光光電子能譜術 (XPS) 40 2.2.3.4掃瞄式光電子能譜顯微術 (SPEM) 41 第三章、三族氮化物奈米柱 3.1 低維度三族氮化物之成長介紹與晶體結構 43 3.1.1 三族氮化物之成長介紹 43 3.1.2 三族氮化物之晶體結構 44 3.2 基板選擇與清潔 45 3.2.1 基板的選擇 45 3.2.2 矽基板的清潔 46 3.3 奈米柱之成長與表面形貌 47 3.3.1 成長氮化鋁奈米柱 47 3.3.2 成長氮化銦奈米柱 48 3.3.3 成長氮化銦奈米柱 49 3.3.4 成長氮化銦/氮化鎵/氮化鋁奈米柱 51 第四章、X光繞射分析 4.1 氮化鋁奈米柱 54 4.2 氮化銦奈米柱 55 4.3 氮化鎵奈米柱 56 4.4 氮化銦/氮化鎵/氮化鋁奈米柱 58 第五章、光電子顯微/能譜分析 5.1 樣品清洗 61 5.2 低維度三族氮化物能帶差值分析 62 5.2.1 奈米柱清洗與未清洗表面分析 63 5.2.2 低維度與二維薄膜之分析 65 5.2.3 不同表面直徑大小之奈米柱與薄膜 67 5.2.4 結果整理 70 5.3 氮化銦/氮化鎵/氮化鋁奈米柱異質介面分析 71 5.3.1 光電子顯微分析 72 5.3.2 異質介面光電子能譜 73 5.3.3 氮化銦/氮化鎵/氮化鋁能帶排列 74 5.3.4 結果分析 75 5.4 文獻比較 76 第六章、總論 78 Reference 80

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