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研究生： 曾耀東
Yao-Dong Tzeng
論文名稱： 利用X光反射率法分析超薄白金薄膜的表面形貌及其做為透明導電膜的研究
Study the Morphology and Physical Properties of Ultra-thin Platinum Films as a Transparent Conductive Film by X-Ray Reflectivity
指導教授： 李志浩
Chih-Hao Lee
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 65
中文關鍵詞： X光 、反射率法 、粗糙度 、表面 、白金 、鉑
外文關鍵詞： X -ray, reflectivity, roughness, surface, platinum film, platinum film
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    • 本論文針對蒸鍍在玻璃基板的超薄鉑薄膜進行微結構及光電性質的分析，以了解超薄鉑薄膜做為透明導電膜的條件，薄膜的製備是以電子槍系統蒸鍍鉑薄膜，而沈積在玻璃基板上，由使用反射率法的Kiessig 曲線得到薄膜的密度、厚度、表面及介面粗糙度的各項參數，再輔以透光性質、導電性質及薄膜生成連續性等情況來做分析。
    實驗結果顯示與玻璃基板不互溶的鉑薄膜，在白金薄膜表面粗糙度部分，隨著厚度的增加，表面的粗糙度也有跟著增加的趨勢，在厚度3-120nm部分，以反射率法擬合粗糙度後得到的成長指數β=0.48 (正負0.06)，較為接近隨機成長β=0.5的模型，而薄膜的密度則平均為塊材的91.1%，由TCR實驗及反射率在粗糙度擬合的結果得出，此薄膜系統的連續性生成厚度應在3-4 nm之間，考慮到一般工業上透明導電膜的應用，厚度2-4 nm之間的超薄鉑薄膜其平坦度良好，其表面粗糙度在0.5 nm以下，再一併考量其導電度與可見光透光度後，亦較其他厚度理想，可作為工業上在透明電極或電洞注入層等元件在使用及改進時的參考。

    第一章 緒論..........................................9 第二章 理論背景..................................... 13 2-1 薄膜成長........................................ 13 2-1-1 薄膜成長及電性理論............................ 13 2-1-2 電子束蒸鍍.................................... 19 2-2 X光反射率理論................................... 22 2-3 薄膜的尺度效應................................... 27 第三章 樣品製備與實驗架構........................... 32 3-1 樣本製備........................................ 32 3-2 實驗流程........................................ 34 3-3 真空蒸鍍系統.................................... 35 3-4 分析儀器......................................... 39 3-4-1 X光光源....................................... 39 3-4-2 原子力顯微鏡.................................. 40 3-4-3 X光繞射實驗................................... 41 3-4-4 可見光光譜議.................................. 42 3-4-5 四點探針實驗.................................. 42 3-4-6 溫度電阻係數實驗.............................. 46 第四章 實驗結果與討論............................... 47 4-1 反射率法及原子力顯微鏡對薄膜表面形貌分析........ 47 4-2 X光繞射分析晶體結構............................. 56 4-3 薄膜電性與光性之分析............................ 57 4-4 溫度電阻係數之分析.............................. 61 第五章 結論......................................... 63 參考文獻 -------- 表 目 錄 表 2-1 : 三種不同模型的方程式以及參數 表 4-1 : 玻璃基板上不同厚度白金膜以反射率曲線擬合的所得結果 表 4-2 : 玻璃基板上蒸鍍不同白金薄膜厚度，其厚度與導電性及透光性對應表 -------- 圖 目 錄 圖 2-1 : 三種薄膜成長示意圖 圖 2-2 : 蒸鍍用腔體內部裝置示意圖 圖 2-3 : 蒸氣分子角度與蒸鍍量之關係圖 圖 2-4 : X光反射及折射示意圖 圖 2-5 : 理想表面與粗糙表的X光反射率理論圖 圖 2-6 : 三種模型的模擬結果(A)隨機沉積模型，(B)為表面鬆弛的隨機成長模型，(C)為彈道的沉積模型 圖 3-1 : 真空蒸鍍系統符號示意圖 圖 3-2 : 四點探針示意圖 圖 4-1 : 玻璃基板上成長不同厚度白金薄膜之反射率 圖 4-2 : 薄膜表面與介面粗糙度對厚度之關係圖 圖 4-3 : 擬合白金之粗糙度對厚度變化之對數-對數座標圖 圖 4-4 : 以 Parratt 程式對厚度3 nm及7 nm白金薄膜之反射率擬合情形 圖 4-5 : (a)上圖為利用AFM為厚度7 nm的鉑薄膜所完成之圖 (b)下圖為厚度1 nm 圖 4-6 : 玻璃基板上白金薄膜之X光繞射圖譜 圖 4-7 : 白金薄膜厚度對片電阻及透光度雙Y軸圖 圖 4-8 : 相同蒸鍍條件，不同厚度的鉑薄膜透光率變化情況 圖 4-9 : 白金薄膜厚度對電阻率關係圖 圖 4-10 : 溫度電阻係數(TCR)對白金薄膜厚度關係圖

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