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研究生: 莊錦惠
Chuang Chin Hui
論文名稱: 過渡金屬氧化物之MOCVD系統設計與薄膜成長
Growth of rare earth oxides thin film by metal organic chemical vapor deposition
指導教授: 甘炯耀
Gan Jon Yiew  
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: 2000
畢業學年度: 88
語文別: 中文
論文頁數: 41
中文關鍵詞: 有機金屬化學沉積二氧化鈰
外文關鍵詞: MOCVD, CeO2
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  • CeO2 ( 二氧化鈰 ) 可應用於超導元件中YBCO ( yttrium barium copper oxide, 釔鋇銅氧 ) 和Sapphire ( 藍寶石, α-Al2O3 ) 間之緩衝層,與SOI ( silicon on insulator, 絕緣矽晶薄膜基板 ) 元件中之絕緣層。同時也有文獻報導可藉由摻雜金屬元素調整CeO2之晶格常數與改善薄膜之結晶性。在本研究中,我們利用自己組裝的MOCVD ( metal organic chemical vapor deposition, 有機金屬化學蒸鍍 ) 設備來成長CeO2與CeO2:La薄膜,前驅物為Ce(tmhd)4與La(tmhd)3。鍍膜主要調整參數有前驅物的溫度、基板溫度、載入氣體 ( carrier gas ) 流量及製程壓力。實驗結果顯示晶格常數隨La添加量增加而增加。且添加La ( 鑭 ) 之後CeO2薄膜的優選方向為 [ 200 ],使得結晶性更好了。經高溫退火後,不但薄膜的結晶性變得更好也可繼續成長介於CeO2:La薄膜與矽晶圓間之自然氧化層 ( native oxide ) 厚度。


    The metal organic chemical vapor deposition ( MOCVD ) of several cerium-based oxides has been studied in order to prepare buffer layers tailored to the epitaxial growth of oxide. Due to the similarity of the crystal structure and the lattice constant of CeO2 to those of Si, there have been many attempts to grow single crystal epitaxial layers of CeO2 on Si substrate in order to realized a silicon-on-insulation ( SOI ) structure by deposition methods. It has been shown that ceria-based oxide film with a sufficiently wide variation of lattice constant could be prepared. Transmission electron microscopy (TEM) diffraction revealed that the deposited CeO2 : La thin film had a column texture of polycrystal structure. The crystallinity and orientation were characterized by X-Ray diffraction (XRD). The film was polycrystalline and preferentially orientated to the <100> direction. Annealing at 1000℃ in O2 atmosphere for 30 min. increased the thickness of SiO2 between CeO2 : La thin film and Si substrate.

    目錄 摘要 目錄 圖目錄 表目錄 第一章 緒論 1 第二章 文獻回顧 4 2.1 CeO2薄膜的特性與成長方法 4 2.2 摻雜金屬元素對CeO2薄膜之影響 5 第三章 MOCVD系統設計 8 3.1 溫控器 9 3.2石英製腔體 15 3.3 真空系統 17 3.4 End Cap 18 第四章 實驗步驟與分析儀器 19 4.1 清洗步驟 19 4.2 鍍膜 18 4.3 量測儀器簡介 20 4.3.1 X 光粉末繞射儀 20 4.3.2 穿透式電子顯微鏡 20 4.3.3 掃描式原子探測顯微鏡 21 4.3.4 二次離子質譜儀 22 4.3.5 化學分析電子儀 22 4.3.6 熱重量分析儀 23 3.4.7 感應耦合電漿質譜分析儀 23 第五章 結果與討論 24 5.1 前驅物的選擇與處理 24 5.2 利用XRD分析薄膜結晶狀況 27 5.3 摻雜La對CeO2薄膜之結晶性質與微結構分析 30 5.3.1 XRD分析 30 5.3.2 TEM微結構分析 31 5.3.3 表面粗糙度-SPM分析 33 5.4 摻雜La對CeO2薄膜之成分分析 35 5.4.1 SIMS分析 35 5.4.2 ESCA分析 36 5.4.3 ICP-MS分析 37 第六章結論 39 參考文獻 40 圖目錄 圖2.1 不同基板、不同氧化物之晶格常數對溫度的關係圖 7 圖3.1 MOCVD系統設計圖 8 圖3.2 MOCVD系統 9 圖3.3 溫控器FP-21操作流程 11 圖3.4 熱電耦與基板的相關位置 10 圖3.5 緩衝層與樣品架之設計 16 圖3.6 試片之40倍光學顯微鏡照片(未設置緩衝層) 16 圖3.7 退火爐之樣品架設計 17 圖3.8 End Cap之設計 18 圖5.1 (a) Ce(tmhd)4熱重量分析 25 圖5.1 (b) La(tmhd)3熱重量分析 25 圖5.2 End Cap之設計 26 圖5.3 不同基板溫度之XRD譜圖 28 圖5.4 基板溫度700℃時,CeO2與CeO2:La薄膜之 XRD譜圖的比較 28 圖5.5 基板溫度550℃時,CeO2與CeO2:La薄膜之 XRD譜圖的比較 29 圖5.6 CeO2:La薄膜退火前退火後之XRD譜圖比較 31 圖5.7 TEM繞射圖 32 圖5.8 TEM 照片( Dark Field ) 32 圖5.9 TEM 照片( Bright Field ) 33 圖5.10(a) SPM表面粗糙度照片 34 圖5.10(b) SPM表面粗糙度照片 34 圖5.11 經1000℃ 30分鐘退火後CeO2:La薄膜之SIMS譜圖 35 圖5.12 CeO2:La薄膜之ESCA能譜 36 圖5.13 CeO2:La薄膜中各元素之相對原子濃度對濺鍍時間圖 37

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