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研究生: 劉育光
Yu-Kuang Liu
論文名稱: 掃描探針顯微儀在決定氮化物半導體表面電位之應用
Determination of Surface Potential of Group-III Nitride Semiconductors Using Scanning Probe Microscopy
指導教授: 果尚志
S. Gwo
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 奈米工程與微系統研究所
Institute of NanoEngineering and MicroSystems
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 70
中文關鍵詞: 表面電位氮化物
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  • 我們將實驗焦點放在利用表面電位顯微儀分析表面電子結構。不論應用在哪一方面,製成的元件一定要與外界連接,此時表面費米能階(Fermi level)的位置,對於接觸時為歐姆接觸(Ohmic contact)或蕭特基接觸(Schottky contact)有關鍵性的影響,而表面電位顯微儀可測得樣品費米能階的位置。
    對於三族氮化物中的氮化鎵與氮化銦,氮化鎵的寬能隙、良導熱性、高崩潰電壓、穩定的化性,使得氮化鎵成為適合高溫、高頻、高功率的電子元件。亦有機會做為可見光與紫外光的發射與接收器。氮化銦載子有小的等效質量,導致氮化銦具有高遷移率( mobility)、高漂移速度(drift velocity) ,適合高頻、高功率的電子元件。隨著電晶體尺寸的縮小,材料表面的特性日趨重要,但氮化銦表面電子累積,使得氮化銦元件在接觸上產生問題,發光特性亦受影響,且氮化銦本質的特性亦被表面電子累積所遮蔽。我們將藉由表面處理的方式(丙酮、酒精與去離子水依序振洗,之後用氮氣吹乾表面在使用10%氫氯酸與加熱致約220℃在以10分鐘約10℃的退火方式降至室溫)減輕表面電子累積所造成的影響。我們亦獲得三種極性氮化銦在大氣中被氧化的快慢與金屬極性氮化銦對熱的耐受溫度。由光電子能譜儀的數據與參考理論的計算,可得推估三種極性氮化銦表面能帶偏折的量,配合表面電位顯微儀與光電子能譜儀,我們獲得三種極性氮化銦電子親合力(electron affinity)的大小。最後我們對表面電位顯微儀的系統誤差做了一些討論。


    目錄 第一章 緒論 第一節 研究目的…………………………………………1 第二節 文獻探討 1. 半導體能帶簡介……………………………………………2 2. 三族氮化物材料簡介………………………………………4 3. 表面能帶偏折簡介…………………………………………7 第二章 研究方法 第一節 儀器裝置 1. 原子力顯微儀………………………………………………9 2. 光電子能譜儀………………………………………………14 第二節 量測原理 1. 表面電位顯微術原理………………………………………15 2. 光電子能譜簡介……………………………………………21 第三章 實驗結果與討論 第一節 系統測試 1. 實驗條件……………………………………………………24 2. 系統原點校正………………………………………………25 3. 探針的損耗…………………………………………………25 4. 表面電位轉換成為費米能階………………………………27 5. 接面結構的影響……………………………………………27 6. 改變探針與樣品距離………………………………………28 7. 樣品所需厚度的討論………………………………………29 第二節 氮化鎵表面電位的量測 1. 高真空與低真空氮化鎵的表面電位………………………32 2. 氯化氫對氮化鎵表面電位的影響…………………………34 3. 加熱對氯化氫處理後之氮化鎵表面電位的影響…………37 4. 實驗討論與文獻比較………………………………………39 第三節 氮化銦表面電位的量測 1. 高真空與低真空氮化銦的表面電位………………………41 2. 標準清洗下氮化銦表面能帶偏折量………………………43 3. 標準清洗下氮化銦表面電子親合力量測…………………44 4. 加熱對氯化氫處理後之氮化銦表面電位的影響…………46 第四節 非極性截面氮化銦與氮化鎵的表面電位………53 第五節 系統誤差的討論…………………………………56 第四章 總結…………………………………………………64 參考文獻………………………………………………………65 附錄1…………………………………………………………67 附錄2…………………………………………………………68

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