半導體pn接面之光電子顯微術研究｜國立清華大學博碩士論文庫

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表

研究生：	蔡佩恬 Tsai, Pei-Tien
論文名稱：	半導體pn接面之光電子顯微術研究 Semiconductor p-n junction investigated by Scanning Photoelectron Microscopy
指導教授：	果尚志 Gwo, S.
口試委員:
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：	2009
畢業學年度：	97
語文別：	中文
論文頁數：	78
中文關鍵詞：	光電子顯微術、表面能帶偏折、表面能態密度、費米能階、費米能階釘紮
相關次數：	點閱：2 下載：0
分享至:	分享至facebook 分享至twitter

查詢本校圖書館目錄查詢臺灣博碩士論文知識加值系統勘誤回報

本篇論文的研究主題為利用光電子顯微術在微區探測半導體表面的電子結構，同時以表面電位顯微儀為輔量測其費米能階的位置。我們的半導體材料主要分為氮化鎵以及矽兩部分。
在氮化鎵方面，我們是利用分子束磊晶(MBE)在Si(111)的基板成長出厚各約1.5 μm的pn接面，且在超高真空現場劈裂，利用波帶環片將光束聚焦到70~100 nm的大小以便於我們在微區非極性氮化鎵截面上量測其能帶結構。由實驗結果證實此項創新的技術可直接從截面量測到平帶的電子結構情形。而在表面電位的量測分析中我們得到了經曝大氣後表面均會受到影響而改變其電性，因而具有表面能帶偏折以及費米能階釘紮的結果。
在矽方面我們採取離子佈植的方式來形成pn接面的結構，同樣也是在超高真空現場劈裂量測Si(111)劈裂面的表面能帶結構，再藉由霍爾量測(Hall measurement)得到的載子濃度計算其費米能階的位置。在n的部份我們已由霍爾量測證實光電子顯微術可量測到平帶的結果。且在表面電位的量測上，在大氣中劈裂樣品量測其截面仍是具有表面能帶偏折的現象。
由我們的實驗結果證實一般掃描電位顯微儀用來量測費米能階的位置常受到外在因素的影響而無法準確得知，但藉由掃描式光電子顯微術，將光束聚焦至幾百奈米等級的大小，可達到在微區量測乾淨截面的實驗要求，而直接得到本質費米能階的位置。

目錄

第一章     導論
1.1    序言…………………………………………………………1
1.2    文獻回顧……………………………………………………3
1.2.1    氮化鎵表面清理……………………………………………3
1.2.2    微區截面方式探測介面能帶結構表………………………7
1.3    論文簡介 …………………………………………………12

第二章     儀器介紹
    2.1 同步輻射光源 ………………………………………………14
       2.1.1 簡介……………………………………………………14
       2.1.2 同步輻射設備…………………………………………14
       2.1.3 同步輻射光的特性……………………………………16
       2.1.4 同步輻射的研究與應用………………………………17
    2.2 光電子顯微術/能譜技術……………………………………18
       2.2.1 簡介……………………………………………………18
       2.2.2 基本原理………………………………………………18
       2.2.3 探測光源及應用………………………………………20
    2.3 表面電位顯微儀(KFM)架設…………………………………23
       2.3.1 表面電位顯微儀量測原理……………………………26

第三章     氮化鎵pn接面實驗分析
    3.1 實驗流程 ……………………………………………………32
    3.2 樣品製備 ……………………………………………………34
    3.3 氮化鎵pn接面光電子顯微術量測分析………………………35
       3.3.1 pn接面氮化鎵截面掃描式光電子顯微術影像說明分析……36
       3.3.2 截面光電子能譜量測…………………………………37
       3.3.3 氮化鎵表面光電子能譜量測…………………………41
       3.3.4 結果討論………………………………………………43
    3.4 氮化鎵pn接面表面電位顯微儀量測分析……………………45
       3.4.1 截面表面電位量測及能帶偏折計算…………………45
       3.4.2 平面表面電位量測及表面態密度模擬計算…………48
       3.4.3 結果討論……………………………………………52
    3.5 氮化鎵pn接面實驗解果討論…………………………………53

第四章     矽pn結構實驗分析
    4.1 實驗流程………………………………………………………54
    4.2 樣品製備………………………………………………………54
    4.3 矽pn結構光電子顯微術/能譜量測分析……………………57
       4.3.1 截面光電子顯微術/能譜量測分析……………………57
       4.3.2 表面光電子顯微術/能譜量測分析……………………62
       4.3.3 霍爾量測………………………………………………68
       4.3.4 結果討論………………………………………………68
    4.4 矽pn結構表面電位顯微儀量測分析………………………69
    4.5矽pn結構實驗結果討論………………………………………71

第五章     總結 ………………………………………………………72
Reference………………………………………………………………74

                                

Reference
[1] S.Nakamura, Science 281, 956 (1998)
[2] K. M. Tracy, W. J. Mecouch, R. F. Davis, and R. J. Nemanich, J. Appl. Phys. 94, 3163 (2003)
[3] L. L. Smith, S. W. King, R. J. Nemanich, and R. F. Davis, J. Electron.Mater. 25, 805 (1996)
[4] S. W. King, J. P. Barnak, M. D. Bremser, K. M. Tracy, C. Ronning, R. F.Davis, and R. J. Nemanich, J. Appl. Phys. 84, 5248 (1998)
[5] I. Shalish, Y. Shapira, L. Burstein, and J. Salzman, J. Appl. Phys. 89, 390 (2001)
[6] K. N. Lee, S. M. Donovan, B. Gila, M. Overberg, J. D. Mackenzie, C. R.Abernathy, and R. G. Wilson, J. Electrochem. Soc. 147, 3087 (2000)
[7] F. Machuca, Z. Liu, Y. Sun, P. Pianetta, W. E. Spicer, and R. F. W. Pease,J. Vac. Sci. Technol. A 20, 1784 (2002)
[8] R. W. Hunt, L. Vanzetti, T. Castro, K.M. Chen, L. Sorba, P.I.Cohen, W.Gladfelter, J. M. Van Hove, J.N. Kuznia, M. Asif Khan and A. Franciosi, Pgysica B 185, 415 (1993)
[9] Y.-H. Lai, C.-T. Yeh, J.-M. Hwang, H.-L. Hwang, C.-T. Chen, and W.-H.Hung, J. Phys. Chem. B 105, 10029 (2001)
[10] J. Ma, B. Garni, N. Perkins, W. L. O’Brien, T. F. Kuech, and M. G.Lagally, Appl. Phys. Lett. 69, 3351 (1996)
[11] 三族氮化物異質接面之晶格與能帶結構吳忠霖、果尚志物理雙月刊三十卷六期 2008.12
[12] C.-L. Wu, H.-M. Lee, C.-T. Kuo, C.-H. Chen, and S. Gwo, Appl. Phys. Lett. 92, 162106 (2008).
[13] A. G. Bhuiyan, A. Hashimoto, and A. Yamamoto, J. Appl. Phys. 94, 2779 (2003)
[14] S. K. O’Leary, B. E. Foutz, M. S. Shur, U. V. Bhapkar, and L. F. Eastman,J. Appl. Phys. 83, 826 (1998).
[15] B. E. Foutz, S. K. O’Leary, M. S. Shur, and L. F. Eastman,J. Appl. Phys. 85, 7727 (1999).
[16] H. Lu, W. J. Schaff, L. F. Eastman, and C. E. Stutz, Appl. Phys. Lett. 82, 1736 (2004).
[17] I. Mahboob, T. D. Veal, C. F. McConville, H. Lu, and W. J. Schaff, Phys. Rev. Lett. 92, 036804 (2004).
[18] D. Segev and C. G. Van de Walle, Europhys. Lett. 76, 305 (2006).
[19] C.-L. Wu (吳忠霖), H.-M. Lee (李弘貿), C.-T. Kuo (郭承泰), C.-H. Chen (陳家浩), and S. Gwo (果尚志), Phys. Rev. Lett. 101, 106803 (2008).
[20] J. D. Jackson,” Classical Electrodynamics”, 3rd (1998)
[21] 同步加速器光源，國家同步輻射研究中心
[22] http://www.srrc.gov.tw
[23] H. Hertz, Ann. Phys. 31, 983 (1887)
[24] A. Einstein ,Ann. Phys. 17, 132 (1905)
[25] C. W. Berglund and W. E. Spicer, Phys. Rev. 136, A1030 & A1044 (1964)
[26]“Surface analysis”. Edited by John C. Vickerman
[27] C.-H. Ko et al., J. Synch. Rad. 5 (1998) 299
[28] I.-H. Hong, T.-H. Lee, G.-C. Yin, D.-H. Wei, Ruth Klauser, K.-L. Tsang, T. J. Chuang Nucl. Instrum. Methods A, 467/468 (2001) 905
[29] R. Klauser et al., Surf. Rev. Lett., 9 (2002) 213
[30]從光電效應到光電子顯微術陳家浩物理雙月刊二十七卷五期 2005.10
[31] Digital Instruments公司網站. <http://www.di.com/welcome.html>
[32] http://web1.knvs.tp.edu.tw/AFM/Ch2.htm
[33] 靜電力顯微鏡探針與電荷的交響曲曾賢德 2006
[34] photoelectron spectroscopy principles and applications
[35] Takashi Mizutani, Takao Usunami, Shigeru Kishimoto and Koichi Maezawa, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 4893 (1999)
[36]高銦含量氮化銦鎵(InGaN)混晶系統之結構及光譜研究李弘貿碩士論文 NTHU Phys
[37] Cheng-Tai Kuo (郭承泰), Hong-Mao Lee (李弘貿), Hung-Wei Shiu (許紘瑋),Chia-Hao Chen (陳家浩), and Shangjr Gwo (果尚志),Appl. Phys. Lett. 94, 122110 (2009)
[38]”Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy”, Edited by Jill Chastain
[39] C. -L. Wu, H. –M. Lee, C.-T. Kuo, S. Gwo. And C.-H. Hsu, Appl. Phys. Lett. 91, 042112 (2007)
[40] K. A. Rickert K. A. Rickert and A. B. Ellis, F. J. Himpsel, H. Lu and W. Schaff , J. M. Redwing , F. Dwikusuma and T. F. Kuech, Appl. Phys. Lett. 82, 3254 (2003).
[41] John E. Northrup and J. Neugebauer, Phys. Rev. B 53 R10477(1996)
[42] L. Ivanova, S. Borisova, H. Eisele, M. Dahne, A. Laubsch, and Ph. Ebert, Appl. Phys. Lett.93, 192110 (2008)
[43] M. Kocan, A. Rizzi, H. Luth, S. Keller, and U. K. Mishra, Phys. Stat. sol. B 234 ,773 (2002)
[44] S. W. King, J. P. Barnak, M. D. Bremser, K. M. Tracy, C. Ronning, R. F. Davis, and R. J. Nemanich, J. Appl. Phys. 84, 5248 (1998)
[45] S. Chevtchenko, X. Ni, Q. Fan, A. A. Baski, and H. Morkoc, Appl. Phys. Lett 88, 122104 (2006)
[46] Bing-Yue Tsui, Chih-Ming Hsieh, Po-Chih Su, Shien-Der Tzeng, and Shangjr Gwo, J. J. Appl. Phys. Vol. 47, No. 6, 4448 (2008)
[47] Masafumi Tanimoto and Olivier Vatel, J. Vac. Sci. Technol. B 14, No. 2, 1547
[48] Hiroyuki Sugimura, Yuzuru Ishida, Kazuyuki Hayashi, and Osamu Takai, Appl. Phys. Lett. 80 No.8 1459
[49] P. De Wolf, R. Stephenson, T. Trenkler, T. Clarysse, and T, Hantschel, J. Vac. Sci. Technol. B 18, No. 1, 361
[50] Albert K. Henning and Todd Hochwitz, et. al., J. Appl. Phys. Vol. 77, No. 5, 1888
[51]S. Saraf, M. Molotskii, Y. Rosenwaks, Appl. Phys. Lett. 86, 172104 (2005)
[52]Chuanxin Lian and Huili (Grace) Xing, Appl. Phys. Lett. 88, 022112 (2006)
[53] 掃描探針顯微儀在決定氮化物半導體表面電位之應用劉育光碩士論文NTHU Phys
[54] W. Monch, Semiconductor Surface and Interfaces (Springer, Berlin,2001), p.61
[55]S. Barbet, R. Aubry, M.-A. di Forte-Poisson, J. -C. Jacquet, D. Deresmes, T. Melin, and D. Theron,Apply. Phys. Let. 93 212107 (2008)
[56] Properties of advanced semiconductor materials
[57] Lutz, M. A.; Feenstra, R. M.; Chu, J. O. Surf. Sci. 1995, 328,215
[58] Edward T. Yu, Chem. Rev. 97, 1017-1044 (1997)
[59] Nonnenmacher, M,; O’Boyle, M.; Wickramasinghe, H. K. Ultramicroscopy 1992, 42-44. 268
[60] Henning, A. K.; Hochwitz, T.; Slinkman, J.; Never, J.; Hoffman, S.; Kaszuba, P.; Daghlin, C. J. Appl. Phys. 77, 1888 (1995)
[61] Kikukawa, A.; Hosaka, S.; Imura, R. Appl. Phys. Lett. 66. 3510 (1995)
[62]Hochwitz, T.; Henning, A. K.; Levey, C.;Daghlian, C.;Slinkman, J.;never, J.; Kaszuba, P.; Gluck, R.; Wells, R.; Pekarik, J.; Finch, R. J. Vac. Sci. Technol. B 14, 440 (1996)
[63]S.-E. Park, N. V. Nguyen, J. J. Kopanski, J. S. Suehle, and E. M. Vogel, J. Vac. Sci. Technol. B 24, No. 1, 404 (2006)

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

簡易檢索 / 詳目顯示

相關論文