陳銘堯臺灣大學：物理研究所林榮昭Lin, Rong-ZhaoRong-ZhaoLin2007-11-262018-06-282007-11-262018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/54585透明導電氧化物(TCO)對於半導體業界來說，是相當具有未來發展潛力的材料，但由於氧化物結構的關係，大部分透明導電氧化物(TCO)的研究都屬於n型，p型透明導電氧化物(TCO)的研究成果並不豐富。 我們所要研究的CuAlO2，就是屬於p型透明導電氧化物(TCO)，從目前有關CuAlO2的研究中，發現不管是以何種方法製作，對於靶材的製作或要求都有當繁複的步驟，且做出的CuAlO2薄膜大都是屬於多晶的結構，電阻率0.01Ω-cm ~ 10Ω-cm，可見光的穿透率50％ ~ 80％；因此，我們想以一個簡易的方法來製作CuAlO2薄膜，希望能得到單晶的結構、提高可見光的穿透率和降低電阻率。 我們利用在氧化鋁(001)基板濺鍍一層銅膜的方法來製作CuAlO2薄膜。濺鍍的氬氣分壓大約是60 mtorr，基板溫度300K~600K；之後把樣品置於高温且含氧的環境下作加熱，加熱溫度>1000K左右，而氧氣的分壓100~760torr。 我們將生長好的樣品利用X光晶格繞射的方法來檢驗，發現樣品的繞射圖形確實與CuAlO2的晶格結構吻合，且是單晶結構。Transparent conducting oxide (TCO) materials have great potential for the semiconductor industry, such as light emitting devices or solar cells. Because of the general characteristic in the electronic structure of oxides, there are few studies about p-type TCO’s. CuAlO2 is one of the p-type TCO materials. From other studies, most methods of making CuAlO2 thin films needed mixed target or more than one targets. The films’ properties are 0.01 Ω-cm~10 Ω-cm in resistivity, 50％ ~ 80％ of visible light transmittance, and poly-crystalline. Our goal is to synthesize single crystalline CuAlO2 thin films with high visible transmittance, and low resistivity by a simple synthetic route. Transparent conducting thin films of CuAlO2 were prepared by RF sputtering of a pure copper target on c-face sapphire substrates. The sputtering was performed in ~ 60 mtorr of Ar atmosphere and the substrate temperature was in the range of 300 K to 600 K. After deposition, the substrate temperature was raised to above 1000 K and the films were annealed in O2 atmosphere (100 ~ 760 torr). The X-ray diffraction (XRD) patterns of the films showed the peaks which could be assigned with those of the crystalline CuAlO2, and the structure is single crystalline.口試委員會審定書…………………i 誌謝…………………ii 中文摘要…………………iii 英文摘要…………………iv 1. 簡介…………………1 1.1透明導電氧化物(TCO)薄膜的特性和研究…………………1 1.2研究動機…………………4 1.3射頻濺鍍作用機制………………….5 1.4化學反應…………………8 2. 實驗裝置與步驟…………………9 2.1 濺鍍裝置…………………9 2.2 基板和靶材…………………12 2.3 清洗基板…………………12 2.4 鍍銅…………………12 2.5 升溫和反應…………………13 2.6 取出樣品…………………13 3. 實驗結果與分析…………………14 3.1 X光晶格繞射…………………14 3.1.1 原理…………………14 3.2.2 實驗裝置…………………15 3.2 霍爾效應(Halll effect)和van der Pauw量測法…………………16 3.2.1 霍爾效應(Halll effect)原理…………………16 3.2.2 van der Pauw量測法原理…………………17 3.2.3實驗裝置…………………20 3.3 橢圓儀…………………21 3.3.1 原理…………………21 3.3.2實驗裝置…………………21 3.4熱探針量測法(Seebeck 效應)…………………22 3.4.1 原理…………………22 3.4.2實驗裝置…………………24 3.5實驗結果…………………24 4. 結論…………………36 5. 參考文獻和資料…………………37 6. 附錄…………………39 圖一：CuAlO2結構圖…………………2 圖二：Cu2O結構圖……………………3 圖三：濺鍍原理示意圖1…………………6 圖四：濺鍍原理示意圖2…………………7 圖五：濺鍍槍磁場分布圖…………………7 圖六：濺鍍裝置示意圖…………………9 圖七：射頻產生器(RF Generator)參數圖…………………10 圖八：濺鍍裝置等效電路圖…………………11 圖九：匹配箱內裝圖…………………12 圖十：布拉格繞射示意圖…………………14 圖十一：光子、中子、電子：波長和能量對照圖…………………15 圖十二：X光波長對應圖…………………15 圖十三：繞射儀示意圖…………………16 圖十四：霍爾效應示意圖…………………17 圖十五：van der Pauw量測法接點示意圖…………………18 圖十六：正、反向磁場霍爾電壓量測示意圖…………………19 圖十七：霍爾效應量測電路示意圖…………………21 圖十八：橢圓儀示意圖…………………22 圖十九：穿透率量測示意圖…………………22 圖二十：Seebeck效應示意圖…………………23 圖二十一：樣品(CuAlO2)的X光繞射圖(Hexagonal) ………………25 圖二十二：基板(c-face sapphire)的X光繞射圖…………………26 圖二十三：Al2O3(Hexagonal)晶格圖…………………29 圖二十四：CuAlO2(Hexagonal)晶格圖…………………29 圖二十五：Al2O3和CuAlO2組合晶格圖1…………………30 圖二十六：CuAlO2(Hexagonal)晶格圖…………………30 圖二十七：Al2O3和CuAlO2組合晶格圖2…………………31 圖二十八：過程1樣品(銅)的X光繞射圖…………………33 圖二十九：過程2樣品的X光繞射圖…………………34 圖三十：過程3樣品(CuAlO2)的X光繞射圖…………………34 圖三十一：過程3樣品(CuAlO2)的穿透率分布圖…………………35 圖三十二：Al4Cu9的X光繞射圖…………………35 附圖一：中心線平均粗糙度(Ra)示意圖…………………39 表一：CuAlO2近來的發展…………………33014204 bytesapplication/pdfen-US銅氧化鋁p型單晶透明導電氧化物CuAl2O3p-typeTCOCuAlO2single crystalthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/54585/1/ntu-96-R94222063-1.pdf