微波氫/氮電漿退火的製程壓力與功率對氧化鋅共摻雜鎵鋁薄膜的光/電/微結構特性的影響

Dependence of Process Pressure and Power in Microwave Hydrogen / Nitrogen Plasma Annealing on Electrical, Optical and Microstructure Properties of Gallium and Aluminum Co-doped Zinc Oxide Film

張至安(Chih-An Chang)

指導教授 ： 張慎周

崑山科技大學/工程學院/電機工程研究所/碩士(2012年)

摘要

本實驗製備GAZO薄膜基板溫度為室溫進行微波氫/氮電漿退火與微波氫電漿退火後處理，改變微波電漿功率為200 W、400 W、600 W，氣體壓力分別為10 Torr、15 Torr、20 Torr、25 Torr，處理時間固定為10 min。後續由X-ray繞射觀察薄膜晶格結構，掃描式電子顯微鏡(SEM)、觀察薄膜表面微結構，霍爾量測其電性，光譜儀量測光穿透率，光致螢光光譜和拉曼光譜，探討微波氫/氮電漿退火與微波氫電漿退火的機制是否相同，或能得到其薄膜更好的微結構與光電特性。
實驗結果發現微波氫/氮電漿退火電漿功率為400 W、氣體壓力為20 Torr時，獲得最低電阻率為7.17×10-4 Ω-cm，且退火前後電阻率下降48%。藉由光譜儀量測穿透率，在微波氫/氮電漿退火電漿功率為400 W、壓力25 Torr時，可見光範圍的平均光穿透率達到98 %。而當微波氫/氮電漿退火隨功率增加到600 W、氣體壓力25 Torr，因為給予能量過強，導致薄膜結構晶格扭曲，因此電性變差。從拉曼光譜中發現微波氫/氮電漿隨著氣體壓力增加時，E2(High) 振動模式隨之變弱，但A1(LO)的振動模式反而變強。從以上結果得知，加入氮氣後，有助於氫原子密度及熱能增加，因此微波氫/氮電漿會比未處理及微波氫電漿相同條件處理後得到更多額外的能量，使得GAZO薄膜的光電為結構特性有所改善。

關鍵字

none

並列摘要

This work describes gallium and aluminum doped zinc oxide (GAZO) films with unheated substrate during sputtering were post treated microwave hydrogen/nitrogen plasma annealing with different microwave powers of 200 W、400 W、600 W, and different microwave process pressures of 10 Torr、15 Torr、20 Torr、25 Torr. Electrical, optical and microstructure properties of GAZO films were measured by hall measurement, optical spectrometer, X-ray diffractometer, scanning electron microscope, photoluminescence meter and raman spectrpmeter respectively.
The results indicate the GAZO films post treated with 400W, 25 torr microwave hydrogen/nitrogen plasma annealing can have the electrical resistivity of 7.17×10-4Ω-cm and average optical transmittance of 96 %.

並列關鍵字

None

參考文獻

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