本研究使用電漿輔助化學氣相還原法,在低溫下製備出具有垂直層狀結構的二硒化鉬材料,並將此材料作為電阻式記憶體中的電阻變化層。 二硒化鉬屬於過鍍金屬二硫化物(TMD)類別,在二維材料的發展中有很大的佔比;過往關於二硫化鉬與二硫化鎢有許多傑出的研究,就相轉換的角度而言,二硒化鉬較前面兩者具備更低的轉換能障。此研究著力於相轉換貢獻在電阻式記憶體的電性表現上。使用電漿輔助硒化系統的目的,在於其有效降低製程溫度,減少基板熱損害,不需要材料轉移可直接製造元件。同時,後硒化製程在於厚度上可以做到大面積均勻可控,可以從前驅氧化物鍍膜厚度做改變。 透過垂直於層狀結構的電場所導致的金屬離子的嵌入,使得離子流動產生之合力給予層間壓縮力,縮減材料層間距,由富1T的混合相轉變為2H相,而當反向偏壓施加時,則為鬆弛壓力,層間距恢復,轉為原先富1T的混合相。 在金屬離子之中,銅的特殊性也加入討論,包括銅對降低相轉換能障的幫助,硒化銅薄層對於銅嵌入的影響。此研究顯示離子移動產生的相轉換與對應電性,元件表現上可以穩定操作100個迴圈,高低電阻比達1個數量級,耐久度測試達20,000秒;並且於脈衝電性量測顯示有類神經網路硬體端應用的潛力。 本研究提出過鍍金屬二硫化物族作為未來先進製程發展的重點材料,於記憶體元件應用的可行性,以及同步輻射光源輔助原理驗證,有助於未來相關研究的構想與發展。
高熵合金是由多種主元素以相近比例混合所形成之合金,由於組成元素種類繁多,原子間尺寸和電荷密度上的差異導致晶格扭曲效應的產生,造就了許多特殊的機械性質與變形行為。其中,FCC結構的高熵合金在室溫下擁有良好的強度、延展性、破裂韌性、抗疲勞等特性,低溫條件下上述機械性質更能獲得進一步提升。因此,溫度對高熵合金機械性質產生之影響為一值得探討的主題。延續實驗室過去在室溫下對FCC系列合金進行之一系列研究,本研究在不同溫度下針對晶格扭曲程度相當的FCC系列合金,包括Ni-4 at%W低熵、FeCrNi中熵與CoCrFeMnNi高熵合金不同晶體方向之晶粒進行奈米壓痕測試,分析溫度對其異向性造成之改變。室溫下高熵合金彈性異向性較低、中熵合金相對微弱。不同溫度下各合金彈、塑性異向性有所改變,然而並未觀察到明顯之單調趨勢。此外,針對高熵合金微米柱室溫壓縮測試中產生口香糖狀 (gum-like) 變形的 [111] 方向晶粒,進行高、低溫壓縮測試與TEM縱剖面觀察,研究溫度對變形行為造成之影響。實驗結果顯示,高熵合金微米柱在高溫下依舊展現口香糖狀變形行為,低溫下則能觀察到密集疊差與變形雙晶的出現。
隨著地球能源日益枯竭,再生能源被視為一項重要的課題,現今太陽能發電為再生能源中相當重要的研究領域,其中又以銅銦鎵硒硫(CIGSSe)太陽能電池為具有發展潛力的太陽能電池種類,因為它具有直接能隙,可製作於可撓式基板上的好處。但傳統銅銦鎵硒硫太陽能電池使用硫化鎘(CdS)做為緩衝層材料,其高毒性易嚴重汙染環境。因此,本論文著重在使用原子層沉積法製備無毒硫氧化鋅(Zn(O,S))緩衝層以取代傳統硫化鎘(CdS)緩衝層。本論文分為以下四部分。首先,我們會用表面硫化解釋為什麼製程參數所設定的硫氧比不等於實際的硫氧比,並提出一個修改過後的製程參數,以減緩此效應。第二部分為探討不同試片表面對緩衝層最佳厚度以及表面處理對緩衝層的影響,並藉由蝕刻水浴法製備的緩衝層後,使用原子層沉積法製備緩衝層,在不需要抗反射層的情形下,達到17.01%的高效率。第三部分將探討製程溫度對緩衝層成分的影響。而第四部份將探討高應變點玻璃基板和鈉玻璃基板所製成的銅銦鎵硒硫太陽能電池的不同,並藉由鈉玻璃基板元件,做到只靠原子層沉積法,達到16.40%的高效率太陽能元件。
根據IEA國際能源總署的統計結果,由於世界人口總數的不斷成長,石油燃料蘊藏不超過百年,因此開發再生能源燃料勢在必行。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池具有較目前市佔率90%的矽晶太陽能電池較高的吸收係數,因此厚度可減薄至矽晶太陽能電池的百分之一倍,使應用可以更加廣泛,且成本與材料使用率的減少是非常可觀的;目前銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的世界光電轉換效率達到23.35%,使得銅銦鎵硒太陽能電池逐漸受到學術界與產業界的重視,然而載子介面復合一直是限制銅銦鎵硒異質接面太陽能電池效率進一步增加的主要原因,相對於背電極與吸收層的接觸介面,有較多研究探討如何改善吸收層與緩衝層接觸介面的載子復合,因此本論文即著眼於如何改善背接觸介面的能帶結構,藉此提高元件光電轉換效率。 第一部分,我們提出透過將鉬背電極於氧氣氛下退火刻意在表面形成高功函數的氧化物達到降低背接觸介面能障的目的,進而使效率得到2%以上的提升,並以此來探討氧化物中間層對於元件表現的影響。 第二部分,接續第一部份的氧氣退火處理,我們從四大層面探討元件表現提升的原因,分別為(1)鹼金族元素擴散影響(2)MoSe2厚度影響(3)吸收層的品質(4)背接觸介面改善,最後利用變溫電性量測擬合得出背接觸介面能障與介面載子復合活化能確實可以透過氧化物中間層得到改善。 第三部份,我們引入氧化鎢中間層確保氧化鎢會於高溫硒化製程後存在於背接觸介面中,達到進一步降低背接觸介面能障效果,因此FF可以從無氧化處理的鉬背電極元件的65%提升至73%,並且有效達到效率的提升,最後我們推測出背接觸介面的能帶結構來解釋介面能障降低的原因。
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