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研究生: 張國華
Chang, Kuo-Hua
論文名稱: 透明導電氧化鋅材料特性分析及其應用在 氮化鎵蕭特基二極體之研究
Characteristic of ZnO transparent conducting oxides and their application to GaN Schottky barrier diodes
指導教授: 許進恭
Sheu, Jinn-Kong
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 光電科學與工程研究所
Institute of Electro-Optical Science and Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 105
中文關鍵詞: 氧化鋅透明導電氧化物光偵測器
外文關鍵詞: photodetector, TCOs, ZnO
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  • 本實驗利用直流和射頻系統交互濺鍍(co-sputter)的方法,針對同為III族的硼和鎵元素分別摻雜於氧化鋅薄膜之中濺鍍於氧化鋁(sapphire)基板上,形成氧化鋅硼(BZO)和氧化鋅鎵(GZO)的透明導電薄膜,在氮氣的環境
    下不同溫度適當熱處理,利用霍爾量測(Hall measurement)得其電特性、x-ray繞射(XRD)觀察晶體結構、掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察表面形態、紫外光/
    可見光分光光譜儀(UV/VIS spectrophotometer)量測穿透特性、X 光電子能譜儀(XPS)分析元素含量、光激發螢光(PL)觀察薄膜品質,將量測所得的結果加以分析討論及驗証。
    再利用光、電特性俱佳的氧化鋅鎵透明導電薄膜應用於氮化鎵材料上製作蕭特基二極體的光偵測器(photodetector),分別量測元件的蕭特基能障高度、暗電流(dark current)、照光光電流(photo current)及光響應度(responsivity)大小,此外在薄膜與氮化鎵之間多加了一層低溫成長氮化鎵(LTG-GaN)材料成功的抑制漏電流也提升了蕭特基能障高度,增加元件的可靠度。

    In this study, undoped ZnO and boron-doped ZnO(BZO) films were deposited on sapphire by means of an magnetron sputtering method. The BZO
    films were prepared by cosputtering of ZnO and B2O3 targets. The as-deposited ZnO films exhibited a high-resistivity property. The BZO thin films were then thermally annealed in nitrogen ambient to achieve the high-transparency andlow-resistivity TCO thin films. After thermal annealing, the resistivities of the
    GZO films were further reduced at least two orders of magnitude reaching to ~10-3 Ω-cm. This could be attributed to the fact that the reduction of resistivity in annealed BZO films is not solely due to the increase of oxygen vacancy concentration but is also due to the increase of mobility, which is attributable to
    the increase of grain size after thermal annealing. In contrary to the undoped
    samples( ZnO films ), a marked blueshift was observed in the transmittance spectra taken from the annealed BZO films indicating the Burstein-Moss effect involved in the transition.
    In addition, we also demonstrated Ga-doped ZnO(GZO) as Schottky contacts on GaN films. Application of UV photodetector(PD) indicated that spectral responsivity shows a narrow bandpass characteristic ranging from 340 to
    370 nm as the GaN films were caped with low-temperature-grown GaN layer having high resistivity. Decreased responsivity in the short-wavelength region (λ<340 nm) can be explained by the marked absorption of the GZO contact layer.
    Additionally, our findings indicate that when the reverse biases were below 5 V, the dark currents were well below 1×10-11A as the GaN films were caped with low-temperature-grown(LTG) GaN layer having high resistivity. This dark
    current is far less than that of samples without LTG cap layer.

    目 錄 中 文 摘 要……………………………………………..…...……I 英 文 摘 要……………………………………………………….II 致 謝……………………………………………………….....……III 目 錄……………………………………………………….....……IV 表 目 錄………………………………………………………...…VIII 圖 目 錄………………………………………………………...…IX 第 一 章 導論………………………………………………………1 參考文獻………………………………………………......5 第 二 章 實驗原理與裝置…………………………………………8 2-1 透明導電氧化物實驗原理與裝置…………………........8 2-1-1 氧化鋅晶體結構及特性………………………......8 2-1-2 電漿原理…………………………………….......9 2-1-3 濺鍍原理…………………………………….....10 2-1-4 霍爾效應量測原理……………………………...12 2-1-5 X-ray 繞射原理………………………………....13 2-1-6 柏斯坦-摩斯(Burstein-Moss)效應……….…….15 2-1-7 光激發螢光法…………………………………..15 2-2 蕭特基二極體實驗原理與裝置………………………..17 2-2-1 蕭特基接觸的原理……………………………...17 2-2-2 電流-電壓量測原理………………………….....19 2-2-3 電容-電壓量測原理…………………………….21 2-2-4 光偵測器的光響應度測量原理………………….23 參考文獻………………………………………………....25 第 三 章 透明導電薄膜製程與材料特性分析…………………..35 3-1 透明導電氧化鋅硼薄膜………………………………..35 3-1-1 透明導電氧化鋅硼薄膜製程……………………..35 3-1-2 透明導電薄膜量測分析儀器……………………..38 3-1-3 透明導電氧化鋅硼薄膜材料特性分析…………..41 3-2 透明導電氧化鋅鎵薄膜………………………………..46 3-2-1 透明導電氧化鋅鎵薄膜製程參數………………...46 3-2-2 透明導電氧化鋅鎵薄膜材料特性分析…………...47 參考文獻…………………………………………………48 第 四 章 蕭特基接光偵測器的結構製程與元件特性分析……..60 4-1 蕭特基接觸光偵測器結構…………………………….60 4-2 蕭特基接觸光偵測器製程設備………………………..60 4-3 蕭特基接觸光偵測器製程步驟………………………..61 4-4 蕭特基接觸光偵測器量測設備………………………..65 4-4-1 電流-電壓(I-V)特性之量測設備……………….65 4-4-2 電容-電壓(C-V)特性之量測設備………………..65 4-4-3 光響應頻譜(Responsivity)之量測設備…………66 4-5 光偵測器原理………………………………………...66 4-6 氧化鋅鎵於氮化鎵蕭特基二極體之電性分析…………..67 4-6-1 氧化鋅鎵於沒有低溫成長氮化鎵覆蓋層之電性 分析……………………………………………68 4-6-2 氧化鋅鎵於具有低溫成長氮化鎵覆蓋層之電性 分析……………………………………………69 4-6-3 氧化鋅鎵於有無低溫成長氮化鎵覆蓋層之電性 比較分析……………………………………..71 4-7 氧化鋅鎵於氮化鎵蕭特基二極體之光響應頻譜分析…...72 4-7-1 氧化鋅鎵於沒有低溫成長氮化鎵覆蓋層之光響應 頻譜分析……………………………………….72 4-7-2 氧化鋅鎵於具有低溫成長氮化鎵覆蓋層之光響應 頻譜分析……………………………………….74 參考文獻…………………………………………………76 第 五 章 結論與未來展望………………………………………..91

    第一章 參考文獻
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    下載圖示 校內:2008-08-09公開
    校外:2008-08-09公開
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