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研究生：	蔡淑卿 Tsai, Sue-Ching
論文名稱：	ZnO與ZnS摻錳螢光薄膜之發光性質研究 Study of the Luminescent Properties of Thin Film Phosphors, ZnO：Mn and ZnS：Mn
指導教授：	陳引幹 Chen, In-Gann
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學及工程學系 Department of Materials Science and Engineering
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	110
中文關鍵詞：	錳、硫化鋅、氧化鋅、光致發光
外文關鍵詞：	Mn, ZnS, ZnO, PL
相關次數：	點閱：65 下載：4
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　　本實驗研究氧化鋅藍色螢光薄膜材料，並在H2S的氣氛下進行硫化處理，使ZnO:Mn轉變成ZnS:Mn，而得到發黃綠光的螢光薄膜。

　　本實驗以射頻磁控濺鍍系統沉積氧化鋅材料。沉積後的氧化鋅薄膜具有纖鋅礦的結構，屬於六方晶系，其垂直c軸平面為最緊密堆積面，濺鍍後薄膜具有c軸從優取向。此外，經硫化處理所得的硫化鋅，同樣為具有c軸從優取向的六方晶結構。

　　研究結果顯示，沒有摻雜任何元素的氧化鋅在未退火的狀況下，會有由缺陷所貢獻的黃綠光產生，以退火方式提升其結晶性的結果會降低材料的缺陷，並增強氧化鋅能帶邊緣間隙所發的光.（Band edge emission）。

　　氧化鋅摻錳（ZnO:Mn（1at%））的螢光層薄膜於900℃退火，會有最佳的結晶性，其六方晶相之（002）半高寬為0.290，從PL光譜的結果可知，其發光位置落在藍光（450nm）與近紫外光（390nm）的範圍。

　　經過硫化處理後的ZnO:Mn，PL光譜可得到位在570nm的黃綠光，為錳離子在硫化鋅主體晶格中，於4T1→6A1能階間躍遷（d-d transition）所得。硫化時間越久，硫化鋅對氧化鋅的含量比增加，570nm處的光譜強度也跟著增加。

　　There are two objectives in this experiment. The first is to study the blue emission characteristics of ZnO thin film. The Second is to study the sulfidation ZnO:Mn thin film, which will transfom into ZnS:Mn with yellow-green emission.

　　In the experiment, hexagonal wurtzite ZnO thin film is deposited on Si(100) by RF-magnetron sputtering system. The close-packed c-axis plane perpendicular to the Si substrate is obtained. Moreover, preferential oriented c-axis hexagonal ZnS transformed from ZnO thin film is obtained by sulfidation treatment.

　　The results show that the as-deposited ZnO thin film without dopant emit yellow-green color due to intrinsic defects. Annealing treatment could increase the crystallinity of ZnO with decreasing the defects in ZnO with enhancement of the band-edge emission intensity at near-UV range.

　　ZnO:Mn（1at%） thin film has optimum crystalinity by annealing at 900℃ with the GIXRD (002) FWHM (full width of half maximum) of 0.290. PL spectra of the emission is located at the wavelength of 450nm (blue) and 390nm (Near-UV).

　　The PL of ZnS:Mn obtained by sulfidation treatment results in the yellow-green emission peaked at 570nm,which is attributed to the d-d transition (4T1→6A1) of Mn2+ in the ZnS lattice. It is noted that as the ratio of ZnS to ZnO increases with sulfidation time, the intensity of the yellow-green 570nm emission is also increases.

摘要	                                 I
Abstract	                          II
目錄	                               III
表目錄	                               VI
圖目錄	                              VII

第一章 緒論	1
1-1  EL元件的分類	1
1-2  ACTFEL元件的優點與缺點	2
1-3  彩色薄膜電激發光顯示器--螢光層的結構【1】	3
1-4  研究目的	4
第二章 理論基礎與文獻回顧	9
2-1  電激發光元件之歷史演進	9
2-2  電激發光（Electroluminescent,EL）之發光機制	10
2-2.1 「直接撞擊激發模式」（direct impact excitation）	10
2-2.2  能量轉移模式	10
2-3  元件構造與材料需求	11
2-3.1  元件結構—雙絕緣層結構	11
2-3.2  各層材料需求	12
2-4  螢光層的選擇	15
2-4.1  氧化物材料	15
2-4.2  氧化鋅螢光體材料	18
2-4.2.1  晶體結構	18
2-4.2.2  濺鍍參數	19
2-4.2.3  發光特性	19
2-4.3  硫化鋅螢光體材料簡介	22
2-4.3.1  發展歷史：	22
2-4.3.2  晶體結構	23
2-4.3.3  ZnS:Mn螢光光譜介紹	23
2-4.3.4  硫化處理	24
2-4.4  錳的發光特性	24
2-4.4.1  錳之3d軌域能階特性	24
2-4.4.2  結晶場理論（Crystal field theory）	25
2-4.5  發光機制(Luminescence Mechanism)	26
2-4.5.1  ZnO	26
2-4.5.2  ZnO:Mn	27
2-4.5.3  ZnS:Mn  28
2-5  CIE色度座標	29
2-6  濺鍍理論	29
2-6.1  電漿反應	30
2-6.2  濺鍍機構	30
2-6.3  薄膜成長	31
第三章 實驗方法及步驟	56
3-1  實驗藥品	56
3-2  製備ZnO:Mn及ZnS:Mn螢光層步驟57
3-2.1  基板清洗	57
3-2.2  製作ZnO：Mn靶材	57
3-2.3  濺鍍步驟與濺鍍參數	57
3-2.4  退火處理方式	58
3-2.5  硫化處理（Sulfidation Treatment）	58
3-3  性質量測	59
3-3.1  膜厚量測（α-step）	59
3-3.2  結構分析	59
3-3.2.1  低掠角X-光繞射（GIXRD）	59
3-3.2.2  粉末X光繞射儀 (X-ray Diffractometer Spectrometer)	60
3-3.3  掃描式電子顯微鏡（SEM）表面分析	60
3-3.4  原子力顯微鏡 （Atomic Force Microscopy, AFM）表面分析	60
3-3.5  光致發光（Photoluminescence, PL）特性量測	61
3-3.6  歐傑（Auger）電子能譜儀	61
第四章 結果與討論	69
4-1  氧化鋅螢光層薄膜之性質分析	69
4-1.1  結構分析	69
4-1.2  光致激發光譜特性分析	69
4-1.2.1  氧化鋅初鍍膜之發光特性	69
4-1.2.2  退火處理對發光特性的影響	70
4-2  氧化鋅摻錳（ZnO：Mn）螢光層薄膜之性質分析	72
4-2.1  結構分析	72
4-2.2  表面型態分析	72
4-2.2.1  SEM表面分析	72
4-2.2.2  AFM表面分析	73
4-2.3  光致激發光譜（PL Spectra）特性分析	73
4-2.3.1  ZnO:Mn-1at%之PL光譜	73
4-2.3.2  光譜分析與發光機制之探討	73
4-2.3.3  結晶性與發光性質的探討	74
4-3  硫化處理後螢光層之性質分析	76
4-3.1  結構分析	76
4-3.2  表面型態分析	77
4-3.2.1  SEM表面分析	77
4-3.2.2  AFM表面分析	77
4-3.3  光致激發光譜（PL Spectra）特性分析	78
4-3.3.1  光譜特性	78
4-3.3.2  光譜分析與發光機制之探討	78
4-3.3.3  結晶性與發光性質的探討	78
4-4  硫化深度的探討	79
第五章 結論	103
參考文獻	104

                                    

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校內：2005-07-27公開
校外：2005-07-27公開

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