退火處理對於氧化銦鎵鋅(IGZO)/鈦(Ti)/石墨烯(Graphene)/聚醯亞胺(Polyimide)組合式薄膜之顯微結構及光電特性之研究

Abstract

氧化銦鎵鋅(IGZO)具有優?的電及光電特性，加上可?光之寬能隙值及高透明?是目前螢幕面板領域中最被看好的薄膜材?，本研究擬添加石墨烯來增強其性質，並期望藉由退火處理，能消弭薄膜內部殘留應力，改善其性質。 本論文利用化學氣相沈積法成長出高品質之石墨烯。首先探討石墨烯的電性、拉曼光譜分析以及內部結構缺陷的檢測，經過長時間的參數測試，成?長出高品質單層石墨烯。再使用轉印方法，將石墨烯轉印在聚醯亞胺(Polyimide PI)基板上，接著使用磁控濺鍍的方式將鈦(Ti)與氧化銦鎵鋅(IGZO)沉積在石墨烯上，形成複合材料之堆疊。 本實驗利用四點探針與霍爾效應分析儀量測薄膜之電性，比較有無添加石墨烯之樣品，結果顯示有添加石墨烯樣品之片電阻值低於無添加石墨烯之樣品10倍以上，效果十分顯著。除此之外，載子遷移率也有明顯上升，量測結果顯示添加石墨烯會使薄膜之載子遷移率提升30~60%。接著利用奈米壓痕試驗機比較兩者之硬度，發現添加石墨烯能使整體硬度大幅提升，約上升了60%。 殘留應力(Residual Stress)與氧空缺比率(IRO2)是影響薄膜材料的機械、光學及電學性質的重要因子。本實驗比較常溫25oC與退火100oC、200oC、300oC各一小時之樣品氧空缺含量。發現當退火溫度增加時，IRO2隨之增加，同時內部的殘留應力也會隨著退火處理而被釋放。氧空缺的增加與殘留應力的減少將會大幅度地改善薄膜電性，使載子遷移率上升與電阻率下降。 本研究發現添加一層Ti有助於增加整體薄膜之電性與層與層之間的附著性。透過穿透式電子顯微鏡(TEM)與能量分散光譜儀(EDS)分析發現當退火時IGZO內部的氧離子會掙脫與In、Ga、Zn之間的束縛，與Ti形成鍵結。並透過退火處理後增加Ti的結晶性，使電性加強。退火處理同時也會影響薄膜之透光率。當退火溫度增加時，薄膜之結晶性變強，晶格排列更加整齊。當光照射時會減少光之散射，使透光率增加。

Date of Award	2017 Jul 26
Original language	Chinese
Supervisor	Jen-Fin Lin (Supervisor)