非極性及摻銦氧化鋅結構之成長及物理性質之研究

Translated title of the thesis: Growth and Physical Properties of Nonpolar ZnO and In-doped ZnO Structures
  • 賴 易鋒

Student thesis: Doctoral Thesis

Abstract

本論文主要分成兩個部份討論。在第一部分的研究當中,我們成?的利用一階段傾斜角沉積技術在康寧7059玻璃基板上沉積出非極性ZnO薄膜。SEM結果顯示薄膜表面由長1-2 um,寬200-600 nm的橫向ZnO柱狀結構所組成。TEM橫截面影像及擇區電子繞射結果顯示,薄膜是由?多晶粒從玻璃基板開始堆疊向上發展,隨著成長厚度的增加,[0002]方向晶軸也從原本垂直基板表面逐漸轉向,最後呈現近乎平行基板的狀態。(0002)面極圖分佈隨著傾斜角改變呈現漸進式變化,在傾斜角 = 18°方位角 = 0°時發現有高密度極點分佈。(10-10)極點呈現豆莢狀分布,主要訊號集中在傾斜角 = 3°和30°及方位角 = 90° / 270°處。變角度X光近緣吸收光譜技術結果可以得知ZnO表面柱狀結構具高晶體優選方向性,其局部電子結構也呈現很強的異向性。由極化拉曼光譜結果可知,當極化條件為X(Z Z)-X時,以378 cm-1 A1 (TO)訊號峰為主,當極化條件為X(Y Y)-X時,則是438 cm-1 E2 (high) 訊號峰主導。此成長機制可以容易的應用在其他如GaN半導體材料的製備上,且因為無基板選擇性的限制,對於未來在非極性發光元件的發展上無疑是一大優勢。 在第二部分的研究當中,我們利用合金蒸鍍的方式製作出同時包含homologous In2O3(ZnO)m及高In濃度佈值ZnO(In:ZnO)的單一異質接面結構,此結構同時產生強侷限發光特性及高的熱電?率因數。能量過濾二次電子影像呈現了一個特殊明暗對比的層狀結構,與TEM結果互相參照可以得知此異質接面結構在短軸方向為In2O3(ZnO)m / In:ZnO / ZnO / In:ZnO / In2O3(ZnO)m等5層結構排列而成。由CL單光影像結果來看,透過能帶的接合,In:ZnO區域形成類量子井結構侷限電子,產生波長385nm紫外光發光訊號。特別的是,此獨特異質接面結構中,藉由In:ZnO層提供了一個理想的電子傳輸通道提高導電率,且homologous In2O3(ZnO)m層中大量的界面形成多重散射阻礙聲子的傳輸,使其在室溫下具有優異的熱電power factor 為2 x 10?4 Wm-1K-2,高於一般純ZnO奈米線所量到的1 03 x 10?5 Wm-1K-2一個數量級。此次研究展示了一個新的結構概念,藉由組合摻雜層與同源結構到單一結構上,可以將電子與聲子的傳輸路徑分離,使半導體元件同時具有良好的發光及熱電特性。
Date of Award2014 Aug 27
Original languageChinese
SupervisorChuan-Pu Liu (Supervisor)

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非極性及摻銦氧化鋅結構之成長及物理性質之研究
易鋒, 賴. (Author). 2014 Aug 27

Student thesis: Doctoral Thesis