RF magnetron sputter deposition of Ga-doped BiCuSeO films

論文翻譯標題: 射頻磁控濺鍍法成長摻鎵之鉍銅硒氧薄膜
  • 曹 家瑜

學生論文: Doctoral Thesis

摘要

鉍銅硒氧(BiCuSeO)為P型半導體,擁有特殊的層狀結構,由絕緣層(Bi2O2)2+與導電層(Cu2Se2)2-沿C軸相互交疊而成,此結構造就了鉍銅硒氧的高導電率與低熱傳導係數,被廣泛研究作為熱電材料之用。另一方面,鉍銅硒氧在鍍膜環境(即高真空低氧分壓)下可以穩定存在,且其晶格常數與常見的氧化物基板鈦酸鍶(SrTiO3)有極佳的匹配度,所以非常適合作為氧化物薄膜元件之底電極材料。但是鉍銅硒氧中的Se和Bi容易揮發,造成熱穩定性較差,給後續薄膜成長帶來困難。先前塊材研究發現摻雜Ga可以提升熱穩定性,所以本研究期望以射頻磁控濺鍍法於鈦酸鍶(100)單晶基板上成長摻鎵之鉍銅硒氧(BiCu0 95Ga0 05SeO)薄膜,控制基板溫度以及鍍率(檔板開關時間)等製程參數,探討其對於薄膜結晶特性以及熱穩定性的影響。 摻鎵之鉍銅硒氧薄膜的XRD結果顯示,隨著檔板關閉時間減短,出現BiSe雜相的繞射訊號,表示BiSe在較快的濺鍍速率下較容易生成;隨著檔板關閉時間增加,可以大幅度的降低甚至去除BiSe二次相。由此可知本研究成?以射頻磁控濺鍍法製備出單相的摻鎵鉍銅硒氧薄膜。此外,於較低的基板溫度下(300 oC、350 oC),由XRD繞射結果可以觀察到所成長的摻鎵鉍銅硒氧具有(001)的擇優取向,成長溫度350 oC時由二次電子影像可以觀察到立方顆粒的結晶。在高溫(>400 oC)的基板溫度,則是觀察到具有(102)擇優取向的摻鎵鉍銅硒氧薄膜,並且其二次電子影像結果顯示表面結晶呈現平片狀。 另一方面,為探討摻鎵鉍銅硒氧薄膜的熱穩定性,本研究初步嘗試以連續製程製備鈦酸鍶/摻鎵之鉍銅硒氧/鐵酸鉍的雙層膜結構。在基板溫度為500 oC的製程參數下,XRD結果仍然可以觀察到鉍銅硒氧的繞射訊號,但隨著濺鍍時間增加,鉍銅硒氧繞射強度降低。此外,本實驗室先前的研究結果顯示,在高溫的連續製程中,鉍銅硒氧會完全被分解,因此,與純鉍銅硒氧相比,摻雜鎵確實提升鉍銅硒氧薄膜的熱穩定性,但因其並未阻止鉍的揮發,故效果仍有限。
獎項日期2020
原文English
監督員Xiao-Ding Qi (Supervisor)

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