Responsive image
博碩士論文 etd-0717108-145747 詳細資訊
Title page for etd-0717108-145747
論文名稱
Title
磊晶於鋁酸鋰基板的氧化鋅薄膜成長機構研究與缺陷分析
Growth mechanism and defects analyses of ZnO epitaxial layer on γ- LiAlO2(200) substrate
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
121
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2008-06-16
繳交日期
Date of Submission
2008-07-17
關鍵字
Keywords
氧化鋅、鋁酸鋰、化學氣相沉積、晶格匹配差異、異質磊晶
threading dislocation, CVD, ZnO, LiAlO2
統計
Statistics
本論文已被瀏覽 5685 次,被下載 4101
The thesis/dissertation has been browsed 5685 times, has been downloaded 4101 times.
中文摘要
本研究使用水平式管狀爐進行化學氣相沈積,以Zinc 2,4-pentanedionate monohydrate[Zn(C5H7O2)2.H2O]作為鋅的前驅物,在鋁酸鋰(200)(γ-LiAlO2, LAO)單晶基板上沉積氧化鋅薄膜,成長溫度分別為675℃,640℃和575℃,薄膜成長時間100~10800秒,探討氧化鋅磊晶薄膜成長機制與缺陷分析。
在本研究的溫度範圍內,LAO基板上最先形成沿[10-10]方向成長的氧化鋅核種(簡稱M平面氧化鋅),且以島狀模式成長。在成長溫度為575℃時,隨成長時間的增加,沿[0002]方向成長的氧化鋅(簡稱C平面氧化鋅)也會直接在基板上成核,且成長速度較M平面氧化鋅高,因此當成長時間增加,C平面氧化鋅會逐漸覆蓋在M平面氧化鋅的上方。此外,在磊晶成長的後期,也會偵測到少量沿[10-11] 方向成長的氧化鋅。成長溫度為640℃時,C平面氧化鋅的成核速率明顯下降,因此磊晶是以M平面氧化鋅為主,其間散佈了少量的C平面氧化鋅結晶。當成長溫度為675℃時,C平面氧化鋅的成核已經被完全抑制,因此得到平行堆疊的長條狀M平面氧化鋅。
電子背向繞射和穿透式電子顯微鏡繞射分析證實C平面氧化鋅與LAO基板之間,存在(0002)ZnO//(200)LAO,[ -1-120]ZnO//[00-1]LAO和[1-100] ZnO //[010]LAO的晶向關係。另外, M平面氧化鋅與LAO基板之間,存在(10-10) ZnO//(200)LAO, [000-1]ZnO//[010]LAO和[-12-10] ZnO //[00-1]LAO的晶向關係。
在640℃與575℃磊晶1000秒時M平面氧化鋅X光角繞射(rocking curve)之半高寬值分別為1.88°和2.19°,隨著成長時間增加至10800秒,半高寬值大幅減少為0.76°和0.58°。
利用穿透式電子顯微鏡觀察氧化鋅磊晶的缺陷,發現在界面處會有大量錯配差排(misfit dislocation),大部分的貫穿式差排會垂直界面,M平面氧化鋅具有高差排密度約為1×1010cm-2。從M平面氧化鋅間隙直接在LAO基板成核的C平面氧化鋅,由於與LAO基板接觸面積非常小,差排集中在與基板接觸的部分,因此在側向成長的部分差排密度相當低。其平均差排密度約為6×109cm-2。
Abstract
"none"
目次 Table of Contents
摘要I
總目錄III
圖目錄V
表目錄XI
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧與理論基礎3
2.1 化學氣相沉積法3
2.2 異質磊晶成長機制6
2.2.1層狀成長( Frank-van der Merwe mode)6
2.2.2島狀成長( Volmer-Weber mode)8
2.2.3混合成長(Stranski-Krastanov mode)8
2.2.4磊晶與基材之晶格匹配9
2.2.5鋁酸鋰基材15
2.3 氧化鋅磊晶薄膜16
2.3.1氧化鋅磊晶薄膜的應用20
2.3.2極性氧化鋅磊晶薄膜的性質與顯微組織21
2.3.3非極性氧化鋅磊晶薄膜的性質與顯微組織27
2.4 結晶取向與結晶缺陷分析31
2.4.1電子背向繞射(EBSD)分析31
2.4.2 X光繞射分析34
2.4.3穿透式電子顯微鏡分析34
第三章 實驗方法43
3.1磊晶成長43
3.1.1 基板準備43
3.1.2 磊晶成長參數43
3.2氧化鋅磊晶薄膜分析45
3.2.1掃瞄式電子顯微鏡觀察與分析45
3.2.1.1磊晶表面形貌與結晶方向分析45
3.2.1.2原子力顯微鏡觀察與分析45
3.2.2 X光光電子能譜分析46
3.2.3電子微探儀分析46
3.2.4 X光繞射分析46
3.2.5穿透式電子顯微鏡分析46
3.2.5.1正面電子顯微鏡試片製作46
3.2.5.2剖面電子顯微鏡試片製作47
3.2.5.3穿透式電子顯微鏡分析47
第四章 實驗結果49
4.1掃瞄式電子顯微鏡觀察與分析49
4.1.1掃瞄式電子顯微鏡觀察與分析49
4.1.2電子背向繞射(EBSD)分析磊晶表面結晶方向56
4.2 X光繞射分析62
4.3原子力顯微鏡觀察與分析78
4.4 X射線光電子能譜分析82
4.5穿透式電子顯微鏡觀察與分析89
第五章 討論 98
5.1溫度與成長時間對於氧化鋅成長的影響98
5.2氧化鋅與LAO基板的磊晶關係99
5.3氧化鋅中的結晶缺陷99
第六章 結論 101
第七章 參考文獻103

參考文獻 References
1.A. A. Bergh, Phys. Stat. Sol.(a), 201 (2004) 2740.
2.H. Amano, I. Akasaki, K. Hiramatsu, and N. Koide, Thin Solid Films, 163 (1988) 415.
3.I. Akasaki, H. Amano, Y. Koide, K. Hiramatsu, and N. Sawaki, J. Cryst. Growth, 98 (1989) 209.
4.H. Amano, M. Kito, K. Hiramatsu, and I. Akasaki, Jpn. J. Appl. Phys., 28 (1989) L2112.
5.S. Nakamura, Jpn. J. Appl. Phys., 30 (1991) L1705.
6.S. Nakamura, M. Senoh, and T. Mukai, Jpn. J. Appl. Phys., 30 (1991) L1708.
7.S. Nakamura, T. Mukai, M. Senoh, and N. Iwasa, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2, 31 (1992) L139.
8.S. D. Lester, F. A. Ponce, M. G. Craford, and D. A. Steigerwald, Appl. Phys. Lett., 66 (1995) 1249.
9.P. Vermaut, P. Ruterana, G. Nouet, A. Salvador, A. Botchkarev, B. Sverdlov, and H. Morkoc, Inst. Phys. Conf. Ser., 146 (1995) 289.
10.S. Nakamura, M. Senoh, N. Iwasa, S. Nagahama, T. Yamada, and T. Mukai. Jpn. J. Appl. Phys., Part 2, 34 (1995) L1332.
11.S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T. Yamada, T. Matsushita, H. Kiyoku, Y. Sugimoto, T. Kozaki, H. Umemoto, M. Sano, and K. Chocho. Jpn. J. Appl. Phys., 36 (1997) L15768.
12.F. Bernadini, V. Fiorentini, and D. Vanderbilt. Phys. Rev. B, 56 (1997) R10024.
13.F. Bernadini and V. Fiorentini, Phys. Rev. B, 57 (1998) R9427.
14.V. Fiorentini , F. Bernadini., F. D. Sala, A. D. Carlo., and P. Lugli, Phys. Rev. B, 60 (1999) 8849.
15.Y. J. Sun,O. Brandt, U. Jahn, T. Y. Liu, A. Trampert, S. Cronenberg , S. Dhar ,and K. H. Ploog, J. Appl. Phys, 92 (10) (2002) 5714.
16.Y. J. Sun, O. Brandt, and K. H. Ploog, J. Vac. Sci. Technol. B, 21 (2003) 1350.
17.D. G. Thomas, J. Phys. Chem. Solids, 15 (1960) 86.
18.R. F. Service, Science, 276 (1997) 895.
19.Y. Chen, H. J. Ko, S. K. Hong, T. Yao, Appl. Phys. Lett., 76 (2000) 559.
20.K. Iwata, P. Fons, S. Niki, A. Yamada, K. Matsubara, K. Nakahara, H. Takasu, Phys. Status Solidi (a), 180 (2000) 287.
21.A. Ohtomo, H. Kimura, K. Saito, T. Makino, Y. Segawa, H. Koinuma, and M. Kawasaki, J. Cryst. Growth, 214/215 (2000) 284.
22.A. Tsukazaki, A. Ohtomo, T. Onuma, M. Ohyani, T. Makino, M. Sumiya., K. Ohtani, S. F. Chichibu, S. Yusaburou, S. Fuke,Y. Segwa, H. Ohno, H. Koinuma, and M. Kawasaki, Nat. Mater., 4 (2005) 42.
23.D. P. Norton, Y. W. Heo, M. P. Ivill, K. Ip, S. J. Pearton, M. F. Chisholm, and T. Steiner, Materials Today, 7 (2004) 34.
24.鐘曉儀,“以化學氣相沉積法成長(10 0)非極性氧化鋅薄膜於鋁酸鋰基板",國立中山大學材料科學研究所碩士論文,(2007)。
25.M. M. C. Chou, L. Chang, H.-Y. Chung , T.-H. Huang, J.-J. Wu, and C.-W. Chen, J. Cryst. Growth, 308 (2007) 412.
26.H. O. Pierson, “Handbook of Chemical Vapor Deposition”, Second Edition, 1999, pp.20-28.
27.羅吉宗譯,“薄膜科技與應用(修訂版)”,全華科技圖書股份有限公司出版,2005年,pp.4-25~4-27, 5-14~5-15。
28.C. E. Morosanu, “Thin Films by Chemical Vapor Deposition”, 1990, pp.102-107.
29.J. E. Ayers, “Heteroepitaxy of Semiconductors.”, 2006, pp.105-137, 161-170.
30.G. Springholz, N. Frank, and G. Bauer, Thin Solid Films, 267 (1995) 15.
31.A. Bakin, J. Kioseoglou, B. Pecz, A. El-Shear, A.-C. Mofor, J. Stoemenos, and A. Waag, J.Cryst.Growth, 308 (2007) 314.
32.J. Zhao, L. Hu, Z. Wang, Z. Wang, H. Zhang,Y. Zhao,and X. Liang, J. Cryst. Growth, 280 (2005) 455.
33.T. Makino, K. Tamura, C. H. Chia, Y. Segawa, M. Kawasaki, A. Ohtomo, H. Koinuma , J. Appl. Phys., 92 (2002) 7157.
34.W. Y. Shiao, C. Y. Chi, S. C. Chin, C. F. Huang, T. Y. Tang, Y. C. Lu, Y. L. Lin., L. Hong, F. Y. Jen, C. C. Yang, B. P. Zhang, and Y. Segawa, J. Appl. Phys., 99 (2006) 054301.
35.T. Koyama and S. F. Chichibu, J. Appl. Phys., 95 (2004) 7856.
36.M. J. Ying, X. L. Du, Y. Z. Liu, Z. T. Zhou, Z. Q. Zeng, Z. X. Mei, J. F. Jia, H. Chen, and Q. K. Xue,Appl. Phys. Lett., 87 (2005) 202107.
37.K. Matsubara, P. Fons, A. Yamada, M. Watanabe, and S. Niki, Thin Solid Films, 347(1999) 238.
38.G. H. Lee, Solid State Communications, 128 (2003) 351.
39.J. Zou, S. Zhou, C. Xia, Y. Hang, J. Xu, S. Gu, and R. Zhang, J. Cryst. Growth, 280 (2005) 185.
40.J. Zou, S. Zhou,C. Xia, X. Zhang, F. Su, G. Peng, X. Li, and J. Xu, Thin Solid Films, 496 (2006) 205.
41.K. Iwata, P. Fons, S. Niki, A. Yamada, K. Matsubara, K. Nakahara, T. Tanabe, and H. Takasu, J. Cryst. Growth, 214-215 (2000) 50.
42.Y. Chen, H. Ko, S. Hong, and T. Yao, Appl. Phys.Lett., 76 (2000) 559.
43.A. El-Shaer, A. Bakin, A. Che Mofor, J. Stoimenos, B. P’ecz, and A. Wagg, Superlattices and Microstructures., 42 (2007) 158.
44.R. D. Vispute, V. Talyansky, S. Choopun, R. P. Sharma, T. Venkatesan,M. He, X. Tang, J. B. Halpern, M. G. Spencer, Y. X. Li , L. G. Salamanca-Riba, A. A. Iliadis, and K. A. Jones, Appl. Phys. Lett. 73 (1998) 348.
45.B. Gil, A. Lusson, V. Sallet, S. A. Said-Hassani, R. Triboulet, and P. Bigenwald, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2, 40 (2001). L1089.
46.M. Marezio, Acta Cryst., 19 (1965) 396.
47.C. Liu, Z. Xie, P. Han, B. Liu, L. Li, J. Zou, S. Zhou, L. H. Bai, Z. H. Chen, R. Zhang, and Y. Zheng, J. Cryst. Growth, 298 (2007) 228.
48.A. Ohtomo, K. Tamura, M. Kawasaki, T. Makino, Y. Segawa, Z. K. Tang, G. K. L.Wong,Y. Matsumoto, and K. Koinuma., Appl. Phys. Lett.,77 (2000) 2204.
49.Z. Jun, L. C. Xiang, Z. S. Ming, W. Jun, Z. J. Hua, H. T. Hua, H. Ping, X. Z. Li, and Z. Rong, Chinese Phys. ,15 (2006) 2706.
50.X.-L. Guo, J -H. Choi, H. Tabata, and T. Kawai, Jpn. J. Appl. Phys.,40 (2001) L177.
51.Y. Ryu, T. S. Lee, J. A. Lubguban, H. W. White, B. J. Kim, Y. S. Park, and C. J. Youn, Appl. Phys. Lett., 88 (2006) 241108.
52.C. W. Lin, D. J. Ke, Y -C. Chao, L. Chang, M. H. Liang,Y. T. Ho, J. Cryst. Growth, 298 (2007) 472.
53.G. Fu , H. Xu, S. Wang , W. Yu, W. Sun, and L. Han, Physica B 382 (2006) 17.
54.C. J. Pan, C. W. Tu, C. J. Tun, C. C. Lee, and G. C. Chi, J. Cryst. Growth, 305 (2007) 133.
55.T. Moriyama and S. Fujita, Jpn. J. Appl. Phys., 44 (2005) 7919.
56.黃宏勝和林麗娟,“FE-SEM/CL/EBSD 分析技術簡介”, 工業材料雜誌201 期,(2003),pp99-108。
57.S. K. Hong, H. J. Ko, Y. Chen, and T. Yao, J. Cryst. Growth, 209 (2000) 537.
58.Y. Wang, X. L. Du, Z. X. Mei, Z. Q. Zeng, Q. Y. Xu, Q. K. Xue, and Z. Zhang, J. Cryst. Growth, 273 (2004) 100.
59.C. W. Lin, T. Y. Cheng, L. Chang, and J. Y. Juang, J. Cryst. Growth, 275 (2005) e2481.
60.F. Vigu’e, P. Venn’egue`s, S. V’ezian, M. Lau¨gt, and J.-P. Faurie, Appl. Phys. Lett., 79 (2001) 194.
61.S.-H. Lim, D. Shindo, H.-B. Kang, and K.Nakamura, J. Cryst. Growth, 225 (2001) 208.
62.W.-R. Liu, W. F. Hsieh, C.-H. Hsu, K. S. Liang, and F. S.-S. Chien, J Cryst. Growth, 297 (2006) 294.
63.S.-H. Lim, D. Shindo, H.-B. Kang, and K.Nakamura, J. Cryst. Growth, 225 (2001) 202.
64.D. Gerthsen, D. Litvinov, Th. Gruber, C. Kirchner, and A. Waag, Appl. Phys. Lett., 81 (2002) 3972.
65.H. P. Sun, X. Q. Pan, X. L. Du, Z. X. Mei, Z. Q. Zeng, and Q. K. Xue, Appl. Phys. Lett., 85 (2004) 4385.
電子全文 Fulltext
本電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。
論文使用權限 Thesis access permission:校內外都一年後公開 withheld
開放時間 Available:
校內 Campus: 已公開 available
校外 Off-campus: 已公開 available


紙本論文 Printed copies
紙本論文的公開資訊在102學年度以後相對較為完整。如果需要查詢101學年度以前的紙本論文公開資訊,請聯繫圖資處紙本論文服務櫃台。如有不便之處敬請見諒。
開放時間 available 已公開 available

QR Code