在本論為中，利用本實驗室所研究的太陽能電池材料CuInSe2 和CuInSe2化合物半導體薄膜，以室溫成長系統（LPD）來成長二氧化矽，其優點為設備簡單、低溫成長、無熱應力產生，以此接和加以探討；分別利用光學、機械式、化學蝕刻各種量測測試來抓取在CuInSe2和CuGaSe2薄膜上成長LPD-SiO2的較佳條件，在電性方面，利用漏電電流及崩潰電壓來判斷氧化層品質，利用高頻電容電壓曲線來分析介面之品質；在應用上，利用LPD法成長薄氧化層在CuInSe2 和CuInSe2薄膜上，並製作出水平式LPD-MIS結構之太陽能電池。
利用LPD法成長二氧化矽當披覆層，以快速高溫熱退火來改善CuInSe2 和CuInSe2化合物半導體薄膜的表面平坦度，但在800℃、20sec下並無相當的改善，退火後發現氧化層內之元素對磊晶薄膜有相當的擴散，另外由FTIR得知經高溫退火氧化層內最重要的F離子也蒸溢不見，已完全失去氟離子可在電流傳導過程中擔任能階的角色，已不能使電子有穿透氧化層的效能，如此便不能擔任MIS太陽能電池氧化層的角色，故需以氫氟酸蝕去二氧化矽披覆層，再以LPD法成長品質較好及較緻密的氧化層，在經適當的退火改善氧化層和磊晶薄膜的界面以及氧化層品質。另外還發現到磊晶薄膜CIS和CGS的In-rich和Ga-rich對二氧化矽薄膜有較好的接合。
所製作出的LPD-MIS太陽能電池，其能量轉換效率幾乎為零，如要改進還需詳加的分析和探討，大致上與成長磊晶薄膜的平坦度有相當的關係，在表面不均勻不平坦的磊晶薄膜上以LPD法成長極薄的二氧化矽（100埃），其絕緣層特性會遭受影響，對整個太陽能電池會有所影響，大體上還是必須以均勻平坦的磊晶薄膜為目標來加以改善。

In this paper, we use a room temperature processing system, Liquid Phase Deposition(LPD) method, to grow silicon dioxide. The advantages are cheap equipment, low temperature growth, and no thermal stress. The quality is good enough to be used in IC devices. To inverstigate the properties of silicon Dioxide, we have done different physical and chemical test, including AES,TEM,FTIR,P-etch rate. We used the high frequency C-V curve to study the interface properties. The leakage current help to clarify the film quality. Moreover, we also discuss the growth mechanism in order to more understanding of LPD method.

簡介
目錄 a
附表目錄 c
附圖目錄 d
1.前言 1
2.實驗步驟 5
2.1 磊晶薄膜分析 6
2.1.1 X光繞射儀 6
2.1.2電子微探針分析儀 6
2.1.3 四點探針測量儀 7
2.2 SiO2薄膜的鍍製 7
2.2.1 磊晶薄膜的清洗 8
2.2.2 液相沉積系統 9
2.3 SiO2薄膜的量測 10
2.3.1 厚度和折射率的量測 10
2.3.2表面測厚儀 11
2.3.3 傅利葉轉換紅外線光譜 11
2.3.4 Etch Rate 12
2.3.5 歐傑電子分析儀 12
2.3.6掃瞄式電子顯微鏡. 13
2.3.7穿透式電子顯微鏡 13
2.3.8 高頻電容電壓分析 14
2.3.9 半導體參數分析儀 14
2.4 金屬-氧化層-半導體太陽電池 16
2.4.1 光罩之設計 18
2.4.2 金屬-氧化層-半導體太陽電池製作 19
2.4.3 等校電路參數萃取之理論推導 20
3.結果與討論 21
3.1 以液相沉積法成長SiO2被覆層退火前之分析 22
3.1.1沉積參數 22
3.1.2 Etch Rate 24
3.1.3濃度對FTIR的影響 26
3.1.4 其它研究分析 30
3.2 以LPD覆蓋SiO2層在CuInSe2和CuGaSe2薄膜退火前後之比較 31
3.2.1 組成分析 31
3.2.2 FTIR分析 33
3.2.3 MOS電流電壓曲線 33
3.2.4 MOS高頻電容電壓曲線 34
3.3 MIS太陽能電池效率的量測 39
4.結論 41
參考文獻 43

附表目錄

表1-1 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2化合物半導體的能隙 45
表1-2 CuInSe2和CuGaSe2與金屬在不同退火溫度下的歐姆接觸性質 46、47
表3-1 LPD-SIO2的半高寬與吸收係數與CVD-SIO2的比較結果 48
表3-2 雙原子分子之鍵結強度 48
表3-3 N-type的LPD-MIS太陽能電池之各參數及其效率 49

附圖目錄

圖1-1 (a)閃鋅礦結構 (b)黃銅礦結構 50
圖1-2 Cu2Se-In2Se3擬二元相圖 51
圖1-3 Cu2Se-Ga2Se3擬二元相圖 51
圖1-4 LPD-MIS水平式太陽電池結構 51
圖2-1 實驗分析流程圖 52
圖2-2 試片密度、加速電壓及作用深度之關係 53
圖2-3 液相沉積法設備圖 54
圖2-4 橢圓儀構造圖 55
圖2-5 傅立葉轉換紅外線架構圖 55
圖2-6 太陽電池之I-V Curve 56
圖2-7 I-V特性曲線與能態關係之示意圖 56
圖2-8 製作元件所需兩道手續的光罩 57
圖2-9 太陽電池元件製作流程圖 58、59
圖2-10 單二極體太陽電池之電路 60
圖 3-1(a) 以橢圓儀量測在Cu-rich之CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的沈積厚度和折射率 61
圖 3-1(b) 以橢圓儀量測在In-rich之CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的沈積厚度和折射率 62
圖 3-1(c) 以橢圓儀量測在Cu-rich之CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的沈積厚度和折射率 63
圖 3-1(d) 以橢圓儀量測在Ga-rich之CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的沈積厚度和折射率 64
圖 3-2(a) 以α-step量測在CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的沈積速率 65
圖 3-2(b) 以α-step量測在CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的沈積速率 65
圖 3-3(a) 以α-step量測在CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的沈積速率對P-Etch Rate的圖 66
圖 3-3(b) 以α-step量測在CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的沈積速率P-Etch Rate的圖 66
圖 3-4(a) 以α-step量測在CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的P-Etch Rate Curve 67
圖 3-4(b) 以α-step量測在CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的P-Etch Rate Curve 68
圖 3-5(a) FTIR量測在Cu-rich之CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的鍵結曲線變化 69、70
圖 3-5(b) FTIR量測在In-rich之CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的鍵結曲線變化 71、72
圖 3-5(c) FTIR量測在Cu-rich之CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的鍵結曲線變化 73、74
圖 3-5(d) FTIR量測在Ga-rich之CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的鍵結曲線變化 75、76
圖 3-6(a) FTIR量測在CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的Si-O-Si鍵的波數變化 77
圖 3-6(b) FTIR量測在CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的Si-O-Si鍵的波數變化 78
圖 3-7(a) 在CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的吸收係數對P-Etch Rate的曲線變化 79
圖 3-7(b) 在CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的吸收係數對P-Etch Rate的曲線變化 79
圖 3-8(a) 在CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的沈積速率對吸收係數的曲線變化 80
圖 3-8(b) 在CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的沈積速率對吸收係數的曲線變化 80
圖 3-9(a) 在CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的吸收係數曲線變化 81
圖 3-9(b) 在CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的吸收係數曲線變化 82
圖 3-10(a) 在Si上以LPD法較佳的成長條件去沈積SiO2，其FTIR鍵結曲線之比較 83
圖 3-10(b) 在GaAs上以LPD法較佳的成長條件去沈積SiO2，其FTIR
鍵結曲線之比較 83
圖 3-10(c) 在CIS上以LPD法較佳的成長條件去沈積SiO2，其FTIR
鍵結曲線之比較 83
圖 3-11 以鈉玻璃為基板成長Si（和CIS）薄膜，再以LPD法成長SiO2薄膜，其FTIR鍵結曲線變化 84
圖3-12 經過RTA於800℃退火20秒前，Auger電子縱深分析圖 85
圖3-13 經過RTA於800℃退火20秒後，Auger電子縱深分析圖 85
圖 3-14 TEM試片退火前後的X-ray圖 86
圖 3-15 SiO2/CuGaSe2/GaAs在退火前後之TEM的Image和Pattern 87
圖 3-16 SiO2/CuGaSe2/GaAs在退火後之TEM的Image和Pattern 88
圖 3-17 退火後產生Twin的Image和Pattern 89
圖 3-18 退火後產生Twin的Image和Pattern 90
圖 3-19 退火過後SiO2之High Resolution圖 91
圖3-20(a) CIS Cu-rich RTA退火前後FTIR之變化 92
圖3-20(b) CIS In-rich RTA退火前後FTIR之變化 93
圖3-20(c) CGS Cu-rich RTA退火前後FTIR之變化 94
圖3-20(d) CGS Cu-rich RTA退火前後FTIR之變化 95
圖3-21(a) 在Cu-rich之CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的MS和MOS的I-V Curve 96
圖3-21(b) 在In-rich之CuInSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的MS和MOS的I-V Curve 97
圖3-21(c) 在Cu-rich之CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的MS和MOS的I-V Curve 98
圖3-21(d) 在Ga-rich之CuGaSe2上，用LPD法在不同濃度下成長SiO2的MS和MOS的I-V Curve 99
圖3-22 CIS Cu-rich在不同LPD成長溶液濃度下，其SiO2與半導體接和的電容電壓曲線 100
圖3-23 CIS Cu-rich用LPD法成長SiO2與半導體接和，經過500℃退火前後的電流電壓和電容電壓曲線變化 101
圖3-24 接近定比CGS用LPD法成長SiO2經退火後再成長的氧化層與半導體接和的電流電壓與電容電壓曲線 102
圖3-25 接近定比組成的CIS、CGS薄膜，經氧化處理蝕刻後以LPD法成長SIO2，MOSM的電容電壓曲線 103
圖3-26 CIS In-rich、CGS Ga-rich的電容電壓曲線 104
圖3-27 利用CIS In-rich、CGS Ga-rich薄膜，製成LPD水平式太陽能電池，其未照光之的電流電壓曲線 105

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