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博碩士論文 etd-0820112-204958 詳細資訊
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論文名稱
Title
以分子束磊晶法於鋁酸鋰基板成長非極性氧化鋅磊晶之研究
Molecular beam epitaxial growth of nonpolar ZnO on lithium aluminate 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
111
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
2012-06-05
繳交日期
Date of Submission
2012-08-20
關鍵字
Keywords
分子束磊晶、非極性、氧化鋅、鋁酸鋰、基板
molecular beam epitaxy, non-polar, ZnO, LiAlO2, substrate
統計
Statistics
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中文摘要
鋁酸鋰 (200) 平面同時與氧化鋅 (10-10) 非極性平面(m-plane)和 (0001) 極性平面(c-plane)都有良好的匹配性,造成磊晶成長時,磊晶方位控制的困難度。因此,本研究希望探討以分子束磊晶法在鋁酸鋰 (200) 單晶基板上成長氧化鋅磊晶時,製程參數對氧化鋅磊晶方位選擇的影響。
實驗結果顯示,低鋅氧流量下磊晶是 m-plane 氧化鋅,鋅流量上升與氧分壓升高均會導致成長速率上升,除了 m-plane 氧化鋅磊晶外,c-plane 氧化鋅也會在基板成核。此外,基板溫度是影響氧化鋅磊晶方位選擇的主要因素,高基板溫度會促進m-plane 氧化鋅成核,而低基板溫度則有利於c-plane 氧化鋅成核。在低鋅流量與低氧分壓下,可經由改變基板溫度,成長不同結晶方位的氧化鋅磊晶。
基板表面的形貌及粗糙度會影響磊晶的粒徑,造成磊晶的表面形貌改變。基板表面平整粗糙度佳,磊晶的粒徑較大,表面形貌會看到直條狀與平台狀較平坦的形貌,當基板有許多刮痕且粗糙,磊晶的粒徑較小,表面為顆粒狀形貌且粗糙不平整。此外,基板表面粗糙,則無法經由改變基板溫度成長不同結晶方位的氧化鋅磊晶。
Abstract
Both non-polar (10-10) (m-plane) and polar (0001) (c-plane) zinc oxide (ZnO) have a good lattice match with lithium aluminum (LiAlO2, LAO) (200) substrate, so it is difficult to control the epitaxial orientation. Therefore, this research is to explore how the growth parameters influence on the crystal orientation of ZnO film grown by plasma assisted molecular beam epitaxy.
The experimental results show that m-plane ZnO can be grown with low zinc flux and low oxygen pressure. Increasing zinc flux and oxygen pressure will lead to increase in growth rate, and consequently, c-plane ZnO will nucleate on the substrate besides m-plane zinc oxide. The substrate temperature is one of the main factors that influence the choice of zinc oxide epitaxial orientation. High temperature will promote the m-plane zinc oxide nucleation, while low temperature will conduct to the c-plane zinc oxide nucleation. Under low zinc flux and low oxygen pressure, epitaxy of ZnO with different crystalline orientations can be achieved through changing the substrate temperature.
The surface morphology and roughness of the substrate will affect the particle size and surface morphology of ZnO epilayers. When the substrate is smooth, the crystal size of the epitaxial film is large and the surface is flat with many rectangular stripes, taking on the platform-like morphology. If the substrate is rough with many scratches, the particle size becomes small and the surface is granular-like and rather rough. Furthermore, when the substrate is rough, it is difficult to control the different orientations of ZnO epitaxial films through changing the substrate temperature.
目次 Table of Contents
摘要 I
Abstract II
總目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XIII
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧與理論基礎 3
2.1 分子束磊晶原理 3
2.2 分子束磊晶系統 4
2.2.1泵浦 4
2.2.2離子真空計(Bayard-Alpert gauge) 4
2.2.3分析儀器 5
2.2.4分子束磊晶成長過程參數 5
2.3 異質磊晶成長機制 9
2.3.1表面自由能與成長模式 9
2.3.2晶格失配與成長模式 9
2.4 基板 12
2.4.1氧化鋁基板 12
2.4.2鋁酸鋰基板 12
2.5 以分子束磊晶法成長氧化鋅磊晶 14
2.5.1氧化鋅的發光性質 14
2.5.2緩衝層(Buffer layer)的影響 21
2.5.3鋅氧流量比對氧化鋅磊晶的影響 25
2.6 氧化鋅磊晶的性質及缺陷分析 29
2.7 成長 m-plane 氧化鋅磊晶的基板 33
2.7.1 氧化鋁基板成長 m-plane 氧化鋅磊晶 33
2.7.2 氧化鎂基板成長 m-plane 氧化鋅磊晶 33
2.7.3 鋁酸鑭(LaAlO3, LAO)基板成長 m-plane 氧化鋅磊晶 34
2.7.4 鎵酸鋰(LiGaO2, LGO)基板成長 m-plane 氧化鋅 34
2.7.5 鋁酸鋰基板成長 m-plane 氧化鋅 35
第三章 實驗方法 46
3.1 基板準備 46
3.2 分子束磊晶成長系統 46
3.2.1 晶圓承載腔(Load-Locked chamber) 46
3.2.2 主成長腔(Grow chamber) 47
3.2.3 分子束蒸鍍源 47
3.2.4 射頻電漿源 47
3.2.5 分子束流量偵測計(Beam flux monitor) 47
3.3 磊晶成長的步驟 47
3.4 試片的分析 48
3.4.1 X光繞射儀分析 48
3.4.2掃描式電子顯微鏡分析 48
3.4.3光致螢光光譜儀分析 49
3.4.4原子力顯微鏡觀察與分析 49
3.4.5穿透式電子顯微鏡分析 49
第四章 實驗結果 50
4.1基板分析 50
4.1.1 A基板 50
4.1.2 B基板 50
4.2 磊晶成長參數 56
4.3 基板溫度對氧化鋅磊晶的影響 58
4.4 鋅流量對氧化鋅磊晶的影響 63
4.4.1 低氧分壓磊晶 63
4.4.2 高氧分壓磊晶 70
4.5 基板溫度對氧化鋅磊晶結晶方位的影響 78
4.6 B 基板成長結果 86
第五章 討論 90
5.1 低氧分壓不同鋅流量對磊晶的影響 90
5.2 高氧分壓不同鋅流量對磊晶的影響 90
5.3 溫度對氧化鋅磊晶的影響 91
5.4 基板狀況對氧化鋅磊晶的影響 92
第六章 結論 93
第七章 參考文獻 94

參考文獻 References
1. Sedra/Smith, Microelectronic circuits 5th edition,Oxford University Press .
2. S. Nakamura, Jpn. J. Appl. Phys., 30, L1705.
3. S. Nakamura,M.Senoh,T.Mukai, Jpn. J. Appl. Phys., 30, L1708.
4. S. Nakamura, T.Mukai, M.Senoh, Jpn. J. Appl. Phys., 30, L1998.
5. I. Akasaki, H.Amano, Jpn. J. Appl. Phys.,36(1997).
6. H. Amano, I. Akasaki, K.Hiramatsu, N.Koide, N.Sawaki,Thin Solid Film.,163(1998).
7. R. Triboulet , J. Perriere, Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, 47 (2003) 65.
8. 張達欣, “利用化學氣相沉積法生長非極性之氧化鋅(10-10)薄膜在鋁酸鋰基板上” ,國立中山大學材料科學研究所碩士論文,(2008)。
9. M. A. Herman and H. Sitter, Molecular Beam Epitaxy: Fundamentals and Current Status, 2nd edn, Springer, (1996).
10. N. Milleron, IEEE Transactions on nuclear science, June (1967).
11. Varian, Inc. Vacuum Technologies
12. T. A. Vanderslice, science, vol 142.
13. Jan Paul Antoni van der Wagt, Reflection high energy electron diffraction during molecular-beam epitaxy., (1994)
14. John E. Ayers, Heteroepitaxy of semiconductor’s theory, growth, and characterization.
15. Yefan Chen, D. M. Bagnall, Hang-jun Koh, Ki-tae Park, Kenji Hiraga, Ziqiang Zhu, Takafumi Yao, J. Appl. Phys.,84 (1998) 7.
16. F. Vigue , P. Vennegues, S. Vezian, M. Laugt, and J.P. Faurie, Appl. Phys. Lett., 76 (2001) 2.
17. 黃鐙興, “磊晶於鋰酸鋁基板的氧化鋅薄膜成長機構研究與缺陷分析” ,國立中山大學材料科學研究所碩士論文,(2008)。
18. 呂健賓, “奈米緩衝層與成長參數對鋁酸鋰基板以化學氣相沉積氧化鋅磊晶的影響” ,國立中山大學材料與光電科學學系研究所碩士論文 (2011)。
19. 呂政穎,“以分子束磊晶法成長氧化鋅之研究”,國立中山大學材料與光電科學學系研究所碩士論文 (2010)。
20. 陳正桓, “以自遮罩法成長氧化鋅磊晶” ,國立中山大學材料科學研究所碩士論文,(2009)。
21. Y. W. Heo, D. P. Norton and S. J. Pearton, J. Appl. Phys., 98 (2005) 073502.
22. T.Tatsumi, M. Fujita, N. Kawamoto, M. Sasajima and Y. Horikoshi, J. Appl. Phys., 43 (2004).
23. J. G. Kim , S. K. Han , S. M. Yang , S.K. Hong , J. W. Lee , J. Y. Lee, J.H. Song , Y. E. Ihm , D. Kim , J. S. Park , H.J. Lee , T. Yao, Thin Solid Films ., 519 (2010) 223.
24. Y.S. Jung, Y.S. No, J.S. Kim, W.K. Choi, J. Cryst. Growth, 267 (2004) 85.
25. Y.S. Jung, O. Kononenko, J.S. Kim, W.K. Choi, J. Cryst. Growth, 274 (2005) 418
26. H.J. Koand, T. Yao, Y. Chen, S.K. Hong, J. Appl. Phys., 92 (2002) 8
27. Y. Chen, H.J. Ko, S.K. Hong, T. Yao, Y. Segawa, Appl. Phys. Lett., 80 (2002) 8
28. F. Vigue, P. Vennegues, C. Deparis, S. Vezian, M. Laugt, and J.P. Faurie, J. Appl. Phys., 90 (2001) 10.
29. P. Ding , X.H.Pan , J.Y.Huang , H.P.He , B.Lua, H.H.Zhang , Z.Z.Ye , J. Cryst. Growth, 331(2011) 15
30. R. Deng , B.Yao, Y.F.Li , B.H.Li , Z.Z.Zhang , H.F.Zhao , J.Y.Zhang , D.X.Zhao , D.Z.Shen , X.W.Fan , L.L.Yang , Q.X.Zhao, J. Cryst. Growth, 331(2009) 4398
31. E. Cagin, J. Yang, W. Wang, J. D. Phillips, S. K. Hong, J. W. Lee, J. Y. Lee, Appl. Phys. Lett., 92, 233505 (2008)
32. Y.T. Ho , W.L. Wang , C.Y. Peng , W.C. Chen , M.H. Liang , J.S.Tian , L. Chang, Thin Solid Films 518 (2010) 2988
33. W.L. Wang, Y.T.Ho, K.A.Chiu, C.Y. Peng, L.Chang, J. Cryst. Growth, 312 (2010) 1179
34. M.C. Chou , D.R. Hang, C.L. Chen, Y.H. Liao, Thin Solid Films 519 (2011) 3672
35. T.H. Huang , S.M. Zhou , H. Teng , H. Lin , J. Wang , P. Han , R. Zhang, J. Cryst. Growth, 310 (2008) 3144
36. M.C. Chou, L.W. Chang, H.Y. Chung, T.H. Huang, J.J. Wu, C.W. Chen, J. Cryst. Growth, 308 (2007) 412
37. M.C. Chou, L.W. Chang, D.R. Hang, C.L. Chen, D.S. Chang, C.A. Li, Cryst. Growth& Design, Vol. 9, No. 5, 2009
38. R. R. Vanfleet, J. A. Simmons, D. W. Hill, M. M. C. Chou, B. H. Chai, J. Appl. Phys., 104, 093530 (2008)
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