氧化鋅薄膜之顯微結構及物性與電性研究

Abstract

本篇論文中我們使用穿透式電子顯微鏡術（Transmission Electron Microscopy, TEM）與兩種掃描探針顯微技術 (Scanning Probe Microscopy，SPM) 改裝過後的顯微技術，分別為掃描電容顯微技術(Scanning Capacitance Microscopy，SCM)以及接觸模式的導電原子力顯微鏡（Conductive Atomic Force Microscopy，C-AFM）針對ZnO 表面差排分佈與導電特性做深入的研究。 SCM 是使用探針,濺鍍一層導電金屬材料，在探針端施加低頻交流小訊號偏壓之下操作，藉由一個共振電容感測器讀取偵測試片與探針之間的電容對所施加小訊號變化，利用微分處理得到數值dC/dV，進而形成一二維點陣圖對地形地貌的關係,可以量測半導體試片中的載子分佈及電性狀態。我們也可以藉由探針定點量測所施加的直流電壓，收集小訊號對所施加直流電壓的變化，進一步討論電性與結構的關係。至於，C-AFM 的原理是類似SCM，只是所收集的訊號是為電流訊號，經由前端放大器放大電訊號,所收集後做出二元點陣圖，此種量測方式對特定點的漏電流及接觸電性有很大的量測效果。我們使用SCM以及C-AFM針對脈衝雷射蒸鍍 (Pulsed Laser Depositon, PLD) 於Al O 藍寶石(0001)面磊晶生長ZnO做量測，發現到電容應對不同直流電壓，及場發射電流在ZnO表面，而其分佈與其形貌有著密切的關係。在結構分析上，我們經由穿透式電子顯微鏡(TEM)，觀察到ZnO 薄膜具有圓柱狀晶體結構，而於晶界有著高密度的貫穿差排 (Threading Dislocation)，主要是刃差排其布格向量（Burgers Vector）為 < >，而ZnO與Al O 的方向關係為[ ] //[ ] 、(0001) // (0001) 、 ( ) //( ) 和 ( ) //( ) 。 藉由電性與結構的分析,在SCM以及C-AFM的量測之中我們發現平帶電壓以及能障會隨著有聚集刃差排的晶粒邊界而增加。