氧化鋅摻雜改質與奈米結構之製程與光電特性研究-一維氧化鋅奈米結構的摻雜效應與光電特性研究(I)

Abstract

氧化鋅是一種直接能隙N-type 半導體，具有較寬的能隙(約 3.37eV)及較高 的激子結合能(約 60meV)，非常適合作為短波長髮光材料及紫外光雷射。 為了要整合ZnO nanorods or nanowires 在場效發射與奈米發光二極體等方 面的相關製程及光電特性應用。整個研究計畫將利用三年來研究計畫，針 對下列重點來進行相關的研究。 首先將利用低溫液相溶液法，來研究在可撓性基板或Si 之高度方向性 排列ZnO nanorods 的核凝及成長動力學。並且經由熱力學上的界面化學自 由能的分析，來研究ZnO nanorods or nanowires 的成長型態、大小與方向 性及光電與物理特性。除此之外，本研究將探討以電化學溶液或溶凝膠製 程來研究?雜離子如鎵和鋁等元素，在ZnO nanorods 的表面產生氧化物薄 膜披覆之相關製程，並探討相關?雜的效應及物性與微觀分析。接著，藉 由單晶ZnO nanorods 與氧化物薄膜的微波吸收差異性，以微波瞬間能量驅 動方式，將摻雜(Doping)離子，驅入氧化鋅的晶格中，來研究微波效應， 對於ZnO nanorods 與ZnO 薄膜之摻雜及擴散效應，並探討摻雜(Doping) 離子對於N-type ZnO film 及nanorods 的光電性的變化，以提升ZnO nanorods 的載子濃度(Carrier concentration)，而用於發展場效發射 (Field-effect emission)。在另外一方面，我們將利用N2、NH3 氣氛電漿處理， 並配合微波瞬間加熱，來研究其對於經氣氛電漿處理之ZnO nanorods 的物 性與光電特性，以期能發展出具有 P-type ZnO 的特性。並利用HR-TEM 和 EXAFS 的分析，來探討P 型ZnO nanorods 之局部細微結構的改變。進， 並進一步利用ZnO nanorod 之液相溶液」仿磊晶疊層」 的自行接合成 長特性，來研究N-type ZnO nanorods/Plasma-ZnO(P-type) nanorod/n-ZnO film 的製程及自行組合的成長機制，並利用高解析穿透式顯 微鏡，並探討此異質奈米結構的界面微觀結構的變化與光電性質。進而利 用樹脂包覆並將相關的製程整合，來分析及探討此 Doped-ZnO(N-type) nanorods/ Plasma-ZnO(P-type) nanorod /N-type ZnO film/Si 」的成長製程可行性。最後利用多層磊晶成長的觀念以及多層量子結 構的設計，來探討此異質奈米結構的光電效應。同時對於在基板上之異質 薄膜或結構的圖案化與區域化之製程，也將進行相關陣列化製程研究與光 電特性分析，而用於發展奈米發光二極體。