儀器簡介

2.3.1 高密度電漿化學氣相沈積系統

本實驗所用的薄膜沉積系統為高密度電漿化學氣相沉積系統(High-density plasma chemical vapor deposition system, HDPCVD)，又稱感應耦合型電漿化學氣相沉積系統 (Inductively-coupled plasma chemical vapor deposition system)圖 19。其反應所需的活化能 主要是由外加射頻電源(RF Power)，使反應氣體離子化，並產生輝光(glow discharge)，

讓其成為活性的反應基(radicals)，加速反應而達成沈積固體生成物的目的。有些鍵結較 強的氣體分子，需在高溫才易進行反應，使用電漿幫助薄膜沉積或乾蝕刻時，氣體分子 在電漿活化能和熱能下解離並進行反應，電漿密度愈高則系統反應溫度就可愈低，因此 高密度電漿化學氣相沉積系統在低溫製程(<100^oC)具有極大的優勢。

在此高密度電漿化學氣相沉積系統中，RF 電源接於感應線圈，並加一介質窗與電 漿分隔，系統中另加一 RF 電源對基板偏壓，高頻交流在線圈內有磁通量變化，此磁通 量變化率產生法拉第感應電場以加速電子，封閉迴路之感應電場平行於晶片表面，此感 應電場會對電子或離子加速使導入之氣體充分解離而不傷晶片表面，加大輸入之 RF 功

17

率則磁場、電場都會增強，可產生相當高的電漿密度，系統功率消秏低，故系統操作溫 度可更低，易得較低應力、階梯覆蓋性和附著性佳的薄膜[38]。

圖 19 高密度電漿化學氣相沉積系統

2.3.2 多功能電子濺鍍沉積系統

本實驗所用的電子濺鍍系統為 ULVAC Sputter SBH-3308RDE，此系統主要是用來 沉積銦錫氧化層(ITO)薄膜，銦錫氧化層為透明導電層，可當作太陽能電池的電極。此 機台使用直流電漿(DC Plasma)作為電漿泛注源，最大直流功率為 3 KW，濺渡時則以 Ar、O2為濺鍍反應氣體，基本的真空能力(base pressure)約為 5E-7 torr，濺鍍時維持在 6E-3 torr。

在真空反應室中，入射離子碰到靶的表面，將動量、能量傳給最鄰近的原子，沿緊 密堆積方向拉出靶材原子，若靶材是單晶則濺射出來的原子會有方向性，故用非晶形靶 材，粒子才可能均勻向外濺射。在濺鍍應用中，靶接陰極，基板與器壁接地。

2.3.3 電子束金屬蒸鍍沉積系統

本實驗太陽能電池元件電極部份使用 AST PEVA 600I 電子束金屬蒸鍍系統，主要蒸 鍍金屬有 Al、Ni、Ti、Ta 等其他金屬，而本實驗主要做用不同金屬做為背反射器。此 機台使用電子束作為蒸渡源，最大直流功率為 10 KW，基本真空能力(base pressure)約為 5E-7 torr，濺鍍時維持在 8E-6torr。

電子束蒸鍍屬於物理氣相沉積系統，以直流電源加熱鎢絲會使外層電子得到動能，

當動能大於束縛能電子則會發射出來，在陰極及陽極間施加數千伏特之直流電壓，陰極 面積越大，其電流強度越大；陰陽極之電位差越大，其電流強度亦越大；電流強度與陰 陽極之間之距離平方成反比，利用高電位差加速電子並利用磁場控制電子束軌跡，使其 撞擊到蒸鍍源產生高熱讓蒸鍍源部分蒸發為氣體，並在高真空的環境下附著在被鍍物上，

18

如圖 20。由於此系統是利用電子束加熱靶材，所以靶材的熔點不能太高。

圖 20 電子束金屬蒸鍍沉積系統

2.3.4 冷場發射電子束顯微鏡

SEM 主要是利用電子槍利用場發射效應激發電子，使電子在真空中射出，經過電 磁透鏡聚集成直徑極細的電子束，當電子束在樣品上面掃描照射下，會產生出不同的量 子，像是二次電子、背向散射電子、吸收電子、特徵 X 光等…，本實驗中主要使用的是 二次電子偵測儀觀察樣品。樣品在電子束的照射下，表面的電子被撞擊而釋放出來，稱 為二次電子，其能量約為 50eV，因此只有樣品表面約 5~50nm 的二次電子，才有機會脫 離樣品表面被偵測。

相較於其他的表面觀測儀器，SEM 偵測二次電子後所呈現的圖景深大，立體感很 強適合觀察高低起伏的表面而不會失焦。光學顯微鏡的解析度受到波長繞射的影響，使 一般的光學顯微鏡解析度約在 300nm 左右，但因電子的波長遠小於可見光，使 SEM 的 解析度大為提升。而樣品的製作與更換很方便，若樣品為金屬或導電性良好的話，就不 需要經過事前處理，而非導體只要鍍上一層金屬薄膜即可。

19