第四章 實驗結果與討論
4.8 利用氧化鋅摻銦氮製作雙翼質結構對氧化鋅摻氮的特性影響
性影響
由 4.7 節的電性結果可以得知共摻雜的薄膜在 MgZnO:(In,N),M=15 時，會有較 好的穩定度，進一步對 MgZnO:(In,N),M=15 進行雙異質結構的探討，進一步探討 雙異質是否比單異質更適合 HMD 的效果。
在本節中將探討鎂 15%時，利用高能隙薄膜製作雙異質結構來探討異質調變 摻雜對於氧化鋅摻氮(ZnO:N)薄膜的電性及特性的影響以及雙異質結構做成多層 結構時所造成的影響。
本實驗使用 0.2M 的醋酸鋅水溶液，再加入不同比例的硝酸鎂以及固定比例的 醋 酸 銨 和 固 定 比 例 的 硝 酸 銦 來 進 行 共 摻 雜 ， 其 比 例 為 [Zn] : [Mg]:[In]:[N]=1:0.15:0.02:3，利用噴霧熱裂解法在 n-Si(111)基板上製作雙異質結構 ZnO:In/MgZnO:(In,N)/ZnO:N/ MgZnO:(In,N)薄膜，並且改變不同層數，分別為 ZnO:In/MgZnO:(In,N)/ZnO:N/ MgZnO:(In,N) 、 ZnO:In/(MgZnO:(In,N)/ZnO:N)x2/
MgZnO:(In,N) 、 ZnO:In/(MgZnO:(In,N)/ZnO:N)x3/ MgZnO:(In,N) 、 ZnO:In/(MgZnO:(In,N)/ZnO:N)x4/ MgZnO:(In,N)，沉積溫度為 450℃。
4.8.1 雙異質結構層數對於氧化鋅摻氮的特性影響
MgZnO:(In,N) 雙異質結構，不同層數((layer number))1,2,3,4 層。我們分別以 L1,L2,L3,L4 來表示，不同層數的薄膜，總厚度都維持一至，約為 250nm。
圖 4-25 為 ZnO:N、MgZnO:N、MgZnO:(In,N)與雙異質結構的電導率與溫度關 係圖，圖 4-26 為不同層數的 MgZnO:(In,N)雙異質結構的載子濃度、載子遷移率、
由圖 4-25 和表 4-1 我們看到 MgZnO:N、MgZnO:(In,N)的雙異質結構活化能，
分別為 194mev、64mev，MgZnO:N 當薄膜做成雙異質結構時，其載子濃度並沒有 比原先單層的 MgZnO:N 薄膜來的高，反而有下降，可能是由於 MgZnO:N 活化能
由圖 4-26 我們看到當改變雙異質結構層數時，隨著層數改變時載子濃度有些 微上升至 2.04x1018cm3 後有飽和的趨勢，而載子遷移率隨著層數增加而增加，在 L4 的時候會小幅下降，電阻率會有先下降至 1.88Ω-cm 後持平的趨勢。
由圖 4-27 我們看到當層數從 L1 變為 L4，活化能從 64mev 下降至 31.1mev，
由此結果得知改變層數時，可能讓 HMD 效果更明顯，但是還不是完全依靠穿隧效 應，表示還有改善的空間。
圖 4-28 看到單層的 ZnO:(In,N)薄膜會有能隙以下的吸收較為嚴重而多層雙異 質結構時隨著層數增加時缺陷吸收變少，當層數等於 L4 時其等效能隙會大於單層 ZnO:(In,N)薄膜，其變化量從 3.24EV 增加至 3.26EV，由此結果可以推論當薄膜中 含有 Mg 的成份時缺陷吸收會變少，此現象可能和 4.3.4 節的加入 Mg 造成的結果 一致所造成的，並且當薄膜層數增加時可以比單層 ZnO:(In,N)的薄膜得到較大的等 效能隙大小。
表 4-1 ZnO:N、MgZnO:N、MgZnO:(In,N)與雙異質結構電性比對表
圖 4-25 ZnO:N、MgZnO:N、MgZnO:(In,N)與雙異質結構的電導率與溫度關係圖
0 1x100 2x100 3x100 4x100 5x100
2x1018 4x1018
0 1 2 3 4 5
2x100
( -cm) c (cm
-3) (cm
2V
-1s
-1)
Layer number
圖 4-26 不同層數的 MgZnO:(In,N)雙異質結構的載子濃度、載子遷移率、電阻係 數關係圖
2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4
3.00 3.05 3.10 3.15 3.20 3.25 3.30 3.35 3.40
0.0
3.15 3.20 3.25
0.0
4.8.2 氧化鋅鎂和氧化鋅鎂摻銦氮單異質結構與雙異質結構薄膜的 特性比較
表 4-2 為不同 M 參數的 MgZnO、MgZnO:(In,N)單異質結構與 MgZnO:(In,N) 雙異質結構的載子濃度、載子遷移率、電阻係數關係表。
由表 4-2 我們看到在 MgZnO:(In,N),M=15 時在單異質結構時 MgZnO:(In,N)共 摻雜的載子濃度會高於未摻雜的 MgZnO，載子遷移率以及電阻率會比未摻雜時來 的 低 ， 但 是 MgZnO:(In,N) 單 異 質 結 構 的 薄 膜 的 載 子 濃 度 並 沒 有 比 單 一 層 MgZnO:(In,N)的薄膜要來的高，其載子濃度介於 ZnO:N 以及 MgZnO:(In,N)之間，
在單異質結構時做異質結構調變式摻雜的效果時，沒有明顯的效果出現，可能是 因為單異質結構的載子局限性效果會比雙異質結構要來的差所導致的。
而 MgZnO:(In,N)雙異質結構時其載子濃度會大於單異質結構，而載子遷移率 介 於 MgZnO 、 MgZnO:(In,N) 單 異 質 結 構 兩 者 之 間 ， 所 以 會 有 一 最 低 電 阻 率 4.02Ω-cm，由此結果，我們可以知道，雙異質結構由於對載子侷限性較強使得異 質結構調變式摻雜效果較為明顯，使其會比單異質結構還要更高的載子濃度，以 及更低的電阻率。
表 4-2 為不同 M 參數的 MgZnO、MgZnO:(In,N)單異質結構與 MgZnO:(In,N)雙 異質結構的載子濃度、載子遷移率、電阻係數關係圖
Thinfilm
電阻率(Ω-cm)
載子遷 移率
(cm
2V
-1sec
-1)
載子濃度