(ITO gless, silicon wafer)
Substrate cleaning
WO3 films deposited by RF magnetron sputter
NiO films deposited by RF magnetron sputter
Electrochemistry properties
Microstructure Optical properties
Thickness
Analyses and tests
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-1 實驗材料
本實驗在基材的採用上，選擇偉斯企業股份有限公司所代理之氧化銦錫 玻璃(ITO glass)，其片電阻值大約為 30 Ω/□，玻璃本體為 corning 1737，再 沉積膜厚約為100 nm 之氧化銦錫(ITO)薄膜在玻璃上，之後將玻璃基材切割 成20 mm×20 mm 的大小。磁控濺鍍過程中所採用的鎢靶材與鎳靶材，規格 為4 吋圓型靶材，其純度皆為 99.99 %，工作氣體及反應氣體則分別為高純 度之氬氣(>99.999 %)及氧氣(>99.999 %)。
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-2 基材前處理
本實驗試片之清洗處理步驟為：
(1) 試片浸於丙酮中，以超音波震盪15分鐘。
(2) 試片再浸於異丙醇中，以超音波震盪15分鐘。
(3) 而後試片浸於去離子水(DI water)中，以超音波震盪15分鐘。
(4) 取出後以高壓氮氣吹除試片表面之水氣。
(5) 將試片至於烤箱內烤乾剩餘水氣，即清洗完成。
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-3 實驗設備
本研究所使用之直流/射頻(ratio frequency)磁控濺鍍系統為本校微光機 電實驗室所提供，型號為Psur-100 HB, 其系統裝置如圖3-2所示，腔體內含1 個4吋磁控gun、1個4吋非磁控gun及一個2吋gun，電源供應可自由切換直流 (DC)或射頻(RF)電源，真空系統採用機械幫浦(MP)與渦輪分子幫浦(TB)串聯 進行抽氣(終極壓力可達10-9 torr以下)，而真空測定設備低真空時，以熱偶 式真空計量測腔體壓力，高真空則使用離子真空計測定壓力。系統配有質流 控制器(mass flow controller)來控制工作氣體與反應氣體之流量。基板下方亦 配有鹵素燈管可於濺鍍時提供必要之溫度，系統外觀如圖3-3所示。
圖3-2 直流/射頻磁控濺鍍系統裝置圖 Halogen Lamp
Ar
MFC MFC
O2
Thermocouple Gauge
N2 RF/DC power supply
TB MP
Ion Gauge
圖3-3 Psur-100 HB DC & RF濺鍍機
表3-1 氧化鎢薄膜製程參數
Target W (>99.99 %)
Substrate ITO-Glass Background pressure (Torr) 3×10-5
RF Power (W) 100 Temperature (oC) R.T.
Substrate-target distance(cm) 6 0 2 3 6 O2 (sccm)
9
Ar (sccm) 9
Time (min.) 40
表3-2 氧化鎳薄膜製程參數
Target Ni (>99.99 %)
Substrate ITO-Glass Background pressure (Torr) 3×10-5
RF Power (W) 100 Temperature (oC) R.T.
Substrate-target distance(cm) 6
Ar (sccm) 10
O2 (sccm) 2
Time (min.) 15
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-5 電解質之調製
本研究所使用之電解質為 1 M 過氯酸鋰溶液，製備時先將過氯酸鋰 (LiClO4)粉末溶於無水溶劑碳酸丙烯(propylene carbonate, PC)中，以磁石旋轉 攪拌均勻後，再加入甲基丙烯酸甲脂(Methylmetacrylate)繼續攪拌均勻，充 分混合後靜置於暗處一天，使旋轉攪拌過程中所產生之細微氣泡溢出，即製 備完成。實驗中所使用之固化劑甲基丙烯酸甲脂(Methylmetacrylate) 為有機 高分子材料，透光度高光線吸收度低，屬自由基固化體系，經紫外線照射後 反應生成高分子化合物，使液態溶劑轉變為固態，使用此固化電解質可避免 封裝製成元件後之電解液洩漏問題。時間中所使用之藥劑均為景明化工有限 公司所代理，電解質調製參數如表3-3 所示
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-6 元件之封裝
將製備完成附有氧化鎢及氧化鎳的ITO 玻璃基板，以 PET 軟板將兩基 板隔以一間隔，以針筒吸取適量調製完成之液態電解質注入於氧化鎢與氧化 鎳試片之間，再將其置於紫外線燈具下照射，使電解質中的固化劑固化劑甲 基丙烯酸甲脂(Methylmetacrylate)產生反應硬化，即可製成封裝完成之完整 元件，示意如圖3-4。
表3-3 電解質調製參數
LiClO4 (g) 1.0639
Propylene carbonate (l) 0.01
1M
Methylmetacrylate (g) 0.4
Spin
stirred (min.)
30UV irradiated (min.) 15
圖3-4 元件示意圖 Glass
ITO NiO Eelectrolyte
ITO WO3
Glass
PET
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-7 薄膜的分析與量測
3-7-1 濺鍍速率之量測將濺鍍完成之試片，以丙酮去除先前以白板筆塗佈之部分，即可得到一 薄膜與基板形成之落差高度，此落差高度即為薄膜厚度，濺鍍製程中薄膜沉 積過程相當穩定，因此我們可以以測厚儀量測此一落差高度，再將此厚度除 以沉積時間，便可估算出濺鍍速率，α-step測厚儀之裝置如圖3-5所示。
3-7-2 表面微結構之分析
利用掃描式電子顯微鏡(JEOL JSM-6360LV)觀察薄膜表面形貌、晶粒尺 寸、表面缺陷等等，其裝置如圖3-6所示；可由此觀察出薄膜表面的緻密程 度，並分析表面微結構是否影響薄膜性質。並使用原子力顯微鏡(DI-CP2)分 析薄膜表面型態與表面粗糙度，因AFM是藉著微小的懸臂探針與試片表面原 子的作用力，使探針在垂直方向移動，掃瞄而繪成表面型態，所以AFM相當 高的解析度與三度空間解析能力，其裝置如圖3-7所示。
3-7-3 X-Ray 繞射分析
實驗使用X-ray繞射儀(PANalytical X＇Pert PRO)來分析薄膜結晶性與 晶體結構。以銅靶為X光光源，操作條件為：工作電壓45kV，電流40 mA，
量測繞射角度範圍2θ= 20~80°，入射角度1°，掃瞄速度為0.05 °/sec。
3-7-4 微拉曼散射光譜分析
本實驗是使用成功大學微奈米科技研究中心所提供之微拉曼光譜儀 (LabRAM HR, JOBIN YVON)來量測薄膜之鍵結型態，雷射波長為532 nm。
量測時雷射光透過光學顯微鏡聚焦到試片上，被散射的光也會經同樣路徑進 到光譜儀中，當入射光與試片晶格震動發生反應時，被散射的光帶有與晶格 震動相同之頻率，收集散射光可得一光譜，再依照譜線的位置得以分析薄膜 結晶性質、原子間鍵結與價數之訊息，其裝置如圖3-8所示。
3-7-5 UV/VIS/NIR分光光譜儀分析
本實驗使用本校物理所提供之UV/VIS/NIR分光光譜儀(Perkin Elmer Lambda 900)，其入射光波長範圍為190 nm~2600 nm，分為二個波段：波長 範圍190 nm~890 nm為紫外光與可見光，890 nm~2600 nm為近紅外光。量測 時先以空氣為背景，得一數值，再將欲量測之試片置入量測，比較兩光束能 控制電位，掃瞄速率為50 mV/sec，掃瞄範圍為-1.5 V~1.5 V之間，並記錄薄
圖3-5 α-step測厚儀
圖3-6 JEOL JSM-6360LV掃描式電子顯微鏡
圖3-7 DI-CP2原子力顯微鏡
圖3-8 LabRAM HR, JOBIN YVON微拉曼光譜儀
圖3-9 Perkin-Elmer Lambda_900分光光譜儀
圖3-10 EG&G 263A恆電位儀