溶液中進行陽極處理，溶液利用溫度控制在 10℃以下，施以100V之定電壓，藉由改變持續 施加電壓的時間，制作出不同膜厚的AAO，我們將試片編號與下述的特性整理於表4-1-1。
圖4-1-3為我們在SEM下觀察不同製作時間的AAO試片之結果。圖(a)為試片編號A1，其 陽極氧化反應時間為10min、(b)圖為試片A2，其反應時間為20min、(c)圖為試片A3，時間 為30min、(d)圖為試片A4，反應時間為40min。從圖(a)~(d)中我們觀察到各樣品的孔洞大 小不一，分布也不具規則狀，沒有因為製作時間的變化而有不同。從圖中發現孔洞的平均 間距為0.1~0.2um。
為了進一步分析表面孔洞的結構，我們利用AFM來檢測樣品表面的情形並用電腦製作出 3D圖。圖4-1-4所示為AFM系統所得到的結果，圖(a)為AFM掃描試片A1的結果，其表面結構 粗糙度的均方根(root-mean-square, RMS)值為21.1nm、圖(b)為掃描試片A2的結果，其RMS 為20.7nm、圖(c) 為掃描試片A3的結果，其RMS為21.6nm和圖(d)為掃描試片A4的結果其RMS 為21nm。以製作試片的陽極氧化反應時間作為參數，對各試片在AFM掃描得到RMS值作圖，
整理成圖4-1-5。從圖中我們可以觀察到隨著製作時間的增長，試片的表面粗操度並沒有明 顯的變化，這就說明孔洞的大小與分布情形是相同的。
我們同時觀察這些樣品的SEM切面結構。圖4-1-6為SEM下觀察AAO切面的結構之結果，圖(a) 為製作時間10min的AAO，試片A1之SEM切面圖，我們從圖上可以發現AAO的厚度約為
0.430μm、圖(b)為試片A2的SEM切面圖，其厚度約為0.820μm、圖(c)為試片A3的SEM切面 圖，其厚度約為0.945μm和圖(d)為試片A4的SEM切面圖，其厚度約為1.005μm。AAO薄膜可 以區分為阻障層薄膜(barrier layer) 和多孔氧化薄膜(porous layer)，如圖2-3所示。
barrier layer會保持一定厚度，而porous layer的厚度大小是取決於時間、電流密度、電 解液的溫度，拉長時間和加大電流密度，也就是說給予更多的電荷=電流密度×時間，即可 獲得比較厚的porous layer。我們將製作AAO的陽極反應時間與AAO的厚度整理成圖表。如 圖4-1-7所示，可以看到AAO層厚度會隨著製作時間而增長，且隨著製作時間的拉長，鋁膜 會因轉變成AAO而變薄，其電流密度會變小，讓AAO成長速度趨緩 [24,25]。由於AAO膜厚是 由porous layer的增長所影響，較長的反應時間，結構自主性會提高且porous layer品質 較好。在實驗中，我們將以AAO製作時間作為參數來區分樣品。
4-2 於AAO製作氧化鋅薄膜的實驗結果與討論
4-2-1 氧化鋅薄膜表面結構與EDS分析
在4.1節中我們清楚知道，AAO膜厚會隨著製作時間的拉長而變厚。在本節實驗中我依 據不同製作時間的AAO基板在其上製作氧化鋅薄膜。實驗中，使用熱蒸鍍(Thermal coater) 系統製作金屬鋅薄膜再經由石英管熱處理成氧化鋅薄膜。熱蒸鍍系統的製程參數為表3-3。
圖4-2-2為在藍寶石基板上所製作的氧化鋅薄膜在SEM下所觀察到的結構，圖(A)為放大
4-3 AAO製作時間對氧化鋅薄膜的電性量測與分析
4-3-2 照光下薄膜的電流與電壓之關係
本節吾主要探討在不同製作時間的AAO基板，製作的氧化鋅薄膜在照光下，電流-電壓 關係與分析。在實驗中，吾使用60W的鎢絲燈作為照射樣品的光源，其光源光譜圖為圖4-3-3 所示。量測時，固定10分鐘進行一次I-V測量，在量測完第二次暗電流時，將樣品照光(Light ON)且之後每10min測量一次，於照光40分鐘後待量測完成，馬上移開光源(Light Off)，之 後繼續以每10min進行一次量測。試片編號如表4-2-1。
圖4-3-4(a)為試片S在不同偏壓下，電流在照光時與結束照光後的變化情形。圖(b)中，
-dark- 曲線為Light ON前的暗電流值，-Light- 曲線為Light Off前的光電流。從這可以 看出樣品在照光40分鐘後，有很大的電流增益產生，但是電流值並沒有達到較穩定狀態； 以圖4-3-10中，time 30 min 的電流值除time 20 min 的電流值為一光上昇穩定程度，在 照光的情形下，其值愈低代表越容易達到穩定；相同做法，我們也以time 80 min 的電流 值除time 70 min 的電流值為一光衰減程度，在不照光的情形下，其值愈低代表衰減越快。
我們將數據整理成圖4-3-12，圖中標示a的曲線為各試片光上昇穩定情形，在藍寶石基 板上製作的氧化鋅薄膜，試片S最不容易穩定，而在AAO上製作的試片，都有明顯改善。製 作40 分鐘以上的試片A4~A6，其光穩定程度更快且達一穩定現象。圖中標示b的曲線為各試 片光衰減速度情形，試片S依然在光衰減上也最為慢。從試片A1~A6上，我們可以知道光衰
減程度的變化，會隨著試片AAO製作時間的拉長而變快，這就說明試片A4、A5、A6的氧化鋅 薄膜，其內部傳導載子具有較短的生命週期。換句話說，在適當陽極反應時間下，其AAO 的厚度對氧化鋅薄膜的成長，具有較佳的緩衝層效果，而製作成光導型光偵測器元件也具 有較快的反應時間。
4-3-3 光激螢光(Photoluminescence，PL)量測分析對電性結果的探討
本節主要是以光激發螢光(PL)的量測分析來針對上兩節所講述的內容做進一步的討 論。實驗中，吾以325nm波長紫外光雷射的氦鎘雷射來做為光源，圖4-3-13為測量樣品前，
先測試系統的數據。圖中，標示a 為沒有放樣品的量測值，b 為對玻璃基板的測量值，c 為 測量藍寶石基板的測量值。從圖中可以觀察到，a 只有325nm波長的主要峰值，但是照射在 玻璃基板的b 譜線與藍寶石基板的c 譜線 ，卻出現許多原本沒有的峰值，這應該是氣體雷 射原本就有的電漿譜線峰值，經由反射時光柵沒有有效地濾掉，而光學系統是經由光纖來 傳導光路，所以在光柵大小沒有辦法有效控制下，所造成的現象。
我們對表4-3-1中的試片來進行量測，結果如圖4-3-14所示。從圖4-3-14與圖4-3-13 相互對照，可以清楚發現所量測的各試片都有與圖4-3-13相同的情況，在特定波長下有明 顯的波峰，且比較後其波長都相同。這也更加證明，這些波長的光為光源本身具有的。從 圖4-3-14當中可以知道各試片，除了有378.7nm波長的激發光外，還有激發黃光(yellow emission)，大約從波長450nm延伸到波長750nm。我們清楚看到各試片的激發黃光強度大小
bandedge.，求出相對的光激發光強度對AAO基板製作時間之影響，將數據整理成圖4-3-15 (a)。
這裡的討論重點，將再次強調上兩節的電性分析。圖4-3-15 (b)為不同製作時間的AAO所製
作的氧化鋅薄膜，在偏壓5V下的暗電流，從圖中可以看到以製作40分鐘的AAO作為基板的試 2-3-2 所示，光源為250W之鎢絲燈，透過紫外光高穿透率透鏡(plano-copnvex lenses)聚 焦於單色分光儀(monochrometer)上，而500nm 以上量測時搭配500nm long pass 濾光透 鏡，透過具有絕對響應值的矽偵測器計算出光源於不同波長之功率，再量測元件之光暗電
高時，光響應度也會跟著提高。因此偏壓的提高除了能產生更多的電子電洞對，貢獻光電
12.514、21.338。
而圖4-4-3 所示為氧化鋅薄膜製作於反應時間40分鐘之AAO基板(試片A4)上等效光響 應對波長關係圖，於量子效率方面，在偏壓0.15V以上，於紫外光的部份的量子效率都在100%
以上。從圖中可發現A4試片的截止波長範圍，從370nm到400nm波長，更加陡峭。這樣的數 據顯示出與圖4-3-19的結果相符，說明A4試片的缺陷最少。在波長370nm，其偏壓為0.15V、
0.5V、1V、3V、5V的響應度分別為0.213、0.685、1.346、4.226、7.269。
圖4-4-4 為製作於反應時間60分鐘之AAO基板的氧化鋅薄膜(試片A6)的等效光響應對
3V、5V的響應度分別為0.292、2.094、4.192、12.73、21.38。
從學長的文獻[40]，知道氧化鋅薄膜成長於藍寶石基板的光響應度，如圖4-4-5所示。
從圖中與文獻中的說明，可以知道在波長370nm ，看出偏壓在0.5v、1v 時，光響應度分別 互次比約為140.4，而試片A4有最大的互次比約為167.8，而試片A6的互次比也只有約606.7。
4-4-2 量子效率對光響應度之分析
在圖4-4-7所示，為試片在紫外光部分波長的響應度都為100%量子效率，a為試片A2在 偏壓0.2V下的響應度、b為試片A3在偏壓0.08V下的響應度、c為試片A4在偏壓0.15V下的響 應度和d 為試片A6在偏壓0.07V下的響應度。試片A2在偏壓0.2V下，才達到100%的量子效 率，從PL量測中我們可以知道是因為缺陷多，且分布範圍廣，當電子不容易被缺陷釋放時，
表 4-1-1 AAO 製作時間與其特性整理
表 4-4-1 試片 A2、A3、A4 與 A6 光電特性整理比較 試片編號
特性
A2 A3 A4 A6
make AAO time 20min 30min 40min 60min Cut-Off wavelenth 370nm~420nm 370nm!~430n
m
370nm~400nm 370nm~420nm
370nm Responsivity(0.5V) 0.829 2.028 0.685 2.094 370nm Responsivity(1V) 1.67 4.078 1.346 4.192 370nm Responsivity(3V) 5.09 12.514 4.226 12.73
Rejection Rato (370nm/400nm)
137.5 140.4 167.8 606.7
圖 4-1-1 以鋁箔上所製作的 AAO 為基板所製作的氧化鋅薄膜，因鋁箔的因素，於熱處理後 造成氧化鋅薄膜品質不穩定；圖中右邊為脫落區，左邊為無脫落區。
無脫落區
脫落區
圖 4-1-2 為陽極氧化反應製作 AAO 基板的實驗步驟 SEM 觀察
1737 康薴基板
基本清洗
電子槍蒸鍍鋁膜2um
陽極氧化
(10&20&30&40&50&60min)
AFM 觀察
圖 (a)
圖 (b)
圖 (c)
圖 (d)
圖 4-1-3 為在 SEM 下觀察不同製作時間的 AAO 試片。其陽極氧化反應時間分別為(a) 10min，試片 A1、(b)20min，試片 A2、(c)30min，試片 A3、(d)40min，試片 A4。
圖 (a)
圖 (b)
圖 (c)
圖 (d)
圖 4-1-4 為 AFM 掃瞄 AAO 表面結構。
(a) 為試片A1，陽極氧化反應時間10min的表面結構分析。
(b) 為試片A2，陽極氧化反應時間20min的表面結構分析。
(c) 為試片A3，陽極氧化反應時間30min的表面結構分析。
(d) 為試片A4，陽極氧化反應時間40min的表面結構分析。
10 20 30 40 16
18 20 22 24 26 28 30
RM S (nm )
time(min)
圖4-1-5 製作AAO基板的陽極氧化反應時間與其表面粗操度(RMS)之比較圖。
圖 (a)
圖 (b)
圖 (c)
圖 (d)
圖 4-1-6 為 AAO 在 SEM 下觀察到的切面圖。
(a)製作時間為10min的AAO，其厚度為0.430μm。
(b)製作時間為20min的AAO，其厚度為0.820μm。
(c)製作時間為30min的AAO，其厚度為0.945μm。
(d)製作時間為40min的AAO，其厚度為1.005μm。
10 15 20 25 30 35 40 0.4
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
AAO depth (um)
reaction time(min)
AAO depth (um)
圖 4-1-7 製作 AAO 之陽極氧化反應時間與其厚度的關係。
圖 4-2-1 於 AAO 基板上以熱蒸鍍系統所沉積的金屬鋅薄膜。
圖(a)
圖(b)
圖 4-2-2 於 SEM 下觀察試片 S 的表面結構，(a) 為放大倍數 10k，(b) 為放大倍數 40k。
圖(a)
圖(b)
圖 4-2-3 於 SEM 下觀察試片 A1 的表面結構，(a) 為放大倍數 10k，(b) 為放大倍數 40k。
圖(a)
圖(b)
圖 4-2-4 於 SEM 下觀察試片 A2 的表面結構， (a) 為放大倍數 10k，(b 為放大倍數 40k。
圖(a)
圖(b)
圖 4-2-5 於 SEM 下觀察試片 A3 的表面結構，(a) 為放大倍數 10k，(b) 為放大倍數 40k。
圖(a)
圖(b)
圖 4-2-6 於 SEM 下觀察試片 A4 的表面結構，(a) 為放大倍數 10k，(b) 為放大倍數 40k。
圖(a)
圖(b)
圖 4-2-7 於 SEM 下觀察試片 A5 的表面結構，(a) 為放大倍數 10k，(b) 為放大倍數 40k。
圖(a)
圖(b)
圖 4-2-8 於 SEM 下觀察試片 A6 的表面結構，(a) 為放大倍數 10k，(b) 為放大倍數 40k。
S A1 A2 A3 A4 A5 A6 5.0x10-7 1.0x10-6 1.5x10-6 2.0x10-6
current(A)
A1 A2 A3 A4 A5 A6 S 0.0
5.0x10-6 1.0x10-5 1.5x10-5 2.0x10-5 2.5x10-5
intensity(a.u.)
sample numburs 5V
圖 4-3-2 各試片在兩次暗電流量測下，在偏壓 5V 下之電流差值(△I)比較圖。
300 400 500 600 700 800 900
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0.0
5.0x10-6 1.0x10-5 1.5x10-5 2.0x10-5 2.5x10-5 3.0x10-5 3.5x10-5 4.0x10-5 4.5x10-5
0 1 2 3 4 5
0.0 5.0x10-6 1.0x10-5 1.5x10-5 2.0x10-5 2.5x10-5 3.0x10-5
Light Off
(a) (b)
Light ON
current(A)
Voltage
dark light
圖 4-3-4 (a) 試 片 S 在 不 同 偏 壓 下 ， 不 照 光 (0~10min), 照 光 (10~50min), 不 照 光 (50min~110min)時的電流變化情形。 (b)試片S的電流-電壓圖，"dark"為不照光(10min) 時的電流-電壓曲線，"light"為照光時(50min)的電流電壓圖。
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0.0
5.0x10-6 1.0x10-5 1.5x10-5 2.0x10-5 2.5x10-5 3.0x10-5
0 1 2 3 4 5
0.0 5.0x10-6 1.0x10-5 1.5x10-5
2.0x10-5 (b)
Light ON Light Off
current(A) (50min~110min)時的電流變化情形。 (b) 試片S的電流-電壓圖，"dark"為不照光(10min) 時的電流-電壓曲線，"light"為照光時(50min)的電流電壓圖。
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0.0
5.0x10-6 1.0x10-5 1.5x10-5 2.0x10-5 2.5x10-5 3.0x10-5
0 1 2 3 4 5
0.0 5.0x10-6 1.0x10-5 1.5x10-5 2.0x10-5
(a)
Light ON Light Off
current(A)
Voltage dark
light
圖 4-3-6 (a) 試 片 A2 在 不 同 偏 壓 下 ， 不 照 光 (0~10min), 照 光 (10~50min), 不 照 光 (50min~110min)時的電流變化情形。 (b) 試片 S 的電流-電壓圖，"dark"為不照光(10min) 時的電流-電壓曲線，"light"為照光時(50min)的電流電壓圖。
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0.0
5.0x10-6 1.0x10-5 1.5x10-5 2.0x10-5 2.5x10-5 3.0x10-5 3.5x10-5
0 1 2 3 4 5
0.0 5.0x10-6 1.0x10-5 1.5x10-5 2.0x10-5 2.5x10-5
Light Off
cur rent (A )
Light ON
(b) (50min~110min)時的電流變化情形。 (b) 試片 S 的電流-電壓圖，"dark"為不照光(10min) 時的電流-電壓曲線，"light"為照光時(50min)的電流電壓圖。