1. Zinc Nitrate Hexahydrate
分子式：Zn(NO3)2·6H2O 分子量：297.47
熔點：36℃ 純度：98%
製造商：J.T.Baker 2. Zinc acetate dihydrate
分子式：Zn(CH3COO)2·2H2O 分子量：219.51
純度：99.0% 製造商：J.T.Baker
3. Methenamine Granular (Hexamethylenetetramine，HMT) 分子式：C6H12N4 分子量：140.19
閃點：250℃ 純度：99%
製造商：Riedel-de-Haën 4. Monoethanolamine
分子式：HOCH2CH2NH2 分子量：61.08
閃點：85℃ 純度：99.9%
製造商：J.T.Baker
5. 2-Methoxyethanol
分子式： CH3OCH2 CH2OH 分子量：76.1
閃點：46℃ 純度：99.9%
製造商：TEDIA
6. ZEP-520A , ZEONREX Electronic Chemicals
(1)Thinner , ZEP-A , anisole
(2)Developer , ZED-N50 , n-amyl acetate (3)Remover , ZDMAC , dimethylacetamide 7. PMMA 495k A4 , MicroChem
(1)Developer , MIBK：IPA (2)Remover , Acetone
8. 1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltrichlorosilane(FOTS)
Si
3-1.2 實驗設備
1. 電子束微影系統 ( Electron Beam System , ELS-7500EX ELS , Elionix Corp. )，交通大學奈米科技中心，提供微影製程以及電子顯微鏡觀察 2. 聚焦離子束與電子束顯微系統(focused ion beam & electron beam , FEI Nova 200)，交通大學奈米中心，提供產生切面以及電子顯微鏡觀 察
3. 原子力顯微鏡(AFM , Dimension 3100 , Digital Instrument )，交通 大學奈米科技中心，提供觀察表面結構及深度
4. 高解析度 X 光繞射儀(High Resolution X-ray Diffractometer, Bede,D1)，交通大學奈米科技中心，提供量測晶格
5. 太陽光模擬(Solar simulator AM 1.5, 2440 5A Source Meter, Xenon Lamp)，交通大學應化所，提供量測照光下電壓電流
6. 薄膜測厚儀(n&k analyzer 1200)，國家奈米元件實驗室，提供量測光 學反射率
7. Jasco V-570 UV/Vis/NIR Spectrophotometer，交通大學材料所，提供 量測光學反射率
8. 旋轉塗佈機(Spin coater)，光映科技，進行表面塗佈 9. 加熱板(Hot plate)
10. 自製壓印機(Nanoimprint lithography System) (1) Mechanical pump , Alcatel , 2015SD
(2) Air compressor , Silent-AIR , 30TC (3) Heating system , Arico , TC5E
(4) Xe Lamp , Eurosep , BLC001 (5) Water bath , Yihdern
(6) Pneumatic system , Ashun (7) Chamber , 宇傑真空科技
(8) Gauge , mini-convectron 275
3-2 氧化鋅奈米柱合成
2-methoxyethanol 中，分別以 1000～5000rpm 不等的速度旋轉塗佈在清洗過
的基板上，再以200 度 10 分鐘烘乾去除溶劑，接著利用爐管以 300～6000C 做一小時的氧化燒結。
兩種方法皆藉由高溫燒結過成形成氧化鋅的奈米粒子，做為成長奈米 柱的晶種。接著取1.487g 的硝酸鋅與 0.7g 的 HMT，分別溶於 50ml 的去離 子水，配製成0.1M 的硝酸鋅與 0.1M 的 HMT 水溶液。再分別配成
0.01M~0.04M 的硝酸鋅與 HMT 的混合水溶液。將具有奈米粒子的基板放上
載台浸入溶液中，放入設定溫度900C 的烘箱反應 20~300 分鐘。反應完成 後，用去離子水將留在表面的懸浮物沖去，再以氮氣吹乾。
將不同條件下合成的氧化鋅奈米柱分別量測 SEM 觀察表面。再量測反 射率光譜。比較表面結構與反射率的關係。再將抗反射表現較好的成長條 件用於成長在矽基材太陽能電池上。這邊我們的電池片來源是長生能源股 份有限公司的謝明宏先生提供的多晶矽太陽能電池片。此電池片經過的製 程：p 型多晶矽晶圓經過酸蝕刻形成表面粗糙化；利用磷擴散爐進行 n 型擴 散形成p-n 接面；利用網印技術在正面印上銀電極，背面印上銀鋁電極，完 成太陽能電池結構(圖3-1)，不同於一般完整製程的太陽能電池片(圖3-2)的 是，缺少了之間利用化學氣相沉積在表面形成一層氮化矽做為抗反射層的 製程，用以比較將氧化鋅奈米柱成長於表面做為抗反射層對於該電池的影 響。將電池片切割為適當大小，經過成長氧化鋅的製程後，進行電性量測。
在AM1.5 global 模擬太陽光源照射下，量測其電壓-電流關係，並分析其 FF 值及轉換效率。
3-3 奈米壓印 ELIONIX Inc.所製造，機台型號為 ELS-7500EX，裝備 ZrO/W 熱場發射電 子槍，發射方式為蕭特基（Schottky Emission），高斯束電子束，且加速電 壓可達50kV。使用的電子阻劑、顯影液以及光阻去除液分別為 ZEON Corp.
所生產的的ZEP-520A 、ZEP-N50 以及 ZDMAC，並利用 ELS-7500EX 機 台本身提供的Wecas 進行繪圖。
實驗流程如圖3-5所示，首先分別使用丙酮、異丙醇、去離子水超音波
矽基板上利用化學氣相沉積在表面成長一層50nm 的 SiO2氧化層，接著進 行電子束微影，顯影完成後，使用BOE 溶液酸蝕刻氧化層，確定蝕刻穿過 氧化層後，配置30%KOH/20%IPA 水溶液進行鹼蝕刻。氫氧化鉀蝕刻矽的 反應如下[59]：
步驟所完成的模板放入氣密容器並滴入10um 的 FOTS，放入加熱爐管 2500C 下加熱一小時，使FOTS 蒸發吸附於模板表面做為脫模用，降低高分子沾 黏上模板。接著將模板固定於壓印機上載台或者輕放在PMMA 基板上。固 定完成並調整好位置後，關上腔門抽真空，開始加溫，加溫至120~1500C(高 於PMMA 之 Tg點)，控制空氣壓縮機使上載台下壓並增加壓力開始壓印，
壓印完成後降溫使其硬化，然後脫模。完成後利用原子力顯微鏡觀察表面 結構以及深度，並量測其反射率。
圖 3-1 實驗所使用的多晶矽太陽能電池片
圖 3-2 一般市面多晶矽太陽能電池片成品
圖 3-3 電子束微影系統之電子光學柱內部構造[57]
圖3-4 電子束微影曝光、顯影過程阻劑變化 圖 3-5 電子束微影流程
圖3-6 阻劑 ZEP-520A 轉速與膜厚關係
圖 3-7 酸鹼蝕刻流程
圖3-8 <100>晶片與<110>晶片之非等向蝕刻示意圖[59]
圖 3-9 自製奈米壓印機外觀及結構圖[60]
第四章 結果與討論