第三章 實驗設計與方法
3.3 熱蒸鍍與常溫水溶液法製程之步驟與參數
(1) 試片準備：
首先，將P-type 矽晶片以去離子水-丙酮-去離子水的順序，分別以 超音波震盪各30 分鐘，去除試片表面顆粒與雜質，烘乾後，以熱蒸鍍 沉積法(Thermal evaporation)在真空值為 2.6×10-6 torr、反應溫度 25℃與 工作時間20 min 的條件下，於矽晶片鍍上 5 μm 厚的鋁(Al)薄膜，作為 水溶液反應中還原溶液中鋅離子的還原層，Fig. 3-2 為熱蒸鍍沉積鋁薄 膜之設備示意圖。
(2) 反應溶液的調配：
反應溶液的調配是常溫水溶液法中最重要的一個環節，Fig. 3-3 為
水溶液法之簡單示意圖，實驗中為比較不同前驅物生長氧化鋅的情 況，採用醋酸鋅二結晶水(Zn(CH3COO)2．2H2O)、氯化鋅(ZnCl2)與硝酸 鋅六結晶水((Zn(NO3)2．6H2O))三種化合物作為原料的來源，分別取適 量的粉末溶於裝有10 ml 去離子水(D. I. water) 的玻璃樣品瓶中，調配 成濃度皆為5 mM 的水溶液，接著把樣品瓶放入超音波震盪器震盪 10 分鐘，使前驅物粉末能完全溶解於水中。然後取16g 的氫氧化鈉(NaOH) 顆粒溶於200 ml 去離子水中，調配成濃度為 2 M 的氫氧化鈉溶液，經 由磁石攪拌均勻後，利用滴管取60 滴的氫氧化鈉溶液，大約 2.3 ml，
分別滴入先前調配好的5 mM 醋酸鋅、氯化鋅與硝酸鋅溶液樣品瓶中，
靜置大約10 分鐘，使溶液完全混合後，再添加重量分別為 0 mg、14.4 mg、28.8 mg 的 SDS 溶於裝有不同前驅物溶液的樣品瓶中，再把樣品
瓶放入超音波震盪器中，使溶液震盪至呈現完全透明的狀態，此時反 應溶液調配完成。
(3)沉積期間參數的設定：
把沉積鋁薄膜的矽晶片利用磷酸把其表面之氧化鋁(Al2O3)洗掉，
然後用大量去離子水沖洗，快速放入反應溫度分別為5℃與常溫的樣品 瓶中，其中 5℃的低溫，是利用低溫冷卻循環系統，將水槽的溫度降至 5℃後，把調配好濃度的樣品瓶放入水槽中，再用熱電偶(Thermal couple)
測試樣品瓶內的溫度，以確保樣品瓶的溫度是5℃，反應時間分別為 1 hr、2 hrs、3 hrs，待沉積完成後，用大量的去離子水清洗試片，最後把
試片放置在陰涼處使其自然乾燥。本實驗製程參數表，如Table 3-1 所 示。
(4)試片的分析與鑑定：
首先利用 SEM 與 XRD 作為初步的鑑定工具，把完成沉積的試片 拿去做上述兩種測試，分別鑑定沉積膜的晶體結構與表面形貌，經由 來回的測試與修改製程參數，直到嘗試出最佳化生長氧化鋅奈米結構 的參數後，接下來，再利用 EDS、XPS、PL 與 TEM 對沉積膜作更進
間的鍵結能量或成份分析、光學性質及其內部微結構與晶體原子的排 列情形。
Fig. 3-2 Schematic diagram of thermal evaporator for Al film deposition.
Fig. 3-3 Schematic diagram of the ZnO fabrication steps.
Table 3-1 Specimen designations and their deposition conditions.
Specimen designation*
Deposition temperature
5℃ RT
Precursor type # Deposition time (hrs)
*Other deposition conditions: Solution forZnO deposition consists of 10 ml ZnO-precusor (5 mM) + 2.3 ml NaOH (2 M) + surfactant powders (Sodium dodecyl sulfate, NaC12H25SO4, SDS).
#Precusor type: H= Zn(CH3COO)2．2H2O, L= ZnCl2, N= Zn(NO3)2．6H2O.