第二章 文獻回顧
2.2 爐內退火對薄膜性質之影響
Oh 和 Jeong(2005)[17]等人，以氫氣(H2)氣氛下對 AZO 薄膜退火實驗。
在退火溫度 573 K，退火時間調整由 10 到 120 分鐘進行退火。實驗結果發 現在不同退火時間，AZO 薄膜之半高寬幾乎沒變化，如圖 2.3 所示。在退 火實驗後，AZO 薄膜之表面粗糙度有逐漸提高之趨勢，如圖 2.4 所示。在 導電性上，AZO 薄膜之電阻係數隨退火時間增加而下降，如圖 2.5 所示。
AZO 薄膜之可見光穿透皆在 90%左右，當退火時間增加時，其吸收現象朝 短波長方向移動，如圖 2.6 所示。
圖 2.3 不同退火時間對 AZO 薄膜之 XRD 圖[17]
圖 2.4 AZO 薄膜退火後 AFM 圖：(a)直接鍍膜和在氫氣氣氛下退火、(b)退 火時間 30 分鐘、(c)退火時間 60 分鐘、(d)退火時間 120 分鐘[17]
圖 2.5 退火於 AZO 薄膜對電阻率、載子濃度和遷移率關係圖[17]
圖 2.6 退火條件下 AZO 之光穿透率[17]
Kuo 和 Chen(2006)[18]等人，以不同的摻雜濃度和退火製程於 AZO 薄 膜之研究。退火溫度為 480~850℃且退火時間為一小時。薄膜結構分析上，
在鋁(Al)摻雜濃度為 3 mol％之 XRD 圖中，可知 AZO 的繞射峰在(002)位置 且延 C 軸方向成長，當退火溫度提升至 850℃時，繞射峰強度變的更大，
如圖 2.7 所示。由 Scherer 公式計算得知，晶格尺寸(grain size)隨退火溫度增 加而變大。當 Al 摻雜濃度為 5 mol％且退火溫度從 450~850℃，晶格尺寸 變得更粗大，而且晶界減少晶粒的排列更緊密，如圖 2.8 所示。在電性分析 中，當退火溫度往上升時，片電阻值下降，這是由於晶體結構缺陷減少，
使其導電性變好之關係，如圖 2.9 所示。
圖 2.7 3％Al 摻雜 ZnO 於退火條件下之 XRD 圖[18]
圖 2.8 退火溫度下之 SEM 圖[12]
圖 2.9 退火溫度與電阻率關係圖[18]
Cho 和 Lee(2010)[9]等人，以 AZO 薄膜於爐內做 RTA 退火之研究，退 火溫度在 300~500℃，爐內壓力為 3x10-6 Torr，氣氛為氧氣。在薄膜結構分 析，當退火溫度提高時，繞射峰值強度比原沉積更大，且晶格尺寸也變得 更大，如圖 2.10 和圖 2.11 所示。當退火溫度往上提升時，薄膜表面呈現越 粗糙，如圖 2.12 所示。當退火溫度由 300~500℃時，電阻率逐漸下降，這 是由於載子遷移率提高，使其導電性變好關係，如圖 2.13 所示。當退火溫 度增加時，對光穿透率上有些微的提升，如圖 2.14 所示。
圖 2.10 在不同退火溫度於 AZO 薄膜 XRD 圖[9]
圖 2.11 退火溫度對 AZO 薄膜晶粒大小關係[9]
圖 2.12 AZO 薄膜退火後 RMS 表面粗糙度[9]
圖 2.13 退火於 AZO 薄膜對電阻率、載子濃度和遷移率[9]
圖 2.14 退火條件下 AZO 之光穿透率[9]
Yang 和 Wu(2010)[19]等人以 RF 磁控濺鍍 AZO 膜於玻璃基板並探討退 火溫度的影響。退火溫度 300~600℃，氣氛為純氮和 4％的氫氣(H2)，退火 時間為 15 分。在不同的退火氣氛下，退火溫度至 600℃時，可發現晶格尺 寸都有明顯的變大，如表 2.2 所示。從掃瞄電子顯微鏡(SEM,scanning electron microscope)的觀察也得到相同的結果，如圖 2.15 所示。在不同退火氣氛下，
當退火溫度從 300℃加熱到 600℃，發現電阻率往上升，如圖 2.16 所示。在 光穿透率上，退火製程造成些微降低，如圖 2.17 所示。
表 2.2 不同退火氣氛下結果特性、晶粒大小[19]
圖 2.15 不同退火溫度和氣氛對 AZO 薄膜 SEM 觀察圖[19]
圖 2.16 不同退火溫度對 AZO 薄膜之電性探討 (a)N2、(b)N2+4％H2[19]
圖 2.17 退火溫度從 300~600℃對 AZO 薄膜之光穿透率探討 (a)N2、(b)N2+4％H2[19]
Liao 和 Kuo(2010)[20]等人，以脈衝直流磁控濺鍍 FTO 膜於玻璃基板上，
並探討退火溫度對於光穿透率與結晶特性之影響。當真空退火溫度為 350℃
與 400℃且退火時間固定為 1 小時。在未退火前 FTO 薄膜在可見光波段 (400-800 nm)下，其穿透率平均值約為 80%。經由真空退火溫度 350℃下，
其平均光穿透率約提升 0.48%。然而，這是由於較好的結晶性特性導致光穿 透提升。當退火溫度持續增加時，會降低氧原子，進而產生較差的化學計 量。當退火溫度上升至 400℃時，光學穿透率下降至 78.41%，如圖 2.18 紫 色點虛線所示。在薄膜結構分析，FTO 薄膜的優選方位在(101)面上，但退 火溫度 400℃時，因為降低氧原子和產生較差的化學計量，導至 FTO 薄膜 的結晶性變差，如圖 2.19 所示。
圖 2.18 FTO 和 SnO2 薄膜光學穿透率，FTO 薄膜不同溫度真空退火(1h) [20]
圖 2.19 SnO2、FTO 和 FTO 薄膜真空退火 350℃、450℃(1h)之 XRD 圖[20]