一、緒論
1-1. ITO 薄膜的傳導特性
ITO 氧化銦摻雜氧化錫的組成為二氧化三銦，經由離子佈植的方式將錫摻雜入氧 化銦之中。氧化銦在沒有缺陷的情況下是絕緣體，然而，一般成長條件下的氧化銦通 常會有氧空缺，每一個氧空缺可視同提供了兩個電子，因此他的特性會趨向導體，它 的晶格結構為Cubic bixbyite 結構，或稱 C-type rare-earth oxide。當氧化銦經過錫離子 佈植之後，錫會造成原本沒有電子的導帶多出電子。所以ITO 傳導性質類似於金屬。
ITO 在室溫到 100 K 的電阻主要是由電子與聲子造成的散射所貢獻的。不同於一 般金屬以單種原子構成晶格，ITO 是氧化銦參雜錫離子所產生，對於某一方向聲子的 偏振模式，ω 對 Κ 的色散關係會發展出聲頻支(acoustic phonon)以及光頻支
(optical phonon)。
其中聲頻支的聲子可以用 Debye model 來描述。其主要定義為將原子晶格中的震 動視為聲子，震動在晶格中以聲波的方式傳遞。Debye model 描述了溫度對熱容變化 的關係(圖 1-1)，再經由 Bloch-Grüneisen model 可以得到電阻率隨溫度的變化為
𝜌𝐵𝐺(𝑇) = 𝛽𝐵𝐺𝑇(Θ𝑇
𝐷)4∫0Θ𝐷⁄𝑇(𝑒𝑥−1)(1−𝑒𝑥5𝑑𝑥 −𝑥) (1.1)
圖 1-1Debye model 下熱容隨溫度的變化
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圖 1-2 ITO 薄膜電阻率隨溫度變化曲線[1]
其中𝛽𝐵𝐺是一個與材料相關的係數，𝛩𝐷為Debye 溫度，在𝑇 ≪ 𝛩𝐷時，𝜌𝐵𝐺約與𝑇5成正 比，在𝑇 ≫ 𝛩𝐷時，𝜌𝐵𝐺則約與T 成正比。
光頻支則可以用Einstein model 來描述，此模型考慮在三維空間中，假設有N 個 原子，乘上維度總共有3N 個斜振子，且原子間並不互相作用，經過推導後，可以得出 光頻支部分所造成的電阻率對溫度的變化為
𝜌𝐸(𝑇) = 𝛽𝐸𝑇[𝑠𝑖𝑛ℎ(ΘΘ𝐸⁄2𝑇
𝐸⁄2𝑇)] (1.2) 其中𝛽𝐸是一個與材料相關的係數，𝛩𝐸為Einstein 溫度。
最後再加上殘餘電阻率𝜌0，可以得到材料電阻率隨溫度變化的關係為
𝜌(𝑇) = 𝜌0 + 𝜌𝐵𝐺(𝑇) + 𝜌𝐸(𝑇) (1.3) 在[1]裡，已經有將未有任何處理過的 ITO 薄膜量測過(圖 1-2)。
0 50 100 150 200 250 300
210 215 220 225 230 235 240 245
T(K)
ITO 21nm 10-300K
(cm)
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1-2. ITO 薄膜的特性以及應用
本文中所使用的ITO 薄膜是 SWIFTEK corp.所提供的 ITO glass，原始尺寸為 370×
400 × 0.7mm，薄膜厚度為 21nm，550nm 時的光穿透率大約為 86％，製造方法是濺 鍍(Sputter)。此種材料系在是用於許多地方，諸如 LED 顯示器、太陽能電池等都有使 用，也有許多開發中的產品如透明屏顯示器更是必須應用它高透光率的性質來開發，
所以 ITO 可以說是一種很重要的材料。
1-3.
退火以及溫度對 ITO 薄膜 1/f noise 的影響根據[1]所提供的資訊，我們可以改變樣品電阻率以及載子濃度等參數，所以如果 我們對一個沒有退火過的樣品做1/f noise 的測量並且在退火之後在做一次測量並且作 對照，很快的就可以統整出退火對ITO 薄膜 1/f noise 訊號的影響。因為從過去的文獻 中[4]有指出，ITO 薄膜表面會隨著退火的溫度而形成顆粒狀(grain)，所以我們期望這 些grain 可以為 ITO 薄膜的低頻雜訊帶來某些變化。
另外利用降溫過程測量1/f noise 訊號，可以將熱活化能(thermal activity energy) 算出來。我們認為樣品上的雜質與樣品載子的散射(scattering)強度會因雜質所處的態 而有所不同。所以我們假設雜質處在二能級系統(two-level system)中，接著經過推 導，我們就可以得到一個thermal activity energy 對能量的分佈關係。這意味著，我們 可以對ITO 薄膜的基本性質有更深入的了解。
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