緒論

第一章 緒論

隨著科學日新月異，光電科技相關產業的蓬勃發展，光電產品 以薄膜製程的需求大增，如手機表面的鍍膜、眼鏡鏡片的鍍膜乃至薄 膜型太陽能電池或發光二極體，使得鍍膜品質成為重要的課題。

鍍膜的過程中，薄膜與基板兩種不同材料在結合時，會有殘餘應 力的產生，因此薄膜會產生彎曲變形，進而影響薄膜品質與元件良率 的可靠性與穩定性，殘餘應力的存在會使薄膜產生缺陷或脫落現象，

良好薄膜應具備低應力的特點，因此，鍍製高品質低應力的薄膜成為 很重要的研究課題，此亦使得如何量測薄膜的殘餘應力顯得更為重 要。

造成薄膜有殘餘應力的原因可分為外應力與內應力兩大類，外應 力為外力施加在薄膜上造成的，而內應力又可分為熱應力與本質應 力，其中，熱應力為熱膨脹係數差異與薄膜製程溫差造成，而本質應 力則是起源於薄膜與基板的晶格常數差異，或是薄膜在磊晶過程中所 產生的缺陷，如差排或雜質，使得薄膜存在本質應力。

傳統上，對於薄膜殘餘應力的測量可分為兩大類，一種為曲率 法，包含機械式懸臂量法與干涉方式的牛頓環法，此兩種方法是測量 薄膜的曲率變化計算應變。另一種則是晶格常數畸變法，利用x 光繞 射法，測量晶格常數的變化，進而計算其應變。薄膜在沉積過程中，

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產生應力現象是相當複雜的，所以至今尚未有完全精確的方法推算應 力。

本篇論文利用拉曼散射光譜研究氮化鎵與碳化矽薄膜的應變。氮 化鎵與碳化矽材料研究與應用是目前全球最熱門的材料之ㄧ，圖 1.1.1 為半導體能隙圖[1]，由圖可知，氮化鎵與碳化矽能隙接近可見 光範圍使得用途較廣，這兩種薄膜具備寬能隙與電子飽和速率高的特 性，可應用在高溫高功率元件上，且氮化鎵的能隙可應用於藍光二極 體發光元件[2,3]、紫外光探測器[4]、太陽能電池[5]等等，而碳化矽 可製造短波長的發光元件，可發出藍、綠光等短波長發光波段[1,6]。

本論文其他章節大綱介紹如下：第二章為研究背景，介紹薄膜應 變分析理論與有關氮化鎵及碳化矽薄膜應變討論的文獻回顧。第三章 為實驗儀器設備與其基本原理，包含拉曼散射光譜儀系統介紹及其理 論基礎。第四章為實驗樣品特性，介紹樣品的製程與物性。第五章為 實驗結果與討論，探究氮化鎵與碳化矽薄膜的拉曼散射光譜，並進一 步分析其應變。第六章為結論與未來展望。

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圖 1.1.1 半導體能隙圖[1]。

4 (biaxial strain)，第二種稱為流體靜力學應變(hydrostatic strain)。熱雙 軸應變的主因源自薄膜與基板晶格常數的差異與熱膨脹係數的不