第四章 實驗結果與討論
4.1 薄膜特性檢測
4.1.1 掃描式電子顯微鏡 (SEM)
使用 Hitachi S-4300 掃描式電子顯微鏡 (Scanning Electron Microscopy, SEM) 來進行樣品表面觀察。電子顯微鏡（Electron Microscopy,EM）一般是指利用電 磁場偏折、聚焦電子及物質作用所產生散射原理來研究物質構造及微細結構的精 密儀器。電子顯微鏡可放大萬倍等級遠遠優於光學顯微鏡的千倍等級。
初期使用之光學顯微鏡，是以可見光為介質。由於可見光的波長太長，在 450 nm～650 nm，以至於影像解析度無法小於 0.2 um，若要觀察深次微米尺寸 (﹤0.5 um)以下的表面形貌結構，傳統光學顯微鏡以不敷使用。
SEM 的原理是電子槍透過熱游離或是場發射原理產生高能電子束，經過電 磁透鏡組後可將電子束聚焦在樣品上。成像信號可以是二次電子、背散射電子或 吸收電子…等等。電子槍發射高能量電子以其交叉般作為電子源，經二級聚光鏡 及物鏡的縮小通過一組控制電子束的掃描線圈，聚焦電子束與樣品相互作用，產
生二次電子發射（以及其他物理信號），二次電子發射量隨樣品表面形貌而變化。
二次電子信號被探測器收集轉換成電訊號，經放大後輸入到顯像管，再調整與入 射電子束同步掃描的顯像管亮度，得到反映樣品表面形貌的二次電子像。電子顯 微鏡主要構造有電子槍、電磁透鏡、掃描線圈、接物透鏡、偵測器、樣品室、影 像管、真空系統。若加裝能量分散光譜儀(Energy Dispersive Spectroscopy；EDS) 系統，則可以偵測特徵 X 光作材料元素成分分析。[32]
圖 4-1 掃描式電子顯微鏡之實體圖
圖 4-2 掃描式電子顯微鏡之基本構造圖
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光學顯微術 掃瞄式電子顯微
術
穿透式電子顯微 術
掃瞄探針顯微術
最高解析度 300nm 1nm
原子級 原子級成像環境
無限制 真空 真空 無限制樣品製備
無 觀察表面需導電 手續複雜 無成分分析
有 有 有 有表 4-1 各種顯微術的比較[37]
4.1.2 ITO/IGZO 薄膜退火與未退火薄膜表面結構之分析
退火可產生熱能使物體內產生內應力可把一些缺陷加以消除，或令不均勻 的雜質擴散，而所施的能量將增加晶格原子及缺陷在物體內的振動及擴散，使原 子的排列組合得以重整。由於退火使得內部缺陷會移動到正常晶格位置，同時內 部應力場也會跟著消失，退火過程繼續進行中也可使得晶粒在成長，晶粒成長的 程度會嚴重影響到材料的機械性質。退火後的元件可使元件光學與電性變好。圖 4-3 與圖 4-4 為薄膜表面未退火與退火情形，圖 4-5 為薄膜退火後 SEM 剖面情形，
很明顯可以看出，薄膜表面排列變得更為緊密，也可看出退火後薄膜表面有變為 較粗糙之情形。[31]
圖 4-3 ITO/IGZO 薄膜未退火 SEM 表面圖
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圖 4-4 ITO/IGZO 薄膜退火 SEM 表面圖
圖 4-5 ITO/IGZO 薄膜退火 SEM 剖面圖