靶材中，不同組成的氧化鋅/氧化鋁之影響

鋁含量的多寡，會造成氧化鋅薄膜之電性影響甚大，故探討鋁含量變化對於氧化鋅之電 性影響具重要意義。本系列採氬氣為工作氣體，以氧化鋁佔整體靶材含量為實驗變因，探討 對氧化鋅薄膜各項特性之影響。故別以氧化鋁在靶材中比例為1.5%、2.5%、3.5%與4.5%時 沈積氧化鋅鋁透明導電膜，其所量測出的相關電性如圖4-2所示。由圖中可以發現當摻雜鋁的 含量大於2.5%時，其載子濃度並沒有明顯的上升而其載子遷移率卻下降導致其電阻值明顯上 升，然而理論上鋁含量愈高則其導電性應愈高，因為可提供的載子濃度增加之故，但是當鋁 掺雜過量時，其結果與此相反。如前所述，添加過量的鋁會使其進入間隙位置(Interstitial site) 而並非取代鋅，而此一機制並無法使ZnO 的載子濃度增加，反而形成離子化散射中心與晶格 變形使電子遷移率下降，電阻值因而提高。

另外，利用SEM作表面型態的分析，如圖5-6-3所示。由圖中所示不同比例的鋁摻雜濃度 鋁含量增加情況下，薄膜的吸收邊緣(absorption edge)發生藍移(blue-shift)現象。薄膜載子濃度 隨著鋁含量比增加趨勢判定，此藍移現象乃屬於因載子濃度提高所造成的 Burstein-Moss effect。至於隨著鋁含量增加，在紫外光區(＜400 nm)的穿透率也愈來愈高，應屬高鋁含量比 之情況。

Al concentration (%)

Resistivity, ρ (Om)　

1E17 Carrier Concentration, n (cm-3)

Ω

(

Al= 0%

(a) (b) Al=1 5 % (c) Al=2.5 %

Al=3 5 %

(d) (e) Al=4.5 %

300 400 500 600 700 800

Transmittance Spectrum of Aluminum ratio Series

0%

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

1.5%

響。但是當功率50W 時可以明顯觀察到可見光之穿透率有比較低，可能原因為 S. Uthanna 所

Transmittance (%)

W a v e le n g t h ( n m )

　 　 　 C. 不同氧氣濃度之影響

氧含量對氧化鋅薄膜之電性影響為本研究之另一重點。故此系列是以氧氣佔整體氣體之

μ^£

Resistivity, ? ( Om)　

RF POWER (Walt)

1E17

Carrier Concentration, n (cm-3) Mobility, μ (cm 2 / V.sec)

cm)

比例作為實驗之變因，藉以探討氧分率對氧化鋅薄膜各項特性的影響並分析加以分析之。

由圖4-8所示，在改變氧氣氧分率系列中，明顯地看出隨著氣氧分率比上升，氧化鋅薄膜 中的載子濃度(carrier concentration)先升後降，當氧氣分率比小於5% 前，薄膜內載子濃度隨 著氧分率增加而增加。但是當氧氣分率比大於5% ，薄膜內載子濃度隨著氧分率增加而減小。

其主要原因為Al 做為雜質進入ZnO 結構時，就缺陷化學而言，其產生之機制可能是添加 Al2O3 進入ZnO時，其缺陷將為AlZn、VO 及VZn。其缺陷濃度與氧分壓之關係如下所示：

[ AlZn ]

α

1 8

P

−

[ V Zn ]

α

1 2

P

所以由上可以推得氧氣分率比有一最佳值使得載子濃度達到最大值。因此在圖5-6-8中發 現前半段電阻率隨氧分壓提高而下降，是因為此時ZnO：Al 的導電率由[VZn ]所控制；而後 半段電阻率隨氧分壓提高而上升，是因為此時ZnO：Al 的導電率轉由[AlZn ]所控制，而此時 氧分率較高，解離率較低，會導致薄膜中之鋁含量略為減少以及些微之鋁被氧化。另ㄧ方面 氧化鋅薄膜中的載子遷移率(carrier mobility) 氣氧分率比先升後降，在氧氣流量比小於10%

前，隨著氧流量比上升，薄膜內載子移動率上升，探究其主要原因應是薄膜的結晶性變好之 緣故。因此，電漿中氧氣流量比有一最佳值為5%。

SEM分析結果如圖5-6-9所示。由圖中可以發現隨著氧氧流量比的增加，結晶顆粒有隨之 變大的趨勢，其成因乃是因為氧流量比的增加使得成長速率下降，沈積粒子有足夠時間發生 擴散以生成較大之結晶顆粒。另外，所有鍍層表面均呈現不太緻密的狀態，亦即表面粗糙度 相當大，此一現象將造成薄膜電阻率上升，因為在半導體薄膜中，主要的傳導機構乃是藉由 電子傳導形成導電效果，表面粗糙將產生一電導的屏障，使導電率大幅下降。

由圖4-10看出，在不同氧氣流量下各組實驗對可見光都有不錯的穿透度，其平均穿透度 都超過80%。而隨著氧分壓的提高，電漿中的氧離子濃度相對提高，將使的膜氧化程度較高，

愈接近劑量比，使薄膜金屬化程度下降。而其可見光穿透度也隨之上升。因為紫外光波長短、

能量較大，所以氧化程度高者其能隙也愈大，將使得近紫外光端透光率提高。

0 5 10 15 20

Resistivity, ρ (Ω −cm)

1E18 1E19 1E20 1E21

Carrier Concentration, n (cm-3) 10 20 Hall Measurement of O2 Ratio series

ρ

Transmittance (%)

W a v e l e n g t h ( n m )

圖 5-6-10 不同氧氣流量下，氧化鋅鋁透明導電膜對於

UV-Visible 穿透度的影響

5-6-4 結論

Coefficient Resistivity

Mobility Input

current name