本實驗以銅靶濺鍍氧化亞銅薄膜，基板為玻璃基板，固定基板溫度500℃，
固定工作壓力5mTorr，改變氮氣氛來做探討。
實驗參數：基板使用康寧玻璃基板，固定基板溫度500℃，固定濺鍍功率 為 100W，固定工作壓力 5mTorr，改變氬、氧、氮氣氛比，為 3:1.6:0~8，實 驗參數如表4-1。
Degree of prefer Orientation =I(hkl)/ ∑ I(hkl)………..4-1-1
利用Scherrer，s formla 公式來估算平均晶體粒徑 d(averaged crystal size)大 小θB：
d= 0.9λ
DcosθB………4-1-2
其中d：晶體粒徑大小(averaged crystal size)
D：繞射峰之半高寬( FWHM of a peak at 2θ corrected for instrumental
broadening, rad )
θB：繞射波峰的布拉格角( Bragg angle ) λ：入射 X 光波長 (X-ray wavelength)
而N3(200)面之優選方位(DPO)為 91%、半高寬(FWHM)為 0.3326，N3(111) 之DPO:6%、FWHM:0.2558，而 N5.5(200)面 DPO:17%、FWHM:0.3690，N5.5(111) 面DPO:80%、FWHM:0.3690，由此可知，隨著氮氣氛增加可以看得出來，優 選方向從(200)面轉向(111)面。從文獻得知[45]，結晶特性是由表面能的相對值 (relative order of surface energies)所決定的；即，最快的結晶成長方向將會垂 直於具有最高的表面能的結晶面，沿著此面成長。此時，具有高表面能的結
4-2 表面形貌分析
向從(200)面轉至(111)面，而晶粒大小也變小，由 25.8nm 至 20.8nm；又因為 (111)面成長速率變慢，所以又從(111)面轉至(200)面，而晶粒大小也從小變到 大，由23.1nm 至 28.8nm。4-3 光學性質分析
圖 4-5 為實驗參數：成長溫度 500℃、玻璃基板、工作壓力 5mTorr，固
定氬氣、氧氣，改變氮氣氛由低到高(Ar:O2:N2=3:1.6:0~8)之氧化亞銅薄膜 UV 為(111)面的導電率是(200)面的 10000 倍，所以當(111)優選越強(N5.5-N7)，導 電率會越好，電阻會越小，而N3-N5 和 N7.5-N8 優選方向為(200)面時相對的 (111)面的強度就比較弱，故導電率會下降，電阻上升。
發現氧化亞銅八面體有很好的導電性質，在低施加電壓下就會快速提升
電流純氧化亞銅 正立方體都不導電，氧化亞銅在接近表面時會有很不同導帶 彎曲 (band bending) 情形，以至電子很容易通過八面體之間的介面進入氧化 亞銅晶體裏並從另一面出去，但導帶彎曲造成在 (200) 晶 面上呈現一個不小 的障礙，以致電流通不過去，因電流在低施加電壓下就有數千倍或萬倍的電 流差異。
4-5 結論
實驗結果顯示，在溫度 500℃，濺鍍功率 100W，成長壓力 5mTorr 實驗 條件下，所有薄膜均以優選方向成長，且優選方向會隨著混合氣氛氮氣濃度 增加，由(200)優選方向會轉變為(111)優選方向。氧化亞銅薄膜的表面微結構，
隨著氮氣氛增加，晶粒變小然後再變大；可見光區平均穿透率則隨著氮氣氛 增加，穿透度越來越低，由 66.73％降到 54.03％，而能隙大約都在 2.45eV；
由霍爾量測結果顯示氧化亞銅薄膜電阻率隨氮摻雜量由 4Ω-cm 增加到 18Ω-cm。最佳條件為混合氣氛 Ar:O2:N2=3:1.6:3 之氧化亞銅薄膜其可見光區 平均穿透率66.73 ％最高，電阻率 4Ω-cm 最低。
表4- 1 實驗參數：基板使用玻璃基板，固定基板溫度 500℃，固定濺鍍功率
表4- 2 試片編號 N0、N3、N3.5、N4、N4.5、N5、N5.5、N6、N6.5、N7、
N7.5、N8 之 D-spacing、FWHM、Degree of prefer Orientation(%)
No.
20 30 40 50 60 70 80
Cu2O(200) N5
Cu2O(111)
N5
圖4- 2 成長溫度 500℃、玻璃基板、工作壓力 5mTorr，為固定氬氣、氧氣，
改變氮氣氛由低到高(N5~8)的 XRD 圖
20 30 40 50 60 70 80
N8 N7.5
N7 N6.5
N6
N5.5
N5 N4.5 N4 N3.5
Intensity (a.u.)
2degrees) (111)
(200)
N3
圖4- 3 成長溫度 500℃、玻璃基板、工作壓力 5mTorr，為固定氬氣、氧氣，
改變氮氣氛由低到高(N3~8)的 XRD 圖
( ( ( a a a ) ) ) N N N 0 0 0 ( ( ( b b) b ) ) N N3 N 3 3
( ( ( c c c ) ) ) N N N 3 3 3 . . . 5 5 5 ( ( ( d d d ) ) ) N N N 4 4 4
( (e ( e e ) ) ) N N4 N 4 4 . . . 5 5 5 ( ( ( f f f ) ) ) N N5 N 5 5
( ( ( g g g ) ) ) N N N 5 5 5 . . . 5 5 5 ( ( ( h h h ) ) ) N N N 6 6 6
圖4- 4 (a)~(l)實驗參數：成長溫度 500℃、玻璃基板、工作壓力 5mTorr，為固 定氬氣、氧氣，改變氮氣氛由低到高(N0~N8)之氧化亞銅薄膜 SEM 表 面形態及橫截面照片
( ( ( i i i ) ) ) N N N 6 6 6 . . . 5 5 5 ( ( ( j j j ) ) ) N N N 7 7 7
( ( ( k k k ) ) ) N N N 7 7 7 . . . 5 5 5 ( ( ( l l l ) ) ) N N N 8 8 8
400 600 800 1000
400 600 800 1000
0
改變氮氣氛由低到高(N0~N8)之氧化亞銅薄膜 UV-visible 光譜圖
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 1
10 100
Carrier concentration
( cm
-3
) Carrier mobility (cm 2/V·s)
Resistivity (Ω-cm)
Resistivity (Ω-cm) Carrier mobility (cm2/V·s) Carrier concentration(cm-3)
N2 flow (sccm)
圖4- 9 以截截距法字計計算晶粒大大小