Chapter 3 實驗內容與儀器介紹
3.1 HARP 元件製備流程
圖 3-1 為 HARP 元件的製備流程示意圖，製程的先後順序如圖中 所示為清洗 ITO 玻璃、濺鍍氧化鋅電洞阻障層、熱蒸鍍非晶硒感光層、
旋塗分散電阻層、蒸鍍鋁電極。各層薄膜的製程細節將分別介紹如 下：
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圖 3-1 HARP 元件製備流程圖。
一、清洗 ITO 玻璃
將 ITO 玻璃以「丙酮、去離子水、酒精、去離子水」之順序各用 超音波震盪器清洗十分鐘，再以氮氣槍噴去殘留於 ITO 玻璃表面之殘 留液體。
二、濺鍍氧化鋅電洞阻障層
圖 3-2 為本研究製備氧化鋅電洞阻障層所使用的射頻磁控濺鍍 系統以及控制面板。將硬遮罩(Hard Mask)黏貼於清洗完畢之 ITO 玻 璃之上後，以真空膠帶將其黏貼於射頻磁控濺鍍機腔體內之基板 (Holder)上，裝上鋅靶，先以機械幫浦(mechanical pump)粗抽至腔體 內壓力為5 × 10−2 torr，再以渦輪幫浦(turbo pump)細抽至腔體內壓力 為8 × 10−6 torr。
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在濺鍍參數的選擇上，為了能夠使電洞阻障層與感光層之間有良 好平整的介面，以避免電場集中的效應，故選擇高的工作壓力與低瓦 數，以較低的鍍率來濺鍍電洞阻障層。
待真空度達到8 × 10−6 torr 之後，即開始在無氧之狀態下通氬氣 預鍍十分鐘，目的為將靶材表面被毒化的部分去除掉。以無氧的狀態 預鍍十分鐘之後，再以元件的製程參數預鍍十分鐘。
預鍍完成之後，即以本論文各個欲探討之實驗參數於 ITO 玻璃之 上鍍上氧化鋅電洞阻障層。表 3-1 是探討不同氧通量濺鍍之氧化鋅電 洞阻障層的製程參數，表 3-2 與表 3-3 是探討不同基板溫度濺鍍之 氧化鋅電洞阻障層的製程參數。
圖 3-2 本研究所使用之反應性濺鍍系統。
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表 3-1 以不同氧通量濺鍍之氧化鋅電洞阻障層沉積參數。
三、蒸鍍非晶硒感光層
圖 3-3 為本研究製備非晶硒感光層所使用的熱阻式蒸鍍系統以 及控制面板。在第二步驟完成了電洞阻障層之沉積之後，即將半完成 之 HARP 元件以真空膠帶黏貼於熱阻式蒸鍍機腔體內的基板上。以 氮氣槍吹淨鎢舟之後，將 2.8 克之 Se 放入鎢舟，即開始先以機械 pump 將槍體抽真空至5 × 10−2以下，再以渦輪 pump 將槍體真空抽至 5 × 10−6。
待真空度到達5 × 10−6之後，將輸出電流控制器打開，每分鐘將 電流提升 15 A，待鎢舟溫度提升至 185 °C 之後即打開擋板(shutter)，
開始以定電流的方式鍍 Se 到 30 °C 的基板上。在達到欲蒸鍍溫度前 的預鍍目的是以擋板阻隔來自非晶硒顆粒表面的水氣或雜質，以確保 熱蒸鍍非晶硒之薄膜品質。待鎢舟內之非晶硒全數鍍完之後即關電流 結束此製程。
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圖 3-3 本研究之實驗所使用之熱阻式蒸鍍系統。
四、旋塗分散電阻層
將醋酸纖維素溶於丙酮，配製成 4 wt%的溶液。利用攪拌和加熱 的方式加速它溶解。完全溶解完畢之後，即以圖 3-4 所示的旋轉塗佈 機設定 700 rpm 與 10 秒來旋塗此溶液於完成非晶硒蒸鍍的元件上 面。
本實驗利用兩個方式來延緩旋塗完畢之分散電阻層中丙酮揮發 的時間：
1. 於旋轉塗佈機內放置試片的腔體內放置兩杯丙酮溶液，目的為使 腔體內部的丙酮蒸氣趨近於飽和。
2. 機器旋塗完畢之後，不馬上將上蓋打開，而是等待五分鐘之後再 將上蓋打開，目的是避免分散電阻層中殘留的丙酮因為接觸到沒
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有丙酮氣氛的大氣而快速揮發。
圖 3-4 本研究之實驗所使用之旋轉塗佈機。
五、蒸鍍鋁電極
將旋塗完分散電阻層之元件貼上硬遮罩後，放入國家奈米元件實 驗室之電子槍蒸鍍系統鍍上鋁電極，或以熱阻式蒸鍍機蒸鍍上鋁電極，
電極大小為 0.8 mm2。
因本研究所探討之 HARP 元件必須在高電場下做光電特性量測，
故在製程當中必須避免雜質顆粒於層與層之間的介面引入，每一層的 沉積過程結束之後都需以氮氣槍清淨(purge)表面，降低介面之雜質顆 粒所造成的電場集中現象。
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