第四章 實驗結果與討論
4.5 溶膠-凝膠法與噴霧熱解法製備AZO薄膜之討論
4.5.3 PL分析
許多文獻指出近能隙放射（near-band-edge emission, NBE）訊號與缺陷放射
emission）訊號的比值被視為薄膜品質的優劣的指標[116-118]。圖 顯示在不同溫度 主波峰位在波長358.5 nm 處，可能為近能隙放射（near-band-edge enission, NBE）訊號，
此訊號包含自由激子（free exciton, FX）、雜質束縛激子（impurity bound exciton）
；在波長423nm 處，出現額外 PL 峰，其可能與薄膜中較高濃
422 nm 358.5nm
C
有較大的訊號強度 300 C 600 C
O 薄膜 I422 nm/I358.5nm比值在熱處理溫度時有最大值，品質隨著熱 處理溫度的增加而先變差再變好。
而以噴霧法製備之AZ
表4-1 噴霧熱解法實驗裝置方法與成膜結果
Position 1 Position 3 Position 5 Position 7 Resistivity（Ω −cm） 7.46 4.28 3.44 8.16 Concentration（cm−3） × × 9.03 10× 16 ×
Mobility ( cm2/V．s) × × 20.12 × Position 2 Position 4 Position 6 Position 8 Resistivity（Ω −cm） 5.38 4.36 3.83 7.58 Concentration（cm−3） × × 6.68 10× 16 ×
表4- 3 熱處 溶 及噴霧熱解法製備之AZO 薄
11.51 26.79 53 熱解法 720 nm 5 nm
0.0 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0
300 400 500 600 700 800 900
0
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8
Photon energy (eV)
a : Al/Zn = 2%
3 4 5 6 7 8
圖4-8 以溶膠-凝膠法製備，在摻雜比例[Al/Zn]%=0.1 at.%條件下，製備 AZO 薄膜不同 部位鋁原子比例關係側面SEM 圖：（a）最上層, （b）中間層, （c）下層, （d）底層 與基板連接處
Al：0.87 at.%
Al：2.70 at.% Al：6.95 at.%
Al：5.04 at.%
(a) (c)
(b) (d)
圖4-9 以溶膠-凝膠法製備，在溫度 熱處理後，不同沉積層數堆疊而成之AZO 薄
300 400 500 600 700 800 900
0
3.15 3.20 3.25 3.30 3.35 3.40 3.45
Photon energy (eV)
a: 3 layer
0 10 20 30 40 50 60 0.04
0.08 0.12 0.16 0.20 0.24
Resistivity (ohm-cm)
Ar/H2 flow rate (sccm)
[Al/Zn]%=0.1 at.%
圖4-13 以溶膠-凝膠法製備之 AZO 薄膜，氬氣/氫氣混合氣體熱處理在不同氣體流 量下與電阻率關係圖
圖4-14 以溶膠-凝膠法製備之 AZO 薄膜，氫氣熱處理在不同氣體流量下表面 SEM 圖
(a) (b)
(c) (d)
(e)
0 sccm 15 sccm
30 sccm 45 sccm
60 sccm
400 450 500 550 600
400 450 500 550 600
0
concerntration 0.2
Mobility (cm2 /V-s)
Concerntration (10 19cm
4-16 以溶膠-凝膠法製備之 AZO 薄膜，不同薄膜氫氣熱處理溫度與載子濃度及載子 遷移率關係圖
-3)
圖
400 450 500 550 600
300 400 500 600 700 800 900
0
圖4-19 以溶膠-凝膠法製備，在摻雜比例[Al/Zn]%=0.1 at.%條件下製備不同熱處理溫 度後的AZO 薄膜表面 SEM 圖：（a）400℃, （b）450℃, （c）500℃, （d）550℃, （e）
600℃
400℃ 450℃
500℃ 550℃
600℃
(a) (b)
(c) (d)
(e)
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 0.0
1.0x10-4 2.0x10-4 3.0x10-4 4.0x10-4 5.0x10-4 6.0x10-4
c-a:b-d-e
(α
Photon energy (eV)
hυ)2
a: 400oC b:450oC c:500oC d:550oC e:600 Co
圖4-20 以溶膠-凝膠法製備之不同 AZO 薄膜，不同氬氣/氫氣混合氣體熱處理溫度之 能隙圖
圖4-21 噴霧熱解法實驗裝置
6 1
5
2 3 4
7 8
Position 1 Position 3 Position 5 Position 7
Position 2 Position 4 Position 6 Position 8
圖4-23 在室溫下，以噴霧熱解法沉積不同位置之 AZO 薄膜，倍率 50 下的光學圖像
Position 1 Position 3 Position 5 Position 7
Position 2 Position 4 Position 6 Position 8
圖4-24 在 80℃時，以噴霧熱解法沉積不同位置之 AZO 薄膜，倍率 50 下的光學圖像
Position 1 Position 3 Position 5 Position 7
Position 2 Position 4 Position 6 Position 8
圖4-25 在 80℃時，以噴霧熱解法沉積不同位置之 AZO 薄膜，倍率 500 下的光學圖像
Position 2 Position 4
Position 6 Position 8
0.5mm 0.5mm
0.5mm 0.5mm
圖4-26 在室溫下以噴霧熱解法沉積不同位置 AZO 薄膜，在倍率 100 下的表面 SEM 圖
Position 2 Position 4
Position 6 Position 8
100nm 100nm
100nm 100nm
圖4-27 在室溫下，以噴霧熱解法沉積不同位置之 AZO 薄膜，在倍率 120K 下的表面 SEM 圖
2 4 6 8
3 4 5 6 10 20 30 40 50
Atomic % (a. u.)
Position Zn
Al Si O
在室溫下，以噴霧熱解法製備不同沉積位置之 薄膜的原子比例關係
圖4-28 AZO
unannealing 300℃ 400℃ 450℃
500℃ 550℃ 600℃
圖4-29 在不同熱處理溫度下，以噴霧熱解法製備之 AZO 薄膜，倍率 50 下的光學圖像
unannealing 300℃ 400℃ 450℃
0.5mm 0.5mm 0.5mm 0.5mm
500℃ 550℃ 600℃
0.5mm 0.5mm 0.5mm
圖4-30 在不同熱處理溫度下，以噴霧熱解法製備之 AZO 薄膜，在倍率 100 下的表面 SEM 圖
unannealing_ white 400℃_ white 500℃_ white 600℃_ white
unannealing_ black 400℃_ black 500℃_ black 600℃_ black
圖4-31 在不同熱處理溫度下，以噴霧熱解法製備之 AZO 薄膜，在倍率 120K 下的表面 SEM 圖
250nm 250nm
250nm 250nm
250nm 250nm
250nm 250nm
0
non_W 400C_W 500C_W 600C_W
Atom
non_B 400C_B 500C_B 600C_B
0
300 400 500 600 700 800 900
（a）Before annealing
（b）Low temperature annealing
（c）High temperature annealin
AZO with a little
Al con AZO with plen Al ty
content (or a little) tent (or plenty)
g
3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 0.0
1.0x10-5 2.0x10-5 3.0x10-5 4.0x10-5 5.0x10-5
(αhυ)2
Energy gap (eV)
unannealing 300C 400C 450C 500C 550C 600C
圖4-35 以噴霧法製備 AZO 薄膜在不同溫度熱處理後之能隙圖
0 10 20 30 40 350 400 450 500 550 600 650 Al
Zn
Temperature ( oC )
Al atmoic % (a.u.) Zn atmo.)
圖4-36 以噴霧法製備 AZO 薄膜在不同熱處理溫度後之原子含量關係
ic % (a.u
450℃
500℃
400℃
(a)
(b)
(c)
(d)
550℃
後頁續
接續前頁
圖4-37 以溶膠-凝膠法製備在不同氫氣熱處理溫度後之 AZO 薄膜 AFM 圖：（a）400℃,
（b）450℃, （c）500℃, （d）550℃, （e）600℃
(e)
600℃
(a)
(b)
(c)
(d)
unannealing
300℃
400℃
450℃
後頁續
接續前頁
圖4-38 以噴霧熱解法製備在不同熱處理溫度後之 AZO 薄膜 AFM 圖：（a）未退 火, （b）300℃, （c）400℃, （d）450℃, （e）500℃,（f）550℃, （g）600℃
(e)
500℃
(g) (f)
550℃
600℃
圖4-39 在氬氣/氫氣混合氣體熱處理溫度 下，不同製程製備之AZO 薄膜熱 (a)
(b)
600 Co
處理後的表面落差圖：（a）溶膠-凝膠法, （b）噴霧熱解法
300 350 400 450 500 550 600 30
35 40 45 50 55 60 65
spray pyrolysis technique
RMS (nm)
Temperature (oC )
400 450 500 550 600
10 20 30 40 50 60 70
RMS (nm)
Temperature (oC ) sol-gel method
圖4-40 AZO 薄膜在不同熱處理溫度與表面粗糙度方均根植關係圖：（a）溶膠-凝膠法, （b）噴霧熱解法
(a)
(b)
圖4-41 在氬氣/氫氣混合氣體熱處理溫度 後，AZO 薄膜表面 SEM 圖：（a）
溶膠-凝膠法, （b）噴霧熱解法 (a) Sol-gel method
(b) Spray pyrolysis method
600 Co
200 300 400 500 600 700 800
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0.08
0.14 0.16 0.18
0.10 0.12
spray pyrolysis technique
atio
Temperature ( oC )
400 450 500 550
0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18
600
RRatio
Temperature ( oC ) sol-gel method
圖4-44 在氬氣/氫氣混合氣體中，不同溫度熱處理後的 AZO 薄膜，PL 兩峰值 358.5nm 與 422nm 比值關係（I422 nm/I358.5nm）：（a）溶膠-凝膠法, （b）噴霧法
(a)
(b)