在 XRD 分析中，我們使用 θ-2θ 模式鑑定薄膜成長方向。圖 3-8 為Y169 試片之 θ-2θ 模式 XRD 繞射圖譜與 Y2O3(222)面 ω-scan，Y169
試片成長之氧分壓為 30 mtorr，由 θ-2θ 模式繞射圖譜可知扣除 YSZ 基板訊號，只有觀察到 Y2O3(222)面的訊號，可見 Y169 試片之 Y2O3
薄膜成長方向為<111>優選方向。此外 Y2O3(222)面 ω-scan 之半高寬，
經過PS Voigt 軟體 fitting 之後大約為 0.0530 (190 arcsec)，代表 Y2O3
薄膜品質相當良好，與在 Si 基板上成長之 Y2O3 薄膜品質相比好很 多，證明我們可以在YSZ 基板上成長出品質好的 Y2O3薄膜，足以當 作成長氧化鋅之緩衝層。因為成長磊晶 Y2O3薄膜使用之基板大多為 Si、MgO、SrTiO3等單晶基板[5]，到目前為止並沒有任何在 YSZ 基 板上成長 Y2O3薄膜之文獻發表，所以在 YSZ 基板上成長 Y2O3是一 個值得研究的方向之一，再來礙於製程設備的限制，我們無法在 Si 基板上成長高品質Y2O3薄膜，這樣無法驗證以 Y2O3當作緩衝層成長 之氧化鋅品質可以到達怎樣的程度。
圖 3-9 為 Y170 試片 θ-2θ 模式 XRD 繞射圖譜與 Y2O3(222)面 ω-scan，Y170 試片成長之氧分壓為 5 x 10-4 torr，由 θ-2θ 模式繞射圖 譜可知Y170 試片之 Y2O3薄膜成長方向為<111>方向。另外 Y2O3(222) 面ω-scan 之半高寬，經過 PS Voigt 軟體 fitting 之後大約為 0.6030 (2170 arcsec)，此半高寬值遠大於 Y169 試片半高寬值，可見在氧分壓相差 兩個 order 的情況下，兩者 Y2O3(222)面 ω-scan 之半高寬值有著如此 大的差異，代表 Y170 試片的 Y2O3薄膜品質較差。而且氧分壓的趨
勢與在Si 基板部分一樣趨向於高氧分壓會有較好的薄膜品質。
此外我們另外使用氧氣的 plasma 當作氧的來源，相較於使用普 通氧氣作為氧的來源，氧分子經過電漿的解離成氧原子之後，氧原子 具有較高的能量，因此能量高的氧原子反應性較好，可能有助於薄膜 的成長。圖 3-10 為 Y171 試片 θ-2θ 模式 XRD 繞射圖譜與 Y2O3(222) 面ω-scan 圖譜，Y171 試片使用之氧來源為氧 plasma，成長時氧分壓 為3 x 10-4 torr，由 θ-2θ 模式繞射圖譜可知 Y171 試片之 Y2O3薄膜成 長方向也為<111>方向。Y2O3(222)面 ω-scan 之半高寬，經過 PS Voigt 軟體 fitting 之後大約為 1.010 (3636 arcsec)，這代表使用氧 plasma 成 長之 Y2O3薄膜品質較 Y169 與 Y170 試片還要差，原本預測使用氧 plasma 當作氧之來源成長的品質會比使用普通氧氣還要來的好，可是 實際上結果並不是如此，其原因推測可能為：1. 在鍍膜前氧的 plasma 照射到試片表面使得表面狀態發生改變，導致沉積於表面的 Y2O3分 子團無法排列到正常的試片表面位置；2. 氧的 plasma 能量較強反應 性較好，但是在較高的成長溫度條件下，高反應性的氧 plasma 可能 在較高真空的環境中不易在試片表面停留，反而不利於薄膜成長。
綜合以上三個Y2O3(222)面 ω-scan 數據可知在高氧壓的環境下同 樣的成長條件可以成長品質較佳的Y2O3薄膜，此結果與我們在Si 基 板上的結果相同，不過在一些的文獻卻指出在低分氧壓的實驗條件
下，可以成長出品質較佳的<111>方向的 Y2O3薄膜[6]。Olivier [7]等 人提出在低氧壓的情況下使得粒子到達試片表面時有足夠的動能進 行擴散的反應，可以獲得較好的結晶品質，相反的在高氧壓的環境下 粒子大部分的動能在到達試片表面之前已與氧原子碰撞抵銷，所以粒 子在試片表面無法移動到適當位置進行排列，導致晶體品質無法改 善。此外Zhang [8]等人也提及氧分壓的改變會直接影響到 Y2O3薄膜 中氧缺陷的數目，隨著提高氧分壓而薄膜的結晶方向會由<111>方向 轉變為<100>方向，因此氧分壓的多寡會直接影響到 Y2O3的結晶方向 與晶體品質。在此我們提出一些推測來證明我們的實驗結果，因為 Y2O3為fluorite (bixbyite Mn2O3結構)之立方晶結構，所以在晶格中部 分氧原子佔據之位置是很容易存在氧空缺的情況，因此假如是在低分 氧壓、高成長溫度的條件下氧原子很容易跑掉，因此可能導致成長的 薄膜晶體結構比較不好，所以在氧分壓較高的情況下可以減少晶格中 氧空缺的產生，再加上高成長溫度的影響下，可以成長出品質好的 Y2O3薄膜。
圖3-8 Y169 試片之 XRD 繞射圖譜，(a) θ-2θ 模式，(b) (222)面 rocking
2 Theta (degrees)
YSZ(111)
Y2O3(222)
20 (a)
14.96
14.36 14.56 14.66 14.76 14.86
Counts (a.u.)
Omaga scan (degrees)
14.46
2 theta (degrees)
Y2O3(222)
YSZ(111)
20 (a)
12.56 13.56 14.06 14.56 15.06 15.56 16.06
Counts (a.u.)
Omaga scan (degrees)
13.06
FWHM= 2170 arcsec (b)
2 theta (degrees)
Y2O3(222) YSZ(111)
20 (a)
12.02 14.02 15.02 16.02
Counts (a.u.)
Omaga scan (degrees)
13.02
FWHM= 3636 arcsec (b)