掺镓氧化锌之烧结及薄膜性质研究-龙华科技大学.PDF

摻鎵氧化鋅之燒結及薄膜性質研究 摻鎵氧化鋅之燒結及薄膜性質研究 翁文彬 1 林廷謙 2 龍華科技大學 龍華科技大學 化工與材料工程系 工程技術研究所 摘要 本研究利用摻雜鎵之奈米氧化鋅(Ga-doped ZnO ，GZO)靶材以射頻磁控濺鍍法成長 透明導電 GZO 薄膜，實驗項目共包括:(一)奈米氧化鋅(ZnO)與氧化鎵(Ga O )粉末混合 2 3 與分散方法；(二)奈米 GZO靶材燒結研究與 (三) 以不同粒徑之靶材濺鍍製備之GZO 薄 膜的光學性質分析與探討。 在 ZnO 與 Ga O 粉末混合與分散部分，當添加不同含量分散劑且經濕式球磨後， 2 3 以沉降測試、介面電位分析與顯微結構觀察比較粉體分散效果；經實驗結果顯示，添 加 3wt.%的 PMAA-Na 分散劑之 GZO漿料介面電位值從 -191V降至 -1389V ，表示分散 劑以發揮其分散粉體之效果。靶材燒結研究部分係將壓錠壓力、燒結溫度與持溫時間 對於實體密度之影響作以比較，並以不同粒徑之 ZnO 粉末燒結對於靶材表面緻密的影 2 響，求出靶材燒結最佳參數如下：壓錠壓力 150kg/cm 、燒結溫度 1300℃、持溫時間 32hr 與粉體採用奈米級之粉末。濺鍍於玻璃基板之後，將不同靶材所製備出之透明導 電薄膜置於 UV-VIS 分析儀量測其光學性質，且得到以下結果：靶材之粒徑大小與摻雜 與否和薄膜可見光穿透率並無直接關聯，三種不同靶材所濺鍍出之薄膜其可見光穿透 率與未濺鍍之玻璃基板差異不大，即可視為薄膜品質佳與靶材純度高之表徵。 關鍵詞： 薄膜、摻雜、射頻磁控濺鍍、氧化鎵、氧化鋅 1. 前言 器、有機 EL及無機 EL顯示器； 2.太陽 由於半導體技術的快速發展以及薄 能電池； 3.機能性玻璃，如紅外線反射玻 膜技術的逐漸成熟，使得透明導電薄膜的 璃、抗紫外線玻璃、光罩和玻璃型磁碟等 功能與價值日受重視。透明導電薄膜是指 等三大領域。 在可見光波長範圍內 (380 至 760nm)具有 在眾多的替代材料之中，又以 ZnO 高透光率 (80% 以上) 、低電阻率之薄膜材 摻雜其它元素所製成之薄膜最具有發展 料(1) 。目前業界最常製備之透明導電薄 潛力，因為其光電性質與 ITO 相似，且 膜為 ITO因為其具備極佳的化學穩定 具有原料取得容易、不具毒性、價格便 性、光電特性與蝕刻性。但是由於 ITO 宜、靶材製程不過於複雜等優點而被廣泛 中之銦元素屬稀有金屬，具毒性且價格昂 討論 (2-3) 。對於不同方法所製備的 貴在眾多因素考量之下，發展取代與 ITO ZnO(4-6) 以及摻硼(B) 、銦(In) 、特別是鋁 性質相仿之材料成為各界近年來透明導 (Al)的薄膜已經進行了非常多的研究及 電薄膜的研究主軸。目前以濺鍍法製備透 相關報導 (7-9) 、相較之下，對於摻雜鎵元 明導電薄膜主要應用包含有 1.顯示器產 素之氧化鋅薄膜卻少有研究。以工業應用 業，如LCD 液晶顯示器、