透明導電P型二氧化銅鉻薄膜之製備與光電特性研究

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Title:	透明導電P型二氧化銅鉻薄膜之製備與光電特性研究
Authors:	蔡崇平
Contributors:	游瑞松亞洲大學光電與通訊學系碩士班
Keywords:	二氧化銅鉻;透明導電氧化物;結構;光電特性
Date:	2012
Issue Date:	2012-11-14 11:25:22 (UTC+0)
Abstract:	本研究分成二階段，第一階段使用磁控濺鍍法製備Cu-Cr-O薄膜，之後再以氬氣氣氛作500~700℃退火處理1小時，研究顯示初始濺鍍薄膜為非晶質，薄膜經由500 ℃退火處理後形成CuO及CuCr2O4多相結構，600℃之後形成delafossite-CuCrO2結構，退火溫度由600℃增加700℃，將使得CuCrO2的晶粒尺寸增加，晶粒成長過程中將造成晶界面積以及點缺陷減少，在減少晶界散射效應下，載子移動率由0.487增加至0.648 (cm2/Vs)，電洞載子來源的點缺陷減少將使得載子濃度由3.16×1017減少至2.05×1017 (cm-3)。兩者CuCrO2薄膜相互比較之下，退火600℃的CuCrO2薄膜具有較佳的導電性質，其電阻值為35.46 Ωcm，直接能隙值為3.08 eV，在800 nm及550 nm 的可見光波長分別約有72%及550 nm透光率。第二階段研究以不同薄膜製程參數氧氬比(O2/(O2+Ar))為40 %、50 %、60 %及70 %沉積Cu-Cr-O薄膜。濺鍍後於氬氣氣氛下進行退火處理600℃恆溫4小時。由分析顯示當製程參數氧氬比為40 %及50 %之薄膜，經由退火處理後薄膜為CuO及CuCrO2之複合相結構，氧氬比高於60 %所製備之薄膜為單一相結構CuCrO2，掃描式電子顯微鏡證實當氧氬比高於60 %，薄膜厚度有明顯的減少由140 nm改變至106 nm，這是因為較高的氧含量在銅鉻靶材形成氧化物造成靶材濺鍍率下降而調整濺鍍原子成分，致使，在薄膜形成單一相結構CuCrO2，透光率明顯提升，在550 nm 波長約有68 %的透光率，當形成單一相CuCrO2薄膜直接能隙值分別為3.15 eV及3.16 eV，霍爾效應量測顯示形成單一相結構後載子濃度增加造成電阻值降低，電阻值分別為2.35及2.61 Ωcm，遷移率分別為0.19及0.18 cm2/Vs，載子濃度分別為1.2×1019及1.4×1019 cm-3正值霍爾係數證實CuCrO2薄膜之主要載子為電洞(h+)。
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