鈧共摻雜含量(0~2.37wt%)對摻鋁氧化鋅透明導電薄膜之結構與特性影響研究

在STN 玻璃上析鍍氧化鋅、摻鋁氧化鋅、鈧與鋁共摻雜之氧化鋅(Al，Sc co-doped zinc oxide) 等透明導電薄膜。此薄膜經ICP 分析得知：由雙靶式所得薄膜之鈧含量(wt%) 較低(介於0 ~0.083)，而三靶式所得薄膜之鈧含量(wt%) 較高(介於0.42~2.37)。薄膜組成的變化，影響其結構與性質甚大。薄膜的結晶結構，經XRD 分析得知：摻雜鋁後，結晶變形，共摻雜鋁、鈧後之薄膜，其結晶之[0002] 優選方向，隨含鈧濃度增加而逐漸下降，當薄膜中含鈧量超過0.425% 後，由[013] 取代[0002] 方向。由TEM 觀察薄膜橫截面，顯示這些薄膜均由柱狀結晶構成，垂直於玻璃界面，晶徑接近界面處較小(約20nm)，隨遠離界面而增大(約65nm)。摻雜鈧使鍍膜晶粒細化，鈧摻雜量介於0.42~2.37 wt% 時，在HRTEM 下，每一柱狀晶底部顯示出細小晶粒，大部份柱狀晶內則出現與疊差缺陷；部份柱狀晶內會出現垂直於界面方向之Moire fringe contrast 缺陷。薄膜在氧氣氛下加熱400℃ 一小時，晶粒中之疊差缺陷密度明顯減少。薄膜經XPS 檢測之氧成份，具有四種不同的化學態，分別對應不同之鍵結能：O(I) 鍵結能530.00 ± 0.15 eV 屬於 Sc2O3 鍵結中之氧；O(II) 鍵結能在530.15 ± 0.15 eV，屬於纖維鋅礦結構中化學屬於纖維鋅礦結構中化學計量氧數量；O(III) 鍵結能在531.25 ± 0.20 eV ，與ZnO 薄膜中之缺氧有關；O(IV) 鍵結能在532.40 ± 0.15eV，屬於薄膜表面與氧氣之鍵結。