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研究生： 張仕翰
Shih-Han Chang
論文名稱： 矽薄膜沉積於自組裝單分子薄膜改質後之玻璃
Si thin film deposition on SAM modified glass
指導教授： 戴龑
Yian Tai
口試委員: 洪偉修
Wei-Hsiu Hung
洪儒生
Lu-Sheng Hong
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 化學工程系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2009
畢業學年度： 97
語文別： 中文
論文頁數： 114
中文關鍵詞： 自組裝單分子薄膜 、矽薄膜
外文關鍵詞： SAM, Si thin film
相關次數： 點閱：248  下載：3 
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    • 中文摘要
    本論文利用電漿輔助化學氣相沉積系統(PECVD) 沉積矽薄膜於自組裝單分子薄膜(SAM)改質後的玻璃基板，並使用AFM、SEM觀察矽薄膜的表面形態受到不同形式（長鏈、短鏈、環狀）自組裝單分子薄膜之影響程度，且選擇性地挑選短鏈SAM作為研究不同沉積時間下之樣品，並以AFM觀察其初始成長階段，建立其薄膜成長模式。
    表面形態改變的部分，由實驗結果發現，又以長鏈的自組裝單分子薄膜改變矽薄膜的表面形態最為明顯；結晶性部分則由於本實驗的工作參數並非最佳化，因此尚未有結晶矽的發現。

    Abstract

    This research is focused on the deposition of silicon thin film by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) on the self-assembled monolayer (SAM) modified glass substrate. We study the morphology of the silicon thin film surface by AFM and SEM, and discuss the influence of SAMs with different functional groups such as long-chain, short-chain, and aromatic backbone. We developed the growth mode of silicon thin film deposition on SAMs modified glass surface by using AFM to investigate the initial state of the growth. Our results shown that the surface morphology of deposited silicon thin film can be altered by using long-chain SAMs as template .No crystalline silicon was observed however. We attribute this result to the unoptimization of the conditions in our experiments.

    目錄 中文摘要 I 目錄 I 圖與表目錄 I 第一章 緒論 1 1-1 前言 2 1-2低溫複晶矽（Low Temperature Poly-Silicon）技術介紹 3 1-2-1低壓化學氣相沉積法（LPCVD） 6 1-2-2觸媒式化學氣相沉積（Cat-CVD） 6 1-2-3電漿輔助化學氣相沉積（PECVD） 6 1-2-4固相結晶法（SPC） 7 1-2-5準分子雷射退火法（ELA） 8 1-2-6金屬誘發式結晶法（MIC） 9 1-2-7快速熱退火法（RTA） 9 1-3自組裝單分子薄膜(Self-Assembled Monolayer, SAM)介紹 9 1-4研究動機 12 第二章 儀器原理介紹 14 2-1電漿輔助化學氣相沉積系統（PECVD） 14 2-2 X射線光電子光譜儀(XPS) 16 2-3原子力顯微鏡(AFM) 17 2-4拉曼光譜儀(Raman spectroscopy) 18 2-5 X光繞射光譜儀(XRD) 18 2-6場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM) 19 2-7接觸角量測儀(contact angle measurement) 20 2-8膜厚測量儀 (α-step) 20 第三章 實驗架構 22 3-1實驗藥品及耗材 22 3-2實驗架構 26 3-3玻璃基板清洗方法 27 3-4自組裝單分子薄膜之成長(Growth of SAMs) 29 3-5 利用PECVD系統沉積矽薄膜 30 第四章 結果與討論 31 4-1 玻璃基材之分析 31 4-1-1清洗方法之抉擇 31 4-1-2 玻璃基材結晶性之分析 34 4-2自組裝單分子薄膜成長於玻璃基材之分析 36 4-3矽薄膜沉積之探討 57 4-3-1 不同沉積時間下SAMs對矽薄膜之影響 57 4-3-2矽薄膜結晶性之探討 66 4-3-3 Growth mechanism 70 第五章 結論與未來展望 99 參考文獻 100 附錄[soda lime glass] 104 圖與表目錄 表1-1 各種基材上，自組裝單分子薄膜之頭端基團 10 表4-1 短鏈SAMS與玻璃之臨界表面能、接觸角度、粗糙度、厚度比較表 98 圖1-1 低溫複晶矽製程圖 5 圖1-2自組裝單分子薄膜結構示意圖【13】 12 圖2-1薄膜成長機制示意圖【19】（A）吸附（B）表面遷徙（C）成核（D）核島（E）薄膜成長 (F) 脫附 14 圖2-2 (A) FRANK-VAN-DER-MERWE MODE(LAYER BY LAYER)（B）STRANSKI- KRASTANOV MODE(LAYER+ISLAND)（C）VOLMER-WEBER MODE(ISLAND) 16 圖2-3 電漿中化學物種的密度【45】 7 圖2-4光電子能譜儀原理示意圖【21】 17 圖2-5 布拉格繞射【44】 19 圖2-6 膜厚量測示意圖【27】 21 圖3-1 實驗流程圖 26 圖3-2 SAM 成長於玻璃基板流程圖 29 圖3-3 PECVD簡易流程圖【20】 30 圖4-1 玻璃基材清洗前之AFM及接觸角 31 圖4-2 清洗後玻璃基材表面之AFM 俯視圖(A)DETERGENT TREATMENT (B)ACIDIC TREATMENT (C)ACIDIC TREATMENT (HEATING) (D)BASIC TREATMENT (E)RINSE TREATMENT (F)MAO3 TREATMENT 32 圖4-3 清洗後玻璃基材表面之AFM 立體圖(A)DETERGENT TREATMENT (B)ACIDIC TREATMENT (C)ACIDIC TREATMENT (HEATING) (D)BASIC TREATMENT (E)RINSE TREATMENT (F)MAO3 TREATMENT 33 圖4-4 玻璃基材之正面(HYDROPHILIC SIDE)與背面(HYDROPHOBIC SIDE)XRD圖 35 圖4-5 玻璃基材之（A）水接觸角影像圖（B）XPS 之SI 2P、O 1S能譜圖 37 圖4-6 OTES成長於玻璃基材上的(A)接觸角影像；(B)XPS能譜圖 38 圖4-7 TDFOS成長於玻璃基材上的(A)接觸角影像；(B)XPS能譜圖。 40 圖4-8 CH3-RING成長於玻璃基材上的(A)接觸角影像；(B)XPS能譜圖。 41 圖4-9 CF3-RING成長於玻璃基材上的(A)接觸角影像；(B)XPS C1S能譜圖(C)XPS 之F 1S。 43 圖4-10 PTES成長於玻璃基材上的(A)接觸角影像；(B)XPS能譜圖。 44 圖4-11 3-APTES成長於玻璃基材上的(A)接觸角影像；(B) XPS 45 C 1S能譜圖(C) XPS N 1S。 45 圖4-12 TFP成長於玻璃基材上的(A)接觸角影像；(B)XPS能譜圖 C 1S(C)XPS能譜圖 F 1S。 47 圖4-13 3CN成長於玻璃基材上的(A)接觸角影像；(B) XPS C1S 49 能譜圖(C) XPS N1S能譜圖。 49 圖4-14 4CN成長於玻璃基材上的(A)接觸角影像；(B) XPS C1S能譜圖(C) XPS N1S能譜圖。 51 圖4-15 SH成長於玻璃基材上的(A)接觸角影像；(B) XPS C 1S能 53 譜圖(C) XPS S 2S能譜圖。 53 圖4-16 RING成長於玻璃基材上的(A)接觸角影像；(B)XPS能譜圖。 54 圖4-17 長鏈SAMS之水接觸角標準誤差圖 56 圖4-18短鏈SAMS之水接觸角標準誤差圖 56 圖4-19苯環SAMS之水接觸角標準誤差圖 56 圖4-20 矽沉積於 (A) PURE GLASS (C) OTES (E) TDFOS(G)CH3-RING基材上 FOR A SHORT TIME；(B) PURE GLASS (D) OTES (F) TDFOS(H) CH3-RING基材上 FOR A LONG TIME 60 圖4-21 矽沉積於 (I) CF3-RING (K) PTES (M) 3-APTES(O)TFP 基材上 FOR A SHORT TIME；(J) CH3-RING (L) PTES (N) 3-APTES (P) TFP 基材上 FOR A LONG TIME 61 圖4-22 矽沉積於 (Q)3-CN (S) 4-CN (U) SH 基材上 FOR A SHORT TIME；(R) 3-CN (T) 4-CN (V) SH 基材上 FOR A LONG TIME 62 圖4-23 矽沉積於 (A) PURE GLASS (C) OTES (E) TDFOS(G)CH3-RING基材上 FOR A SHORT TIME；(B) PURE GLASS (D) OTES (F) TDFOS(H) CH3-RING基材上 FOR A LONG TIME 63 圖4-24 矽沉積於 (I) CF3-RING (K) PTES (M) 3-APTES(O)TFP 基材上 FOR A SHORT TIME；(J) CH3-RING (L) PTES (N) 3-APTES (P) TFP 基材上 FOR A LONG TIME 64 圖4-25 矽沉積於 (Q)3-CN (S) 4-CN (U) SH 基材上 FOR A SHORT TIME；(R) 3-CN (T) 4-CN (V) SH 基材上 FOR A LONG TIME 65 圖4-26 SI WAFER之拉曼光譜 66 圖4-27 玻璃基材之拉曼光譜 67 圖4-28拉曼光譜 (A) PURE GLASS (C) OTES (E) TDFOS基材上(10MIN沉積時間)；(B) PURE GLASS (D) OTES (F) TDFOS基材上 (20MIN沉積時間) 67 圖4-29拉曼光譜(A)CH3-RING (C) CF3-RING (E) PTES (F) 3-APTES 基材上 (10MIN沉積時間)；(B) CH3-RING (D) CH3-RING (F) PTES (G) 3-APTES 基材上(20MIN沉積時間) 68 圖4-30 矽沉積於 (A)3CN (C) 4CN (E) SH (F)TPF 基材上(10MIN沉積時間)；(B) 3CN (D) 4CN (F) SH (G)TPF 基材上(20MIN沉積時間) 69 圖4-31 各種基材之臨界表面張力 70 圖4-32各種基材之矽沉積厚度表 71 圖4-33 各種基材之矽沉積粗糙度圖 71 圖4-34 GLASS和長鏈SAMS的臨界表面張力 72 圖4-35 GLASS和長鏈SAMS的厚度 73 圖4-36 GLASS和長鏈SAMS的相對粗糙度 73 圖4-37 GLASS和苯環SAMS的臨界表面張力 74 圖4-38 GLASS和苯環SAMS的厚度 75 圖4-39 GLASS和苯環SAMS的相對粗糙度 75 圖4-40GLASS和短鏈SAMS的臨界表面張力 76 圖4-41 GLASS和短鏈SAMS的厚度 77 圖4-42 GLASS和短鏈SAMS的相對粗糙度 77 圖4-43矽沉積於SAM改質後之玻璃上的GRAIN HEIGHT（A）3-APTES（B）3CN（C）PTES（D）TFP（E）SH（F）4CN(G)GLASS 81 圖4-44 矽沉積於SAM改質後之玻璃上的INITIAL STATE （A）3-APTES（B）3CN（C）PTES（D）TFP（E）SH（F）4CN(G)GLASS 82 圖4-45矽沉積於SAM改質後之玻璃上的FINAL STATE（A）3-APTES（B）3CN（C）PTES（D）TFP（E）SH（F）4CN(G)GLASS 83 圖4-46 矽沉積於純玻璃AFM& SEM影像圖 85 圖4-47 矽沉積於已成長PTES SAM之玻璃基板AFM& SEM影像圖 87 圖4-48 矽沉積於已成長TFP SAM之玻璃基板AFM& SEM影像圖 89 圖4-49 矽沉積於已成長3-APTES SAM之玻璃基板AFM& SEM影像 91 圖4-50 矽沉積於已成長4CN SAM之玻璃基板AFM& SEM影像圖 93 圖4-51 矽沉積於已成長3CN SAM之玻璃基板AFM& SEM影像圖 95 圖4-52 矽沉積於已成長SH SAM之玻璃基板AFM& SEM影像圖 97

    參考文獻
    【1】陳志強編著，『低溫複晶矽顯示器技術』全華科技圖書股份有限公司
    【2】R.B.Bergmann, G.Oswald, M.Albrecht and V.Gross, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 1997, 46, 147
    【3】T.Massuyama, N.Terada, T.Baba, T.Sswada, S.Tsuge, K. Wakisaka, and S. Tsuda, Non-Cryst. Solids 1996, 940, 198
    【4】R. S. Sposili and J. S. Im, Appl. Phys. Lett. 1996, 69, 1864
    【5】 K. Ishikawa, M. Ozawa, C. Oh and M. Matsumura, Jpn. J. Appl. Phy. Part. 1 1998, 37, 731
    【6】D. D. Malinovska, O. Angelov, M. S. Vassileva, M. Kamenova and J. C. Pivin, Thin Solid Films 2004, 303, 451
    【7】O. Nast, T. Puzzer, L. M. Koschier, A. B. Sproul, and S. R. Wenham, Appl. Phy. Lett. 1998, 73, 3214
    【8】洪木清, 陳智崇, “高溫快速退火技術於AM-OLED TFT-Array 之應用”, 工業材料雜誌254期。
    【9】D. Toet, B. Koopmans, P. V. Santos, R. B. Bergmann, and B. Richards, Appl. Phys. Lett. 1996, 69, 3719
    【10】石中達, “工業用準分子雷射之發展概況”
    【11】 B. de. Boer﹐ A Hadipour, M. M. Mandoc, T. van. Woudenbergh﹐P. W. M. Blom, Adv. Mater. 2005, 17, 621.
    【12】A. Gölzhäuser, W. Eck, W. Geyer,V. Stadler, T. Weimann, P. Hinze, and M. Grunze, Adv. Mater. 2001, 13, 806
    【13】J. C. Love , L A. Estroff, J K. Kriebel, R G. Nuzzo, G M. Whitesides, Chem. Rev. 2005, 105, 1103
    【14】V.Chechik, R.M.Crooks, and C.J.M.Stirling, Adv. Mater. 2000, 12, 1161
    【15】郭宗琦, “Improving the Efficiency of Organic Thin Film Solar cell by Self-Assembled Monolayer and Silver Nanoparticles”, 國立台灣科技大學化學工程系碩士論文
    【16】B.D.Boer, A.Hadipour, M.M.Mandoc, T.V.Wiudenbergh, and P.W.M.Blom, Adv. Mater. 2005, 17, 621
    【17】C. Bock, D. V. Pham, U. Kunze, D. Käfer, G. Witte, and C. Wöll ﹐J. Appl. Phys. 2006, 100, 114517
    【18】T. Wink, S. J. V Zuilen, A. Bult, and W. P. V Bennekom, Analyst, 1997, 43R
    【19】南港高工高瞻計畫
    http://sites.google.com/a/gm.nkhs.tp.edu.tw/hightscope/
    【20】劉智生, “以化學氣相沉積法於矽晶基材上的碳化矽及鍺異質 磊晶成長之研究”, 國立台灣科技大學化學工程系博士論文
    【21】劉智生, 洪儒生, “ ESCA-X射線光電子能譜儀”, 化工技術第15卷第3期
    【22】H. B. Michaelson, J. Appl. Phy. 1977, 40, 4729
    【23】吳家祺, “Design,Construction and Testing of an UHV System with Film Process and Photoelectron Spectroscopy Facilities”, 國立台灣科技大學化學工程系碩士論文
    【24】L. S. Hung, C. H. Chen, Materials Science and Engineering 2002, R39, 143
    【25】周賢鎧, “場發射掃描式電子顯微鏡”, 化工技術第15卷第3期
    【26】R.K. Smith, Progress in Surface Science 2004, 75, 1
    【27】張智閔, “利用電沉積法製備CIS太陽能電池結構”
    【28】Z.C.Liu, Q.G.He, P.F.Xiao, B.Liang , J.X.Tan , N.Y.He, Z.H.Lu, Mater.Chem.and Phys.2003, 82, 301
    【29】C. Perruchot, M. M. Chehimi, M.Delamar, E. Cabet-Deliry, B. Miksa﹐S. Slomkowski, M. A. Khan, S. P. Armes, Colloid Polym. Sci. 2000, 278, 1139
    【30】J.J.Cras, C. A. Rowe-Taitt, D. A. Nivens, F. S. Ligler, Biosensors and Bioelectronics 1999, 14, 683
    【31】W. A. M. Aarnink, A. Weishaupt, and A. van Silfhout, Applied Surface Science 1990, 45, 37
    【32】A.Sharma, H.Jain, and A.C.Miller, Surf. and inter.analy. 2001, 31, 369
    【33】J. C. Dupin, D. Gonbeau, P. Vinatier, and Alain Levasseur, Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2, 1319
    【34】Jerzy J. Langer, Marcin Martynski, Synthetic Metals 1999, 107, 1
    【35】Hiroyuki Sugimura, Atsushi Hozumi, Tetsuya Kameyama and Osamu Takai, Surf. and Interface Anal. 2002, 34, 550
    【36】J. Zuo, P. Keil, M. Valtiner, P. Thissen, and G. Grundmeier, Surf.Sci. 2008, 602, 3750
    【37】H. L. Yip, S. K. Hau, N.S.Beob, H. Ma, A. K. Y. Jen, Adv. Mater. 2008, 20, 2376
    【38】J. L. Lenhart, and Wen-li Wu, Langmuir 2003, 19, 4863
    【39】Simon Flink, Frank C. J. M. van Veggel, David N. Reinhoudt, J. Phys. Org. Chem. 2001, 14, 407
    【40】J. Park. H. Lee, Mater. Sci. and Eng. C 2004, 24, 311
    【41】M. Hu, S. Noda, T. Okubo, Y. Yamaguchi, H. Komiya, Appl. Surf. Sci. 2001, 181, 307
    【42】H. Y. Kim, K. Y. Lee, J. Y. Lee, Thin Solid Films 1997, 302, 17
    【43】Stephen D. Evans, Edward Urankar, Abraham Ulman, and Nancy Ferris, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 4121
    【44】莊曜群, 陳仁川, 劉正毓, “X光在半導體封裝的運用”, 化工技術 2003, 11(2), 94
    【45】Akihisa Matsuda,Japanese Journal of Applied Physics 2004, 43, 7909

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