สมบัติทางกายภาพของฟิล์มบางซิงค์ออกไซด์เจือด้วยอลูมิเนียม...

สมบตทางกายภาพของฟลมบางซงคออกไซดเจอดวยอลมเนยมและอนเดยม เตรยมโดยเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง

ปรญญานพนธ ของ

นนทนช วฒนสภญโญ

เสนอตอบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ เพอเปนสวนหนงของการศกษา ตามหลกสตรปรญญาวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาฟสกส

ตลาคม 2553 ลขสทธเปนของมหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ

สมบตทางกายภาพของฟลมบางซงคออกไซดเจอดวยอลมเนยมและอนเดยม เตรยมโดยเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง

บทคดยอ ของ

นนทนช วฒนสภญโญ

เสนอตอบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ เพอเปนสวนหนงของการศกษา ตามหลกสตรปรญญาวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาฟสกส

ตลาคม 2553

นนทนช วฒนสภญโญ. (2553). สมบตทางกายภาพของฟลมบางซงคออกไซดเจอดวยอลมเนยมและ อนเดยม เตรยมโดยเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง. ปรญญานพนธ วท.ม. (ฟสกส). กรงเทพฯ: บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ.คณะกรรมการควบคม: อาจารย ดร.ธนภรณ โตโสภณ, อาจารย ดร.ทรงศกด พงษหรญ. งานวจยนมความมงหมายเพอศกษาเงอนไขในการเคลอบฟลมทมตอสมบตทางไฟฟา สมบตทางแสง และพนผวของฟลมบาง AIZO เพอเปนแนวทางในการน าไปพฒนาเปนขวไฟฟาในเซลลแสงอาทตย โดยไดเตรยมฟลมบางซงคออกไซดเจอดวยอลมเนยมและอนเดยม (AIZO) โดยเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง บนแผนรองรบทเปนกระจกในบรรยากาศอารกอนบรสทธ ณ อณหภมหอง โดยใชเซรามกสซงคออกไซดเจอดวยอลมเนยมและอนเดยม ในปรมาณ 0.5 wt% ขนาด 3 นวเปนเปา ศกษาอทธพลของเงอนไขของการสปตเตอรงไดแก ระยะหางระหวางเปาก บแผนรองรบ ความดน และก าลงไฟฟา ทมตอสมบตทางกายภาพของฟลม พบวาระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ ความดน และก าลงไฟฟา มผลตอการทบถมของฟลม สมบตทางไฟฟา สมบตทางแสง และโครงสรางพนผวของฟลม AIZO โดยเงอนไขการเตรยมฟลมทระยะหางระหวางเป ากบแผนรองรบเปน 7 cm จะใหฟลมทมอตราการทบถมดทสด (25-32 nm/min) มความหนาสงสดในชวง 750-900 nm โดยไมขนกบความดนขณะสปตเตอร และสภาพตานทานไฟฟามแนวโนมต าลงเมอมการเพมความดน ขณะทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบทเพมขน อตราการทบถมของฟลมจะลดลงและขนกบความดนอยางชดเจน โดยการเตรยมฟลมทความดนต ากวาจะใหอตราทบถมของฟลมสงกวา ฟลมมการกอตวเปนคอลมนารทตอเนอง พนผวมโครงสรางแบบกรานลาร สงผลใหมสภาพตานทานไฟฟาต ากวา การเพมก าลงไฟฟาท าใหฟลมมอตราการทบถมสงขนและเกรนมขนาดใหญ ทงนเนองจากอทธพลของพลงงานของอะตอมขณะทบถมกน ฟลมทมการสงผานแสงดเตรยมไดจากระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบมากกวา 7 cm โดยมการสงผานแสงเฉลยมากกวา 80% ในชวงความยาวคลน 400-1100 nm โดยขอบเขตของกา รดดกลน (Absorption edge) เลอนไปทางดานอลตราไวโอเลต ซงสอดคลองกบคาชองวางแถบพลงงานในชวง 3.3-3.65 eV และพบวาเงอนไขในการเตรยมฟลมทดทสดคอระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm ก าลงไฟฟา 50 W และความดน 0.03 mbar โดยฟลมมสภาพตานทานไฟฟา เปน 2.57 x 10-4 Ωcm คาการสงผานแสง 81% โดยการกดฟลมดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1 % ดวยระยะเวลา 5 s จะใหลกษณะโครงสรางพนผวของฟลมและคาเฮซทมความเหมาะสมทจะน าไปประยกตใชงานเปนขวไฟฟาในเซลลแสงอาทตยตอไป

PHYSICAL PROPERTIES OF Al AND In DOPED ZnO THIN FILMS PREPARED BY DC MAGNETRON SPUTTERING TECHNIQUE

AN ABSTRACT BY

NUNTANUT WATTANASUPINYO

Presented in Partial Fulfillment of the Requirements For the Master of Science Degree in Physics

at Srinakharinwirot University October 2010

Nuntanut Wattanasupinyo. (2010). Physical properties of Al and In doped ZnO thin films prepared by DC Magnetron Sputtering Technique. Master thesis, M.Sc. (Physics). Bangkok: Graduate School, Srinakharinwirot University. Advisor Committee: Dr.Thanaporn Tohsophon, Dr. Songsak Phonghirun.

The purpose of this research is to study the effect of sputtering conditions on the electrical properties, optical properties and surface morphology of aluminum and indium doped zinc oxide (AIZO) films. In view of the application in thin film solar cells, AIZO thin films were prepared by direct current (dc) magnetron sputtering on glass substrate in pure argon atmosphere at room temperature. Three inches of home made zinc oxide ceramic with 0.5 wt% of aluminum and indium doping was used as a target. The influence of sputtering conditions -- target-substrate distance, pressure and power -- on the physical properties of AIZO films were studied. At the target-substrate distance of 7 cm, the films show optimum deposition rate (25-32 nm/min) with the thickness of 750-900 nm throughout the deposited pressure, indicating that the deposited rate not depend on the pressure. As increasing the pressure, the films resistivity tend to decrease. While at the higher target-substrate distance, the lower deposited rate depending on the pressure is obtained. The lower pressure, the higher deposited rate with continuous columnar films and granular structure is grown. This lead to obtain lower resistivity films. In addition, as increasing the power, the deposited rate and the grain size is increased. This is due to the effect of sputtered atom energy during deposition. Excellent transparent films of more than 80% in the wavelength range of 400-1100 nm. can be prepared at the substrate-target distance of more than 7 cm. The films absorption edge shift to the ultraviolet region, which related to the band gap energy of 3.3-3.65 eV. It was found that as deposited film prepared at the target – substrate distance of 10 cm, 50 W and 0.03 mbar give lowest resistivity of 2.57 x 10-4 Ωcm with average transmittance of 81% . Post deposited film after 5 s in diluted hydrochloric acid 0.1% with the appropriate surface morphology and haze property is the optimum film to apply as TCO in solar cells.

ประกาศคณปการ ปรญญานพนธฉบบนส า เรจไดดวยความกรณาจาก ดร .ธนภรณ โตโสภณ และผชวยศาสตราจารย บญชา ศลปสกลสข ทไดใหความร ค าแนะน า และไดตรวจแกไขขอบกพรองตางๆ จนท าใหงานลลวงไดดวยด ตลอดระยะเวลาทท าวจย ผวจยรสกซาบซงและขอกราบขอบพระคณเปนอยางสง ขอกราบขอบพระคณ ดร.ปณธาน วนากมล ดร .ทรงศกด พงษหรญ และ ดร .พงศพนธ จนดาอดม ทใหความอนเคราะหในการเปนคณะกรรมการการสอบปากเปลาปรญญานพนธ รวมทงใหค าแนะน าและแกไขเพมเตม ท าใหปรญญานพนธฉบบนสมบรณมากยงขน ขอกราบขอบพระคณคณาจารยภาควชาฟสกสทกทาน ทไดประสทธประสาทวชาความรตลอดระยะเวลาการศกษา จนผวจยสามารถน าความรมาใชในการท าปรญญานพนธจนส าเรจ ขอขอบคณ คณธญนพ นลก าจร คณเสรมสข เรงรด นางสาวออมตะวน แสงจกรวาฬ และนสตปรญญาโท สาขาวชาฟสกส มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒทกทาน รวมท งเจาหนาทในภาควชาฟสกสทกคนทใหความชวยเหลอแกผวจยตลอดมา ทายทสดน ผวจยขอกราบขอบพระคณ บดา- มารดา และญาตๆ เปนอยางสงทไดใหการสนบสนน เปนก าลงใจ และใหความส าคญตอการศกษาเสมอมา นนทนช วฒนสภญโญ

สารบญ บทท หนา

1 บทน า……………………………………………………………..……………... 1 ภมหลง……………………………………………………………………..… 1 ความมงหมายงานวจย……………………………………………………..... 2 ความส าคญของการวจย………………………………………………….…. 3 ขอบเขตของการวจย……………………………………………………….… 3 ประโยชนทคาดวาจะไดรบจากงานวจย……………………………………... 3 2 เอกสารและงานวจยทเกยวของ................................................................... 4 ขอมลเบองตนเกยวกบสมบตและโครงสรางของ ZnO…………………….… 4 สารกงตวน า (Semiconductor)……………………………………….... 5 สารกงตวน าบรสทธ (Intrinsic semiconductor)…………………... 6 สารกงตวน าไมบรสทธ (Extrinsic semiconductor)…………….…. 7 สารกงตวน าชนดเอน (n-type semiconductor)……………….. 7 สารกงตวน าชนดพ (p-type semiconductor)………………… 7 การน าไฟฟาของเซรามกสซงคออกไซด (ZnO) เจอดวย อลมเนยมออกไซด (Al2O3) : AZO……………………………………..…...

9

การเคลอบฟลมบาง…………………………………………………………… 11 วธทางเคม (Chemical process)………………………………………… 11 วธทางกายภาพ (Physical process)…………………………………... 11 การสปตเตอรง……………………………………………………………….... 12 กระบวนการสปตเตอร…………………………………………………..... 12 อนตรกรยาระหวางไอออนและผวเปาสารเคลอบ……………………...... 13 กระบวนการโกลวดสชารจ (Glow Discharge)………………………… 14 ระบบการเคลอบฟลมแบบ ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง………………………. 16 การกอเกดฟลมบาง…………………………………………………………. 21

สารบญ (ตอ) บทท หนา 2 (ตอ)

ทฤษฎเบองตนในการวเคราะหสมบตของฟลม……………………………...… 27 สมบตทางไฟฟา………………………………………………………..….. 27 สภาพตานทานไฟฟา (Resistivity : )………………………….. 27 ความคลองตวของพาหะ (Mobility ; )…………………………... 29 ความหนาแนนของพาหะ (Carrier concentration ; n )………….. 29 การวดสภาพตานทานไฟฟา ความหนาแนนพาหะ และความ คลองตว ของพาหะดวยเทคนคแวนเดอรพาว (Van der pauw method) และวธการวดฮอลล (Hall effect measurement)……….

31 การวดสภาพตานทานไฟฟาดวยเทคนคแวนเดอรพาว ……. 31 การวดความหนาแนนพาหะและความคลองตวพาหะ ดวยวธการวดฮอลล (Hall effect measurement)…………...

33

สมบตทางแสง………………………………………………………….... 35 สมบตการดดกลนแสง……………………………………………... 35 การวดสมประสทธการดดกลนแสง………………………………... 37 สมบตเฮซ (Haze properties)………………………………….…. 39 การวเคราะหโครงสรางจลภาคโดยใชกลองจลทรรศนอเลกตรอน

แบบสองกราด(Scanning Electron Microscope : SEM)………………

40 ลกษณะการใชงาน SEM (SEM operation mode)……………….. 42 เอกสารและงานวจยทเกยวของ………………………………………….…… 42 3 วธการด าเนนงานวจย………………………………………………………….… 47 สารเคมทใชในการทดลอง………………………………………………….…… 47 วสดอปกรณทใชในการทดลอง……………………………………………….… 47 สถานทด าเนนงานวจย……………………………………………………….…. 48 ขนตอนการด าเนนการทดลอง………………………………………………….. 49


การเตรยมแผนรองรบ……………………………………………………….... 49 การเตรยมฟลมบาง AIZO………………………………………………….... 49 การวดสมบตของฟลม AIZO……………………………………………….… 51 การวดสมบตทางไฟฟาของฟลม…………………….…………..…….... 51 การวดคาการสงผานแสงของฟลม………………………………….…… 53 การวดคาเฮซ (Haze)………………………………………………….… 55 การวเคราะหโครงสรางจลภาคโดยใชกลองอเลกตรอนแบบสองกราด

(Scanning Electron Microscope : SEM)………………..…………..…

56 วดความหนาของฟลม…………………………………………..………... 57 4 ผลการทดลองและการวเคราะหผล…………………………………………… 58 ผลการทดลองและวเคราะหผลของระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ ความดน และก าลงไฟฟาทมตอความหนาของฟลม………….………………..

58

ผลของระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบและความดนทมตอ ความหนาของฟลม…………………………………………………..………

58

ผลของก าลงไฟฟาและความดนทมตอความหนาของฟลม…………..…… 59 สมบตทางไฟฟา…………………………………………………………….….. 61 ผลของระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบและความดนทมตอ สภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะ……………………………………………..

61 ผลของก าลงไฟฟาและความดนทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะ……………..……

67

สมบตทางแสง…………………………………………………………..……... 71 ลกษณะโครงสรางและพนผวของฟลม……………………………………….… 77 คณสมบตของฟลมหลงกดดวยกรดไฮโดรคลอรก…………………………...… 81


คณสมบตทางไฟฟา…………………………………………………….… 81 คณสมบตทางแสง………………………………………………………... 81 ลกษณะพนผวของฟลม………………………………………………….. 85 5 สรปผลการทดลอง………………………………………………………….…… 88 สรปและอภปรายผลการทดลอง……………………………………………..… 88 บรรณานกรม……………………………………………………………………….…… 90 ประวตยอผท าวจย……………………………………………………………………… 95

บญชภาพประกอบ ภาพประกอบ หนา

1 โครงสรางแบบเวทธไซทของ ZnO……………………………………………....... 4 2 แสดงชองวางแถบพลงงานของสารทเปนไดอเลกทรก กงตวน าและโลหะ……….. 5 3 แสดงคอเลกตรอนและโฮลในพนธะโควาเลนซของผลกซลกอน ………………. 6 4 แถบพลงงานสารกงตวน าบรสทธ (Intrinsic semiconductor)…………..…….... 7 5 แสดงตวใหและตวรบอเลกตรอนในพนธะโควาเลนซของผลกซลกอน…….…..… 8 6 แถบพลงงานสารกงตวน าชนดเอน……………………………………….….….... 8 7 แถบพลงงานสารกงตวน าชนดพ…………………….…………………….……... 9 8 แสดงการท าพนธะของ (ก) ZnO (ข) AZO………………………………….….... 10 9 แสดงแถบพลงงาน (ก) ZnO (ข) AZO………………...….…………….…...…… 10 10 ประเภทของกระบวนการการเคลอบฟลมบางในสญญากาศ…………………..... 11 11 อนตรกรยาระหวางไอออนและผวเปาสารเคลอบ………………………………… 14 12 ลกษณะการโกลวดสชารจระหวางขวอเลกโทรด…………………………………. 16 13 การเคลอนทของอนภาคอเลกตรอนในสนามแมเหลก…………………………….. 17 14 การเคลอนทของอนภาคในสนามตางๆ…………………….…………………….… 18 15 การจดสนามแมเหลกและแนวการกดกรอนของเปาสารเคลอบ ในระบบพลานารแมกนตรอน สปตเตอรง………………………………………….

20

16 ขนตอนการเกดฟลม……………………………………………………………… 22 17 การเปลยนแปลงของพนทขณะมการรวมกนของกลมอะตอม และหลงการรวมกนของกลมอะตอม……………………………………………

23

18 รปแบบขณะเกดการรวมกนของกลมอะตอม……………………………………… 23 19 โครงสรางของการเกดฟลมในรปแบบตางๆ………………………………………... 26 20 การวดสภาพการน าไฟฟาของตวอยางทมพนทภาคตดขวาง A …………………. 28 21 แสดงต าแหนงของจดสมผสของชนสารตวอยาง…………………………………... 32

22 ความสมพนธของคาปรบแก f และ 41,23

34,12

R

R …………………………………... 32

32

บญชภาพประกอบ (ตอ) ภาพประกอบ หนา

23 การวดความหนาแนนพาหะโดยอาศยปรากฎการณฮอลล……………………….. 34 24 ลกษณะของการยายสถานะพลงงานของสาร (a) การยายสถานะแบบตรง (Direct transition) และ (b) การยายสถานะแบบไมตรง (Indirect transition)………………………....

37 25 แสดงการทดลองวดสมประสทธการดดกลนแสง………………………………… 38 26 สเปกตรมการสงผานแสงของฟลม ZnO (a) สเปกตรมการสงผานแสงของฟลม ZnO (b) กราฟความสมพนธของ 2

h และ h ซงจะใหคาชองวางแถบพลงงาน จากสวนตดแกนของพลงงานโฟตอนโดยการประมาณคา……………………..

40 27 สวนประกอบและหลกการท างานเบองตนของ SEM…….………………………… 41 28 แผนภาพไดอะแกรมแสดงการท าความสะอาดกระจกชนงาน………………….… 50 29 แสดงระบบ ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง………………………………………….. 52 30 ระบบการวดของเครองโฟรพอยทโพรบ………….………………………..……… 53 31 เชอมคอนแทคกบชนงาน ……………………………….……………………… 54 32 การวดสมประสทธการดดกลนแสง………………………………………………. 54 33 แสดงการเตรยมชนงานวดคาเฮซ (Haze)……………………………………..… 55 34 แสดงการเตรยมชนงานกอนน าไปวดโครงสรางพนผวของฟลม……………….… 56 35 เครองวดความหนาฟลม (Surface profiler) รน Veeco Dektak 150………….. 57 36 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอความหนาของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 40 W โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 7 10 13 และ16 cm ตามล าดบ……………………………………..…..……

60 37 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอความหนาของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 30 40 และ 50 W โดยมระยะหางระหวางเปากบ แผนรองรบเปน 10 cm…………………………………………………………

60

บญชภาพประกอบ (ตอ)

ภาพประกอบ หนา 38 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมท ก าลงไฟฟา 40 W โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 7 cm………..

62

39 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมท ก าลงไฟฟา 40 W โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm………

62


63


63

42 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและระยะหางระหวางเปากบ แผนรองรบทมตอสภาพตานทานไฟฟาของฟลม AIZO เตรยมท ก าลงไฟฟา 40 W……………………………………………………………….

65

43 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและระยะหางระหวางเปา กบแผนรองรบทมตอความคลองตวของพาหะของฟลม AIZO เตรยมท ก าลงไฟฟา 40 W………………………………………………………………..

65

44 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและระยะหางระหวางเปา กบแผนรองรบทมตอความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมท ก าลงไฟฟา 40 W………………………………………………………………...

66

45 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมท ก าลงไฟฟา 30 W โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm……...

68


68


ภาพประกอบ หนา 47 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมท ก าลงไฟฟา 50 W โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm………

69

48 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและก าลงไฟฟาทมตอ สภาพตานทานไฟฟาของฟลม AIZO โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ เปน 10 cm………………………………………………………………………..

69

49 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและก าลงไฟฟาทมตอ ความคลองตวของพาหะของฟลม AIZO โดยมระยะหางระหวางเปากบ แผนรองรบเปน 10 cm………………………………………………………….

70

50 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและก าลงไฟฟาทมตอ ความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO โดยมระยะหางระหวางเปากบ แผนรองรบเปน 10 cm……………………………………………………………

70

51 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนและคาการสงผานแสงของฟลม AIZO เตรยมทความดน 0.03 mbar……………………………………………….……

73

52 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนและคาการสงผานแสงของฟลม AIZO เตรยมทความดน 0.05 mbar…………………………………………………….

73

53 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนและคาการสงผานแสงของฟลม AIZO เตรยมทความดน 0.07 mbar………………………………………………..…..

74

54 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนและคาการสงผานแสงของฟลม AIZO เตรยมทความดน 0.09 mbar……………………………………………..……..

74

55 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนและคาการสงผานแสงของฟลม AIZO เตรยมทความดน 0.10 mbar………………….………………………………..

75

56 แสดงความสมพนธระหวางความดนและคาชองวางแถบพลงงานของฟลม AIZO เตรยมทเงอนไขตางๆ………………………………………….………..………

75

57 แสดงความสมพนธระหวางความดนและคาเฉลยการสงผานแสงของฟลม AIZO ในชวงความยาวคลน 400-1100 nm…………………………………………..

76


ภาพประกอบ หนา 58 แสดงภาพถาย SEM ของภาพตดขวางและพนผวฟลมบาง AIZO ทเตรยมดวย ก าลงไฟฟา 50 W ระยะหางระหวางเปากบ แผนรองรบ 10 cm ทความดน (a) (b) 3 x10-2 mbar (c)(d) 7 x 10-2 mbar (e) (f) 1x 10-1 mbar ตามล าดบ…..

79

59 แสดงภาพถาย SEM ของภาพโครงสรางพนผวฟลมบาง AIZO ทเตรยมดวย ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดนเปน 3x10-2 ดวยก าลงไฟฟา (a)(b) 30 (c)(d) 40 และ (e)(f) 50 W ตามล าดบ………………………………..

80

60 แสดงความสมพนธระหวางระยะเวลาทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกทมตอ สภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนน ของพาหะของฟลม AIZO ทเตรยมดวยระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวย กรดไฮโดร คลอรกความเขมขน 0.1% …………………………………….……

82

61 แสดงความสมพนธระหวางระยะเวลาทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกทมตอ สภาพตานทานไฟฟความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะ ของฟลม AIZO ทเตรยมดวยระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวย กรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.05%..........................................................

82

62 แสดงความสมพนธระหวางระยะเวลาทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกทมตอความหนา ของฟลม AIZO ทเตรยมดวยระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรก

ความเขมขน 0.1% และ 0.05%....................................................................

83

63 แสดงความสมพนธระหวางระยะเวลาทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกทมตอ อตราการกดกรอนของฟลม AIZO ทเตรยมดวยระยะหางระหวางเปา กบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลง จากกดดวย กรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% และ 0.05%........................

83


ภาพประกอบ หนา 64 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนทมตอคาเฮชของฟลม AIZO ทเตรยมดวย ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1%

ดวยระยะเวลา 5 15 30 45 และ 60 s…………………………………………….

84

65 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนทมตอคาเฮชของฟลม AIZO ทเตรยมดวย ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% ดวยระยะเวลาตาง …ๆ……………………………………………………..……

84

66 แสดงภาพถาย SEM ของภาพโครงสรางพนผวฟลมบาง AIZO ทเตรยมดวย ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% ระยะเวลา (a) 5 s (b) 15 s (c) 30 s (d) 45 s (e) 60 s……………………….

86

67 แสดงภาพถาย SEM ของภาพโครงสรางพนผวฟลมบาง AIZO ทเตรยมดวย ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.05% ระยะเวลา (a) 5 s (b) 15 s (c) 30 s (d) 45 s (e) 60 s…………………….….

87

บทท 1 บทน า

ภมหลง ในปจจบนภาวะน ามนและกาซอนเปนแหลงพลงงานของโลกมราคาทสงขนทกวน ในขณะท การใชงานนนไมมททาวาจะลดลงแตอยางใด มแตความตองการในปรมาณทสงขน ทงการใชงานเพอการคา การอยอาศย เปนแหลงพลงงานตางๆ สถานะการณเชนนท าใหประเทศตางๆตองมงศกษาและหาพลงงานทดแทนแบบใหม เพอทดแทนการใชน ามน ซงมโอกาสทจะหมดจากโลกนไปในอ ก 100 ปขางหนา พลงงานแสงอาทตย เปนอกทางเลอกหนงทหลายประเทศใหความสนใจ เนองจากพลงงานแสงอาทตยเปนพลงงานหมนเวยน (Renewable energy) สามารถน ามาใชไดอยางไมสนสดและมลกษณะกระจายไปถงผใชโดยตรง อกทงยงเปนแหลงพลงงานทสะอาดปราศจากมลพษตอสงแวดลอม

แสงอาทตยใหประโยชนตาง ๆ แกมนษยเรามากมาย ไมเพยงแตประโยชนทางตรงส าหรบการด ารงชวต มนษยเรายงคดคนทจะน าแสงอาท ตยนมาใชประโยชนทางดานอน ๆ อก เชน การตากแหงอาหารเพอถนอมอาหารใหเกบไวไดนาน การท านาเกลอโดยใชพลงงานแสง อาทตยในการระเหยน า เกลอ การใชกระจกเงาหลายบานสะทอนแสงรวมไวทจดเดยวเพอใชเปนแหลงพลงงาน (Solar tower) การแปลงพลงงานแสง อาทตยใหเปนพลงงานไฟฟาหรอ เซลลแสงอาทตย (Solar cell) เปนตน

ส าหรบเซลลแสงอาทตย นกวทยาศาสตรไดพยายามคดคนและพฒนาเซลลแสงอาทตย ใหมประสทธภาพ โดยมการ ปรบปรงทงรปแบบและวสด ทใชผลต เชน การปรบปรงเซลลแสงอาทตยทท าจากสารกงตวน า ประเภทผลกซลคอนซงมจดดอยคอ กรรมวธการเตรยมใหบรสทธ อยในรปของสารทพรอมท าเซลลแสงอาทตยยงมราคาแพงและแตกหกไดงาย จงมการคดคนการผล ตเซลลแสงอาทตยในรปแบบฟลมบาง (Thin film) ซงมประสทธภาพในการเปลยนรปพลงงานต ากวาแบบแร กแตมขอด คอมน าหนกเบา สามารถบดงอไดโดยไมแตกหก

ปจจบนไดมการพฒนาการผลตเซลลแสงอาทตยท าใหสามารถลดตนทนการผลต พรอมทงเพมประสทธภาพ เชน เซลลแสงอาทตยแบบฟลมบางทมโครงสรางเปน สามชน (Triple junction structure) รวมถงเทคนคทใชท าฟลมและการก าหนดเงอนไขในการท าฟลมเปนตน สงเหลานจะสงผลใหไดคาประสทธภาพ (Efficiency) ของเซลลแสงอาทตยทแตกตางกน

โดยทวไปการสรางเซลลแสงอาทตยชนดอะมอรฟสซลกอน (สถาบนพฒนาเทคโนโลยพลงงานแสงอาทตย (Solartec). 2548: 1-2) จะสรางบนแผนรอง รบซงเปนกระจก ทถกเคลอบดวย ฟลมบางออกไซด โปรงใสน าไฟฟา (Transparent Conductive Oxide : TCO) โดย TCO ทนยมใชใน

2

ปจจบนนนมอยดวยกน 3 ชนดคออนเดยม ทน ออกไซด (Indium Tin Oxide, ITO) ทนออกไซด (Tin Oxide, SnO2) และซงคออกไซด (Zinc Oxide, ZnO) กรณของ ITO มราคาแพงเหมาะทจะใชส าหรบงานวจยเพอพฒนาประสทธภาพมากกวาการผลตเปนเชงพาณชยซงมตนทนการผลตสง ในสวนของ SnO2 จะน าไฟฟาไดดกวา ZnO และปจจบนนยมน ามาใชผลตเชงพาณชยแตมราคาแพง สวนเทคโนโลยการสรางฟลมนนคอนขาง งาย การท าใหฟลมมพนผวขรขระ เหมาะกบการใชผลตเซลลแสงอาทตยยงคงปดเปนความลบซงท าไดยากมาก สวน ZnO มเทคโนโลยการสรางฟลมคอนขางงาย สามารถท าใหพนผวฟลมขรขระได เหมาะกบการใชผลตเซลลแสงอาทตย

ZnO มขอไดเปรยบกวา ITO และ SnO2 โดยสามารถใชเปน TCO ทมราคาถกทสดเพราะมวตถดบจ านวนมาก สามารถเตรยมไดทอณหภมต าประมาณ 100 – 150 °C และทนทานตอสงแวดลอม ทมไฮโดรเจนพลาสมา (Hydrogen plasma) ซงมกจะใชในการผลตเซลลแสงอาทตยชนดอะมอฟส ซลกอน แมสภาพตานทานไฟฟา (Resistivity) ของ ZnO ซงอยในชวง 6 x 10-3 – 5 x 10-4 Ωcm ซงดอยกวา ITO อยกตาม แตสภาพตานทานของ ZnO มคาคงทไมเปลยนแปลงตลอดระยะเวลา 1 ปในอณหภมหอง ZnO จงเหมาะทจะน ามาใชแทน ITO และ SnO2

ZnO เปนทรจกและใชในอตสาหกรรมมาเปนเวลาพอสมควร (Lee,J.C.; et al. 2000: 186) โดยเฉพาะในรปแบบของออกไซดโปรงใส น าไฟฟาในเซลลแสงอาทตยโดย น ามาใชเปนชนหนาต างรบแสงของเซลลแสงอาทตยชนด Cu(In,Ga)Se2(CIGS) เนองจากมสมบต ทเหมาะสมและราคาถก เซลลแสงอาทตยทมชนหนาตางรบแสงเปน ZnO ใหประสทธภาพสงถง 18 %

ฟลมบางทใชเปน TCO ควรมสภาพตานทานไฟฟาต า สองผานแสงสง และกกเกบแสงไดด งานวจยนจงมงความสนใจไปศกษาการเตรยมฟลมบาง ZnO ทมสภาพตานทานไฟฟาต า สองผานแสงสง และกกเกบแสงไดด โดยเตรยมฟลมบางจากเปาเซรามกส ZnO ทเจอดวยอ ลมเนยมและอนเดยม (Al and In doped ZnO : AIZO) ดวยเงอนไขการเคลอบฟลมทแตกตางกน โดยใชเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง จากนนน าฟลม บาง AIZO มาศกษาสมบตทางไฟฟา สมบตทางแสง และพนผวของฟลม เพอใหไดฟลมตวอยางทมสม บตทเหมาะสมเปนแนวทางในการประยกตใชเปนฟลมบางโปรงใสน าไฟฟาในเซลลแสงอาทตยตอไป ความมงหมายของงานวจย

ศกษาเงอนไขในการเคลอบฟลมทมตอสมบตทางไฟฟา สมบตทางแสง และ พนผวของฟลมบาง AIZO เพอเปนแนวทางในการน าไปพฒนาเปนขวไฟฟาในเซลลแสงอาทตย

3

ความส าคญของการวจย

การศกษาฟลมบาง AIZO ดวยเงอนไขในการเคลอบฟลม ตางกน ซง มผลตอสมบตทางไฟฟา สมบตทางแสง และพนผวของฟลม เพอน าไปประยกตใชเปนขวโปรงใสน าไฟฟาในเซลลแสงอาทตย ขอบเขตของการวจย 1. เตรยมฟลมบาง AIZO ทสปตเตอรจากเปา ZnO เจอดวย Al และ In ในปรมาณ 0.5 wt% ดวย เทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเต อรง (DC magnetron sputtering) ลงบนกระจกคอรนนง (Corning glass) 2. ศกษาสมบตทางไฟฟาของฟลม โดยใชเทคนคโฟรพอยทโพรบ (Four point probe) และเทคนคฮอลลเอฟเฟค (Hall effect measurements) โดยศกษาสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะ 3. ศกษาสมบตทางแสงดวยเครอง วดคาการสองผานแสง (UV – visible spectrometer) เพอตรวจสอบคาการสงผานแสงของฟลม และคาเฮซ (Haze) 4. ศกษาพนผวของฟลม บางโดยใชกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope : SEM) 5. ประมวลผลและแสดงความสมพนธของตวแปรตางๆทวดไดในรปของตารางและกราฟ 6. วเคราะหและสรปผล ประโยชนทคาดวาจะไดรบจากงานวจย ผลทไดจากการศกษาสมบตตางๆ ของฟลมบาง AIZO สามารถน าไปเปนแนวทางในการศกษาและพฒนาขวไฟฟาแบบโปรงใส (TCO) ของเซลลแสงอาทตยทมคณภาพดมากขนในอนาคตและเปนแนวทางในการศกษาฟลมบางชนดอนตอไป

บทท 2 เอกสารและงานวจยทเกยวของ

ในการวจยครงนผวจยไดศกษาเอกสารและงานวจยทเกยวของ โดยเสนอตามหวขอตอไปน 1. ขอมลเบองตนเกยวกบสมบตและโครงสรางของ ZnO 2. การเคลอบฟลมบาง 3. สปตเตอรง 4. ระบบการเคลอบฟลมแบบ ดซ แมกนตรอนสปตเตอรง 5. การกอเกดฟลมบาง 6. ทฤษฎเบองตนในการวเคราะหสมบตของฟลม 7. เอกสารและงานวจยทเกยวของ ดงรายละเอยดตอไปน 1. ขอมลเบองตนเกยวกบสมบตและโครงสรางของ ZnO ซงคออกไซด (Zinc Oxide : ZnO) : (Madelung. 1992: 26) เปนสารกงตวน าชนดเอน (n-type) มชองวางแถบพลงงานประมาณ 3.37 อเลกตรอนโวลต (eV) โครงสรางผลกของ ZnO เปนแบบเฮกซะโกนอลโคลสแพค (Hexagonal closed pack : hcp) ภายในโครงสรางมออกซเจนไอออน (Oxygen ions : O2-) แทรกอยตรงต าแหนงกงกลางระหวางซงคไอออน (Zinc ions : Zn2+) ซงท าพนธะกนแบบเตตระฮดรอล (Tetrahedral) เรยกวาเวทธไซท (Wurtzite structure) ดงภาพประกอบ 1 ZnO มคาคงทผลก (Lattice constants) a = 3.24 Å และ c = 5.19 Å (Hartnagel H. L. 1996. 17)

ภาพประกอบ 1 โครงสรางแบบเวทธไซทของ ZnO ทมา: H. L. Hartnagel; et al. (1996). Semiconducting Transparent Thin Films. p. 17.

5

1.1 สารกงตวน า (Semiconductor) สารกงตวน า (Ben G. Streetman. 1995: 64) เปนวสดทมสภาพน าไฟฟาสงกวาไดอเลกทรกแตต ากวาตวน า ลกษณะแถบพลงงาน (Energy band) โดยทวไปจะประกอบดวยแถบวาเลนซ (Valence band) และแถบการน าไฟฟา (Conduction band) มชองวางพลงงาน (Energy gap : Eg) ซงมความกวางไมเกน 4 eV กนระหวางแถบทงสองน ดงภาพประกอบ 2 หนวยของพลงงานคอ อเลกตรอนโวลต (Electron Volt : eV) ซงหมายถงพลงงานทใชงานในการท าใหอเลกตรอนหนงตววงผานสนามศกยไฟฟา 1 โวลล เมออเลกตรอนทอยในแถบวาเลนซไดรบพลงงานมากพอกจะสามารถขามชองวางพลงงานไปยงแถบการน าและท าใหเกดการน ากระแสได ซงสารกงตวน าแบงออกไดเปน 2 ชนด คอ สารกงตวน าบรสทธ (Intrinsic semiconductor) และสารกงตวน าไมบรสทธ (Extrinsic semiconductor)

ภาพประกอบ 2 แสดงชองวางแถบพลงงานของสารทเปนไดอเลกทรก กงตวน าและโลหะ

ทมา: Ben G. Streetman. (1995). Solid State Electronic Devices. p 56.

Empty

Empty

Filled

Filled

Filled

Partially

y

filled

y

Overlap

y

6

1.1.1 สารกงตวน าบรสทธ (Intrinsic semiconductor) สารกงตวน าบรสทธ (Ben G. Streetman. 1995: 65) จะยดเหนยวกนดวยพนธะโควาเลนซ เชน ซลกอน หรอเจอรมาเนยม ซงอยในธาตหม 4A ดงภาพประกอบ 3 การน าไฟฟาในสารกงตวน าชนดนอธบายไดโดยพจารณาแถบพลงงาน ดงภาพประกอบ 4 ท 0 K สารกงตวน ามแถบวาเลนซทมอเลกตรอนบรรจอยเตม แตแถบกา รน าจะวางเปลาไมมพาหะประจอย เลย แตถาท าใหอณหภมสงขน จะท าใหผลกเกดการสนสะเทอนและท าใหวาเลนซอเลกตรอนเกดการเคลอนทห ลดออกจากพนธะ โควาเลนซกลายเปนอเลกตรอนอสระและสามารถเคลอนทจากแถบวาเลนซไปยงแถบการน าได เนองจากชองวางพลงงานในสารกงตวน าบรสทธมความกวางไมมากนก ไมจ าเปนตองใหพลงงานสงแกอเลกตรอน อเลกตรอนกสามารถเคลอนทไปยงแถบการน าได การเ คลอนทของวาเลนซอเลกตรอนแตละตวจะท าใหเกดโฮล (Hole) เกดขน ตวอยางเชน ซลกอน ทมวาเลนซอเลกตรอน 4 ตว เมอให อณภมเพมขน พลงงานความรอนทระดบอณหภมหองกเพยงพอทจะกระตนใหอเลกตรอนเคลอนทจากแถบวาเลนซไปยงแถบการน าได ก ารทอเลกตรอนกระโดดจากแถบวาเลนซไปยงแถบการน าจะท าใหเกดโฮล ในแถบวาเลนซ ซงโฮลทเกดขนมประจเปนบวกและเกดอเลกตรอนในแถบการน าซงมประจไฟฟาเปนลบโดยเกดเปนคอเลกตรอน – โฮล (Electron – hole pair) ดงภาพประกอบ 3 ดงนนสาร กงตวน าบรสทธจงมพาหะน าไฟฟา 2 ชนด คอ อเลกตรอนและโฮล

ภาพประกอบ 3 แสดงคอเลกตรอนและโฮลในพนธะโควาเลนซของผลกซลกอน


n = ความหนาแนนอเลกตรอนในแถบการน า p = ความหนาแนนโฮลในแถบวาเลนซ ni = ความหนาแนนพาหะตวน าใน สารกงตวน าบรสทธ

e : Electron h : Hole

n = p = ni

7

ภาพประกอบ 4 แถบพลงงานสารกงตวน าบรสทธ (Intrinsic semiconductor)

ทมา: Ben G. Streetman. (1995). Solid State Electronic Devices. p 61. 1.1.2 สารกงตวน าไมบรสทธ (Extrinsic semiconductor) สารกงตวน าไมบรสทธ (Ben G. Streetman. 1995: 66-68) สามารถแสดงคณสมบตการน าไฟฟาไดโดยการเตมสารเจอลงในอ ะตอมตวท าละลาย ท าใหเกดการละลายของแขงแบบแทนทหรอการแทรก สารเจอทเตมลงไปชวยใหอเลกตรอน หรอโฮลเกดขนมาในแลตทช กอใหเกดการน าไฟฟาได โดยสารกงตวน าไมบรสทธแบงออกเปน 2 ชนด คอ ชนดเอน (n) และชนดพ (p) 1.1.2.1 สารกงตวน าชนดเอน (n-type semiconductor) สารกงตวน าไมบรสทธชนดเอน (n-type semiconductor) คอ สารกงตวน าทมพาหะประจลบมากกวาพาหะประจบวก เพราะมอเลกตรอนเพมมาจากสารเจอ ตวอยางเชน พลวง (Sb) ทม วาเลนซอเลกตรอน 5 ตวถกเตมลงไปในซลกอน (Si) ทมวาเลนซอ เลกตรอน 4 ตว ดงภาพประกอบ 5 อเลกตรอนจากสองอะตอมจบคกนดวยพนธะโควาเลนซ 4 พนธะ และจะเหลอวาเลนซอเลกตรอนของพลวง 1 ตวดงดดกบนวเคลยสของพลวงอยางหลวมๆดวยพลงงานพนธะเพยง 0.044 eV อเลกตรอนของพลวงตองการพลงงานเพมขนอกเพยง 0.044 eV กจะกลายเปนอเลกตรอนอสระและสามารถน ากระแสได เรยกสารทเจอพลวงวา ตวให (donor) โดยมระดบพลงงานอยใตแถบการน าเรยกวา

ระดบตวให (Donor level : Ed) ดงภาพประกอบ 6 1.1.2.2 สารกงตวน าชนดพ (p-type semiconductor) สารกงตว น าไมบรสทธ ชนดพ (p-type semiconductor) เปนสารกงตวน าทมการเตมสารเจอเพอใหมพาหะประจบวกมากกวาพาหะประจลบ ตวอยางเชนการเตมธาตหม 3A อนไดแกอลมเนยม (Al) อนเดยม (In) ลงในซลกอน เมออะตอมซงมวาเลนซอเลกตรอน 3 ตวของสารเจอม

8

พนธะโควาเลนซกบอะตอมท มวาเลนซอเลกตรอน 4 ตว ท าใหเกดโฮล 1 โฮลขนในโครงสราง และพรอมทจะรบอเลกตรอน จงเรยกสารเจอเหลานวาตวรบ (Acceptor) ดงภาพประกอบ 5 โดยมระดบ

พลงงานเหนอแถบวาเลนซอเลกตรอนเลกนอยเรยกวาระดบตวรบ (Acceptor level : Ea) ดงภาพประกอบ 7 อเลกตรอนในแถบวาเลนซเขาไปอยในระดบตวรบนไดงายกวาเขาไปอยในแถบการน า เนองจากใชพลงงานนอยกวา เมออเลกตรอนออกไปจากแถบวาเลนซแลวจะท าใหเกดโฮลทมสภาพเคลอนทไดซงท าใหมการน าไฟฟาเกดขนในสารกงตวน าชนดน

ภาพประกอบ 5 แสดงตวใหและตวรบอเลกตรอนในพนธะโควาเลนซของผลกซลกอน


ภาพประกอบ 6 แถบพลงงานสารกงตวน าชนดเอน


Sb

Al

9

ภาพประกอบ 7 แถบพลงงานสารกงตวน าชนดพ

ทมา: Ben G. Streetman. (1995). Solid State Electronic Devices. p 67. 1.2 การน าไฟฟาของ เซรามกสซงคออกไซด (ZnO) เจอดวยอลมเนยมออกไซด (Al2O3) : AZO คณสมบตทางไฟฟาของ ZnO ขนอยกบองคประกอบของสารเจอในปรมาณนอยๆและเงอนไขของอณภมเผาผนก เมอใหอณหภมสงขน ZnO จะสญเสยออกซเจน (O) ไปท าใหอเลกตรอนของซงค 2 อเลกตรอนไมมพนธะกบ O และเกดเปนอเลกตรอนอสระ ซงเปนการเพมจ านวนอเลกตรอนอสระใหมากขน โมเดลกอนหนานเชอวาผลของการทผลกมโครงสรางไมสมบรณอนเนองมาจากอะตอมของ Zn แทรกอยภายในโครงสราง ท าใหเกดอเลกตรอนอสระ แตปจจบนเปนทยอมรบวาการน าไฟฟาของ ZnO เกดจากการสญเสย O และทอณหภมหองกพอเพยงทจะท าใหเกดชองวาง O อเลกตรอนอสระเหลานเมอใหพลงงานกระตนเพยงเลกนอยกสามารถกระโดดขนไปบนแถบการน าไฟฟาและสามารถน าไฟฟาได(Moulsom, A.J. ; & Herbert, J.M. 2003: 156) ในโครงสรางของ ZnO อะตอมของ Zn และ O ท าพนธะกนดงภาพประกอบ 8 (ก) เมอเจอ Al2O3 ลงไปในโครงสรางของ ZnO แลวอลมเนยมอะตอม (Al3+) ซงมวาเลนซอเลกตรอน 3 ตว และมขนาดเลกกวา จะเขาไปแทนทในต าแหนงของ Zn และท าพนธะกบ O ในโครงสราง แตเนองจาก Al มวาเลนซ อเลกตรอน 3 ตว และ O มวาเลนซอเลกตรอน 2 ตว เมอท าพนธะกนแลวจะมอเลกตรอน ของ Al เหลอ 1 ตว ทไมไดท าพนธะกบอะตอมของ O แตจะเกาะอยกบนวเคลยสของ Al อยางหลวม ๆดงภาพประกอบ 8 (ข) เมอใหพลงงานกระตนเขาไปในปรมาณเลกนอยกจะท าใหอเลกตรอนนกลายเปนอเลกตรอนอสระ (Free electron) และสามารถน าไฟฟาได การน าไฟฟาของ Al เจอ ZnO อธบายไดโดยพจารณาชองวาง

10

แถบพลงงานดงภาพประกอบ 9 ZnO มชองวางแถบพลงงานกวาง 3.37 eV เมอเจอ Al2O3 ลงไปใน ZnO ชองวางแถบพลงงานจะแคบลงเหลอ 3.2 eV ชองวางแถบพลงงานทแคบลงจากการเตมสารเจอ ท าใหอเลกตรอนอสระสามารถกระโดดขนไปบนแถบการน าไดงายขน

(ก) การท าพนธะของ ZnO (ข) การท าพนธะของ AZO

ภาพประกอบ 8 แสดงการท าพนธะของ (ก) ZnO (ข) AZO

ทมา: ออมตะวน แสงจกรวาฬ. (2552). อทธพลของกรดสเตยรก และโพลเมทลเมทาไครเลตตอโครงสรางจลภาคและสมบตทางไฟฟาของเซรามกสซงคออกไซดเจอดวยอลมเนยม.

ภาพประกอบ 9 แสดงแถบพลงงานของ (ก) ZnO (ข) AZO

ทมา: Guojia,Fang; Dejie,Li; & Bao-Lun, Yao (2003). Fabrication and vacuum annealing of transparent conductive AZO thin films prepared by DC magnetron sputtering. (online)

11

2. การเคลอบฟลมบาง วธการเตรยมฟลมบางมหลายแบบ (กมล เอยมพนากจ . 2547: 9) ทงนขนอยกบเทคโนโลย ปรมาณและคณภาพของฟลมบาง ส าหรบเทคโนโลยในการ เตรยม ฟลมบางนนแบงได 2 วธดงภาพประกอบ 10 คอ 1. วธทางเคม (Chemical process) เปนการเคลอบทอาศยการแตกตวของสารเคมในสภาพของกาซและเกดปฏกรยาเคมกลายเปนสารใหมตกเคลอบบน แผนรองรบ ซงรวมถงการพนสเปรย ไพโรไรซส (Spray pyrolysis) กระบวนการเคลอบไอเคม (Chemical vapor deposition) และวธ โซลเจล (Sol-gel) 2. วธทางกายภาพ (Physical process) เปนการเคลอบทอาศยการท าใหอะตอมของสารเคลอบหลดออกจากผวแลวฟ งกระจายหรอวงเขาไปจบและยดตดกบผวของ แผนรองรบ โดยการใชความรอน (Thermal) และระเหยสารดวยล า อเลกตรอน (Electron beam evaporation) รวมถงวธการใชแสงเลเซอร (Laser ablation) วธการสปตเตอรง (Sputtering)

ภาพประกอบ 10 ประเภทของกระบวนการเคลอบฟลมบางในสญญากาศ

ทมา: Milton Ohring. (1997). The Materials Science of Thin Films. p 2.

12

ในสวนของวธทางกายภาพสามารถแบงออกเปน 2 วธหลก ๆ ดงตอไปน 1. การเคลอบฟลมโดยวธระเหยสาร (Evaporation) เปนกระบวนการพอกพนของชนฟลมบางของสารเคลอบทท าใหระเหยซงเกดขนในสญญากาศ โดยการใหความรอนทมากพอทจะท าใหสารเคลอบกลายเปนไอซงไอสารเคลอบนจะฟ งไปกระทบกบวสดทมอณหภมเหมาะสมกจะเกดการควบแนนของสารเคลอบและพอกพนโตเปนชนของฟลมบางตอไป ขอเสยของการเคลอบวธนคอแรงยดตดระหวางสารเคลอบและแผนรองรบจะไมสง นอกจากนฟลมบางทไดอาจมการปนเปอนของสารทใชท าภาชนะสารเคลอบได ถาภาชนะบรรจสารเคลอบมจดหลอมเหลวต าหรอใกลเคยงกบสารเคลอบ 2. การเคลอบฟลมโดยวธสปตเตอรง (Sputtering) เปนกระบวนการพอกพนของชนฟลมบางของสารเคลอบจากกระบวนการสปตเตอรง ซงการเคลอบดวยวธนจะเกดขนเมอ ไอออนสารเคลอบจากกระบวนการสปตเตอรงวงชน แผนรองรบ และมการพอกพนเปนฟลมบาง เนองจากไอออ นทไดจากกระบวนการสปตเตอรงเคลอนทดวยความเรวสงกวาวธการระเหยสารมาก ดงนนเมอ ไอออนของสารเคลอบวงเขากระทบแผนรองรบ กฝงตวแนนลงใน แผนรองรบมากกวาวธระเหยสาร ดงนนการเคลอบดวยวธสปตเตอรง จะท าใหการยดเกาะระหวางสารเคลอบกบแผนรองรบดกวา

3. การสปตเตอรง 3.1 กระบวนการสปตเตอร กระบวนการสปตเตอรงเปนกระบวนการทอะตอมผวหนาของวสด ทตองการท าฟลมบาง ถกท าใหหลดออกมาดวยการชนของอนภาคพลงงานสง โดยมการแลกเปลยนพลงงานและโมเมนตมระหวางอนภาคทวงเขาชนกบอะตอมทผววสดดงกลาว กระบวนการนอนภาคทวงเขาชนอาจเปนกลางทางไฟฟาหรอมประจกได (กมล เอยมพนากจ . 2547: 10) ดงนน สงทจ าเปนในก ระบวนการ สปตเตอรง คอ

1. เปาสารเคลอบ ท าหนาทเปนเปาใหอนภาคพลงงานสงวงเขาชนจนมการปลดปลอยอะตอมของสารเคลอบลงเคลอบบนแผนรองรบ

2. อนภาคพลงงานสง ซงจะวงเขาชนเปาสารเคลอบ แลวท าใหอะตอมของเปาสารเคลอบหลดออกมา ปกตอนภาคพลงงานสงนอาจเปนกลางทางไฟฟา เชน นวตรอน หรออะตอมของธาตตางๆ แตการท าใหอนภาคทเปนกลางมพลงงานสงเกน 10 eV เพอใชในกระบวนการสป ตเตอรงท าไดคอนขางยาก วธการหนงทนยมคอการเรงอนภาคประจภายใตสนามไฟฟา ซงสามารถควบคมระดบพลงงานไอออนไดตามตองการ อเลกตรอนเปนอนภาคทมประจชนดหนงทผลตไดงายและสามารถเรงใหมพลงงานสงภายใตสนามไฟฟาไดแตอเลกตรอนมมวลนอยกวาอะตอ มของสารเคลอบมากท าใหการถายเทพลงงานและโมเมนตมตออะตอมสารเคลอบเปนไปอยางไมมประสทธภาพและไมสามารถท าให

13

กระบวนการสปตเตอรงเกดขนได ตามทฤษฎทางฟสกสการชนระหวาง 2 อนภาคทมการสงถายพลงงานและโมเมนตมดทสดจะเกดขนเมอมวลของอนภาคทงสองมคาเทากน ดงนนเราจงเลอกการเรงไอออนของ กาซในสนามไฟฟาเปนอนภาควงชนเปาสารเคลอบซงใหอตราการปลดปลอยเปาสารเคลอบสงเพยงพอกบความตองการ

3. การผลตอนภาคพลงงานสง อนภาคพลงงานสงในระบบสปตเตอรนจะตองถกผลตขนอยางตอเนอง เพอใหกระบวน การเคลอบสารเกดขนไดอยางตอเนองจนไดความหนาฟลมบางตามตองการ ทงนสามารถท าไดหลายวธ เชนการใชล าอนภาคจากปนไอออนทมปรมาณการผลตไอออนในอตราสงหรอผลตจากกระบวนการ โกลวดสชารจ เนองจากปนไอออนมราคาคอนขางสงและใหไอออนในพนทแคบ กระบวนกา รสปตเตอรงทวไปในระดบอตสาหกรรมจงนยมใชกระบวนการ โกลวดสชารจ ในการผลตอนภาคพลงงานสง

3.2 อนตรกรยาระหวางไอออนและผวเปาสารเคลอบ เมอไอออนพลงงานสงวงชนผวหนาวสดจะเกดปรากฏการณตางๆ ดงภาพประกอบ 11 (มต หอประทม. 2548: 6-8) ดงน 1. การสะทอนทผวหนาของไอออน (Reflected ions and neutrals) ไอออนอาจสะทอนกลบจากผวหนาซงสวนใหญจะสะทอนออกมาในรปของอะตอมทเปนกลางทางไฟฟาอนเกดจากการรวมตวกบอเลกตรอนทผวเปาสารเคลอบ

2. การปลดปลอยอเลกตรอนชดทสอง (Secondary electron emission) จากการชนของไอออนอาจท าใหเกดการปลดปลอยอเลกตรอนชดทสองจากเปาสารเคลอบถาไอออนนนมพลงงานสงพอ

3. การฝงตวของไอออน (Ion implantation) ไอออนทวงชนเปาสารเคลอบนนไอออนอาจฝงตวลงในสารเคลอบ โดยความลกของการฝงตวจะแปรผนโดยตรงกบพลง งานไอออน ซงมคาประมาณ 10 Å/พลงงานไอออน 1 keV ส าหรบไอออนของกาซอารกอนทฝงตวในแผนทองแดง

4. การเปลยนโครงสรางของผวสารเคลอบ การชนของไอออนบนผวสารเคลอบท าใหเกดการเรยงตวของอะตอมทผวสารเคลอบใหมและเกดความบกพรองของโครงสรางผลก (Lattice defect)

5. การสปตเตอร การชนของไอออน ทผวหนาเปา อาจท าใหเกดกระบวนการชนแบบตอเนองอนท าใหเกดการปลดปลอยอะตอมจากเปาสารเคลอบซงเรยกวากระบวนการสปตเตอรง

14

ภาพประกอบ 11 อนตรกรยาระหวางไอออนและผวเปาสารเคลอบ ทมา: Chapman, B. (1980). Glow discharge processes: Sputtering and plasma etching.

3.3 กระบวนการโกลวดสชารจ (Glow Discharge) ในการผลตอนภาคทมพลงงานสงนน วธทนยมและใชกนมาก ไดแก กระบ วนการ โกลวดสชารจ (กมล เอยมพนากจ . 2547: 12-14) ซงในการวจยครงนผ วจยไดใชเทคนคนเชนกน โดยในกระบวนการโกลวดสชารจจะเกดขนโดยการปอนแรงดนไฟฟาใหขว อเลกโทรดทง 2 ขว ทวางหางกนเปนระยะ D ภายใตความดนบรรยากาศทต า (10-3 – 10-1 Torr) เมอเรมตนความตางศกยไฟฟานอย กระแสไฟฟาจะเกดจากอเลกตรอนและ ไอออนบวก ซงไดจากการแตกตวกาซ เนองจากเกดการชนกนเองหรอถกชนโดยรงสคอสมก อเลกตรอนจะวงเขาหาขวบวก (Anode) และไอออนบวกจะวงเขาหาขวลบ (Cathode) ซงท าใหเกดกระแสไฟฟาไหลผานระหวางขวไฟฟาทงสองแตกระแสไฟฟาทเกดขนน จะมคาต ามาก เมอท าการเพมศกยไฟฟาระหวาง อเลกโทรด จนถงแรงดนพงทลาย (Breakdown voltage) พลงงานของประจ จะถกเรงภายใตสนามไฟฟาจนมคาสงขน สามารถชนกบโมเลกลของกาซเฉอยทอยในภาชนะสญญากาศ ท าใหโมเลกลของกาซเกดการแตกตวเปนอเลกตรอนและไอออนบวก เรยกวาการไอออไนซของกาซ โดยไอออนบวกจะวงเขาหาขว คาโทดทตดเปาสารเคลอบไวดานบน ท าใหอเลกตรอนชดทสองและอะตอมทผวหนาของเปาสารเคลอบถกชนหลดออกมาจากเปาสารเคลอบดวยการถายเทโมเมนตม โดยอะตอมของเปาสารเคลอบทถกชนจะฟ งกระจายภายในระบบสญญากาศ ซงพรอมทจะตกลงบนแผนรองรบสวนอเลกตรอนกจะเคลอนทเขาสขวอาโนดและท าใหเกดการไอออไนซกาซอยางตอเนอง ท าใหกระแสเพมขนอยางรวดเรวจนมปรมาณไอออนมากพอทจะ

15

ผลตอเลกตรอนไดในจ านวนคงทเพอรกษาสภาวะ โกลวดสชารจตอไป หลงจากการไอออไนซของกาซไอออนซงมมวลมากกวาอเลกตรอนจะเคลอนทไดชากวาท าใหบรเวณขว คาโทด มประจบวกเกาะกลมกน (Positive space charge) เกดขนสง สวนอเลกตรอนจะเคลอนทสอาโนดอยางรวดเรวท าใหสนามไฟฟาบรเวณขว คาโทดมคาสง ศกยไฟฟาสวนใหญตกครอมบรเวณน เมอพนจากบรเวณคาโทดสนามไฟฟาจะมคาต า ลง อเลกตรอนหลงการไอออไนซ หลาย ๆ ครงบรเวณใกลคาโทดจะสญเสยพลงงานไปมากไมสามารถเพมพลงงานใหกบตวเองภายใตสนามไฟฟาทต านเพอใหมพลงงานสงเพยง พอทจะไอออไนซกาซครงตอไปได จงเคลอนทเขาหาขวอาโนด โดยระหวางนอาจท าไดเพยงกระตน (Excited) อะตอมของกาซเทานน เมออะตอมของกาซทอยในสภาวะกระตนกลบสกราวดสเตทจะปลดปลอยคลนแมเหลกไฟฟาออก จงเกดเปนสตางๆ ตามชนดของกาซเรยกวาเกดโกลวดสชารจ สวนไอออนบวกทวงเขาส คาโทดจะเกดการรวมตวก บอเลกตรอนท คาโทดใหเปนกลางทางไฟฟาและกลบจากสภาวะไอออนสกราวดสเตท โดยคลนแมเหลกไฟฟาของอะตอมของกาซจากภาวะไอออนสกราวดสเตทน มความถในชวงอลตราไวโอเลตท าใหเกดเปนบรเวณมด และบรเวณมดนเกดขนในชวงระยะปลอดการชนจากผว คาโทดโดยเปนระยะปลอ ดการชนเฉลย (Mean free path) ระหวางอเลกตรอนกบอะตอมของกาซ โดยระยะของแถบมด จะเปลยนแปลงไปตามความดนบรรยากาศภายในและแรงดนไฟฟาทจายใหระหวางขวอเลกโทรด พบวาผลคณระหวางความดนกบระยะของแถบมดมคาคงท เมอความดนลดลงแถบมดจะมระยะยาวขน ท าใหการผลตไอออนในระบบมปรมาณนอยลง กระแสลดลง ดงนนอะตอมทถกสปตเตอรงจะมปรมาณลดลงดวย แตเมอความดนเพมขนแถบมดจะมคาลดลง การผลตไอออนมปรมาณสงขน กระแสไฟฟาทไหลในวงจรเพมขนท าใหขบวนการสปตเตอรงสงขนตามความดนกาซ ขณะทความดนกาซใน ระบบสงขนระยะปลอดการชนจะมคาลดลง อะตอมของสารเคลอบทหลดออกจากเปาสารเคลอบจะถกสงผานลงเคลอบบนแผนรองรบไดยากขน เนองจากการชนกนกบโมเลกลของกาซและเคลอนทยอนกลบสเปาสารเคลอบหรอสญเสยสผนงภาชนะสญญากาศท าใหคายลดของการ สปตเตอรงมคาลดลงเมอมความดนสงขน ดงนนอตราการเกดสปตเตอรงจะขนอยกบความดนกาซ และแรงดนไฟฟาทจายใหกบขว อเลกโทรด แรงดนไฟฟาพงทลายในขบวนการโกลวดสชารจจะมคาเปลยนแปลงไปกบระยะทาง D ระหวางขว อเลกโทรดและระยะปลอดการชนระหวางอเลกตรอ นชดทสองกบโมเลกลของกาซ (ระยะปลอดการชนจะแปรผกผนกบความดนกาซ ) ถาความดนกาซต าเกนไป หรอระยะทาง D มคานอยเกนไป อเลกตรอนชดทสองจะไมสามารถผลตไอออนใหมากพอกอนการชนกบอาโนด ถาความดนกาซสงเกนไปหรอระยะทาง D มากเกนไปอเลกตรอนชดทสองจะไม สามารถเพมพลงงานใหกบตวเองในสนามไฟฟาไดมากพอในการไอออไนซกาซ ดงนนทงสองกรณนจะตองใชแรงดนไฟฟาพงทลายทมคาคอนขางสง พจารณาลกษณะการโกลวดสชารจดงภาพประกอบ 12

16

ภาพประกอบ 12 ลกษณะการโกลวดสชารจระหวางขวอเลกโทรด

ทมา: Milton Ohring. (2002). Materials Science of Thin Films. p 151.

4. ระบบการเคลอบฟลมแบบ ดซ แมกนตรอนสปตเตอรง การเคลอบฟลมบางดวยวธสปตเตอรงภายใตระบบโกลวดสชารจและใชสนามแมเหลกชวยในการเพมประสทธภาพในการสปตเตอร โดยทวไปแบงออกเปน 2 ประเภทหลกๆ คอ ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง และอาเอฟ แมกนตรอน สปตเตอรง ซงระบบดซ แมกนตรอน สปตเตอรง เปนการสปตเตอรโดยใชไฟฟากระแสตรง เหมาะส าหรบการสปตเตอรเคลอบฟลมบางทเปนโลหะ และมอตราการเคลอบฟลมสง สวนระบบอาเอฟ แมกนตรอน สปตเตอรงนนสปตเตอรโดยใชไฟฟากระแสสลบ เหมาะส าหรบการสปตเตอรเคลอบฟลมบางทเปนสารกงตวน าหรอฉนวน

17

ภาพประกอบ 13 การเคลอนทของอนภาคอเลกตรอนในสนามแมเหลก

ทมา: Vossen, J.L.; & Kerns W. (1978). Thin Film Processes. p 552 อตราการเกดสปตเตอรงนน (มต หอประทม. 2548: 20-23) จะขนกบผลคณระหวางยลดและปรมาณไอออนทวงชนเปาสารเคลอบ ดงนนการเพมอตราการสปตเตอรนนนอกจากจะท าไดโดย การเพมยลดแลว ยงท าไดโดยการเพมปรมาณไอออนทวงเขาชนเปาสารเคลอบ ซงในระบบ ด ซ สปตเตอรง ปกตนน ท าไดเพยงการเพมแรงดนไฟฟาระหวาง อเลกโทรด หรอเพมความดน ซงจะมขดจ ากดสงสดท ความหนาแนนกระแสประมาณ 1 mA/cm2 และความดนประมาณ 1.33 x10-5 mbar นอกจากนยงพบวาในระบบ ดซ สปตเตอรง ทวไปอะตอมของ กาซทจะเกดการไอออนไน ซมคานอยกวา 1% นอกจากนยงมขอเสยเมอความดนสงขนจะท าใหปรมาณกาซทแทรกตวในฟลมบางทไดมคาสงดวย ตอมามการพฒนาระบบใหมเรยกวา ระบบดซ แมกนตรอน สปตเตอรง ซงเปนการใชสนามแมเหลกชวย โดยจายสนามแมเหลกใหมทศขนานกบผวหนาเปาสา รเคลอบและมทศตงฉากกบสนามไฟฟาซงจะชวยเพมระยะทางเดนของอเลกตอนใหยาวขน โดยอ านาจของสนามแมเหลกจะท าใหอเลกตรอนเค ลอนทเปนทางโคงดงภาพประกอบ 13 ท าใหการไอออไนซเนองจากการชนระหวางอเลกตรอนกบอะตอมกาซเฉอยมคาสงขนซงจะท าใหอตราการสปตเตอรสงขนดวย ทงนจากการศกษาการเคลอนทของอเลกตรอนในสนามแมเหลก พบวาถาอเลกตรอนมทศทางการเคลอนทตงฉากกบสนามแมเหลก อทธพลของสนามแมเหลกจะท าใหอนภ าคประจนนเคลอนทในแนววงกลม ดวย รศม (r) ดงภาพประกอบ 14(a)

18

ภาพประกอบ 14 การเคลอนทของอนภาคในสนามตางๆ โดยทภาพ (a) (b) และ (c) เปนการเคลอนท ของอนภาคประจในสนามแมเหลกอยางเดยว สวน (d) และ (e) เปนการเคลอนทของอนภาคประจใน สนามแมเหลกและสนามไฟฟารวมกนในลกษณะตางๆ

ทมา: Smith, D.L. (1995). Thin Film Deposition : Principle and Practice. p 616.

B

r

21

W 3.37 = (2.1)

เมอ r คอ รศมการหมนของอเลกตรอน W คอ พลงงานของอเลกตรอนในหนวย eV B คอ ความเขมสนามแมเหลกในหนวย gauss ถาพลงงานเฉลยของอเลกตรอนในแนวตงฉากกบสนามแมเหลกมคา 10 eV และสนามแมเหลก มคาความเขม 100 gauss รศมการหมนมคาเทากบ 0.1 cm ดวยความถการหมนเทากบ 2.8x108 Hz ภาพประกอบ 14(b) แสดงอเลกตรอนมความเรวสวนหนงในแนวขนานกบสนามแมเหลก อเลกตรอนจะเคลอนทหมนควงรอบแนวสนามแมเหลกดวยจ านวนเสนแรงคงทคาหน ง ระหวางนถา อเลกตรอนชนกบอะตอมกาซ ภาพประกอบ 14(c) แนวการหมนควงรอบสนามแมเหลกจะเปลยนไป

19

ถาอเลกตรอนเคลอนทภายในสนามแมเหลกและสนามไฟฟาซงมทศทางตงฉากกน อ านาจของสนามทงสองนอกจากจะท าใหอเลกตรอนเคลอนทในแนวโคง แลวยงสามารถท าใหเกดการเคลอนทในแนวตงฉากกบสนามแมเหลกและสนามไฟฟาเรยกวา การเคลอนทแบบ เลอน (Drift motion) มคาเทากบ

B

Evdrift

810 (2.2)

เมอ driftv คอ ความเรวรอยเลอน (Drift velocity) E คอ สนามไฟฟาหนวยเปน V/cm B คอ ความเขมสนามแมเหลกหนวยเปน gauss

กรณสนามไฟฟาบรเวณดารคสเปซมคาประมาณ 1,000 V/cm และสนามแมเหลก 100 gauss จะใหคาความเรวในการเลอนเทากบ 107 m/s ซงเปนคาทคอนขางสงกรณพลงงานเรมตนของอเลกตรอนมคานอยเมอเทยบกบพลงงานทไดรบจากสนามไฟฟา การเคลอนทของอเลกตรอนจะเป นไซคลอยด (Cycloid) ดงภาพประกอบ 14(d) ถาอเลกตรอนมพลงงานเรมตนสงกวาพลงงานทไดรบจากสนามไฟฟา การเคลอนทแบบ เลอน จะอยในแนววงกลมซอนกนดงแสดงใน ภาพประกอบ 14(e) พฤตกรรมทปรากฏตออเลกตรอนนจะเดนชดมาก ถงแมจะใชสนามแมเหลกมคานอยๆ ระหวา ง 50-500 gauss แตจะมผลในการเบยงเบนแนวทางเดนของไอออน (ซงมมวลสงกวาอเลกตรอนมาก ) อยางไมเดนชด ระบบสปตเตอรงทใชสนามแมเหลกชวยเพมปรมาณไอออนนน ถาสนามแมเหลกมทศทางขนานกบสนามไฟฟาจะเรยกวา สนามตามยาว (Longitudinal field) จะท าใหประสทธภาพการเพมไอออนไมสงนกแตไมท าใหแนวการเกด โกลวดสชารจ เปลยนแปลงไปและยงสามารถรกษาความสม าเสมอของฟลมบางไวไดด กรณของสนามแมเหลกตงฉากกบสนามไฟฟาเรยกวา สนามตามขวาง (Transverse field) โดยกระบวนการเพมปรมาณไอออนเกดขนดงน หลงจ ากทไอออนบวกชนกบเปาสารเคลอบและเกดการปลดปลอยอเลกตรอนชดทสองออกมา อเลกตรอนชดทสองจะเคลอนทในลกษณะเดยวกบ ภาพประกอบ 14(d) ท าใหอเลกตรอนถกกกอยในบรเวณสนามแมเหลกใกลคาโทด และ drift ตามแนวผวหนาของคาโทด (ภาพประกอบ 15) ท าใหอเลกตรอนม โอกาสชนกบโมเลกล กาซบรเวณผวหนาเปาสารเคลอบมากขนจนเพมปรมาณไอออนสงมากใกลผวเปาสารเคลอบ อเลกตรอนตวใดทไมชนโมเลกลของ กาซจะเดนทางเปนวงโคงเขาชนเปาสารเคลอบและผลตอเลกตรอนชดทสองมากขนเปนผลท าใหไอออนถกผลตในปรมาณสงมากและเกดใกล ผวคาโทด ถาใชสนามแมเหลกกบแมกนตรอนทรงกระบอกจะเรยกวา แมกนตรอนสปตเตอรงทรงกระบอก (Cylindrical magnetron sputtering)

20

และถาใชสนามแมเหลกกบระบบดซ สปตเตอรงทใชเปาแบบแผนราบจะเรยกวา พลานารแมกนตรอนสปตเตอรง (Planar magnetron sputtering) การเพมไอออนสงมากในระบบแมกนตรอนและพลาสมาทเกดขนจะเขมมากบรเวณเปาสารเคลอบท าใหอตร าการสปตเตอรของระบบนมคาสง ขณะทความดนในระบบจะมคาต า แรงดนไฟฟา ระหวางอเลกโทรดมคาเกอบคงทททกคาของอตราการสปตเตอร แมกนตรอนสปตเตอรงทรงกระบอกทวไปมอตราการสปตเตอรสงกวา 1.0 m/min และมอตราเคลอบสงกวา 0.2 m/min ความหนาแนนกระแสทผวคาโทด ประมาณ 20.0 mA/cm2 แรงดนไฟฟาระหวาง อเลกโทรดมคาระหวาง 300-800 V ทความดนประมาณ 5.33 x10-5 mbar ซงแสดงถงการเพมประสทธภาพการเคลอบสงขนกว า 10 เทาตว นอกจากนยงสามารถขยายสเกลใชกบระบบสปตเตอรงขนาดใหญไดงาย เมอออกแบบใชงานรวมกบไตรโอดสปตเตอรง ระบบสามารถเคลอบไดทความดนต าถง 10-5 mbar สวนขอเสยของระบบแมกนตรอนสปตเตอรง คอแรงดนไฟฟาระหวาง อเลกโทรด มคาต า จงมขอจ ากดใน การเคลอบวสด บางชนดทตองการแรงดนไฟฟาสง เพอควบคมคณภาพฟลมแตมขอไดเ ปรยบทระบบ แมกนตรอ นสปตเตอรงนสามารถควบคมอเลกตรอนสวนใหญใหอยภายในกรอบสนามแมเหลก จงมอเลกตรอนทหลด

ภาพประกอบ 15 การจดสนามแมเหลกและแนวการกดกรอนของเปาสารเคลอบในระบบพลานาร แมกนตรอน สปตเตอรง

ทมา: Milton Ohring. (2002). Materials Science of Thin Films. p 223.

21

ออกมาและวงเขาสแผนรองรบปรมาณนอย จงลดปญหาความรอนบน แผนรองรบเนองจากการชนของอเลกตรอนลงไดอยางมาก 5. การกอเกดฟลมบาง การเคลอบในสญญากาศ (มต หอประทม . 2548: 30-31) สารเคลอบทตกกระทบผว แผนรองรบสวนใหญจะอยในรปของอะตอมหรอโมเลกลดงภาพประกอบ 16(a) โดยพลงงานพนธะ (Bonding energy) ระหวางอะตอมสารเคลอบกบ แผนรองรบและอณหภมของแผนรองรบจะเปนตวก าหนดความ สามารถในการแพรของสารเคลอบบนผว แผนรองรบ อะตอมสารเคลอบตกกระทบผววสดในต าแหนงทเรยกวาต าแหนงการดดจบ (Absorption site) และเกดการเกาะตดหรอถามพลงงานมากพอกอาจฝาเขาไปยงบรเวณทอยตดกนหรอหลดออกจากต าแหนงนนไป ภาพประกอบ 16(b) อะตอมสารเคลอบอาจถกชนจากอะตอมทเขามาใหมหรออาจเกดการระเหยกลบและรวมตวกนระหวางอะตอมทมการแพร เมออะตอมรวมตวกนอาจเกดเปนอะตอมค ดงภาพประกอบ 16(c) ซงมความเสถยรมากกวาอะตอมเดยว ทงนการรวมตวกนของอะตอมจะขนอยกบความหนาแนนของอะตอมเดยวและอต ราการเคลอบ (Deposition rate) อะตอมคทเกดขนอาจมการรวมตวกบอะตอมเดยวเกดเปนสามอะตอม (Triplets) สอะตอม (Quadruplets) อนๆ การรวมตวกนในลกษณะนเรยกวา การเกดนวเคลยส ดงในภาพประกอบ 16(d) ซงจะท าใหเกดกลมอะตอมกงเสถยร (Quasi-stable islands) จากนน กลมอะตอมจะเรมเตบโตขนจนกลายเปนกลมกอนซงเรยกวา การโตเปนกลมกอน (Islands growth) ดงภาพประกอบ 16(e) และ ภาพประกอบ 16(f) กลมอะตอมจะโตขนเรอยจนเกดการแตะและชนกบกลมขางๆ จะเกดการรวมกนเปนกลมกอนของกลมอะตอมซงเรยกวา การรวมกนของกลมอะตอม (Coalescense) ดงภาพประกอบ 16(g) ขณะทกลมอะตอมรวมกน พบวาอะตอมจะมพฤตกรรมคลายกบของเหลว (Liquid like behavior) ในระหวางการรวมกนของกลมอะตอมจะมการจดเรยงตวในเชงผลกวทยา (Crystallographic orientation) การรวมกลมของอะตอม จะเกดขนอยาง รวดเรว (นอยกวา 0.1 วนาท) หลงจากการรวมกนของกลมอะตอมพบวาพนท ของอะตอมทรวมกลมกนบนแผนรองรบ (Projectted area) มขนาดนอยลง ดงภาพประกอบ 17 แตความสงของกลมอะตอมมคามากขนดงภาพประกอบ 18 การรวมกนของกลมอะตอมจะเกดข นจนกระทงฟลมเกดการเชอมตอกนอยางตอเนองดงภาพประกอบ 16(h) ในบางกรณการเชอมตอของฟลมจะเกดขนไดอยางสมบรณเมอฟลมมความหนาโดยเฉลยประมาณ 400-500 nm ลกษณะผวของฟลมโดยทวไปในขณะเกดการรวมกลมของอะตอมจะมลกษณะเปนหบเขาและเนนเขา การเ กดฟลมในสภาวะทเปนกลมอะตอม (Island) พบวาแตละกลม อาจจะ เปนผลกเดยวหรอมจ านวนผลกประกอบกนเพยง 2-3 ผลก โดยถาเคลอบลงบนแผน

22

รองรบทเปนหลายผลกทศทางการจดเรยงตว (Orientation) ของแตละกลมอะตอมจะเปนแบบสม จะท าใหไดฟลมทมโครงสรางเปน หลายผลกดวย แตถาเคลอบลงบนแผนรองรบทเปนผลกเดยว การจดเรยงตวของฟลมจะเปนไปตามโครงสรางของแผนรองรบท าใหไดฟลมทมลกษณะเปนผลกเดยว เรยกกระบวนการนวา เอพแทกซ (Epitaxy) ในขณะเคลอบฟลมอะตอมจะมการเคลอนทเพอเลอกไปอยในต าแหนงท มพลงงานต ากวา โดยความสามารถในการเคลอนทจะมมากขนถาอณหภมทผวแผนรองรบมคาสงและพบวาเมออตราการเคลอบลดลงชวยท าใหการโตของผลกเกดไดดขน อณหภมของผวแผนรองรบทสงและอตราการเคลอบต าจะท าใหฟลมเคลอบมขนาดเกรนใหญมความบกพรอง (defect) ในเกรนนอย

ภาพประกอบ 16 ขนตอนการเกดฟลม

ทมา: สายณห ผดวฒน. (2547). การศกษาการเคลอบฟลมบางหลายชนทใหคาการปลดปลอยรงสต าของ เงน-ซงคออกไซด โดยวธสปตเตอร. หนา 21.

23

ภาพประกอบ 17 การเปลยนแปลงของพนทขณะมการรวมกนของกลมอะตอมและหลงการรวมกน ของกลมอะตอม ทมา: กมล เอยมพนากจ. (2547). การศกษาการเคลอบฟลมบางหลายชนทใหคาการปลดปลอยรงสต าของเงน-ไททาเนยมไดออกไซด โดยวธสปตเตอร.

ภาพประกอบ 18 รปแบบขณะเกดการรวมกนของกลมอะตอม

ทมา: กมล เอยมพนากจ. (2547). การศกษาการเคลอบฟลมบางหลายชนทใหคาการปลดปลอยรงสต าของเงน-ไททาเนยมไดออกไซด โดยวธสปตเตอร.

24

การเคลอบฟลมดวยวธสปตเตอรงนนสารเคลอบทตกกระทบผวรองรบสวนใหญจะอยในรปของอะตอมหรอโมเลกล และเกดการฟอรมตวจนพอกพนเปนชนฟลมบางขน ในชวงเวลานนการฟอรมตวของฟลมบางจะมปจจยหลายอยาง เชน พลงงานจลนของอะตอมสารเคลอบ พลงงานพนธะระหวางอะตอมสารเคลอบ (Bonding energy) กบแผนรองรบและอะตอมสารเคลอบดวยกน อณหภมของแผนรองรบ (Substrate temperature) และต าแหนงของอะตอมสารเคลอบทตกกระทบ การเกดและการโตของฟลมบาง สามารถแบงออกเปนล าดบขนไดดงน

1. อะตอมจากเปาสารเคลอบทถกชนดวยของไอออนบวก ทมพลงงานสง จะหลดออกและเคลอนทดวยพลงงานจลนผานระบบสญญากาศ ทมอนภาคของกาซ และพลาสมาบรรจอย

2. เมออะตอมตกลงมาทผวแผนรองรบ อะตอมทตกลงมาจะมพลงงานท ไดรบจากการถายเทโมเมนตมจากการชน ท าใหอะตอมมความสามารถในการเคลอนท ของพนผว (Surface mobility) ซงเปนตวทชวยใหอะตอมสามารถเคลอนทไปบนผวแผนรองรบได เพอหาต า แหนงทเหมาะสมกบการเกดนวเคลยส

3. หลงจากทอะตอมเคลอนทไปบนผวรองรบ อะตอมจะเกดการรวมตวเปนนวเคลยสไดหลายรปแบบดงน 3.1 เกดปฏกรยากบผวแผนรองรบ โดยอะตอมทตกลงมาเกดพนธะเคมกบผวแผนรองรบอะตอมตออะตอม ถาแรงยดเหนยวระหวางอะตอมกบผวแผนรองรบแขงแรง การเคลอนตวของอะตอมทผวหนาจะมคาต า ท าใหเกดเปนนวเคลยสและอะตอมอนบนผวจะสามารถเขามารวมตวกบนวเคลยส ทเกดขนแลว เพอลดแรงตงผว (Surface tension) ระหวางฟลมเคลอบกบแผนรองรบ 3.2 ถาแรงยดเหนยวระหวางอะตอมกบ แผนรองรบมคาต า อะตอมกม คาความสามารถ ในการเคลอนทของพนผว สง ท าใหสามารถเคลอนทมารวมตวกน ณ ต าแหนงทเหมาะสมตอการเกดนวเคลยส คอเปนต าแหนงทสามารถสรางพนธะไดแขงแรงกวา โดยต าแหนงทเหมาะสมตอการเกดนวเคลยสนน ไดแก ลกษณะพนผวทไมตอเนองหรอรอยขด ความบกพรองของระนาบบนผวแผนรองรบ อะตอมแปลกปลอมบนผวแผนรองรบ บรเวณทมประจบนผวแผนรองรบทเปนฉนวน พนผวทมความแตกตางทางเคมหรอเรยงตวของผลกทแตกตางออกไปเปนตน 3.3 เกดนวเคลยสจากการทอะตอมเคลอนทไปชนกบอ นภาคอนทเคลอนทและอยบนผวแผนรองรบ และฟอรมตวกนเปนนวเคลยสทเสถยร เมออะตอมเกดการรวมตวกนเปนนวเคลยสแลว ถาท าการเคลอบตอไปกจะมจ านวนนวเคลยสตอพนท หรอความหนาแนนของนวเคลยสมากขน ซงนวเคลยสจะเรมเชอมตอกนเปนฟลม และ ครอบคลมพนทผวทงหมดใหเปนเนอเดยวกน ความหนาแนนของนวเคลยสจะขนอยกบลกษณะพนผวของแผนรองรบ หรอลกษณะการเรยงตวของผลกของผวแผนรองรบสามารถเพมความหนาแนนของนวเคลยสทเคลอบลงบนแผนรองรบไดดวยการเพม

25

อณหภมเคลอบ เพมอตราการเคล อบ เปลยนแปลงสวนผสมทางเคมของผว เพมการชนเพอเพมความบกพรองในระนาบหรอเพอใหผวแผนรองรบขรขระเปนตน 4. กลไกการโตของนวเคลยสแบงออกเปน 3 ประเภท โดยแยกตามความแตกตางของการเกดแรงยดเหนยวระหวางอะตอมสารเคลอบและแผนรองรบ 4.1 กลไกการเกดการโตแบบชนตอชน 4.2 กลไกการเกดนวเคลยสแบบ 3 มต (Three Dimension Volmer-Weber) เกดขนเนองจากคา พลงงานพนผว (Surface energy) ของชนงานกบวสดเคลอบแตกตางกนและโตขนทกทศทาง 4.3 กลไกการเกดนวเคลยส โดยการฟอรมตวกนระหวาง ชนของแผนรอ งรบกบวสดเคลอบสวนใหญมกเกดกบการเคลอบฟลมโลหะบนแผนรองรบโลหะ ทอณหภมต า คาความสามารถ ในการเคลอนท ของพนผว กต าดวย ในเงอนไขนการโตของนวเคลยสจะขนอยกบเทอรโมไดนามก กบพลงงานพนผว ของผวงานนน พจารณาการเกดนวเคลยสแบบ 3 มต พบวาเมอเกดการสะสมของอะตอมทแพรไปบนผวแผนรองรบ และเรมเกาะตวกนเปนนวเคลยส การโตของนวเคลยสใน แนวนอนจะมแรงยดเหนยวทางพนธะเคมกบผว ทเรยกวา การเตบโตแบบเวทตง (Wetting growth) เชน ทองบนคารบอน อลมนา ซลกอนออกไซดและโพลเมอร ก ารโตและการรวมตวกนของนวเคลยสสามารถลดชองวางระหวางรอยตอหรอความไมตอเนองของโครงสรางทรอยตอของแผนรองรบได เพราะเกดแรงยดเหนยวทางพนธะเคมระหวางนวเคลยสและวสดทเปนแผนรองรบ กรณทมแรงยดเหนยวทางพนธะเคมเลกนอยระหวางแผนรองรบก บนวเคลยส จะเกดการโตอกแบบตางหากทเรยกวา ล าดบขนการโตของเกรนแบบ การ เกาะ ตว -ชองแคบ -ตอเนอง (Island-Channel-Continuous Film) กอนจะรวมตวกน นวเคลยสจะมพฤตกรรมคลายของเหลว คอสามารถหมนและจดเรยงโครงผลกไดเอง การเกาะตวกนเปนกลมของนวเคลยส เกดขน เมออณหภมของนวเคลยสมค าสงพอทจะเกดการแพรของอะตอม และการจดเรยงตว เปนนวเคลยส แบบบอลอพ (Ball Up) ทมพนทผวสมผสนอยทสด ถามแรงยดเหนยวระหวา งอะตอมเคลอบกบผวแผนรองรบสง จะมอตราการแพรต าหรอเกดการฟอรมตวเปนสารประกอบ ทแผนรองรบ โดย โครงสรางขอ งฟลมบางจะเปนไปตามเงอนไขของ อณหภมเคลอบ ตออณหภมหลอมเหลว (T/Tm) ซงแบงออกเปน 4 สวน ตามลกษณะโครงสรางและสมบตทางกายภาพ ดงภาพประกอบ 19

บรเวณ 1 (Zone1) เปนการเคลอบทเกดในชวงอณหภมต า และความดนกาซขณะเคลอบ มคาสง อะตอมท อยบนผวแผนรองรบจะมคาสมประสทธการแพรต า ท าใหเกดการเกาะกนเปนกลมเลกๆ กระจดกระจาย และเกดเปนโครงสรางผลกทมลกษณะเรยวแหลมแบบผลกเรยว (Tapers crystallites) จากนวเคลยส

26

ภาพประกอบ 19 โครงสรางของการเกดฟลมในรปแบบตางๆ

ทมา: Bunshah, R.F; et al. (1982). Deposition Technologies for Films and Coatings. p 213.

ทมปรมาณจ ากด ท าใหเก ดความหนาแนนของโครงสรางต า มชองวางขนาดความกวางในระดบรอย องสตรอม ท T/Tm เทากบ 0 - 0.1 ทความดน 1 mTorr ถาความดนก าซสง บรเวณนจะขยายกว างสบรเวณทมอณหภมสงขน และท าใหขนาดของผลกเพมขน ถา T/Tm เพมขน เนองจากทความดนสงความหนาแนนของกาซใน ภาชนะสญญากาศ มมากขน อนภาคจะเคลอนทตกลงมาไดยากขน ท าใหอนภาคของผวเคลอบตกลงมาไดนอยและขณะทตกอาจรวมตวกบอนภาคอนท าใหอนภาคทตกลงมา มขนาดใหญและมเวลานานขนในการเคลอนทเพอฟอรมตวเปนนวเคลยส จงท าใหชองวางระหวางเกรน มขนาดใหญเกดขน ผวเคลอบทขรขระมกจะเกดจากความไมสม าเสมอของการโตของนวเคลยส โดยอณหภมทมผลตอการโตของฟลมมกจะมาจากการระดมยงของไอออน (Ion bombardment) เปนสวนใหญ

บรเวณ T (Zone T) เปนบรเวณตนแบบส าหรบการเคลอบฟลมดวยระบบสปตเตอรงโดยท T/Tm อยในชวง 0.1 - 0.5 ทความดนกาซระหวางเคลอบ 1 mTorr เกดอยในชวงระหวางบรเวณ 1 และบรเวณ 2 อะตอมทอยบนผวแผนรองรบจะมปรมาณมากขน และไดรบพลงงานการชน อณหภมของแผนรองรบจะเพมขน คาความสามารถในการเคลอนทของผวหนากเพมขนและโครงสรางในบรเวณ 1 กจะเขาสบรเวณ T ซงจะเรมมเกรนยาว (Fibrous grain ) เตมพนทและขอบเกรนมความหนาแนนสงข นมาก จงมการแพรของ

27

อะตอมผานขอบเกรนทไมแ ขงแรงนนเขาเปนเนอเดยวกน จนกลายเปนคอลมนาร (Columnar) ตอไป โดยปราศจากชองวางบรเวณทขอบ

บรเวณ 2 (Zone 2) ทบรเวณ 2 จะมคา T/Tm อยระหวาง 0.5 - 0.8 ทความดนกาซระหวางเคลอบ 1 mTorr จะเกดการแ พรทรอยตอระหวางขอบเกรน จนเกดเปนโครงสราง คอลมนาร ทเกดจากการอยกนอยางหนาแนนของผลกทงหลาย ขนาดของเกรนและความหนาของฟลมจะเพมขน เนองจากอณหภมในการเคลอบและอตราการเคลอบเพม (มผลตอความสามารถในการเคลอนทของพนผว ของอะตอม ) และขนาดของคอลมนารจะเพมขนเรอย ๆ เมออณหภมเพมขน เนองจากการแพรทบรเวณรอยตอระหวางขอบคอลมนาร

บรเวณ 3 (zone 3) บรเวณนอณหภมสงสด T/Tm อยระหวาง 0.8 - 1.0 ทความดนกาซระหวางเคลอบ 1 mTorr การแพรจะมคาสง และสงผลตอโครงสรางสดท าย โครงสรางทไดจะเปนเกรนทมดานเทากนหมด ขนาดของคอลมนารจะมขนาดใหญ และความหนาแนนเพมขนอยางไรกตามทอณหภมสงอาจจะท าใหเกดผลกใหม (Recrystallization) เนองมาจากพลงงานสะสมของความเครยด (Stored strain energy) ทเกดขนตงแตตอนเคลอบเกรนทเกดขนในขนตอนนจะเปลยนจากคอลมนารเปนผลกเดยว 6. ทฤษฎเบองตนในการวเคราะหสมบตของฟลม ฟลมทเตรยมไดจากการทดลองจะน ามาวดสมบตตางๆดงน 6.1 สมบตทางไฟฟา (Robert, M.R. 1966) สมบตทางไฟฟาท วดประกอบดวยสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะซงหาไดจากปรากฎการณฮอลล (Hall effect) 6.1.1 สภาพตานทานไฟฟา กระแสไฟฟาไหลในตวน าทเปนของแขงทมความตางของศกยไฟฟา โดยปรกตความหนาแนนกระแส J เปนสดสวนกบสนามไฟฟา E ;

EE

J (2.3)

เมอ คอ สภาพตานทานไฟฟา และ คอ สภาพน าไฟฟา สมการ (2.3) เปนสมการทแสดงกฎของโอหม ในภาพประกอบ 20 แสดงการวดสภาพตานทานไฟฟา โดยทมกระแส I ผานแทงตวน าทม

28

ภาพประกอบ 20 การวดสภาพการน าไฟฟาของตวอยางทมพนทภาคตดขวาง A

ทมา: Robert, M.R. (1966). The Structure and Properties of Materials.

ภาคตดขวางคงท A และความแตกตางของศกยไฟฟา )( 12 VV ซงถกวดระหวาง 2 จด ความ

หนาแนนกระแส J ในแทงตวน าเทากบ AI / และสนามไฟฟาเปน L

VV )( 12 และ

L

VV

A

IJ

)( 12

(2.4)

กฎของโอหมโดยทวไปเขยนสมการน าไฟฟาไดเปน

LVV

AI

E

J

/)(

)/(

12 (2.5)

เมอ IRVV )( 12 เขยนสมการ (2.5) ไดเปน

LIR

AI

/

)/( (2.6)

RA

L (2.7)

สมการความตานทานไฟฟาของแทงตวน ายาว L ในภาพประกอบ 20 คอ

A

L

A

LR

(2.8)

เมอพนทภาคตดขวาง A มคาเทากบ wd และ /1 จากสมการ (2.8) จงเขยนสมการใหมไดเปน (Streetman, Ben G. 1995: 85)

1

wd

L

wd

LR (2.9)

เมอ R คอความตานทานไฟฟา , L คอความยาว , w คอความกวาง และ d คอความหนา

29

ความตานทานไฟฟาขนอยกบรปทรงของวสดและสภาพตานทานไฟฟาของวสดชนดเดยวกน

จะมคาเทากน ความตานทาน ไฟฟาม หนวย เปนโอหม (Ω) สภาพต านทานไฟฟา มหนวย เปนโอหม

เซนตเมตร (Ωcm) และสภาพน าไฟฟามหนวยเปนตอโอหมเซนตเมตร 6.1.2 ความคลองตวของพาหะ (Mobility ; ) ความคลองตวของพาหะ (Mobility ; ) เปนอตราสวนของความเรวรอยเลอน (Drift velocity) กบสนามไฟฟา E ;

E

drift (2.10)

โดยความคลองตวของพาหะอเลกตรอนแทนดวย e และความคลองตวของโฮลแทนดวย h ส าหรบอเลกตรอนทไหลในสนามไฟฟา E สามารถหาสภาพน าไฟฟาไดจากสมการ 2.11 eee en (2.11) เมอ en คอความหนาแนนของอเลกตรอนอสระ ในกรณของสารกงตวน า เมออเลกตรอนและโฮลน ากระไฟฟา สภาพน าไฟฟาเขยนไดเปน hhee enen (2.12) เมอ hn เปนปรมาณความหนาแนนของโฮล 6.1.3 ความหนาแนนของพาหะ (Carrier concentration ; n ) ความหนาแนนของพาหะ (Carrier concentration ; n ) ในสารกงตวน า บรสทธ ทอณหภมคงทภายใตสภาวะสมดล (แมน อมรสทธ ; และ สมชย อครทวา . 2546: 144-145) ผลคณของความหนาแนนของอเลกตรอนอสระกบโฮล มคาดงน 2

00 inpn (2.13) เมอ in คอความหนาแนนของพาหะในสารกงตวน าบรสทธ (Intrinsic semiconductor) ในสารกงตวน าไม บรสทธ (Extrinsic semiconductor) พาหะทมความหนาแนนมาก จะเปนพาหะหลก (Majority carriers) และพาหะทมความหนาแนนนอยจะเปนพาหะรอง (Minority carriers) ความหนาแนนของอเลกตรอนในสารกงตวท าชนดเอน (n) จะแทนดวยสญลกษณ nn และความหนาแนนของโฮลในสารกงตวท าชนดเอน (n) จะแทนดวยสญลกษณ np ในท านองเดยว กนความหนาแนนของโฮลในสารกงตวท าชนดพ (p) จะแทนดวยสญลกษณ pp และความหนาแนนของอเลกตรอนในสารกงตวท าชนดพ (p) จะแทนดวย สญลกษณ pn จากความจรงทวา โครงสรางผลกจะตองมประจเปนกลาง ดงนน ผลรวมของความ หนาแนนของประจทงหมดในหนงหนวยปรมาตรจะตองเทากบศนย ส าหรบสารกงตวน าไม บรสทธนนจะมประจ

30

อย 2 ชนด คอ ไอออนทไมเคลอนท และพาหะน าประจทเคลอนท ไอออนทไมเคลอนทไดแก อะตอมของสารเจอปนทเปนอะตอมตวใหอเลกตรอน (Donor) และตวรบ (Acceptor) (ธาตในหมท 3A หรอ 5A) เนองจากสารกงตวน าตองมประจเปนกลาง ดงนนผลรวมของความหนาแนนของประจลบจะตองเทากนผลรวมของความหนาแนนของประจบวก ดงสมการ pNnN da (2.14) เมอ aN คอ ความหนาแนนของตวรบ (Acceptor) dN คอ ความหนาแนนของตวให (Donor) n คอ จ านวนอเลกตรอน p คอ จ านวนโฮล ส าหรบสารกงตวน าไมบรสทธชนดเอน (n) นน เนองจากไมมไอออนตวรบ (Acceptor ions) ทมประจลบ ดงนน aN จะเทากบศนย และจ านวนอเลกตรอนจะมากกวาจ านวนโฮลมาก )( pn ดงนนสมการ (2.14) จงอาจเขยนใหมไดดงน dn Nn (2.15) จากสมการ (2.15) จะเหนไดวาความหนาแนนของอเลกตรอ นในสารกงตวน าไมบรสทธชนดเอน (n) อาจประมาณไดเทากบ ความหนาแนนของอะตอมของตวให (Donor) ทเจอเขาไป สวนความหนาแนนของโฮลในสารกงตวน าไมบรสทธชนดเอน (n) อาจประมาณไดจากสมการ (2.13) ดงน

d

i

n

in

N

n

n

np

22

(2.16)

ส าหรบสารกงตวน าไมบรสทธชนดพ (p) ความหนาแนนของโฮลในสารกงตวน า อาจประมาณไดเทากบความหนาแนนของอะตอมของตวรบ (Acceptor) ทเจอเขาไป ap Np (2.17) และความหนาแนนของอเลกตรอนประมาณไดจากสมการ

a

i

p

ip

N

n

p

nn

22

(2.18)

31

6.1.4 การวดสภาพตานทานไฟฟา ความหนาแนนพาหะ และความคลองตวของพาหะดวยเทคนคแวนเดอรพาว (Van der pauw method) และวธการวดฮอลล (Hall effect measurement) 6.1.4.1 การวดสภาพตานทานไฟฟาดวยเทคนคแวนเดอรพาว ในการวดสภาพตานทานไฟฟาดวยวธนใชกบตวอยางทเปนแผนบาง โดยมรปรางเปนสเหลยมจตรสหรอวงกลมและมความหนาสม าเสมอ โดยการวางขวสมผสใหอยบนขอบของชนงานตวอยาง ความถกตองแมนย าขนอยกบเงอนไขตอไปน (เกษรารตน อกษรรตน . 2545: 24-26)

1) ขวสมผสจะตองอยทขอบของสารตวอยาง 2) จดสมผสตองมขนาดเลกมากเมอเทยบกบขนาดของเสนรอบรปของสารตวอยาง 3) ตวอยางตองมความหนาเทากนตลอด 4) เนอสารจะตองสม าเสมอไมมรหรอรอยแตกใดๆ

การเพมความยาวของเสนรอบรปของสารตวอยางจะชวยลดความคลาดเคลอนของการวดได จากภาพประกอบ 21 ถาใหกระแสไฟฟา 12I ผานเขาทางจด 1 ออกทางจด 2 จะสามารถวดความตางศกย 4334 VVV ได ซงนยามไดวา

12

43

34,12

)(

I

VVR

(2.19)

และถาเปลยนกระแสเขาทางจด 2 และออกจด 3 และวดความตางศกย 1441 VVV จะได

23

1441,23

)(

I

VVR

(2.20)

ดงนนสามารถหาสภาพตานทานไฟฟา )( จากความสมพนธตอไปน (Blood, P; & Orton, J.W. 1992)

1expexp14,2334,12

RR (2.21)

จากความรเรองคนฟอรเมลแมพพง (Conformal mapping) ของสนามไฟฟาในสองมต แวนเดอรพาวไดพสจนวาสมการท (2.21) ยงคงเปนจรงส าหรบแผนสารรปรางใดๆ และหากทราบ 34,12, Rd และ 41,23R สมการท (2.21) จะลดรปเปน

41,23

34,1241,2334,12

22ln R

Rf

RRd (2.22)

เมอ d คอความหนาของชนสารตวอยางและ f คอคาปรบแก (Correction factor) ขนกบอตราสวน

ของ 41,23

34,12

R

R ดงแสดงในภาพประกอบ 22

32

ภาพประกอบ 21 แสดงต าแหนงของจดสมผสของชนสารตวอยาง

ภาพประกอบ 22 ความสมพนธของคาปรบแก f และ 41,23

34,12

R

R

ทมา: Blood, P.; & Orton, J.W. (1992). The Electrical Charecterization of Semiconductor: Majority Carriers and Electron States.

ความหนาแนนของพาหะและความคลองตวของพาหะในสารกงตวน าเปนปรมาณส าคญตอการเคลอนทของพาหะและสมบตทางไฟฟาของสารกงตวน าโดยจะเหนไดจากสมการ 2.12 ทสภาพน าไฟฟาเกยวของกบปรมาณทงสองนโดยตรง

33

6.1.4.2 การวดความหนาแนนพาหะและความคลอ งตวพาหะดวยวธการวดฮอลล (Hall effect measurement) ในป คศ .1874 ฮอลลพบวาหากน าสนามแมเหลกในทศตงฉากกบทศทางการไหลของกระแสในตวน าแลวจะเกดสนามไฟฟาทมทศตงฉากกบทศทางของกระแส และทศทางของสนามแมเหลกภายในตวน านนซงมผลมาจากแรงลอเรนซ (Lorentz force) ทท าใหทศทางการไหล ของพาหะเบยงเบนไปท าใหไปกองอยดานใดดานหนงของแทงตวน าจนเกดสนามไฟฟาขนมาได

การวดความหนาแนนของพาหะและความคลองตวของพาหะ (Ben G. Streetman. 1995: 67) สามารถกระท าไดโดยอาศยปรากฎการฮอลลแสดงดงภาพประกอบ 23 พจารณาจากสารกงตวน าทมชนดการน าไฟฟาเป นแบบชนดพ สนามแมเหลกทใหตงฉากกบทศการเคลอนทของโฮล โดยแรงรวมของ 1 โฮลมคาเทากบผลรวมของสนามไฟฟาและสนามแมเหลกดงสมการ )( BvEqF

(2.23)

แรงในทศแกน y คอ )( zxyy BvEqF (2.24) เมอใสสนามไฟฟา xE ในแนวแกน x มกระแสไฟฟาไหลในแนวแกน x และมสนามแมเหลกความเขม zB ในแนวแกน Z ดงภาพประกอบ 23 จะเกดแรงลอเรนซขนซงมคาเทากบ zx Bq มทศในแกน

y กระท าบนโฮลแลวท าใหโฮลวงลงมารวมกนอยขางลางเกดสนามไฟฟา yE ในแนวแกน y เมอเกดความสมดลยจะไมมกระแสไหลในแนวแกน y คอ แรงเนองจากสนามไฟฟา yE จะเทากบแรงลอเรนซ zx Bq ดงสมการ zxy BqqE (2.25) จะได zxy BE (2.26) โดยก าหนดให q และ 0p ใชส าหรบโฮล จะไดคาสนามไฟฟาในทศแกน y ดงสมการ

zxHzx

y BJRBqp

JE

0

, 0

1

qpRH (2.27)

เมอ xJ คอความหนาแนนของกระแส HR คอสมประสทธของฮอลล (Hall coefficient) สนามของฮอลล (Hall field) นนเปนสดสวนของผลคณของความหนาแนนกระแสและความหนาแนน ฟลกซแมเหลก เมอทราบคากระแสและสนามแมเหลกทใหเขาไป สามารถวดคาศกยไฟฟาฮอลล (Hall voltage) ได และสามารถค านวณคาความหนาแนนของโฮล ( 0p ) ดงสมการ (2.28)

AB

zx

AB

zx

y

zx

H qdv

BI

wVq

BwdI

Eq

BJ

qRp

)/(

)/(10

(2.28)

34

ภาพประกอบ 23 การวดความหนาแนนพาหะโดยอาศยปรากฎการณฮอลล


เมอท าการวดความตานทาน ( R ) จะสามารถค านวณคาสภาพตานทานไฟฟา ( ) ไดจากสมการ

wdL

Iv

L

Rwdcm xCD

/

/)( (2.29)

โดยสภาพน าไฟฟา ( ) มคาเทากบ

0

1pq p

(2.30)

เมอ p เปนความคลองตวของพาหะโฮล คาความคลองตวของพาหะโฮลคออตราสวนระหวางสมประสทธของฮอลลและสภาพน าไฟฟา ดงสมการ

H

H

p

R

qRqqp

)/1(

/1

0

(2.31)

35

6.2 สมบตทางแสง 6.2.1 สมบตการดดกลนแสง แสงเปนคลนแมเหลกไฟฟาชวงความถหนง ซ งสามารถมปฏกรยากบสสารไดและสามารถใชทฤษฎคลนแมเหลกไฟฟาของแมกซเวลล (Maxwell) อธบายปรากฎการณทางแสงตางๆทเกดขนในเนอสารได (เกษรารตน อกษรรตน . 2545: 34-36) จากทฤษฎนท าใหสามารถอธบายสมบตเชงแสงของตวกลาง ซงเปนตวบอกถงการหนวง การยนยอม หรอการดดกลนคลนแมเหลกไฟฟาทผานเขามาในเนอสารนน สมบตดงกลาวคอดชนหกเห (Reflective index) หรอคาคงทไดอเลกทรก (Dielectric constant) ซงถารสมบตอยางหนงจะรสมบตอกอยางหนงได

สสารสามารถดดกลนแสงได นยามคาสมป ระสทธการดดกลนแสงในระดบมหภาค (Macroscopic) คอสดสวนของความเขมแสงทลดลงตอหนงหนวยระยะทางของตวกลางดงสมการ

dx

IdI / (2.32)

โดยท I คอความเขมแสงทระยะทาง x ใดๆ ในตวกลาง เนองจากความเขมแสงเปนปฏภาคโดยตรงกบก าลงสองของศกยเวกเตอร A ซงสมประสทธการดดกลนแสง จะสมพนธกบสมประสทธ เอกทงคชน (Extinction coefficient : K ) ดงสมการ

K4 (2.33)

เมอ คอความยาวคลนแสง เมอฉายแสงเขาในตวกลางใดๆความเขมแสงจะลดลงเมอแสงเดนทางลกเขาไปในเน อสาร เนองจากอเลกตรอนดดกลนพลงงานแสงทผานเขาไปในตวกลางแลวยายสถานะพลงงานไปอยในระดบทสงขนไป ลกษณะการดดกลนแสงของตวกลางแตละชนดไมเหมอนกน การดดกลนแสงของสารกงตวน าสามารถอธบายไดดวยทฤษฎแถบพลงงานของของแขง จากทฤษฎแถบพลงงานของของแขง การดดกลนแสงจะเกดขนในสารกงตวน าได เมอพลงงานของแสงเทากบผลตางของระดบพลงงานพอด ขอบการดดกลนพนฐาน (Fundamental absoption edge) นยามโดยพลงงานทนอยทสดของแสงทสามารถท าใหอเลกตรอนยายสถานะพลงงานจากจดสงสดของแถบวาเลนซไปยงจดต าสดของแถบการน า การดดกลนนจะขนอยกบโอ กาสในการยายสถานะ พลงงานของอเลกตรอน ซงสามารถแบงการยายสถานะของการยายอเลกตรอนไ ด 2 แบบ ไดแก การดดกลนแสงเนองจากอเลกตรอนยายสถานะในแถบพลงงานเดยวกน (Intraband transition) และการดดกลนแสงเนองจากอเลกตรอนยายสถานะไปยงแถบพลงงานอน (Band-to-Band transition) ดงรายละเอยดตอไปน

36

1. การดดกลนแสงเนองจากอเลกตรอนยายสถ านะในแถบพลงงานเดยวกน (Intraband Transition) ปกตในแถบพลงงานทมอเลกตรอนบรรจอยเตมแลว จะเกดการยายสถานะของอเลกตรอนเพมอกไมได แตส าหรบแถบพลงงานทยงมสถานะพลงงานทวางอย เชนในแถบน า จะสามารถเกดการยายสถานะได โดยอเลกตรอนจะดดกลนพลงงานแสงแลวยายไปอย ทระดบสถานะพลงงานทสงขน ซงอาจเกดไดหลายกรณ เชน การดดกลนแสง ของ อเลกตรอนอสระ (Free-carrier absorption) เปนตน 2. การดดกลนแสงเนองจากอเลกตรอนยายสถานะไปยงแถบพลงงานอน (Band-to-Band Transition) การดดกลนแสงในกรณนมไดหลายลกษณะ ในทนจะกลาวถงกรณส าคญและสามารถสงเกตไดเดนชด ไดแก การดดกลนแสงพนฐาน เมออเลกตรอนยายสถานะพลงงานจากแถบวาเลนซขามชองวางแถบพลงงานไปยงแถบน า เรยกวา การดดกลนแสงหลก พลงงานของโฟตอนทถกดดกลนในกรณนจะเทากบคาชองวางแถบพลงงานโดยประมาณ ซงสามารแบงการดดกลนนออกเปน 2 แบบขนกบลกษณะของการยายสถานะ และโครงสรางแถบพลงงานของสาร ไดแก การยายสถานะแบบตรง (Direct transition) และการยายสถานะแบบ ไมตรง (Indirect transition) ดงภาพประกอบ 24 ในการทดลองวดการดดกลนแสงของสารกงตวน า สามารถพบการดดกลนแสงทงสองลกษณะ ขนกบลกษณะโครงสรางแถบพลงงานของสารกงตวน านนๆ การยายสถานะพลงงานแบบตรง เปนการยายสถานะพลงงานจากแถบวาเลนซไปยงแถบการน า โดยมคา k

(Wave vector) เดยวกน ปรากฎเดนชดในสารทมชองวางแถบพลงงานเปน

แบบตรง โดยการใชแบบจ าลองโครงสรางแถบพลงงานทเปนแบบพาราโบลาอยางงาย (Simple parabolic band) โดยสามารถหาความสมพนธของการดดกลนแสงในกรณนได

2/1

0

g

d

EhAh

g

g

Eh

Eh

,

, (2.34)

เมอ คอ ความถของแสง h คอ คาคงทของแพลงค (Planck’s constant) A คอ คาคงท gE คอ คาชองวางแถบพลงงาน

37

ภาพประกอบ 24 ลกษณะของการยายสถานะพลงงานของสาร (a) การยายสถานะแบบตรง (Direct transition) และ (b) การยายสถานะแบบไมตรง (Indirect transition)

ทมา: Ben G. Streetman. (1995). Solid State Electronic Devices. p 57. ส าหรบการยายสถานะพลงงานแบบยอมรบได (Allowed transition) ความสมพนธนจะใชไดทบรเวณใกลๆกบขอบการดดกลนพนฐาน (Fundamental absorption edge) เทานน การยายสถานะพลงงานแบบไมตรง เปนการยายสถานะพลงงานจากแถบวาเลนซไปยงแถบน า โดยมคา k

เปลยนไป ซงการยายสถานะแบบนเกดจากการชวยเหลอของโฟนอน (Phonon

assisted) ซงสามารถหาความสมพนธของคาสมประสทธการดดกลนแสงกบความถของแสงในกรณน ได

0

2

1

gEhBh

g

g

Eh

Eh

,

, (2.35)

เมอ B คอคาคงท 6.2.2 การวดสมประสทธการดดกลนแสง คาสมประสทธการดดกลนแสงทความยาวคลนตางๆ สามารถน ามาหาขนาดและประเภทชองวางแถบพลงงานได (เกษรารตน อกษรรตน . 2545: 36-37) เมอมพลงงานโฟตอนตกกระทบสารตวอยาง แสดงดงภาพประกอบ 25

38

ถาใหความเขมแสงตกกระทบเปน 0I ความเขมของแสงทสะทอนออกมาเปน rI และความเขมของแสงททะลผ านเปน tI จะไดความสมพนธของความเขมแสงดงกลาว ในรปของการสะทอน (Reflection : R ) และการสงผาน (Transmission : T ) ดงน

22

22

0 1

1

Kn

Kn

I

IR r

(2.36)

d

dt

eR

eR

I

IT

22

2

0 1

1

(2.37)

เมอ d คอ ความหนาของฟลม ในกรณทชนสารมความหนาเหมาะสมทท าให 122 deR สมการท (2.37) สามารถเขยนใหมไดเปน

dt eRI

I 2

0

1 (2.38)

โดยทวไปคาสมประสทธการสะทอนจะเปลยนไปนอยมากเมอเทยบกบพลงงานโฟตอนทมาตกกระทบ ดงนนเทอม 2

1 R ประมาณวาเปนคาคงท ดงนนสามารถค านวณคา ไดดงสมการ

AI

I

d t

0ln

1 (2.39)

เมอ A คอคาคงท

ภาพประกอบ 25 แสดงการทดลองวดสมประสทธการดดกลนแสง

ทมา: Abeles, F. (1972). Optical Properties of Solids.

39

ถาก าหนดความเขมเปน 0I เมอแสงผานสารตวอยางก าหนดความเขมแสงทวดไดเปน d

t eII 0 (2.40) เมอ คอ สมประสทธการดดกลนแสง (Absorbtion coefficient) ดงนนจะไดคาการสงผานแสง (Transmission : T ) d

t eIIT 0/ (2.41) จะได dT /ln (2.42) จากสเปกตรมของการสงผานแสงจงสามารถหาคาชองวางแถบพลงงาน (Energy gap) ของฟลมได ส าหรบ Interband transition ของสารกงตวน าทมชองวางแถบพลงงานแบบตรง (Direct band gap)

h

Egh2/1

(2.43)

gEhh

2 (2.44)

จะเหนไดวา gEhh

2 จงสามารถหาคาชองวางแถบพลงงาน (Energy gap) ไดโดยการเขยนกราฟความสมพนธระหวาง 2

h กบพลงงานของโฟตอน h และประมาณคา ชองวางแถบพลงงาน โดยการลากเสนตรงตดพลงงานโฟตอน แสดงดงภาพประกอบ 26 6.2.3 สมบตเฮซ (Haze properties) สมบตเฮซ คอลกษณะขนมวของฟลมบางใสอนเนองจากการกระเจงของแสงจาก พนผวภายในและภายนอก (Ian J. McColm. 1994: 155) ซงหาไดจากอตราสวนของการกระเจงจากการสะทอนตอการสะทอนรวมทงหมด หรออตราสวนระหวางการกระเจงจากการสงผานแสงตอการสงผานแสงรวมทงหมด (N. Senoussaoui; et al. 2000: 52) ดงสมการ (2.45)

total

diff

RR

RH

หรอ total

diff

TT

TH (2.45)

เมอ RH คอ คาเฮซจากการสะทอนแสง (Reflection) ไดจากอตราสวนระหวางการกระเจงจาก การสะทอน ( diffR ) สวนการสะทอนรวมทงหมด ( totalR ) TH คอ คาเฮซจากการสงผานแสง (Transmission) ไดจากอตราสวนระหวางการกระเจง จากการสงผานแสง ( diffT ) สวนการสงผานแสงรวมทงหมด ( totalT )

40

ภาพประกอบ 26 สเปกตรมการสงผานแสงของฟลม ZnO

(a) สเปกตรมการสงผานแสงของฟลม ZnO (b) กราฟความสมพนธของ 2

h และ h ซงจะใหคาชองวางแถบพลงงานจากสวนตด แกนของพลงงานโฟตอนโดยการประมาณคา ทมา: Johnson, E.J. (1967). Semiconductor and Semimetal. 6.3 การวเคราะหโครงสรางจลภาคโดยใชกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด(Scanning Electron Microscope : SEM) โครงสรางจลภาคของสารกงตวน ามอทธพลอยางมากตอพฤตกรรมและสมบตทางไฟฟาของสารกงตวน า เครองมอทใชกนอยางแพรหลายในปจจบนเพอศกษาลกษณะสณฐานวทยา (Morphology) หรอโครงสรางจลภาค (Microstructure) เชนลกษณะพนผว รปรางและขนาดของเกรน คอกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope : SEM) (ออมตะวน แสงจกรวาฬ . 2552: 32-34) กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราดเปนเครองมอทมก าล งขยายมากกวา 3,000 เทาจนถงมากกวา 100,000 เทา โดยการแจกแจงรายละเอยดของภาพมความเปนไปไดถงประมาณ 3 nm จงเปนเครองมอทมประสทธภาพในการศกษาโครงสรางจลภาคของสารตวอยาง

41

ภาพประกอบ 27 สวนประกอบและหลกการท างานเบองตนของ SEM

ทมา: Lifshin,Eric. (1993). Concise Encyclopedia of Materials Characterization. p 423. หลกการท างานของกลอง ภาพประกอบ 27 ใชล าอเลกตรอนสแกนลงบนตวอยางทบรรจอยภายในหองสญญากาศโดยล าอเลกตรอนนเกดขนจากการกระท าใหคาโทดทงสเตนรอนจนสามารถปลอย อเลกตรอนใหหลด ออกมา จากนนอเลกตรอนถกเรงดวยพลงงานคาสงและถกโฟกสใหเปน ล าอเลกตรอนทเลก ซงล าอเลกตรอนนเราเรยกวาอเลกตรอนปฐมภม อเลกตรอนปฐมภมเหลานจะไปตกกระทบทบรเวณพนผวหนาของตวอยาง โดยท าใหอเลกตรอนของสารตวอยางหลดออกจากวงโคจรและเรยกอเลกตรอนทหลดจากวงโคจรนวาอเลกตรอนทตยภม โดยสามาร ถศกษาลกษณะของพนผวตวอยางไดจากการใชหววดสญญาณ (Detector) รบอเลกตรอนทตยภมเหลานและน าไปประมวลผลตอไป วธการวเคราะหดวย SEM กรณวสดทไมน าไฟฟ าจะมประจลบอนเนองมาจา กการสะสมอเลกตรอนบนผวหนาและไมสามารถระบายออกไปไดท าใหเกดประจลบสะสมอยบนผวหนาประจเหลานจะท าใหเกดแรงผลกตอ อเลกตรอน จากล า อเลกตรอน ทกวาดไปบนพนผวท าใหความชดของภาพลดลง อตราการขยายภาพหาไดจากอตราสวนของภาพบนจอมอนเตอรตอความยาวของสวนท ถกสแกน อาจมคาสงถงแสนเทาส าหรบความคมชด (Resolution) ของภาพจะถกจ ากดโดยขนาด ของ

42

ล าอเลกตรอนทตองโฟกสใหเลกทสดเทาทจะท าได ซงขนาดของล า อเลกตรอนกจะถกก าหนดโดยการ แผกระจายพลงงานของ อเลกตรอนทถกปลอยดวยความรอนซงจะถกจ ากดใหมคา ประมาณ 8 nm ในกรณทตองการใหมความคมชดทดควรลดกระแสของอเลกตรอนลงและความลกของสนาม (Depth field) ควรมคาประมาณ 1 m การเพมเตมอปกรณบางอยางใหแกเครองมอ SEM จะท าใหสามารถไดรบขอมลรายละเอยดเพมขนและหนงในจ านวนเครองมอทมประโยชนก คอเครองสเปกโตรสโคปแบบแยกกระจายพลงงาน (Energy Dispersive Spectroscopy หรอ EDS) โดยเมอล าอเล กตรอนทมพลงงานสงตกกระทบกบอะตอมของสารตวอยา งจะท าให อเลกตรอน ทอยชนใน หลดออกจากวงโคจร อเลกตรอนทอยวงนอกจะมาแทนทโดยการปลอยรงสเอกซซงเปนแสงสเดยว (คลนความถเดยว ) คลนทปลอยออกมาจะแสดงลกษณะเฉพาะของธาตองคประกอบของตวอยางดงนนเครองมอ EDS สามารถใชหาสวนประกอบทางเคมของผวหนาสาร โดยมกจะใชรวมกบ SEM 6.3.1 ลกษณะการใชงาน SEM (SEM operation mode) ในทางการปฏบต ลกษณะการใชงาน SEM อาจแบงได 4 กลมหลก ดงน 1) High Resolution Mode ส าหรบงานทตองการก าลงขยายสง จงตองการจดตกกระทบขนาดเลก 2) High Depth of Mode ส าหรบงานทตองการความชดลกสง จงตองก ารใชมมคอนเวอรเจนตของล าอเลกตรอนเลกๆ 3) High Current Mode ส าหรบการวเคราะหองคประกอบทางเคมโดยใชรงสเอกซตองการปรมาณกระแสมากๆเพอเพมความไว (Sensitivity) ตอการตรวจวดปรมาณของธาต 4) Low Voltage Mode นอกเหนอไปจากการใชงาน SEM ในแบบตางๆขางตนในปจจบน SEM บางแบบยงสามารถท างานไดดทคาต ากวา 5 kV เนองจากการใชงาน SEM ลกษณะนจะไดพนผวทดขน อกทงยงลดปรมาณประจสะสมบนผว (Charging) จงท าใหสามารถศกษาตวอยางท ไมน าไฟฟาโดยไมตองเคลอบดวยคารบอน 7. เอกสารและงานวจยทเกยวของ ในป พ .ศ. 2544 ทงและไซ (Jyh-Ming Ting; & B.S. Tsai. 2001: 273-277) ไดศกษาฟลม AZO โดยใชเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง บนกระจกฟลมบาง AZO มคาการสงผานแสงสงในชวงแสงทมองเหน (Visible light) ในชวง 85 – 95 % การเจอดวย Al มผลตอโครงสรางผลก และลกษณะโครงสราง จลภาค (Microstructure) ของฟลมขนอยกบการเพม Al คาความตานทาน ไฟฟาขนอยกบความดนกาซออกซเจนและปรมาณ Al ทเจอ

43

ในป พ.ศ. 2547 ลและเกา (Zhengwei Li; & W. Gao. 2004: 1363-1370) ไดศกษาฟลม ZnO บนแผนรองรบทเปนกระจก ดวยเทคนค อาเอฟ และ ดซ รแอคทฟสปตเตอรง โดยฟลมทงหมดมรปแบบโครงสรางนาโน โดยมการจดเรยงตว ในระนาบ (002) พบวาการใชเทคนค ดซ รแอคทฟสปตเตอรง ทความดน กาซออกซเจนและความดนรวมสง ท าใหฟลมมขนาด เกรน ใหญ แตใหคา ฟลวดฮารฟแมกซมม (Full Width Half Maximum : FWHM) ต าและ อตรา การเคลอบสง ขณะทความดนออกซเจนต า จะใหคา FWHM สงและอตราการเคลอบต า โดยทวไป FWHM ของฟลม ZnO ทเคลอบดวยเทคนค อาเอฟ จะดกวาของฟลมทไดจากเทคนค ดซ ซงไดอทธพลจากการใหไบแอส การควบคมเงอนไขระบบ ทเหมาะสม เชน ความดนรวมและความดนของกาซ ออกซเจน รปแบบของการกระตนใหเกดพลาสมา การไบแอส ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ และการเจอจะใหฟลมบางทมโครงสรางจลภาคความเปนผลกและความเปนรปแบบเดยวกน (Uniformity) ตางกน

ในป พ.ศ. 2548 ฮงดก โค และคณะ (Hyungduk Ko; et al. 2005: 352-358) ไดศกษาฟลมบาง AZO ทมคาสภาพตานทานต าและสงผานแสงสง ดวยเทคนค ดซ พลส สปตเตอรง (DC pulsed sputtering) บนกระจก การใชเทคนคเอกซเรยดฟแฟรกชน (X-Ray Diffraction : XRD) วเคราะหใหเหนวาฟลม AZO จดเรยงตวในแนวแกน c ตงฉากกบผวแผนรองรบ ฟลม AZO เตรยมทพลสความถ 30 kHz ใหคาสภาพตานทานไฟฟาต าสด (7.4 × 10-4 Ωcm) โดยมโครงสรางพนผวทราบเรยบและหนาแนน และพบวาการลดลงของสภาพตานทานไฟฟาเปนผลมาจากการพฒนาการเปนผลกและความขรขระของพนผว ฟลมมคาการสงผานแสงสง 85 – 90 % ในชวงแสงทมองเหน (Visible range) การทคาสภาพตานทาน ไฟฟาต า และการสงผานแสงสงของฟลม AZO จงมความเปนไปไดในการน าไปใชเปนฟลมออกไซดโปรงใสน าไฟฟา ในป พ.ศ. 2549 โอลเวอร คลธ และคณะ (Oliver Kluth; et al. 2006: 311-316) ไดศกษาเปรยบเทยบฟลม AZO ทเตรยมดวยเทคนค อาเอฟ และ ดซ แมกนตรอน สปตเตอรงบนกระจก เพอหาเงอนไขทดทสดทสงผลตอคณสมบตทางแสง สมบตทางไฟฟาและโครงสรางของฟลม พบวาฟลม AZO ทใชเทคนค อาเอฟ สปตเตอร ความหนาของฟลมและอณหภมของแผนรองรบมคาลดลง เมอเพมความดนและออกซเจนในการสปตเตอร ส าหรบฟลมทเตรยมดวยเทคนค ดซ แมกนตรอนสปตเตอรงในระบบสถต (Static) ใหคาสภาพตานทานไฟฟาต าในชวง 2.3 – 5×10-4 Ωcm ในชวงความดน 0.04 – 4 Pa โดยออกซเจนทใสเขาไป ในปรมาณ นอยแทบจะไมม ผลตอคณสมบตทางไฟฟาของฟลม โดยฟลมมความโปรงใสสง ทอณหภม แผนรองรบต า และพบมการกระเจงของแสงหลงจาก การกดฟลมบางใหขรขระโดยวธทางเคม ฟลมทเตรยมดวยเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรงระบบพลวต (Dynamic) ให

44

คาสภาพ ตานทานไฟฟาต าในชวง 8 – 40×10-4 Ωcm โดยมคาเปลยนแปลง เลกนอยเมอเทยบกบระบบสถต ในป พ.ศ. 2551 กยเลนและเฮอรเรโร (C. Guillen; & J. Herrero. 2008: 668-672) ไดศกษาฟลม AZO เตรยมดวยเทคนคพลส แมกนตรอน สปตเตอรง (Pulsed magnetron sputtering) จากเปาเซรามกส โดยใหก าลงไฟฟา อณหภ มของแผนรองร บและอตราการพอกพนฟลมตางกน พบวาฟลม AZO มสภาพตานทานไฟฟาต า (1.0×10-3 Ωcm) และมคาสงผานแสงเฉลย 85 % โดยมอตราการพอกพนฟลมอยในชวง 70-80 nm/min ทอณหภมแผนรองรบ 150 °C และ ในปเดยวกนธนภรณ โตโสภณ และคณะ (T.Tohsophon; et al. 2008: 4628-4632) ไดศกษาฟลมบาง AZO ดวยเทคนค อนไลน ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง (in-line direct current (dc) magnetron sputtering) บนแผนรองรบทเปนกระจก โดยใชเปาเซรามกส 4 ชนด ทแตกตางกนในปรมาณ Al ทเจอและวธการเตรยมเปา ไดแก การเผาผนกแบบปรกต การเผาผนกแบบออนและอดดวยความรอน (Hot pressed) แลวศกษาอทธพลของเปา ความหนาแนนของ Al ทเจอและเงอนไขการสปตเตอรงทมตอฟลม AZO พบวาคณภาพของฟลมขนอยกบชนดของเปา และเงอนไขการทบถมของฟลมบาง สงผลใหไดฟลมทม ความโปรงใสสงและคาสภาพตานทานไฟฟาต าในชวง 3.6 – 11×10-4 Ωcm การเลอกเปาและเงอนไขในการทบถมของฟลมมผลตอพฤตกรรมการกดกรอนของกรดไฮโดรคลอรค (Hydrochloric) ทมตอฟลมและมอทธพลอยางมากตอการกระเจงแสงของฟลม AZO ส าหรบฟลมบาง IZO มการศกษาดงน ในป พ.ศ. 2547 (ค.ศ. 2004) ยง ซ โซนงะและคณะ (Young Soo Songa; et al. 2004: 117-120) ไดศกษาฟลมบางอนเดยม (In) เจอ ZnO (IZO) ดวยเทคนค ดซ แมกนตรอน ส ปตเตอรง บนแผนรองรบทเปนกระจก พบวาเมอ เพมก าลงไฟฟา คาสภาพตานทานไฟฟาจะเพมขน เลกนอยและคาการสงผานแสงคอยๆลดลง เมอเพมความดนในการพอกพนฟลมสภาพตานทานไฟฟาจะเพมขนมาก และการสงผานแสงจะลดลง ฟลมบาง IZO มสภาพตานทานไฟฟาต าท 3.8 x 10-4 Ωcm มคาสงผานแสงในชวง 80-90% ในชวงแสงทมองเหน และตอมาในป พ.ศ. 2552 เพงและคณะ (L.P.Peng; et al. 2009: 1819-1823) ไดศกษาฟลมบาง โปรงใสน าไฟฟา IZO บนแผนรองรบ ทเปนกระจกเชนเดยวกน แตใชเทคนค อาเอฟ แมกนตรอน สปตเตอรง พบวาฟลมบางมโครงสรางเปนผลกดทสดเมอเตรยมทอณหภมแผนรองรบ 300 °C โดยมเกรนขนาดใหญ 29 nm และความตงเครยด 0.9% และฟลมมการสงผานแสงเกน 85% ในชวงแสงทมองเหน โดยมคาสภาพตานทานไฟฟาต าสดท 2.4 x10-3 Ωcm จะเหนไดวาการใชเทคนค ดซ แมกนตรอน ส ปตเตอรงของ ซ โซนงะและคณะในการ สปตเตอรฟลมบาง IZO นจะใหคาสภาพตานทานไฟฟาทต าและการสงผานแสงทสงกวาการใชเทคนค อาเอฟ แมกนตรอน สปตเตอรง

45

ในป พ.ศ. 2549 ยากโอกลและคณะ (Burag Yaglioglu; et al. 2006: 89-94) ไดศกษาฟลมบาง In 10 wt % เจอ ZnO ดวยเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง ใหไดความหนาของฟลม 100 nm สปตเตอรทอณหภมหองและ อณหภม 350 °C โดยท าการเปรยบเทยบปรมาณของกาซออกซเจน ทใชในการสปตเตอรดวยเปา In2O3 บรสทธ และเปา ZnO ทเจอดวย In 10 wt% และเปา SnO2 ทเจอดวย In 9.8 wt% พบปรมาตรโมลารของฟลมบาง IZO ชนดอะมอฟสซงอบออนในอากาศ ทอณหภม 200 °C จะไมท าใหฟลมพฒนาเปน ผลก แตท าใหเฟสการเปนอะมอฟสลดลง 0.5% และสมพนธกบการทความหนาแนน ของพาหะลดลง การอบออนในบรรยากาศของ N2/H2 พบวาเปนการเพ มความหนาแนนของพาหะโดยลดปรมาตร โมลารเลกนอย การอบออนในอากาศทอณหภม 500 °C เฟสอะมอฟสจะพฒนาเปนผลกลกบาศกบกไบทหรอเฟสรอมโบฮดรอล ในป พ.ศ. 2550 (ค.ศ. 2007) ฉางและชาย (Shang-Chou Chang; & Ming-Hua Shiao. 2007: 1202-1206) ท าการศกษาฟลมบาง IZO จากเปาเซรามกส อนเดยม ซงคออกไซด (In2O3:ZnO ในอตราสวน 95:5 wt%) ดวยเทคนค อาเอฟ แมกนตรอน สปตเตอรง พบวาหากเพมกาซออกซเจน ทระหวางกระบวนการสปตเตอร สภาพตานทานไฟฟา ของฟลม มแนวโนมเพมขน โดยสภาพตานทานไฟฟาทเพมขนอยางรวดเรว นจะเพมขนแบบมนย มากกวาฟลม IZO ทเตรยมดวยเปา ZnO เจอดวย In 10 wt% ในการอบออนสภาพตานทานไฟฟา เพมขนทนทท ฟลม IZO กลายเปนผลก สวนสมบตทางแสงของฟลมบาง IZO นน ไมขนกบการเปลยนแปลงเงอนไข สรปไดวาเงอนไขทเหมาะสมส าหรบการเตรยมฟลมบาง IZO คอ ไมควรเพมออกซเจนในการสปตเตอรและไมควรอบออน ในป พ.ศ. 2551 (ค.ศ. 2008) คมและคณะ (Do-Geun Kim; et al. 2008: 2045-2049) ไดท าการศกษาฟลม IZO โดยเทคนค ดซ แมกนตรอน รแอคทฟ สปตเตอรง (DC magnetron reactive sputtering) จากเปา IZO (In2O3:ZnO ในอตราสวน 90:10 wt %) ศกษาคณสมบตทางไฟฟา และพนผวของฟลม พบวาเมอเพมอณหภมแผนรองรบถง 200 °C ฟลมบาง IZO มสภาพตานทานไฟฟา 3.4 × 10 -4 Ωcm ฟลมทเคลอบทอณหภมมากกวา 300 °C ผวฟลมจะเรยบมากกวาฟลมทเคลอบทอณหภมต ากวา 200 °C โดยฟลมบาง IZO ทมคณภาพสง จะเตรยมไดดวยเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง โดยการเพมกาซ O2/Ar ในอตราสวน 0.03 ทอณหภมในชวง 150-200 °C ในป พ.ศ. 2553 (ค.ศ. 2010) จ บอง พารค ซ ฮน พารคและพง ควน ซอง (Ji Bong Park; Se Hun Park; &, Pung Keun Song. 2010: 669-672) ไดศกษาฟลมบาง IZO บนแผนรอบรบทเปนกระจก เตรยมโดยเทคนค อาเอฟ แมกนตรอน สปตเตอรง รวมกบดซ แมกนตรอน สปตเตอรง จากเปาเซรามกส ZnO เจอดวย In 9.54 wt% ไดศกษาสมบตทาง ไฟฟา สมบตทางแสง และโครงสรางของ

46

ฟลมบาง IZO โดยใหก าลงไฟฟารวมของ อาเอฟ และ ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง เทากบ 80 W และก าหนดอตราสวนก าลง ไฟฟาของ อาเอฟ แมกนตรอน สปตเตอรงตอก าลงไฟฟารวม จาก 0 ถง 100 % โดยเพมครงละ 25% พบวาฟลมบาง IZO ทจายก าลงไฟฟาโดย อาเอฟ แมกนตรอน สปตเตอรง 100% ใหคาสภาพตานทานไฟฟาต าสดท 1.28 x 10-3 Ωcm เนองจากมความหนาแนนของพาหะสง ฟลมทเตรยมดวยก าลงไฟฟา 50% ดวยอาเอฟนนแสดงเกรนขนาดใหญกวาและ FWHM นอยกวา และจากการตรวจสอบดวยเทคนค XPS พบวา มการเพมปรมาณการแทนทของ In3+ ณ ต าแหนงของ Zn2+ ในโครงสราง ZnO เมอเพมอตราสวนของ การจายก าลงไฟฟา โดยอาเอฟ แมกนตรอน สปตเตอรง ตอก าลงไฟฟาทจายทงหมด คาสงผานแสงของฟลมทงหมดในชวงทมองเหน มมากกวา 80% การเพมก าลงไฟฟาของอาเอฟ แมกนตรอน สปตเตอรง ท าใหแถบชองวาง (Band gap) กวางขน ซงอธบายไดจากการเพมของความหนาแนนของพาหะซงเปนไปตามทฤษฎของเบอรสไตน-มอส (Burstein-Moss)

บทท 3 วธด ำเนนงำนวจย

ในงานวจยน ไดท าการเตรยมฟลมบาง ZnO ทเจอดวย Al และ In (AIZO) เพอศกษาสมบตทางไฟฟา สมบตทางแสง จากเปา ZnO เจอดวย Al และ In (ZnO: Al2O3 0.5 wt%+In2O3 0.5 wt%) ใชเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง เพอหาเงอนไข ทเหมาะสมใน การเคลอบฟลม ใหไดคณสมบตของฟลมตามทตองการ โดยมรายละเอยดและขนตอนการด าเนนการดงน 3.1 สำรเคมทใชในกำรทดลอง 1. น ายาลางจาน 2. น ากลน (Distilled water : DI) 3. อะซโทน (Acetone : C3H6O) 4. ไอโซโพรพลแอลกอฮอล (Isopropyl alcohol (IPA): C3H8O) 5. กรดไฮโดรคลอรก (Hydrochloric : HCl) ความเขมขน 37% 6. เอทลแอลกอฮอล (Ethyl alcohol : C2H6O) 7. กาซอารกอน ความบรสทธ 99.99 % 8. ยาขดโลหะ (Wenol) 9. กาวเงน (Silver paint) 10. ไดไอโอโดมเทน (Diiodomethane : CH2I2) 3.2 วสดอปกรณทใชในกำรทดลอง 1. บกเกอรขนาดตางๆ 2. ถงมอยางแบบไมมแปง (ไรฝ น) 3. อลมเนยมฟอยล (Aluminium Foil) 4. กระดาษทราย 5. กระดาษเชดเลนส 6. คมปากคบ 7. กระจกสไลด 8. กระบอกตวงพลาสตก 9. เครองอลตราโซนก 10. เครองสปตเตอรง ระบบ ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง

48

11. มลตมเตอร (Multimeter) 12. กลองใสแผนกระจกสไลด 13. เปาสารเคลอบ (Target) เปนเปาซงคออกไซดเจอดวยอลมเนยมและอนเดยมในอตราสวน 0.5 wt% (Al2O3 0.5 wt% + In2O3 0.5 wt%) มลกษณะเปนแผนกลม มขนาดเสนผานศนยกลาง 3 นว หนา 0.7 cm 14. กระจกคอรนนง (Corning glass) ขนาด 7.5 x 2.5 cm2 หนา 0.10 cm ผลตโดยบรษทคอรนนง (CORNING) ประเทศสหรฐอเมรกา 15. ชดวดความตานทานไฟฟา (Four point probe) รน RM3 ผลตโดยบรษทแจนเดล (JANDEL) ประเทศองกฤษ สถานทตงอปกรณ ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกสและคอมพวเตอรแหงชาต (NECTEC) 16. เครองวดพาหะสารกงตวน า ฮอ ลลเอฟเฟค (Hall effect measurements) ผลตโดยบรษทอโคเปย (ECOPIA) รน HMS-3000 สถานทตงอปกรณ ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกสและคอมพวเตอรแหงชาต (NECTEC) 17. เครองวดความหนาฟลม (Surface profiler) ผลตโดยบรษทวโก (Veeco) รน Dektak 150 สถานทตงอปกรณ สถาบนพฒนาเทคโนโลยพลงงานแสงอาทตย (SOLARTEC) 18. เครองทดสอบการสงผานแสง (UV-VIS spectrophotometer) ผลตโดยบรษทเพอรกนเอลเมอร (PerKin Elmer) Version 2.85.04 สถานทตงอปกรณ ภาควชาฟสกส มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ (ประสานมตร) 19. เครองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope : SEM) ผลตโดยบรษทฮตาช (Hitachi) รน S4700 สถานทตงอปกรณศนยเทคโนโลยไมโครอเลกทรอนกส(TMEC)

3.3 สถำนทด ำเนนงำนวจย 1. ภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ 2. ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกสและคอมพวเตอรแหงชาต (NECTEC) 3. ศนยเทคโนโลยไมโครอเลกทรอนกส (TMEC) 4. สถาบนพฒนาเทคโนโลยพลงงานแสงอาทตย (SOLARTEC)

49

3.4 ขนตอนกำรด ำเนนกำรทดลอง 1. กำรเตรยมแผนรองรบ แผนรองรบทใชในการทดลองเปน กระจกคอรนนง (corning glass) ขนาด 7.5 x 2.5 cm2 หนา 0.10 cm ผลตโดยบรษทคอรนนง ประเทศสหรฐอเมรกา แผนรองรบเหลานกอนน ามาศกษาหรอเคลอบฟลมจะตองน ามาท าความสะอาดสงสกปรกไดแก คราบฝ นไขมน สารอนทรยตางๆ เพอใหไดผวกระจกทสะอาดท าใหฟลมทเคลอบยดตดแนนลงบนผวกระจก ซงมขนตอนการท าความสะอาด ดงน การท าความสะอาดแผนรองรบโดยเรมจากน าชนกระจกลางดวยน ายาลางจาน เพอขจดฝ นและคราบไขมนแลวลางออกดวยน าเปลา แลวลางออกดวยน า กลน (DI) น าชนงานไปอลตราโซนกดวนน า กลน เปนเวลา 30 นาท อลตราโซนกดวยอะซโตน 30 นาท แลวน าไปอลตราโซนคตอดวย ไอโซโพรพลแอลกอฮอล (IPA) อก 30 นาท น าชนงานขนโดยใชคมคบ และเชดใหแหงดวยกระดาษเชดเลนสจนแหงสะอาด ถา ยงมคราบสกปรกอย ใหน ากลบไปท าความสะอาดใหมในขนตอนการอลตราโซนกดวยน า DI 30 นาท ชนงานทสะอาดจะน าไปเกบไวในกลองเกบชนงานทมดชด ขนตอนการลางกระจกแสดงดงภาพประกอบ 28 2. กำรเตรยมฟลมบำง AIZO การเตรยมฟลมบาง AIZO โดยวธ ดซ แมกนตรอนสปตเตอรง จากเปา ZnO เจอดวย Al และIn ซงมลกษณะเปนแผนกลม ขนาดเสนผานศนยกลาง 3 นว หนา 0.7 cm เคลอบบนแผนรองรบทเปนกระจกคอรนนง (Corning glass) ขนาด 7.5 x 2.5 cm2 หนา 0.10 cm ผลตโดยบรษทคอรนนง ประเทศสหรฐอเมรกา และใชกาซอารกอน (Ar) 99.99 % เปนกาซพลาสมา โดยควบคม การไหลของกาซดวยวาลวรเขม (Needle valve) ในการทดลองจะมตวแปรตาง ๆ ของการเคลอบ ฟลมทตองพจารณา ไดแก ค วามดนกาซอารกอน ก าลงไฟฟาทใหแก ระบบ และระยะหางระหวางเปากบ แผนรองรบ เปนตน ซงในงานวจย ไดควบคมเวลาในการเคลอบฟลมคงทท 30 นาท แลวน าฟลม ทเตรยมตามเงอนไข ตางๆไปศกษาสมบตทาง ไฟฟา สมบตทางแสง และโครงสรางจลภาค โดยมรายละเอยดการเตรยมฟลมดงน

50

ภาพประกอบ 28 แผนภาพไดอะแกรมแสดงการท าความสะอาดกระจกชนงาน

กระจกชนงาน

ลางดวยน า DI

เกบชนงาน

สะอาด

ไมสะอาด

อลตราโซนกดวยอะซโตน 30 นาท

อลตราโซนกดวย IPA 30 นาท

ตรวจสอบความสะอาดดวยตา

ท าความสะอาดชนงานดวยน ายาลางจานแลวลางดวยน าเปลา

อลตราโซนกดวยน า DI 30 นาท

51

1. ท าความสะอาดภายในภาชนะสญญากาศ (Chamber) โดยเกบเศษฝ นผง และ เชดท าความสะอาดคราบสกปรกภายในทเกดขนขณะสปตเตอร ในครงทผานมาออกใหหมดดวยยาขดโลหะ (Wenol) เชดซ าดวยอ ะซโทน (Acetone) จนคราบสกปรกห มด แลวเชดตามดวย ไอโซโพรพลแอลกอฮอล (IPA) ใชอลมเนยมฟอยลบผนงดานในภาชนะสญญากาศ เพอปองกนคราบ ตดตามผนงขณะสปตเตอร 2. น ากระจกทผานกระบวนการท าความสะอาดแล ว น ามาวางทแทนวางแผนรองรบ ซงอยดานลางของภาชนะสญญากาศ และเปนขวบวก (Anode) โดยมเปา ZnO เจอดวย Al กบ In ทอยดานบนและเปนขวลบ (Cathode) ดงภาพประกอบ 29 ก าหนดระยะหางระหวางเปากบ แผนรองรบเปน 7 10 13 และ 16 cm ตามล าดบ กอนท าการสปตเ ตอรตองปดเปาดวยชตเตอร (Shutter) ทท าดวยอลมเนยม แลวปดฝาภาชะสญญากาศใหสนท 3. เปดสวตซเครองท าความเยน และระบบน าหลอเยน เพอระบายความรอน ของ เครองสบแบบแพรไอ (Diffusion pump : DF) และขวลบ (Cathode) ขณะท าการสปตเตอร 4. เปดสวตควบคมเครองสปตเตอร ง เปดระ บบปมเรมจากเปด สวต ซเครองสบกล (Rotary pump : RP) เปดเครองสบแบบแพรไอ (Diffusion pump : DF) ปมจนไดความดนท 6 x 10-5 mbar 5. เปดระบบกาซอารกอน (Ar) หมนเปดวารวทถงกาซและปรบปรมาตรการปลอยก าซ ใหไดความดนกาซทตองการตามเงอนไข ดงน 3 x 10-2 5 x 10-2 7 x 10-2 9 x 10-2 และ 1 x 10-1 mbar โดยการปรบวารวรเขม (Needle valve) ควบคมความดนกาซอารกอนจนกวาจะคงท 6. เปดแหลงจายก าลงไฟฟา หมนปรบเพมความตางศกยไฟฟา (Volt) จนเกดการโกลวดจชารจ แลวปรบก าลงไฟฟาตามทตองการตามเงอนไขดงน 30 40 และ 50 W 7. ท าการพรสปตเตอร (Pre-sputter) เปนเวลา 10 นาท หลงจากนนจงท าการเคลอบฟลมบนแผนรองรบ โดยการเปดทบงเปาออกเปนเวลา 30 นาท 8. น าฟลมออกจากภาชนะสญญากาศ และตรวจสอบสมบตตางๆตอไป 3. กำรวดสมบตของฟลม AIZO 3.1 การวดสมบตทางไฟฟาของฟลม ในการวดสมบตทางไฟฟาของฟลมไดแก สภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะดงตอไปน 3.1.1 วดความตานทานไฟฟาดวย เทคนคโฟรพอยทโพรบ (Four point probe) ในขนตอนน จะเปนการ วดความตานทานไฟฟาดวย เทคนค โฟรพอยทโพรบ เรมจากน าชนงานตวอยางตดใหไดขนาด

52

ภาพประกอบ 29 แสดงระบบ ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง

AIZO Target

Plasma

AIZO atom

Base plate

Substrate ; Corning glass

Film growth

Sputteringg

Ar

Ground

Water Cooled

DC Power Supply

Cathode

Anode

N N S

Ar+ e-

Rotary Pump

In

Diffusion Pump

valve valve

53

ภาพประกอบ 30 ระบบการวดของเครองโฟรพอยทโพรบ

ทมา: Images scientific instruments. (2007). The four point electrical probe. (online)

1.0 x 1.0 cm2 แลวจงท ามาวดดวยเทคนค โฟรพอยทโพรบ โดยการปอนไฟฟากระแสตรง เขาโพรบ 1 และ 4 ก าหนดกระแสคงทท 1 A แลววดความตางศกยไฟฟาระหวางโพรบ 2 และ 3 ดวยมเตอรระบบดจตอล ดงภาพประกอบ 30 แลวระบบกจะค านวณคาความตานทานไฟฟาออกมาใหอตโนมต น าคาความตานทานทไดไปค านวณหาคาสภาพตานทานไฟฟาโดยใชสมการ (2.9) 3.1.2 วดความคลองตวของพาหะและความหนาแนนของพาหะ ในขนตอนนท ากา รวดความคลองตวของพาหะและความหนาแนนของพาหะ ดวยการวด ฮอลลเอฟเฟค (Hall effect measurements) เตรยมชนงานโดยตดชนงานทมความสมมาตรขนาด 1.0 x 1.0 cm2 โดยเลอกชนงานทมความหนาสม าเสมอ เนอผวเรยบไมมรอยแยก น าชนงานยดตดกบขวไฟฟาทง 4 มม เพอตรวจสอบ ดงภาพประกอบ 31 ปอนกระแสไฟฟา 1 nA เพอวดความคลองตวของพาหะและความหนาแนนของพาหะ 3.2 การวดคาการสงผานแสงของฟลม ขนตอนนเปน การวดคาการสงผานแสง ของฟลม สามารถวดโดยเครองทดสอบการ สงผานแสง (UV-VIS spectrophotometer) ซงเปนแบบล าแสงค แสงออกจากแหลงก าเนด (Deuterium

Voltage

Digital

A

V

Ammeter dc power supply

Voltmeter

Propes

1 2 3 4 Current Probe

Current Probe

54

ภาพประกอบ 31 เชอมคอนแทคกบชนงาน

ภาพประกอบ 32 การวดสมประสทธการดดกลนแสง ทมา: พรรณทพย ตงปรยารกษ. (2551). เครองตรวจวดสารดวยการดดกลนแสง. (ออนไลน)

Mirror 1

Mirror 4

Mirror 3

Diffraction Grating Light Source UV

Light Source VIS Slit 1

Slit 2 filter

Half Mirror Mirror 2

Reference Beam

Sample Beam

Reference Cuvette

Cuvette Sample

Lens 1

Lens 2

Detector 1

Detector 2

I

I0

55

lamp, D2 or Halogen lamp ,WI) จะกระทบกบกระจก (Mirror 1) แลวเปลยนเปนแสงเอกรงคโดยดฟแฟรคชนเกรทตง (Diffraction Grating) จากนนแสงจะเคลอนทกระทบกระจก (Mirror 2) กระจกสะทอนแสง 50% (Half Mirror) จะแยกแสงออกเปนสองล า ล าแรกไปกระทบกระจก (Mirror 4) ล าแสงนจะสะทอนไปยงแผนรองรบอางอง (Reference) ไปยงตวตรวจวด (Detector 2) อกล ากระทบกระจก (Mirror 3) สะทอนไปยงแผนรองรบตวอยาง (Sample) ตวตรวจวด (Detector 1) ดงภาพประกอบ 32 ซงจะท าการวดการสงผานแสงทความยาวคลนแสงตกกระทบซงสามารถเปลยนแปลงชวงความยาวคลนไดในชวง 190 – 1100 nm 3.3 การวดคาเฮซ (Haze) การทดลองนไดท าการวดคา เฮซของฟลมบาง AIZO โดยเครองทดสอบการสงผานแสง (UV-VIS spectrophotometer) โดยมขนตอนดงภาพประกอบ 33

ภาพประกอบ 33 แสดงการเตรยมชนงานวดคาเฮซ (Haze)

เตรยมชนงานทผานการกดดวยกรด HCl ทเวลาตางๆ กน

วดคาการกระเจงจากการสงผานแสง ( diffT ) ทพนผวของชนงานทมมมกระเจงมากกวา 5 องศา

หยดไดโอโดมเทน (Diiodomethane : CH2I2) ลงบนฟลมทมพนผวขรขระ ปดทบดวยกระจกบาง (Cover glass) เพอเปนการลด การดกแสง (Light

trapping) ภายในอนเตอรเฟส (Interface)

วดคาสงผานแสงรวมทงหมด ( totalT ) น ามาค านวณหาคาเฮซโดยใชสมการ (2.45)

56

3.4 การวเคราะหโครงสราง จลภาคโดยใชกลองอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope : SEM) ในการทดลองนไดท าการวเคราะหโครงสรางจลภาคของฟลมบาง AIZO ดวยเครอง SEM เพอศกษาภาพตดขวาง (cross-section) และพ นผวของฟลม โดยการเตรยมชนงานกอนน าไปถายภาพดวยกลอง SEM ดงภาพประกอบ 34

ภาพประกอบ 34 แสดงการเตรยมชนงานกอนน าไปวดโครงสรางพนผวของฟลม

ทากาวเงน (Silver paint) ดานหลงชนงาน เพอใหเกดการน าไฟฟา

ตดชนงานใหไดขนาด 1.0 x 1.0 cm2

ตดชนงานลงบนแทนวางชนงานทองเหลอง

เคลอบผวหนาชนงานดวยวธสปตเตอรดวยทอง (Gold sputtering) เพอใหเกดการน าไฟฟาแบบครบวงจรตอชนงาน

ตรวจสอบชนงานดวยเครอง SEM เพอดโครงสรางพนผวของฟลม

ตดชนงานใหไดขนาด 1.0 x 1.0 cm2 ตดชนงานใหไดขนาด 1.0 x 1.0 cm2

57

3.5 วดความหนาของฟลม วดความหนาของฟลมดวย เครองวดความหนา ฟลม (Surface profiler) ดงภาพประกอบ 35เตรยมชนงานกอนน าไปวด โดย กดฟลมดวยกรด ไฮโดรคลอรก (hydrochloric) ความเขมขน 0.5 เปอรเซนตโดยปรมาตร กดฟลมใหเปนรองลกลงไปถงผว แผนรองรบ แลวน าชนงานไปวางบนแท นวางบนเครอง โดยจะมกลองจลทรรศนเปนตวสองใหเหนพนผวฟลมและแสดงภาพบนหนาจอคอมพวเตอร และระบต าแหนงทตองการวด โดยเครองจะวดโดยการลากโพรบขนาดเลกๆ ผานพนผวฟลมทขรขระ แลวประมวลคาความหนาทไดออกมา

ภาพประกอบ 35 เครองวดความหนาฟลม (Surface profiler) รน Veeco Dektak 150

ทมา: Veeco instruments. (2006). Dektak 150. (online).

บทท 4 ผลการทดลองและการวเคราะหผล

ในบทน จะน าเสนอผลการทดลองทไดจากการทดลองในบทท 3 โดยเรมจากการวเคราะห ผลของระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ ความดน และก าลงไฟฟาทมตอความหนาของฟลม จากนนวเคราะหสมบตทางไฟฟาของฟลมโดยใชเทคนคโฟรพอยท โพรบ (Four point probe) และเทคนคฮอลลเอฟเฟค (Hall effect measurements) โดยศกษาสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความเขมขนของพาหะ วเคราะหสมบตทางแสงดวยเครองวดคาการสองผานแสง (UV – visible spectrometer) แบบล าแสงค เพอตรวจสอบคาการสงผานแสงของฟลม แลวศกษาพนผวของฟลมบางโดยใชกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope : SEM) สดทายวเคราะหคาเฮซ (Haze) สมบตทางไฟฟาและพนผวของฟลมบางอกครงหลงจากทกดฟลมใหขรขระดวยกรดไฮโดรคลอรก (Hydrochloric : HCl) 4.1 ผลการทดลองและวเคราะหผลของระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ ความดน และก าลงไฟฟาทมตอความหนาของฟลม

จากการใชเปาเซรามกส AIZO เพอเตรยมฟลมบาง AIZO ดวยเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรงนน พบวาทกเงอนไขการสปตเตอรงจะไดฟลมบางโปรงใ สบนแผนรองรบ โดยมความหนาตางกนซงขนกบเงอนไขการเตรยมฟลมดงน

4.1.1 ผลของระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบและความดนทมตอความหนาของฟลม อนดบแรกวเคราะหถงปจจยทมอทธพลตอคณสมบตและการทบถมของฟลม จากภาพประกอบ 36 แสดงถงอทธพลของระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบและความดนขณะสปตเตอรทสงผลตอการทบถมของฟลม พบวาเมอความดนเพมขน ความหนาของฟลมมแนวโนมลดลง โดยเหนไดชดเจนเมอระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 13 และ 16 cm ตามล าดบ ซงอธบายไดจากเมอใหศกย ไฟฟาระหวางอาโนดและคาโทดจนถงแรงดนพงทลาย พลงงานของประจถกเรงภายใตสนามไฟฟาจะมคาสงขน สามารถชนกบโมเลกลของกาซอารกอนซงเปนกาซเฉอยในภาชนะสญญากาศท าใหโมเลกลของกาซอารกอนเกดการแตกตวเปนอเลกตรอนและไอออนบวก เกดการไอออไนซกาซอยางตอเน องและมปรมาณมาก ไอออนบวกจะเขาไปชนกบเปาซงอยทขวคาโทด เกดการถายเทโมเมนตมท าใหอะตอมของเปาถกสปตเตอรออกมาและตกลงบนแผนรองรบ เมอความดน

59

เพมขนท าใหมไอออนของอารกอนในพลาสมาเพมขน จงท าใหอะตอมของเปาทถกสปตเตอรออกมาชนกบไอออนของอารกอนในพลาสมาและสญเสยพลงงานเนองจากการชน และมพลงงานไมพอทจะตกลงบนแผนรองรบ ท าใหอตราการทบถมลดลง ความหนาของฟลมจงลดลงตามล าดบ และระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบทตางกนยงสงผลตอคาความหนาของฟลม โดยระยะหางมาก ความหนาของฟลมลดลง ทงนเนองจากทระยะหางมาก อะตอมของเปาทถกสปตเตอรออกมามโอกาสสญเสยพลงงานจากการชนกบ ไอออนของอารกอนในพลาสมามากกวาทระยะใกลท าใหอตราการทบถมลดลง ความหนาของฟลมจงลดลง โดยทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 7 cm จะใหอตราการทบถมดทสด (25-32 nm/min) โดยฟลมมความหนาระหวาง 750-950 nm เมอความดนขณะสปตเตอรอยในชวง 0.03-0.1 mbar ทงนเนองจากระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบใกลกน ท าใหอะตอมของเปาทถกสปตเตอรออกมาตกลงบนแผนรองรบโดยไมสญเสยพลงงานเนองจากการชนกบไอออนของอา รกอนจงใหอตราการทบถมด จากผลทไดแสดงใหเหนถงระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบและความดนขณะสปตเตอรนนมผลตออตราการทบถมของฟลมซงสอดคลองกบทฤษฏการกอเกดฟลมบาง (Bunshah, R.F; et al. 1982: 213) โดยสามารถปรบเงอนไขนเพอใหไดความหนาขอ งฟลมตามทตองการได 4.1.2 ผลของก าลงไฟฟาและความดนทมตอความหนาของฟลม จากภาพประกอบ 37 แสดงถงอทธพลของก าลงไฟฟาและความดนทมตอการทบถมของ ฟลม โดยเตรยมฟลมทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm ดวยก าลงไฟฟา 30 40 และ 50 W ทความดนตางๆ พบวาตวอยางทเตรยมดวยก าลงไฟฟา 30 W เมอเพมความดนความหนาของฟลมจะลดลงตามล าดบ โดยมผลการทดลองทสอดคลองกนทงหมดไมวาจะเปนการเตรยมดวยก าลงไฟฟา 40 หรอ 50 W และสอดคลองกบผลการทดลองท 4.1.1 จากการทดลองก าลงไฟฟาสงผลตอควา มหนาของฟลมเชนกน โดยฟลมทเตรยมดวยก าลงไฟฟาสงกวาจะมความหนาเพมขนตามล าดบในทกตวอยางทเตรยมดวยความดนเดยวกน เนองจากก าลงไฟฟาทเพมขนจะชวยเรงไอออนใหเคลอนทดวยพลงงานสงเมอเกดการชนและถายเทโมเมนตมกบอะตอมผวหนาเปาจะสง ผลใหอะตอมผวหนาเปามพลงงานการเคลอนททสงขณะตกเคลอบบนแผนรองรบ (Chapman, B. 1980: 206,406) จงท าใหไดฟลมทมความหนากวาตวอยางทเตรยมดวยก าลงไฟฟาต าซงสอดคลองกบทฤษฎการโกลวดสชารจ โดยจากการทดลองฟลมทเตรยมดวยก าลงไฟฟา 50 W ทความดนต าในชวง 0.03-0.05 mbar จะใหฟลมทมความหนาสงสด (>700 nm) โดยมอตราการทบถมในชวง 24 nm/min

60

0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Th

ickn

ess (

nm

)

Pressure (mbar)

7 cm

10 cm

13 cm

16 cm

ภาพประกอบ 36 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอความหนาของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 40 W โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 7 10 13 และ 16 cm ตามล าดบ

0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Pressure (mbar)

Th

ickn

ess (

nm

)

30 W

40 W

50 W

ภาพประกอบ 37 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอความหนาของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 30 40 และ 50 W โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm

61

4.2 สมบตทางไฟฟา

ศกษาสมบตทางไฟฟาของฟลมโดยใชเทคนคโฟรพอยทโพรบ (Four point probe) และเทคนคฮอลลเอฟเฟค (Hall effect measurements) โดยศกษาสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะ

4.2.1 ผลของระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบและความดนทมตอ สภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะ

จากภาพประกอบ 38 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 40 W โดย มระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 7 cm ซงมคาสภาพตานทานไฟฟาในชวง 6.39 x 10-2 – 3.10 x 10-3

Ωcm ความหนาแนนของพาหะ 4.66 x 1016 – 2.76 x 1017 cm-3 และคาความคลองตวของพาหะ 4.04 x 102 – 4.95 x 103 cm2/ Vs เมอเพมความดนคาความคลองตวของพาหะและสภาพตานทานไฟฟาลดลงแตความหนาแนนของพาหะมแนวโนมคงท โดยความคลองตวของพาหะ จะสงผลตอคา สภาพตานทานไฟฟา อยางชดเจน เมอความดนเพมขน คาความคลองตวของพาหะมปรมาณมากจะสงผลใหคา สภาพตานทานไฟฟา มคาลดลง เนองจากพาหะอเลกตรอนมความสามารถในการเคลอนทจากแถบวาเลนซไปยงแถบการน าไฟฟาไดดขน เมอเพมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 13 และ 16 cm ดงภาพประกอบ 39 40 และ 41 ตามล าดบ พบวาการเพมความดน คาสภาพตานทานไฟฟามแนวโนมเพมขน โดยคาความคลองตวของพาหะและความหนาแนนของพาหะมอทธพลตอสภาพตานทานไฟฟาทงค เมอความคลองตวของพาหะและความหนาแนนของพาหะลดลงจะสงผลใหคาสภาพตานทานไฟฟามแนวโนมเพมขน

62

ภาพประกอบ 38 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 40 W โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 7 cm


0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Pressure (mbar)

Re

sis

tivity (

cm

)

Resistivity

Mobility

carrier

10-1

100

101

102

103

104

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

40 W , 10 cm

ca

rrier c

on

ce

ntra

tion

(cm

-3)

Mo

bility

(cm

2/ Vs)

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Resistivity

Mobility

carrier

Pressure (mbar)

Re

sis

tivity (

cm

)

10-1

100

101

102

103

104

ca

rrier c

on

ce

ntra

tion

(cm

-3)

Mo

bility

(cm

2/ Vs)

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

40 W , 7 cm

63



0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Resistivity

Mobility

carrier

10-1

100

101

102

103

104

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

40 W , 16 cm

ca

rrier c

on

ce

ntra

tion

(cm

-3)

Mo

bility

(cm

2/ Vs)

Pressure (mbar)

Re

sis

tivity (

cm

)

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Resistivity

Mobility

carrier

10-1

100

101

102

103

104

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

40 W , 13 cm

ca

rrier c

on

ce

ntra

tion

(cm

-3)

Mo

bility

(cm

2/ Vs)

Pressure(mbar)

Re

sis

tivity (

cm

)

64

พจารณากราฟความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและ ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบทมตอสภาพตานทานไฟฟาของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 40 W ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 7 10 13 และ 16 cm ดงภาพประกอบ 42 พบวาทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 13 และ 16 cm คาสภาพตานทานไฟฟามแนวโนมเพมขนตามความดนทเพมมากขน เนองจากเมอเพมความดน อะตอมจะมพลงงานในการทบถมฟลมต า เนองจากสญเสยพลงงานจลนจากการชนกบไอออนในพลาสมา โดยทบถมเปนกลมกระจดกระจายไมเชอมตอกนระหวางกลมอะตอม AIZO ท าใหเกดลกษณะฟลมบางนอยกวา 400 nm และคาสภาพตานทานไฟฟาสง ซงสอดคลองกบขอมลของภาพประกอบ 36 ขณะทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ สนเปน 7 cm สภาพตานทานไฟฟามแนวโนมลดต าลงเมอความดนเพมมากขน โดยมคาต าสดอยางเหนไดชดเจน (3.10 x 10-3 Ωcm) ทความดน 0.07 mbar ซงอธบายไดจากพลงงานของอะตอมทถกสปตเตอรเมอทบถมบนแผนรองรบ เมอเพมความดนจะท าใหเกดการแตกตวของไอออนในพลาสมามากขน และท าใหอะตอม AIZO ทถกสปตเตอรออกมามากและพลงงานจลนของอะตอมสารเคลอบเพมขน มสมประสทธการแพรสง เนองจากทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบสน อะตอม AIZO จะไมสญเสยพลงงานเนองจากการชนกบไอออนในพลาสมา ท าใหเคลอนทไปไดทวบรเวณผวทมพนทวาง ซงจะท าใหฟลมทไดหนาทบและมสภาพตานทานไฟฟาต า ภาพประกอบ 43 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและ ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบทมตอความคลองตวของพาหะของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 40 W ซงพบวาทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 7 cm มคาความคลองตวของพาหะสงตลอดทกชวงความดน โดยสงถง 4.95 x 103 cm2/ Vs เมอเตรยมทความดน 0.03 mbar ขณะทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 13 และ 16 cm ความคลองตวของพาหะอ ยในชวง 3.37 cm2/ Vs – 3.54 x 102 cm2/ Vs เมอคาความคลองตวของพาหะสงกจะสงผลใหมคาสภาพ ตานทาน ไฟฟาต า เนองจากพาหะอเลกตรอนสามารถเคลอนทจากแถบวาเลนซไปยงแถบน าไดด ท าใหเกดการน าไฟฟาสงขน ซงสอดคลองกบคาสภาพตานทานไฟฟาดงภาพประกอบ 42 ภาพประกอบ 44 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและ ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบทมตอความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 40 W ซงพบวาทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 7 10 13 และ 16 cm คาความหนาแนนของพาหะมแนวโนมใกลเคยงกน โดยอยในชวง 2.5 x 1015– 3.94 x 1017 cm-3 ยกเวนทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 0.03 mbar ซงมคาความหนาแนนของพาหะสงทสดเปน 5.91 x 1019 cm-3 และทความดน 0.01 mbar ซงมความหนาแนนของพาหะต าสดเปน 5.73 x 1015 cm-3 ตามล าดบ

65

ภาพประกอบ 42 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและระยะหางระหวางเปากบ แผนรองรบทมตอสภาพตานทานไฟฟาของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 40 W ภาพประกอบ 43 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและระยะหางระหวางเปากบ แผนรองรบทมตอความคลองตวของพาหะของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 40 W

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Re

sis

tivity (

cm

)

Pressure (mbar)

7 cm

10 cm

13 cm

16 cm

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10-1

100

101

102

103

104

7 cm

10 cm

13 cm

16 cm

Pressure (mbar)

Mo

bili

ty (

cm

2/ V

s)

66

ภาพประกอบ 44 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและระยะหางระหวางเปากบ แผนรองรบทมตอความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 40 W

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

7 cm

10 cm

13 cm

16 cm

Pressure (mbar)

ca

rrie

r co

nce

ntr

atio

n (

cm

-3)

67

4.2.2 ผลของก าลงไฟฟาและความดนทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะ

พจารณาความดนขณะสปตเตอรงทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO โดยเตรยมทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ก าลงไฟฟา 30 40 และ 50 W ดงภาพประกอบ 45 46 และ 47 ตามล าดบ พบวาเมอความดนเพมขนคาสภาพตานทานไฟฟามแนวโนมสงขน ความคลองตวของพาหะมแนวโนมลดต าลง สวนคาความหนาแนนของพาหะมแนวโนมคงทตลอด ชวงความดน ยกเวนทก าลงไฟฟา 40 W ความดน 0.03 และ 0.10 mbar คาความคลองตวของพาหะสงผลตอคาสภาพตานทานไฟฟา โดยมลกษณะแปรผกผนกน ปรมาณคาความคลองตวของพาหะทมากจะสงผลใหพาหะอเลกตรอนมความสามารถในการเคลอนทจากแถบวาเลนซไปยงแถบการน าไฟฟาไดด จงท าใหเกดการน าไฟฟาทด สภาพตานทานไฟฟาต า เมอเปรยบเทยบสภาพตานทานไฟฟาของฟลมเตรยมทก าลงไฟฟาตางกน ดงภาพประกอบ 48 เมอเพมก าลงไฟฟา คาสภาพตานทานไฟฟาจะมคาลดต าลงซงสมพนธกบความหนาดงภาพประกอบ 37 โดยมคาต าสด เปน 2.57 x 10-4 Ωcm เมอเตรยมทก าลงไฟฟา 50 W ความดน 0.03 mbar โดยการใหก าลงไฟฟาเพมขนจะชวยเรงไอออนใหเคลอนทดวยพลงงานสงเมอเกดการชนและถายเทโมเมนตมกบอะตอมผวหนาเปาจะสงผลใหอะตอมผวหนาเปามพลงงานการเคลอนททสงขณะตกเคลอบบนแผนรองรบจงท าใหไดฟลมทมความหนา เนอฟลมมความตอเนองและสม าเสมอมากกวา ตวอยางทเตรยมดวยก าลงไฟฟาต า ท าใหพาหะอเลกตรอนสามารถเคลอนทไดด สงผลใหฟลมมคาสภาพตานทานไฟฟาต า ภาพประกอบ 49 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและ ก าลงไฟฟาทมตอความคลองตวของพาหะของฟลม AIZO โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ซงพบวาทความดนเพมมากขนคาความคลองตวของพาหะมแนวโนมลดต าลง โดยแปรผกผนกบสภาพตานทานไฟฟาดงภาพประกอบ 48 โดยเมอคาความคลองตวของพาหะมคาสงจะสงผลใหคาสภาพต านทานไฟฟาต า ภาพประกอบ 50 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและ ก าลงไฟฟาทมตอความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm พบวาคาความหนาแนนของพาหะของก าลงไฟฟา 30 40 และ 50 W มคาใกลเคยงกนในชวง 4.0 x 1016 – 2.92 x 1017 cm-3 ยกเวนก าลงไฟฟา 40 W ความดน 0.03 mbar และ 0.1 mbar ซงใหคาความหนาแนนของพาหะสงสดเปน 5.91 x 1019 cm-3 และต าสดเปน 3.5 x 1015 cm-3

68

ภาพประกอบ 45 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 30 W โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm ภาพประกอบ 46 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 40 W โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Pressure (mbar)

Re

sis

tivity (

cm

)

Resistivity

Mobility

carrier

10-1

100

101

102

103

104

Mo

bility

(cm

2/ Vs)

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

30 W , 10 cmca

rrier c

on

ce

ntra

tion

(cm

-3)

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Pressure (mbar)

Re

sis

tivity (

cm

)

Resistivity

Mobility

carrier

10-1

100

101

102

103

104

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

40 W , 10 cm

ca

rrier c

on

ce

ntra

tion

(cm

-3)

Mo

bility

(cm

2/ Vs)

69

ภาพประกอบ 47 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO เตรยมทก าลงไฟฟา 50 W โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm ภาพประกอบ 48 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและก าลงไฟฟาทมตอสภาพ ตานทานไฟฟาของฟลม AIZO โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Resistivity

Mobility

carrier

10-1

100

101

102

103

104

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

50 W , 10 cm

ca

rrier c

on

ce

ntra

tion

(cm

-3)

Mo

bility

(cm

2/ Vs)

Pressure (mbar)

Re

sis

tivity (

cm

)

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Pressure(mbar)

Re

sis

tivity (

cm

)

30 W

40 W

50 W

70

ภาพประกอบ 49 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและก าลงไฟฟาทมตอความ คลองตวของพาหะของฟลม AIZO โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm ภาพประกอบ 50 แสดงความสมพนธระหวางความดนขณะสปตเตอรงและก าลงไฟฟาทมตอความ หนาแนนของพาหะของฟลม AIZO โดยมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

ca

rrie

r co

nce

ntr

atio

n (

cm

-3)

Pressure (mbar)

30 W

40 W

50 W

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10-1

100

101

102

103

104

Mo

bility (

cm

2/ V

s)

Pressure(mbar)

30 W

40 W

50 W

71

4.3 สมบตทางแสง เมอวดคาการสงผานแสง ของฟลม AIZO ดวยเครองวดคาการสองผาน แสง (UV – visible spectrometer) แบบล าแสงค ไดขอมลดงภาพประกอบ 51 ซงแสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนและคาการสงผานแสงของฟลม AIZO เตรยมทความดน 0.03 mbar โดยพบวาฟลมทเตรยมไดทงหมดมการสงผานแสงในชวงความยาวคลน 400-1100 nm โดยฟลมเตรยมทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 7 cm มคาเปอรเซนตการสงผานแสงเฉลย 48 % โดยฟลมมลกษณะสด าไมโปรงใสและฟลมเตรยมทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 13 และ 16 cm มคาเปอรเซนตการสงผานแสงเฉลย 78-93 % รวแทรกสอดทเกดขนมลกษณะเป นคลนรปไซนเกดจากความหนาของฟลม ฟลมทมความหนามากจะเกดนวตนรง เมอวดคาสงผานแสงจะปรากฎเปนลกษณะคลนรปไซนอยางชดเจน เมอท าการเปลยนเงอนไขการสปตเตอรโดยการเพมความดนเปน 0.05 mbar ดงภาพ ประกอบ 52 ซงแสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนและคาการสงผานแสงของฟลม AIZO พบวาฟลมทเตรยมไดทงหมดมคาการสงผานแสงเฉลย 72-93 % ในชวงความยาวคลน 400-1100 nm คาเปอรเซนตการสงผานแสงเฉลยมคาเพมมากขนเนองจากฟลมมความหนาลดลง โดยอธบายไดจาก เมอความดนเพมขนท าใหม ไอออนของอารกอนในพลาสมาเพมขน จงท าใหอะตอมของเปาทถกสปตเตอรออกมาชนกบไอออนของอารกอนในพลาสมาและสญเสยพลงงานเนองจากการชน แ ละมพลงงานไมพอทจะตกลงบนแผนรองรบ ท าใหอตราการทบถมลดลง ความหนาของฟลมจงลดลงตามล าดบ ลกษณะผลการทดลองทไดเมอเปลยนเงอนไขการสปตเตอรงทความดน 0.07 0.09 และ 0.1 mbar สอดคลองกนดงภาพประกอบท 52 53 54 และ 55 จากกราฟจะเหนไดวาฟลมทเต รยมดวยก าลงไฟฟาท 40 W เมอเพมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบมากขน จะสงผลตอการเลอนต าแหนงของขอบเขตการดดกลนแสงของฟลมไปทางอลตราไวโอเลต (Ultraviolet : UV) (< 350 nm) ซงต าแหนงขอบเขตการดดกลนแสงนจะสมพนธกบชองวางแถบพลงงาน

คาชองว างแถบพลงงานนหาไดจากการน าคาการสงผานแสงทไดไปค านวณหาสมประสทธการดดกลนแสงจากสมการ 2.42 และค านวณหาชองวางแถบพลงงานจากกราฟความสมพนธระหวาง 2h กบพลงงานของโฟตอน h และประมาณคาชองวางแถบพลงงาน โดยกา รลากเสนตรงตดพลงงานโฟตอน แสดงดงภาพประกอบ 2.27 (b) คาชองวางแถบพลงงานทไดเปนตวบงบอกถงระดบพลงงานทอเลกตรอนในแถบวาเลนซตองการใชกระตนเพอยายสถานะพลงงานไปยงแถบน าไฟฟา โดยจากการทดลองพบวาคาชองวางแถบพลงงานมคาในชวง 3.3-3.65 eV ดงภาพประกอบ 56 ซงแสดงความสมพนธระหวางความดนและคาชองวางแถบพลงงานของฟลมบาง AIZO เตรยมทเงอนไขตางๆ

72

คาชองวางแถบพลงงานนจะเปนตวก าหนดต าแหนงในการปลดปลอยพลงงานออกมาในรปของแสง โฟตอน เมอพลงงานทไดรบจากชวงความยาวคลนแสงทตกกระทบมค านอยกวาคาชองวางแถบพลงงานของฟลม AIZO ฟลมกจะสงผานแสงออกมาทงหมด จงเกดการสงผานแสงทต าแหนงความยาวคลนทตางกน โดยปรกตฟลม ZnO ทไมเจอสารจะมชองวางแถบพลงงานทประมาณ 3.37 eV (Madelung. 1992. 26) เมอเทยบกบฟลม AIZO พบวาฟลม AIZO มการเลอนขนของชองวางแถบพลงงาน โดยจะชวยเพมชวงการสงผานแสงของฟลมใหมากขนในชวง UV ภาพประกอบ 57 แสดงคาการสงผานแสงเฉลยในชวงความยาวคลน 400 – 1100 nm ของฟลม AIZO ทเตรยมดวยเงอนไขในการทบถมฟลมทตางกน จะพบวาฟลมเตรยม ทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 7 cm มคาการสงผานแสงเฉลยทต าในชวงความดนทนอยกวา 0.05 mbar ซงสอดคลองกบความหนาและลกษณะทางกายภาพของฟลม เมอฟลมหนาเพมขนจะดดกลนแสงมากและลดความโปรงใสลง ขณะทเมอเตรยมฟลมทเงอนไขอนๆพบว าฟลมมคาการสงผานแสงเฉลยมากกวา 80% ในชวงความยาวคลนทมองเหนได (visible) และชวงใกลอนฟราเรด (NIR)

73

ภาพประกอบ 51 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนและคาการสงผานแสงของฟลม AIZO เตรยมทความดน 0.03 mbar


300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110%

T

Wavelength (nm)

7 cm, 40 W

10 cm, 40 W

13 cm, 40 W

16 cm, 40 W

10 cm, 30 W

10 cm, 50 W

0.03 mbar

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Wavelength (nm)

% T

7 cm, 40 W

10 cm, 40 W

13 cm, 40 W

16 cm, 40 W

10 cm, 30 W

10 cm, 50 W

0.05 mbar

74

ภาพประกอบ 53 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนและคาการสงผานแสงของฟลม AIZO เตรยมทความดน 0.07 mbar ภาพประกอบ 54 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนและคาการสงผานแสงของฟลม AIZO เตรยมทความดน 0.09 mbar

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110 7 cm, 40 W

10 cm, 40 W

13 cm, 40 W

16 cm, 40 W

10 cm, 30 W

10 cm, 50 W

0.07 mbar

Wavelength (nm)

% T

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110 7 cm, 40 W

10 cm, 40 W

13 cm, 40 W

16 cm, 40 W

10 cm, 30 W

10 cm, 50 W

0.09 mbar

Wavelength (nm)

% T

75


0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11

3.25

3.30

3.35

3.40

3.45

3.50

3.55

3.60

3.65

3.70

Pressure(mbar)

Eg (e

V)

7 cm, 40 W

10 cm, 40 W

13 cm, 40 W

16 cm, 40 W

10 cm, 30 W

10 cm, 50 W

ภาพประกอบ 56 แสดงความสมพนธระหวางความดนและคาชองวางแถบพลงงานของฟลม AIZO เตรยมทเงอนไขตางๆ

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Wavelength (nm)

% T

7 cm, 40 W

10 cm, 40 W

13 cm, 40 W

16 cm, 40 W

10 cm, 30 W

10 cm, 50 W

0.01 mbar

% T

76

ภาพประกอบ 57 แสดงความสมพนธระหวางความดนและคาเฉลยการสงผานแสงของฟลม AIZO ในชวงความยาวคลน 400-1100 nm

0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11

50

60

70

80

90

100%

T

Pressure(mbar)

7 cm, 40 W

10 cm, 40 W

13 cm, 40 W

16 cm, 40 W

10 cm, 30 W

10 cm, 50 W

Average of %T (400- 1100 nm)

77

4.4 ลกษณะโครงสรางและพนผวของฟลม

จากภาพประกอบ 58 ซงแสดงภาพตดขวางและพนผวฟลมบาง AIZO ทเตรยมดวยความดน 3x10-2 7x10-2 และ 1x10-1 mbar ตามล าดบ พบวาฟล ม AIZO ทเตรยมดวยความดน 3x10-2 mbar มลกษณะการกอตวของฟลมเปนคอลมนารทหนาแนนและสม าเสมอโดยมความหนา 730 nm ลกษณะพนผวฟลมมโครงสรางแบบกรานลาร (granular) เกรนมขนาดใหญในชวง 50-150 nm โดยทคาเฉลยประมาณ 76 nm ดงภาพประกอบ 58 (a) และ (b)

ตวอยางทเตรยมดวยความดน 7x10-2 mbar การกอตวของฟลมมลกษณะเปนคอลมนารไมสม าเสมอ โดยมความหนาเปน 660 nm และลกษณะพนผวฟลมมโครงสรางแบบเปนกรานลาร เกรนมขนาดเลกเฉลย 27 nm ดงภาพประกอบ 58 (c) และ (d) และตวอยางทเตรยมดวยความดน 1x10-1 mbar เนอฟลมทกอตวขนมลกษณะไมเปนคอลมนารชดเจนและไมหนาแนน โดยเกาะกนอยางหลวมๆ มชองวางเลกๆแทรกในเนอฟลมจ านวนมากและมความหนาเปน 580 nm ลกษณะพนผวฟลมมโครงสรางแบบเปนกรานลาร เกรนมขนาดเลกเฉลย 25 nm ดงภาพประกอบ 58 (e) และ (f)

จากการทดลองพบวาความดนสงผลตอการกอตว และลกษณะพนผวของฟลมโดยทความดนต า ฟลมมลกษณะเปนคอลมนารทหนาแนน สม าเสมอและเกรนมขนาดใหญ เมอเพมความดนฟลมจะบาง ความหนาแนนนอย ลกษณะพนผวฟลมมโครงสรางแบบเปนกรานลาร เกรนมขนาดเลกลง

ภาพประกอบ 59 ซงแสดงภาพตดขวางและพนผวฟลมบาง AIZO เตรยมทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดนเปน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 30 40 และ 50 W ตามล าดบ พบวาฟลมทเตรยมดวยก าลงไฟฟา 30 W มลกษณะบาง เกาะกนอยางหลวมๆ ไมเหนเปนคอ ลมนารชดเจน โดยมความหนา 302 nm ลกษณะพนผวฟลมมโครงสรางแบบเปนกรานลาร เกรนมขนาดเลกเฉลย 23 nm ดงภาพประกอบ 59 (a) และ (b)

ตวอยางทเตรยมดวยก าลงไฟฟา 40 W มลกษณะเกาะตวกนอยางหลวมๆ มชองวางเลกๆแทรกในเนอฟลม มความหนา 562 nm ลกษณะพนผวฟลมมโครงสรางแบบกรานลาร เกรนมขนาดใหญ เฉลยประมาณ 67 nm ดงภาพประกอบ 59 (c) และ (d) และตวอยางทเตรยมดวยก าลงไฟฟา 50 W มลกษณะการกอตวของฟลมเปนคอลมนารทหนาแนนและสม าเสมอโดยมความหนา 730 nm ลกษณะพนผวฟลมมโครงสรางแบบกรานล าร เกรนมขนาดใหญในชวงประมาณ 50-150 nm คาเฉลยประมาณ 76 nm ดงภาพประกอบ 59 (e) และ (f)

จากการทดลองพบวาก าลงไฟฟามผลตอการกอตวของฟลมอยางชดเจน โดยทก าลงไฟฟาต าฟลมบาง ความหนาแนนนอย และเกรนมขนาดเลก เมอเพมก าลงไฟฟาฟลมจะมลกษณะเปนคอ ลม

78

นารทหนาแนน สม าเสมอมากขน และลกษณะพนผวฟลมมโครงสรางแบบเปนกรานลาร เกรนมขนาดใหญและชดเจนมากขน

ภาพจาก SEM แสดงใหเหนวาความดนและก าลงไฟฟาสงผลตอการเตบโตของฟลม ส าหรบฟลมทเตรยมดวยความดนสงซงมปรมาณไอออนบวกในพลาสมามาก เมอเกดการสปตเตอรงอะตอมทหลดจากผวหนาเปาจงมโอกาสสญเสยพลงงานจากการชนกบไอออนกอนตกเคลอบบนแผนรองรบ พลงงานจลนของอะตอมสารเคลอบลดลง มสมประสทธการแพรต า ท าใหเกดการเกาะกนเปนกลมกระจดกระจาย สงผลใหมอตราการทบถมต าและใหโครงสรางผลกท มลกษณะคอลมนาร มความหนาแนนนอย ขณะทฟลมเตรยมทก าลงไฟฟามาก อะตอมจะมพลงงานในการทบถมสง พลงงานจลนของอะตอมสารเคลอบเพมขน สมประสทธการแพรสง ท าใหเคลอนทไปไดทวบรเวณผวทมพนทวาง สงผลใหไดเกรนขนาดใหญ ฟลมมความหนาแนนสง

79

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f) ภาพประกอบ 58 แสดงภาพถาย SEM ของภาพตดขวางและพนผวฟลมบาง AIZO ทเตรยมดวย ก าลงไฟฟา 50 W ระยะหางระหวางเปากบ แผนรองรบ 10 cm ทความดน (a) (b) 3 x 10-2 mbar (c)(d) 7 x 10-2 mbar (e) (f) 1 x 10-1 mbar ตามล าดบ

1 µm

1 µm

1 µm

1 µm

1 µm

1 µm

80

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f) ภาพประกอบ 59 แสดงภาพถาย SEM ของภาพโครงสรางพนผวฟลมบาง AIZO ทเตรยมดวย ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดนเปน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา (a)(b) 30 W (c)(d) 40 W และ (e)(f) 50 W ตามล าดบ

1 µm

1 µm

1 µm

1 µm

1 µm

1 µm

81

4.5 คณสมบตของฟลมหลงกดดวยกรดไฮโดรคลอรก จากผลการทดลองท 4.2.2 เมอเงอนไขในการเตรยมฟลมดวยระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ก าลงไฟฟา 50 W ซงใหฟลมทมคณสมบตดทสด กลาวคอมสภาพตานทานไฟฟาเปน 2.57 x 10-4 Ωcm และการสงผานแสง 81% จงน าฟลมทเตรยมดวยเงอนไขน มากดดวยกรดไฮโดรคลอรก เพอเปนการเพมความขรขระของผวหนาฟลม โดยหลงจากกดดวยกรดฟลมมคณสมบตดงน 4.5.1 คณสมบตทางไฟฟา

พจารณาความสมพนธระหวางระยะเวลาท กดดวยกรดไฮโดรคลอรกทมตอสภาพตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% และ 0.05% ดงภาพประกอบ 60 และ 61 ตามล าดบพบวาทงสองกราฟมลกษณะคลายกนคอ คาสภาพตานทานไฟฟามแนวโนมเพมขน เมอกดฟลมดวยกรดไฮโดรคลอรกในระยะเวลาทนานขน โดยคาความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะซงแปรผกผนกนมอทธพลตอสภาพตานทานไฟฟาทงค การเพมเวลาในการกดฟลมดวยกรดท าใหความหนาของฟลมลดลงดงภาพประกอบ 62 ซงฟลมทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% และ 0.05% จะมอตราการกดกรอน (Etching rate) สงสดทระยะเวลา 5 s และลดลงตามเวลาทเพมขน โดยฟลมทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% จะมอตราการกดกรอนสงกวาฟลมทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.05% ดงภาพประกอบ 63 4.5.2 คณสมบตทางแสง

ความสมพนธระหวางความยาวคลนทมตอคาเฮซของฟลม AIZO หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% ดวยระยะเวลา 5 - 60 s ดงภาพประกอบ 64 โดยสามารถหาคาเฮซไดจากสมการ 2.45 พบวาฟลมทกดดวยระยะเวลา 5 s จะมคาเฮซสงสดเปน 53 % ทความยาวคลน 800 nm เนองจากมการกระเจงของแสงมาก ซงจะสมพนธกบลกษณะความขรขระของพนผวในหวขอ 4.5.3 เมอเปลยนเงอนไขการกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขนเปน 0.05% ดงภาพประกอบ 65 พบวามคาเฮซแนวโนมใกลเคยงกนทกชวงความยาวคลน แมกระท งฟลมทกดดวยกรดดวยระยะเวลาตางๆ โดยมคาเฮซอยในชวง 40 – 55 % ซงผลการทดลองสอดคลองกบลกษณะพนผวของฟลมดงภาพประกอบ 66 และ 67

82

ภาพประกอบ 60 แสดงความสมพนธระหวางระยะเวลาทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกทมตอสภาพ ตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO ท

เตรยมดวยระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1%

ภาพประกอบ 61 แสดงความสมพนธระหวางระยะเวลาทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกทมตอสภาพ ตานทานไฟฟา ความคลองตวของพาหะ และความหนาแนนของพาหะของฟลม AIZO ทเตรยม ดวยระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.05%

0 10 20 30 40 50 60

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Mo

bility

(cm

2/ Vs)

Re

sis

tivity (

cm

)

Etching time (s)

10-1

100

101

102

103

104

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

Resistivity

Mobility

carrier

ca

rrier c

on

ce

ntra

tion

(cm

-3)

0 10 20 30 40 50 60

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Re

sis

tivity (

cm

)

10-1

100

101

102

103

104

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

ca

rrier c

on

ce

ntra

tion

(cm

-3)

Mo

bility

(cm

2/ Vs)

Etching time (s)

Resistivity

Mobility

carrier

83

0 10 20 30 40 50 60

200

300

400

500

600

700

800

Etching time (s)

Th

ickn

ess (

nm

)

0.1 % HCl

0.05 % HCl

ภาพประกอบ 62 แสดงความสมพนธระหวางระยะเวลาทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกทมตอความหนา ของฟลม AIZO ทเตรยมดวยระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% และ 0.05%

0 10 20 30 40 50 60

0

5

10

15

20

25

30

35

Etc

hin

g r

ate

(n

m/s

)

Etching time (s)

0.1 % HCl

0.05 % HCl

ภาพประกอบ 63 แสดงความสมพนธระหวางระยะเวลาทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกทมตออตราการกด กรอนของฟลม AIZO ทเตรยมดวยระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% และ 0.05%

84

400 500 600 700 800 900 1000 1100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Ha

ze

(%

)

Wavelength(nm)

no etched

5 s

15 s

30 s

45 s

60 s

0.1 % HCl

ภาพประกอบ 64 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนทมตอคาเฮชของฟลม AIZO ทเตรยม ดวยระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% ดวยระยะเวลา 5 15 30 45 และ 60 s

400 500 600 700 800 900 1000 1100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Ha

ze (

%)

Wavelength(nm)

no etched

5 s

15 s

30 s

45 s

60 s

0.05 % HCl

ภาพประกอบ 65 แสดงความสมพนธระหวางความยาวคลนทมตอคาเฮชของฟลม AIZO ทเตรยมดวย ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจาก กดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% ดวยระยะเวลาตาง ๆ

85

4.5.3 ลกษณะพนผวของฟลม พจารณาภาพถาย SEM ของภาพโครงสรางพ นผวฟลมบาง AIZO ทเตรยมดวยระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% ระยะเวลา 5 - 60 s ดงภาพประกอบ 66 พบวาฟลมกดดวยระยะเวลา 5 และ 15 s มลกษณะเปนหลมบอขนาดเลกอย างหนาแนน และเมอเพมระยะเวลาในการกดดวยกรด พบวาฟลมจะมหลมขนาดใหญมากขนแตไมหนาแนน และเมอพจารณาเปรยบเทยบกบภาพ SEM ของฟลมทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.05% พบวาลกษณะพนผวของฟลมทกดดวยกรดระยะเวลาตางๆนน ไมแตกตางกนอยาง ชดเจน โดยพบวามหลมบอขนาดเลกและหนาแนน ดงภาพประกอบ 67 ซงลกษณะความขรขระนจะสงผลตอการกระเจงของแสงทตกกระทบ และสอดคลองกบผลการทดลองหวขอ 4.5.2 คณสมบตทางแสง

เนองจากฟลม AIZO มลกษณะพนผวของฟลมทขรขระ เมอกดดวยกรดไฮโดรคลอรกพนผวของฟลมหลดออกจนเปนหลมขนาดใหญ ท าใหมการกระเจงแสงนอย คาเฮซทไดจงมคาลดลง ซงเมอเปรยบเทยบกบฟลม AZO ทไดจากการสปตเตอรง ซงมเนอฟลมทราบเรยบไมขรขระ (T.Tohsophon; et al. 2008: 4628-4632) การกดดวยกรดไฮโดรคลอรก จะท าใหพนผวมความขรขระมากขน กระเจงแสงไดด คาเฮซจงเพมขน จะเหนไดวาฟลมทเตรยมดวยเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง ทอณหภมหองน มคณสมบตทางดานพนผวทด เนองจากฟลมมความขรขระแมไมไดท าการกดดวยกรดไฮโดรคลอรกเพอเพมความขรขระใหกบพนผวฟลม ฟลมทไดจงมความเหมาะสมทจะน าไปพฒนาเปนขวไฟฟาแบบโปรงใส (TCO) ของเซลลแสงอาทตย เพราะจะชวยเพมการกระเจงและกกเกบแสงในเซลสท าใหมประสทธภาพสงขน

86

(a) (b)

(c) (d)

(e) ภาพประกอบ 66 แสดงภาพถาย SEM ของภาพโครงสรางพนผวฟลมบาง AIZO ทเตรยมดวย ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% ระยะเวลา (a) 5 s (b) 15 s (c) 30 s (d) 45 s (e) 60 s

1 µm

1 µm

1 µm

1 µm

1 µm

87

(a) (b)

(b) (d)

(e)

ภาพประกอบ 67 แสดงภาพถาย SEM ของภาพโครงสรางพนผวฟลมบาง AIZO ทเตรยมดวย ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 10 cm ความดน 3x10-2 mbar ดวยก าลงไฟฟา 50 W หลงจากกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.05% ระยะเวลา (a) 5 s (b) 15 s (c) 30 s (d) 45 s (e) 60 s

1 µm

1 µm

1 µm

1 µm

1 µm

บทท 5 สรปผลการวจย

สรปและอภปรายผลการวจย จากการทดลองพบวา ฟลมบาง AIZO เตรยมโดย เทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเต อรงจากเปาเซรามกส ZnO เจอดวย Al และ In ในปรมาณ 0.5 wt% ดวยเงอนไขการสปตเตอรทแตกตางกน จะใหฟลมทมสมบตทางไฟฟา สมบตทางแสง และลกษณะพนผวของฟลมแตกตางกน โดยสรปไดดงน 1. ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ ความดน และก าลงไฟฟา มผลตอการทบถมและความหนาของฟลม AIZO โดยพบวาฟลมเตรยมทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบใกลและความดนขณะสปตเตอรทต า จะใหการทบถมส งสด สงผลใหฟลมมความหนามาก เมอระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบและความดนเพมขน ความหนาของฟลมมแนวโนมลดลง อนเนองมาจากเมอความดนเพมขนท าใหมไอออนของอารกอนในพลาสมาเพมขน จงท าใหอะตอมของเปาทถกสปตเตอรออกมาชนกบไอออนของอารกอนในพล าสมาและสญเสยพลงงานเนองจากการชน และมพลงงานไมพอทจะตกลงบนแผนรองรบ จงท าใหอตราการทบถมลดลง การเพมระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ จงเปนการเพมระยะการเดนทางของไอออนอะตอมของเปาทถกสปตเตอรออก อะตอมดงกลาวจงมโอกาสสญเสยพลงงานเนองจาก การชนมาก สงผลใหอตราการทบถมลดลง ขณะเดยวกน ฟลมทเตรยมดวยก าลงไฟฟาสงกวาจะมความหนาเพมขนตามล าดบ เนองจากก าลงไฟฟาทเพมขนจะชวยเรงไอออนใหเคลอนทดวยพลงงานสงเมอเกดการชนและถายเทโมเมนตมกบอะตอมผวหนาเปาจะสงผลใหอะตอมผวหนาเ ปามพลงงานการเคลอนทสงขณะตกเคลอบบนแผนรองรบ จงท าใหไดฟลมทมความหนามากกวาตวอยางทเตรยมดวยก าลงไฟฟาต า 2. ระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ ความดนและก าลงไฟฟามผลตอสภาพตานทานไฟฟา และลกษณะทางกายภาพของฟลม โดยทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบ 7 cm เมอเพมความดน สภาพตานทานไฟฟาลดลง ขณะทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 13 และ 16 cm คาสภาพตานทานไฟฟามคาเพมขน โดยทงคาความคลองตวของพาหะและความหนาแนนของพาหะมอทธพลตอสภาพตานทานไฟฟาของฟลม การเพมความดนท าใ หมปรมาณไอออนบวกในพลาสมามาก เมอเกดการสปตเตอรงอะตอม AIZO ทหลดจากผวหนาเปาจงมโอกาสสญเสยพลงงานจากการชนกบไอออนบวกกอนตกเคลอบบนแผนรองรบ พลงงานจลนของอะตอม AIZO ลดลง มสมประสทธการแพรต า ท าใหเกดการเกาะกนเปนกลมกระจดกระจาย สงผลใหมอตราการทบถมต าและใหโครงสรางผลกทมลกษณะคอลมนาร ทมความหนาแนนนอย สงผลใหฟลมมสภาพตานทานไฟฟาสง ขณะทการเพมก าลงไฟฟา อะตอมมพลงงานในการทบถมมาก พลงงานจ ลนของอะตอมสารเคลอบเพมขน

89

สมประสทธการแพรสง อะตอม เคลอนทไปไดทวบรเวณผวทมพนทว าง ท าใหได ฟลมทม เกรนขนาดใหญ และมลกษณะเปนคอลมนารอยางสม าเสมอ สงผลใหไดสภาพตานทานไฟฟาต า 3. ฟลม AIZO ทมคณภาพดเตรยมไดจากระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบมากกวา 7 cm โดยมการสงผานแสงเฉลย 78-93 % ในชวงความยาวคลน 400-1100 nm ขนกบเงอนไขการเตรยมฟลม โดยขอบเขตของการดดกลน แสง (Absorption edge) เลอนไปทางดาน UV ซงสอดคลองกบ คาชองวางแถบพลงงานในชวง 3.3-3.65 eV และการเลอนขนของชองวางแถบพลงงาน น จะชวยเพมชวงการสงผานแสงของฟลมใหมากขน

4. คณสมบตของฟลมหลง กดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1% และ 0.05% พบวาคาสภาพตานทานไฟฟามแนวโนมเพมขน เมอกดฟลมดวยกรดไฮโ ดรคลอรกในระยะเวลาทนานขน และความหนาของฟลมมคาลดต าลง โดย การกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.1 % มอทธพลตอฟลมในดานสภาพตานทานไฟฟา ลกษณะพนผวของฟลม และคาเฮซมากกวาฟลมทกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 0.05 % โดยลกษณะความขรขระของฟลมทไดจะสมพนธกบคาเฮซ

จากการทดลองพบวาฟลมทเตรยมดวยเทคนค ดซ แมกนตรอน สปตเตอรง ณ อณหภมหองซงใหสภาพตานทานไฟฟา 2.57 x 10-4 Ωcm และคาการสงผานแสง 81% (400-1100 nm) เมอเตรยมทระยะหางระหวางเปากบแผนรองรบเปน 10 cm ก าลงไฟฟา 50 W และความดน 0.03 mbar มคณสมบตทเหมาะสมในการประยกตใชงานเปน ขวไฟฟาแบบโปรงใส (TCO) ในเซลลแสงอาทตย เนองจากฟลมมสภาพตานทานไฟฟาต า การสงผานแสงสงและลกษณะพนผวทขรขระ แมไมไดกดดวยกรดไฮโดรคลอรก โดยความขรขระนจะชวยเพมการกระเจงและกกเกบแสงในเซลลแสงอาทตย ท าให เซลลมประสทธภาพสงขน

บรรณานกรม

91

บรรณานกรม

กมล เอยมพนากจ. (2547). การศกษาการเคลอบฟลมบางหลายชนทใหคาการปลดปลอยรงสต าของ เงน-ไททาเนยมไดออกไซด โดยวธสปตเตอร. ปรญญานพนธ วท.ม. (ฟสกส). กรงเทพฯ:

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร. ถายเอกสาร. เกษรารตน อกษรรตน. (2545). ฟลมบางโปรงใสน าไฟฟา ZnO(Al) เตรยมโดยอารเอฟและดซแมก นวตรอนสปตเตอรงแบบตามล าดบ . ปรญญานพนธ วท.ม. (ฟสกส). กรงเทพฯ: บณฑต

วทยาลย มหาวทยาลยจฬาลงกรณ. ถายเอกสาร. พรรณทพย ตงปรยารกษ. (2551). เครองตรวจวดสารดวยการดดกลนแสง. สบคนเมอ 12 กมภาพนธ 2553, จาก http://www.mwit.ac.th/~sarawoot/chem40235.htm มต หอประทม. (2548). การศกษาฟลมบางไททาเนยมไดออกไซดโดยการเตรยมดวยวธ ดซ รแอค ทฟ แมกนตรอน สปตเตอรง. ปรญญานพนธ วท.ม. (ฟสกส). กรงเทพฯ : บณฑต วทยาลย มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร. ถายเอกสาร. แมน อมรสทธ; และ สมชย อครทวา. (2529). วสดวศวกรรม. กรงเทพฯ: ทอป. ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต(MTEC). (2547). พจนานกรมศพท วสดศาสตรและ เทคโนโลย. กรงเทพฯ: ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต(เอมเทค). สายณห ผดวฒน. (2547). การศกษาการเคลอบฟลมบางหลายชนทใหคาการปลดปลอยรงสต าของ เงน-ซงคออกไซด โดยวธสปตเตอร. ปรญญานพนธ วท.ม. (ฟสกส). กรงเทพฯ: บณฑต วทยาลย มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร. ถายเอกสาร. สถาบนพฒนาเทคโนโลยพลงงานแสงอาทตย (Solartec). (2548). โครงการวจยและพฒนากระจก เคลอบขวโปรงใสน าไฟฟา. หนา 1-2. สบคนเมอ 18 กมภาพนธ 2553, จาก http://www.solartec.or.th/file-stock/stock_2_270893.pdf ออมตะวน แสงจกรวาฬ. (2552). อทธพลของกรดสเตยรก และโพลเมทลเมทาไครเลต ตอโครงสราง จลภาคและสมบตทางไฟฟาของเซรามกสซงคออกไซดเจอดวยอลมเนยม. ปรญญานพนธ กศ.ม. (ฟสกส). กรงเทพฯ: บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ. Abeles, F. (1972). Optical Properties of Solids. Natherland: North-Holland. Blood, P.; & Orton, J.W. (1992). The Electrical Charecterization of Semiconductor, Majority Carriers and Electron States. London: Acadedmic Press. Bunshah, R.F; et al. (1982). Deposition Technologies for Films and Coatings. Development and Applications. New Jersey: Noyes Publications.

http://www.mwit.ac.th/~sarawoot/chem40235.htm

92

Burag Yaglioglu; et al. (2006). A study of amorphous and crystalline phases in In2O3–10 wt.% ZnO thin films deposited by DC magnetron sputtering. Thin Solid Films. 496(2006): pp. 89-94. C. Guillen; &, J. Herrero. (2008). Transparent and conductive ZnO:Al thin films grown by pulsed magnetron sputtering in current or voltage regulation modes. Vacuum. 82(2008): pp. 668-672. Chapman, B. (1980). Glow discharge processes, Sputtering and plasma etching. John Wiley & Son. Do-Geun Kim; et al. (2008). Temperature dependence of the microstructure and resistivity of indium zinc oxide films deposited by direct current magnetron reactive sputtering. Thin Solid Films. 516(2008): pp. 2045-2049. Hartnagel H. L.; et al. (1996). Semiconducting Transparent Thin Films. Institute of Physics Publishing Bristol and Philadelphia. Hyungduk Ko; et al. (2005). Growth of Al-doped ZnO thin films by pulsed DC magnetron sputtering. Journal of Crystal Growth. 277(2005): pp. 352-358. Ian J. McColm. (1994). Dictionary of Ceramic Science and Engineering. p. 155. New York: Plenum Press. Images scientific instruments. (2007). The four point electrical probe. Retrieved February 12, 2010, from http://www.imagesco.com/articles/superconductors/four-point- electrical-probe.html Jeong Chul Lee; et al. (2000). RF sputter deposition of the high-quality intrinsic and n-type ZnO window layers for Cu(In, Ga)Se2-based solar cell applications. Solar Energy Materials and Solar Cells. pp. 185-195. Ji Bong Park; SeHun Park; &, Pung Keun Song. (2010). Electrical and structural properties of In-doped ZnO films deposited by RF super imposed DC magnetron sputtering system. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 71(2010): pp. 669-672. Johnson, E.J. (1967). Semiconductor and Semimetal. USA: Academic Press. Jyh-Ming Ting; & B.S. Tsai. (2001). DC reactive sputter deposition of ZnO:Al thin film on glass. Materials Chemistry and Physics. 72(2001): pp. 273-277.

http://www.imagesco.com/articles/superconductors/four-point-electrical-probe.html

http://www.imagesco.com/articles/superconductors/four-point-electrical-probe.html

93

L.P.Peng; et al. (2009). Characteristics of ZnO : In thin films prepared by RF magnetrons puttering. Physica E. 41(2009): pp. 1819-1823. Lifshin,Eric. (1993). Concise Encyclopedia of Materials Characterization. Oxford: Pergamon press. Madedlung, O. (1992). Semiconductor Group IV Element and III-V Compound. n.p. :Springer-Verlag. Milton Ohring. (1997). The Materials Science of Thin Films. Thin Film Technology Handbook: McGrow-Hill Companies international. N. Senoussaoui; et al. (2000). Optical Properties of Microcrystalline Thin Film Solar Cells. pp. 49-56. Germany. Oliver Kluth; et al. (2006). Comparative material study on RF and DC magnetron sputtered ZnO:Al films. Thin Solid Films. 502(2006): pp. 311-316. Robert, M.R. (1966). The Structure and Properties of Materials. New York: John Wiley & Son. Shang-Chou Chang; &, Ming-Hua Shiao. (2007). Smooth indium zinc oxide film prepared by sputtering a In2O3:ZnO = 95:5 target. Microelectronic Journal. 38(2007): pp.1202-1206. Smith, D.L. (1995). Thin Film Deposition. Principle and Practice. New York: MeGraw-Hill Companies international. Streetman, Ben G. (1995). Solid State Electronic Devices. New jersey: Prentice-Hall international. T.Tohsophon; et al. (2008). High rate direct current magnetron sputtered and texture- etched zinc oxide films for silicon thin film solar cells. Thin Solid Films. 516(2008): pp. 4628-4632. Veeco instruments. (2006). Dektak 150. Retrieved February 12, 2010, from http://www.veeco.com/pdfs/database_pdfs/B509%20Dektak150%20_281.pdf Vossen, J.L.; & Kerns W. (1978). Thin Film Processes. New York: Academie Press.

http://www.veeco.com/pdfs/database_pdfs/B509%20Dektak150%20_281.pdf

94

Young Soo Songa; et al. (2004). Influence of process parameters on the characteristics of indium zinc oxide thin films deposited by DC magnetron sputtering. Thin Solid Films. 467(2004): pp. 117-120. Zhengwei Li; & W. Gao. (2004). ZnO thin films with DC and RF reactive sputtering. Materials Letters. 58(2004): pp. 1363-1370.

ประวตยอผวจย

96

ประวตยอผวจย ชอ ชอสกล นางสาวนนทนช วฒนสภญโญ วนเดอนปเกด 17 ธนวาคม 2527 สถานทเกด กง อ.เหลาเสอโกก จ.อบลราชธาน สถานทอยปจจบน 231 หม 2 ต.เหลาเสอโกก กง อ.เหลาเสอโกก จ.อบลราชธาน ประวตการศกษา พ.ศ. 2545 มธยมศกษาตอนปลาย จากโรงเรยนปทมพทยาคม จ.อบลราชธาน พ.ศ. 2549 วท.บ. (สาขาวชาฟสกส) จากมหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ พ.ศ. 2553 วท.ม. (สาขาวชาฟสกส) จากมหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ

สมบัติทางกายภาพของฟิล์มบางซิงค์ออกไซด์เจือด้วยอลูมิเนียม...

Documents