TWI392774B - 維持材料表面平整度的製作方法 - Google Patents

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Description

維持材料表面平整度的製作方法
本發明是有關於一種維持材料表面平整度的製作方法，特別是有關於一種維持結晶材料表面平整度的製作方法。
一般在形成結晶材料的製作過程中，常會需要先形成一種子層，再以種子層的結構作為長晶中心，進一步形成一目標結晶材料(種子層材料與目標結晶材料兩者可以相同或是不同)。第一A圖至第一B圖顯示一傳統氧化鋅奈米柱之長晶過程的示意圖。請參考第一A圖，首先提供一基板110，並在基板110上形成一氧化鋅種子層120；接著，請參考第一B圖，以氧化鋅種子層120作為長晶中心，形成氧化鋅奈米柱150。
氧化鋅奈米柱150的尺寸與氧化鋅種子層120的結晶型態具有相關性，當氧化鋅種子層120的結晶顆粒較大時，可形成較粗之氧化鋅奈米柱150；當氧化鋅種子層120的結晶顆粒較小時，可形成之氧化鋅奈米柱150也較細。為調整氧化鋅種子層120的結晶顆粒尺寸，氧化鋅種子層120可進行一退火處理，藉以調整氧化鋅種子層120的結晶型態，當退火處理的溫度較高時，氧化鋅種子層120的結晶顆粒較大，當退火處理的溫度較低時，氧化鋅種子層120的結晶顆粒較小。藉由控制退火處理的溫度，可間接控制氧化鋅奈米柱150的尺寸。
然而，當退火處理的溫度較高時，氧化鋅種子層120的結晶顆粒較大，導致 氧化鋅種子層120的表面粗糙不平整，以氧化鋅種子層120作為長晶中心，所形成氧化鋅奈米柱150無法大致朝向同一方向生長。
鑑於上述習知技術所存在的缺點，有必要提出一種維持材料表面平整度的製作方法，可使退火處理後的材料表面維持平整，並可藉由材料表面作為長晶中心，形成高品質之奈米結構。
本發明的一目的在於提供一種維持材料表面平整度的製作方法，可使退火處理後的材料表面維持平整。
本發明的另一目的在於提供一種維持材料表面平整度的製作方法，可藉由平整之材料表面作為長晶中心，形成高品質之奈米結構。
根據上述的目的，本發明揭露一種維持材料表面平整度的製作方法，首先提供一基板；接著，形成一目標材料層於基板上，目標材料係為一可結晶性材料；然後，形成一保護層於目標材料層上；接著，進行一退火處理，藉由保護層的張力與對目標材料層附著的壓力維持目標材料層的表面平整度；最後，移除保護層。
藉由本發明之維持材料表面平整度的製作方法，可使退火處理後的材料表面維持平整，並可藉由材料表面作為長晶中心，形成高品質之奈米結構。
110‧‧‧基板
120‧‧‧氧化鋅種子層
150‧‧‧氧化鋅奈米柱
210‧‧‧基板
220‧‧‧目標材料層
230‧‧‧保護層
400‧‧‧製作方法
410‧‧‧提供一基板
420‧‧‧形成一目標材料層於基板上
430‧‧‧形成一保護層於目標材料層上
440‧‧‧進行一退火處理
450‧‧‧移除保護層
第一A圖至第一B圖顯示一傳統氧化鋅奈米柱之長晶過程的示意圖。
第二圖顯示本發明一實施例之維持材料表面平整度的製作方法之流程圖。
第三A圖至第三E圖顯示維持材料表面平整度的製作方法的步驟。
第四A圖至第四B圖分別顯示本發明與傳統種子層表面的電子顯微鏡影像。
第五A圖至第五B圖分別顯示本發明與傳統氧化鋅奈米柱的電子顯微鏡影像 。
第六圖顯示顯示本發明與傳統氧化鋅奈米柱X光繞射圖。
第七圖顯示顯示本發明氧化鋅種子層之元素分析(EDX)結果的示意圖。
本發明的一些實施例將詳細描述如下。然而，除了如下描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行，且本發明的範圍並不受實施例之限定，其以之後的專利範圍為準。再者，為提供更清楚的描述及更易理解本發明，圖式內各部分並沒有依照其相對尺寸繪圖，某些尺寸與其他相關尺度相比已經被誇張；不相關之細節部分也未完全繪出，以求圖式的簡潔。
第二圖顯示本發明一實施例之維持材料表面平整度的製作方法400之流程圖。製作方法400包含下列步驟：步驟410，提供一基板；步驟420，形成一目標材料層於基板上，該目標材料係為一可結晶性材料；步驟430，形成一保護層於目標材料層上；步驟440，進行一退火處理，藉由保護層的張力與對目標材料層附著的壓力維持目標材料層的表面平整度；步驟450，移除保護層。
第三A圖至第三E圖顯示維持材料表面平整度的製作方法400的步驟。首先，請參考第三A圖，提供一基板210，基板210之材質可以是金屬、無機材質或塑膠材質，其中，前述之無機材質可包含矽基板、石英、玻璃與藍寶石。接著，形成一目標材料層220於基板210上，目標材料層220之材質係為一可結晶性材料，可結晶性材料可藉由後續之退火處理調整結晶型態。
目標材料層220之材質可以是無機半導體材料或有機高分子，其中，前述之無機半導體材料可包含下列族群中之一者或其任意組合：氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2)、氧化銦(In2O3)、氧化銦錫(ITO)、偶氮化合物(AZO)、碲化鎘(CdTe)、二氧化鈦(TiO2)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、銅銦鎵硒 化合物(CuInGaSe2)。目標材料層220之形成方式可以是旋轉塗佈、浸漬塗佈、蒸鍍法、濺鍍法、原子層沉積、電化學沉積法、脈衝雷射沉積法或金屬有機物化學氣相沉積法。於一範例中，目標材料層220的厚度約為30-50 nm。
接著，請參考第三B圖，形成一保護層230於目標材料層220上，保護層230之厚度約介於10奈米(nm)至100微米(um)。本實施例中，保護層230係藉由蒸鍍法將一金屬材質形成於目標材料層220上，其厚度約為數十至數百奈米(nm)，於另一範例中，使用厚度約為100 nm的金做為保護層。該金屬材質具有適當之強度以及耐高溫之特性，在後續之退火處理時不容易變質，該金屬材質可以是一般常見可以蒸鍍或濺鍍的金屬材質或其合金，例如：金、鉑、鉻、銀、銅、鋅、金鍺合金、金鈹合金、鎳、鈦…等，但並不以此為限，保護層230並不限定為金屬材質，具有適當之強度以及耐高溫特性之非金屬材質也可以作為保護層230之材質。保護層230之形成方式也可以是旋轉塗佈、浸漬塗佈、濺鍍法、原子層沉積、電化學沉積法、脈衝雷射沉積法或金屬有機物化學氣相沉積法。
接著，請參考第三C圖，進行一退火處理，退火處理之溫度約介於200℃至2000℃，藉以提升目標材料層220之結晶性，當退火處理的溫度較高時，目標材料層220的結晶顆粒較大，當退火處理的溫度較低時，目標材料層220的結晶顆粒較小，退火處理可包含下列族群之一者或其任意組合：快速升溫退火系統(Rapid Thermal Annealing)、高溫爐、烘箱與雷射退火。值得注意的是，在進行退火處理時，保護層230的張力與保護層230對目標材料層220附著的壓力，可維持目標材料層220的表面平整度。
最後，請參考第三D圖，移除保護層230。本實施例中，移除保護層230之方式係為一溶劑法，藉由一溶劑以溶解保護層230，且所使用溶劑不會溶解 或破壞目標材料層220。溶劑可依據保護層230之材質與目標材料層220之材質，進行適當的選擇，例如，當保護層230材質為金時，溶劑可使用王水、氯水、溴液、碘化鉀、含碘溶液、氰化鉀或硫化鈉；當保護層材質為銀或銅時，溶劑可使用硝酸、熱濃硫酸或濃鹽酸。
請參考第三E圖，移除保護層230後，目標材料層220可作為一種子層，以目標材料層220之表面作為長晶中心，形成一無機半導體微/奈米結構250於目標材料層220上，上述無機半導體微/奈米結構250也可作為長晶中心，進一步形成一氮化物結構。上述無機半導體微/奈米結構250之形成方式可以是水熱法、熱蒸鍍法、化學氣相沉積法、分子束磊晶法、陽極氧化鋁多孔模板法或電化學法。
由於無機半導體微/奈米結構250的尺寸與目標材料層220的結晶狀態具有相關性，當目標材料層220的結晶顆粒較大時，可形成較粗之無機半導體微/奈米結構250；當目標材料層220的結晶顆粒較小時，可形成之無機半導體微/奈米結構250也較細，因此，調整退火處理的溫度可以控制無機半導體微/奈米結構250的尺寸。另外，由於退火處理後目標材料層220維持表面平整度，以目標材料層220表面作為長晶中心所形成無機半導體微/奈米結構250能夠大致朝向同一方向，而形成一高品質之無機半導體微/奈米結構250。
根據本實施例，無機半導體微/奈米結構250包含氧化鋅奈米柱結構，氧化鋅奈米柱結構之長度約介於10奈米(nm)至50微米(um)，氧化鋅奈米柱結構之側向尺寸約介於30奈米(nm)至10微米(um)，氧化鋅奈米柱結構之間距約介於10奈米(nm)至1000微米(um)。
第四A圖至第四B圖分別顯示本發明與傳統種子層表面的電子顯微鏡影像。如圖所示，第四A圖之本發明之種子層表面在退火處理後仍維持表面平整度 ，而第四B圖之傳統種子層表面在退火處理後表面十分粗糙。
第五A圖至第五B圖分別顯示本發明與傳統氧化鋅奈米柱的電子顯微鏡影像。如圖所示，第五A圖之本發明之氧化鋅奈米柱尺寸較粗，且大致朝向同一方向，而第五A圖之氧化鋅奈米柱尺寸較細，且方向不規則。
第六圖顯示顯示本發明與傳統氧化鋅奈米柱X光繞射圖。粗線代表的是本發明的氧化鋅奈米柱，細線代表的則是傳統氧化鋅奈米柱，由圖中的峰值可以看出，大約在2θ=34度的地方有一個對應到的峰值，也就是氧化鋅ZnO(002)的峰值，本發明的氧化鋅奈米柱的強度約為傳統氧化鋅奈米柱的11倍之多，代表本發明的氧化鋅奈米柱大致朝向同一方向。
第七圖顯示顯示本發明氧化鋅種子層之元素分析(EDX)結果的示意圖。如圖所示，氧化鋅種子層的成份包含基板(Si)以及氧化鋅種子層(Zn、O)，並無明顯的峰值指出有保護層(Au)的殘留，因此可推論氧化鋅奈米柱之生長與保護層(Au)之間沒有關係。
藉由本發明之維持材料表面平整度的製作方法，可使退火處理後的材料表面維持平整，並可藉由材料表面作為長晶中心，形成高品質之奈米結構。
上述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟悉此技藝之人士能了解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即凡其他未脫離本發明所揭示精神所完成之各種等效改變或修飾都涵蓋在本發明所揭露的範圍內，均應包含在下述之申請專利範圍內。
400‧‧‧製作方法
410‧‧‧提供一基板
420‧‧‧形成一目標材料層於基板上
430‧‧‧形成一保護層於目標材料層上
440‧‧‧進行一退火處理
450‧‧‧移除保護層

Claims (18)

  1. 一種維持材料表面平整度的製作方法，包含：提供一基板；形成一氧化鋅之目標材料層於該基板上，該目標材料係為一可結晶性材料；形成一保護層於該目標材料層上；形成一無機半導體微/奈米結構於該目標材料層上；進行一退火處理，藉由該保護層的張力與對該目標材料層附著的壓力維持該目標材料層的表面平整度，使該無機半導體微/奈米結構實質上朝向同一方向，並利用該退火處理的溫度來調整該無機半導體微/奈米結構的尺寸；以及移除該保護層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該退火處理係用以提升該目標材料之結晶性。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該退火處理之溫度約介於200℃至2000℃。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該退火處理包含下列族群之一者或其任意組合：快速升溫退火系統、高溫爐、烘箱與雷射退火。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該基板之材質包含金屬、無機材質或塑膠材質。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該基板之材質係為無機材質，其包含下列族群中之一者：矽基板、石英、 玻璃與藍寶石。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該目標材料層之材質包含一無機半導體材料或一有機高分子。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該目標材料層之材質係為無機半導體材料，其包含下列族群中之一者或其任意組合：二氧化錫(SnO2)、氧化銦(In2O3)、氧化銦錫(ITO)、偶氮化合物(AZO)、碲化鎘(CdTe)、二氧化鈦(TiO2)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、銅銦鎵硒化合物(CuInGaSe2)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該目標材料層之形成方式包含下列族群中之一者：旋轉塗佈、浸漬塗佈、蒸鍍法、濺鍍法、原子層沉積、電化學沉積法、脈衝雷射沉積法與金屬有機物化學氣相沉積法。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該保護層之形成方式包含下列族群中之一者：旋轉塗佈、浸漬塗佈、蒸鍍法、濺鍍法、原子層沉積、電化學沉積法、脈衝雷射沉積法與金屬有機物化學氣相沉積法。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該保護層之材質包含一金屬，該金屬包含金、鉑、鉻、銀、銅、鋅、金鍺合金、金鈹合金、鎳、鈦。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該保護層之厚度約介於10奈米(nm)至100微米(um)。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，移除該保護層之方式係為一溶劑法，藉由一溶劑以溶解該保護層，且該溶劑不會溶解或破壞該目標材料層。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中， 該保護層材質係為金，該溶劑包含下列族群中之一者：王水、氯水、溴液、碘化鉀、含碘溶液、氰化鉀、硫化鈉。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，該目標材料層係作為一種子層。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，無機半導體微/奈米結構之形成方式包含水熱法、熱蒸鍍法、化學氣相沉積法、分子束磊晶法、陽極氧化鋁多孔模板法、電化學法。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，其中，該無機半導體微/奈米結構之長度約介於10奈米(nm)至50微米(um)，該無機半導體微/奈米結構之側向尺寸約介於30奈米(nm)至10微米(um)，該無機半導體微/奈米結構之間距約介於10奈米(nm)至1000微米(um)。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之維持材料表面平整度的製作方法，更包含以該無機半導體微/奈米結構作為長晶中心，形成一氮化物結構。
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