｜原子層沉積鍍膜應用技術

摘要：透明導電薄膜（Transparent Conductive Film, TCF）為太陽能電池等光電元件不可或缺的一部分。目前元件的發展已逐步由平面結構邁向具備高深寬比與高表面積的奈米結構，但傳統的透明導電薄膜製程技術並無法於3D的結構上均勻鍍膜。原子層沉積技術（atomic layer deposition, ALD）具有高表面覆蓋性，可於奈米結構上均勻鍍膜，並可精準地控制膜厚及薄膜組成。此外，其低溫製程、低薄膜缺陷密度等優點，使其於可撓式光電元件的開發上極具發展潛力
。

Abstract: Transparent conductive films (TCF) are indispensable to optoelectronics (e.g. solar cells and light emitting diodes, etc.). As optoelectronic devices increasingly utilize materials with nanostructures of high aspect ratio and surface area to improve their performance, it is crucial to the development of such devices to have TCFs that are capable of coating conformally on nanostructures. Atomic layer deposition (ALD) is ideally suited for fabricating TCFs in nanostructure-incorporated optoelectronic devices, thanks to its excellent conformality and precisely control in film thickness as well as composition on nanostructures. Moreover, ALD’s advantages of low process temperature and low defect density make it compatible to flexible optoelectronics.

關鍵詞：原子層沉積、透明導電薄膜、奈米結構

Keywords：Atomic layer deposition, Transparent conductive film, Nanostructures

原子層沉積技術簡介
原子層沉積技術（Atomic layer deposition, ALD）自1974年由Suntola發明後已有40餘年的歷史，近年來奈米科技的蓬勃發展使其廣受各國學者重視。我國在重要“台灣重要產業技術發展藍圖II”中亦指出，ALD為我國發展奈米表面製程技術與精密機械技術的關鍵製程。ALD的成長機制如圖1所示，先使前驅物與表面進行化學吸附，再將多餘物理吸附的前驅物移除。接著通入第二前驅物與吸附的前驅物進行表面化學反應，再將多餘的第二前驅物與反應的副產物移除。如此四步驟稱為一循環（1 cycle），便可於表面完整覆蓋一層單原子層（monolayer）。

由於ALD自我限制（self-limiting）的成膜機制，使其具有高表面覆蓋性，並可精準地控制薄膜組成及厚度，低薄膜缺陷密度等優點。目前ALD已廣泛的被應用在各式的奈米結構上，並取得相當好的成果。如在DSSC中的TiO2奈米結構上鍍上1~2 cycles的Al2O3 （約0.1~0.2 nm），可降低載子再結合的機率，使轉化效率提高~13 %[1]。圖2為經20 cycles （~2 nm） Al2O3鍍膜的TiO2奈米結構的TEM圖，可觀察到ALD於奈米結構鍍膜上絕佳的精準度及均勻性。