洪儒生 教授

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洪儒生 教授

Lu-Sheng Hong
民國81年　日本東京大學　化工博士
 
電話：02-2737-6650
傳真：02-2737-6644
電子郵箱：hongls@mail.ntust.edu.tw
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研究概述

本實驗室近五年的研究計畫內容主要是針對化學氣相沈積法(chemical vapor deposition, CVD) 來生成薄膜時所牽涉到的程序現象，以化工的手法(approach)來探討解析。特別是將CVD 程序中複雜的質傳與反應現象化為工程上較易為掌握與操控的模型。近年來探討的材料系統由矽(Si)、鍺(Ge)多晶物質，複合材質(composites)到如高能隙半導體的碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、銦化鎵(InN)的磊晶薄膜，以及應用在一維奈米材料的合成及改質。本實驗室欲將既有累積得到的經驗與成果展現在近年來本國正蓬勃發展的半導體及光電產業上。以化工的角度來探討、改善、創新相關材料的製程。

主要研究成果說明:

首先先對研究主體-CVD 的定義來說明。CVD 乃是以氣體原料經由化學反應來合成薄膜或微小粒子等固態材料的方法。根據此一定義可知，CVD 基本為一由分子經由氣相及/或表面化學反應而形成所要機能材質的方法。雖然CVD 在半導體製造及結構材料的表面改質上廣泛地被利用。而現階段對於CVD 的系統化，以工程觀點的探討仍然十分不足。例如在IC 半導體薄膜製造領域上，隨著大型化及積體度的提高，已經衍生出諸如薄膜品質不均勻或既有的材料製程不敷使用等問題。由於CVD 技術尚未達到工程體系化的階段，特別是在程序過程中牽涉到的化學反應的問題，並無體系化的工程理論可茲預測。本實驗室的研究理念乃以化工的approach 來系統化CVD 程序，即利用質量傳遞(mass transfer)、反應動力(reaction kinetics) 、以至於熱力學(thermodynamics) 的觀點，經由分析CVD 程序中可能的擴散物種、氣相化學反應、表面反應、氣固轉換、以至於核生成(nucleation) 及粒子成長(growth)等關鍵現象，進而將其模型化而達到控制整個CVD 製程的目的。此一研究方式除了可以改善既有製程外，另具有據以發展新機能材料或元件的目的。

近年以此觀點研究的材料領域可分下列幾個議題：

(a) 高能隙半導體碳化矽及氮化鎵的薄膜成長之研究：
碳化矽(SiC) 及氮化鎵(GaN)因具有高能帶間隙(band gap)，適合作為高功率電子元件或藍光發光二極體之材料。本實驗室數年來在這一方面的研究著力在探索此類單晶薄膜磊晶製程的低溫化。如以低溫即可解離的新有機金屬原料取代傳統的高溫反應系統，或者是以原子層磊晶(atomic layer epitaxy) 技術探討程序低溫化的可行性。相關專利申請：”具有多重發光層之發光二極體”，中華民國專利 200608600 （2006）。

(b) CVD 技術應用在一維奈米結構之合成及表面改質：
在2001∼2002 年間至日本筑波研修客座，參與日本近年來產官學融合的大規模國家型十年期奈米計畫-“Atom Technology Project” 。回國後即以在矽基材表面製作奈米結構的製程開發為題目，從事如何設計原料先驅物使其在矽基材上的特定位置具有選擇性成長特性及控制奈米結構形態、成長結晶面方面的研究。，其中有一篇 為有關銦化鎵(InN)一維單晶奈米帶結構的合成發表於Advanced Functional Materials，而另一篇為有關金量子點建構在氧化矽奈米管中的成果發表於的Nature Materials 期刊。

(c) 多元有機金屬化學沈積系統合成鉛系鐵電膜之研究：
以鈣鈦礦結晶結構為主的鐵電材料因為具有永久偏極以及偏極方向可由外部電場加以控制的特性。故可應用在強介電記憶體的製作。首先是材料本身有極高的介電係數，可取代現有以矽氧化物為主體的記憶體，成為新一代高密度記憶體電容材料。其次是永久偏極及偏極的可轉向特性可做為新一代非揮發性記憶體。而以微細加工能力著稱的有機金屬CVD 法是相當被看好的製膜方法。

(d) 高轉換效率的太陽能電池之研究：
非晶/微晶矽之電漿輔助化學氣相沈積製程應用於高效率IBC太陽能電池製作為研究議題，考慮未來極具發展潛力的IBC(Interdigitated Back Contact)形式之太陽能電池的進一步高效率化，把握到傳統IBC結構中p、n 層與c-Si異質接面(heterointerface)之復合(recombination)損失直接會影響到光電轉換效率，以具有鈍化效果之材質插入傳統p、n層與c-Si之間，並探討界面接合處的成長特性與製程參數的關連性。

 

代表近作
  1. Hong, L. S. and Z. L. Liu, "Gas-to-Particle Conversion Mechanism in Chemical Vapor Deposition of Silicon Carbide by SiH4 and C2H2", Ind. Eng. Chem. Res. 37, 3602~ 3609 (1998). (NSC85-2214-E-011-007) [SCI]
  2. Hong, L. S. and H. T. Lai, "Pore Structure Modification of Alumina Support by SiC-Si3N4Nanoparticles Prepared by the Particle Precipitation Aided Chemical Vapor Deposition ", Ind. Eng. Chem. Res. 38, 950~957 (1999). (NSC87-2214-E-011-021) [SCI]
  3. L. L. Lee, L. C. Hong, L. S. Hong and D. S. Tsai, "Pore Structure Modification by Chemical Vapor Deposition in Inorganic Membrane-Numerical Analysis", J. CIChE, 30, 105~115 (1999). (NSC87-2214-E-011-020) [SCI]
  4. Hong, L. S. and H. T. Lai, "Pore Structure Modification of Porous Support by PPCVD: A Technique to Reduce Permeability Decrease", J. CIChE, 30, 189~197 (1999). (NSC86-2214-E-011-021) [SCI]
  5. Hong, L. S., Y. Shimogaki and H. Komiyama, "Macro/microcavity Method and Its Application in Modeling Chemical Vapor Deposition Reaction Systems", Thin Solid Films, 365, 176~188 (2000). [SCI]
  6. Hong, L. S. and C. M. Wu, "Composition Determining Path in Synthesis of Silicon Carbide Films from SiH2Cl2/C2H2/H2Chemical Vapor Deposition System", J. CIChE, 31, 79~88 (2000). (NSC-83-0402-E011-011) [SCI]
  7. Hong, L. S. and M. G. Jeng, "Film Growth Modeling of Metal Organic Chemical Vapor Deposition of Copper from Cu (hfac)(VTMOS) in the Presence of Hydrogen", Jpn. J. Appl. Phys, 39, 501~505 (2000). (NSC88-2214-E-011-013) [SCI]
  8. Hong, L. S. and M. G. Jeng, "Incubation Time for Chemical Vapor Deposition of Copper from Hexafluoroacetylacetonate-Copper (I)-Vinyltrimethoxysilane", Applied Surf. Sci. 161, 149~154 (2000). (NSC88-2214-E-011-013) [SCI]
  9. Hong, L. S. and C. C. Wei, "Effect of oxygen pressure upobn composition variation during Chemical Vapor Deposition Growth of Lead Titanate Films from Tetraethyl Lead and Titanium Tetraisopropoxide", Mater. Lett. 46, 149~153 (2000). (NSC88-CPC-E-011-011) [SCI]
  10. Hong, L. S. and C. C. Wei, "Kinetic Study of the Metalorganic Chemical Vapor Deposition of PbTiO3 Films from Pb(C2H5)4/Ti(i-OC3H7)4/O2 Reaction System", Jpn. J. Appl. Phys. 39, 4964~4969 (2000). (NSC88-CPC-E-011-011) [SCI]
  11. X. Y. Pan, D. S. Tsai, and L. S. Hong, "Abnormal Growth of Lead Titanate Thin Film in Chemical Vapor Deposition of Pb(C2H5)4/Ti(i-OPri)4/O2", Materials Chemistry and Physics, 70, 223~230 (2001). [SCI]
  12. Y. J. Hsu, L. S. Hong, K. F. Huang, J. E. Tsai, "Low temperature metalorganic chemical vapor deposition of gallium nitride using dimethylhydrazine as nitrogen source" , Thin Solid Films, 419, 33~39 (2002). [SCI]
  13. W. Y. Cheng and L. S. Hong*, “Chemical Vapor Deposition of Pb(Zrx Ti 1-x )O 3 Films by Pb(C2H5)4, Ti(i-OC3H7)4, Zr(t- OC4H9)4and O2: Role of Lead Oxide Formation from Pb(C2H5)4and O2on Film Properties”, Thin Solid Films, 415,94~100 (2002). (NSC88-CPC-E-011-011) [SCI]
  14. Y. J. Hsu, L. S. Hong, and J. E. Tsai, Metalorganic vapor phase epitaxy of GaN from trimethylgallium and tertiarybutylhydrazine" , J. Cryst. Growth, 252/1-3, 144~151 (2003). (NSC 90-2214-E-011-010) [SCI]
  15. Y. J. Hsu, L. S. Hong," Effects of Hydrogen on GaN Epitaxy from trimethylgallium and tertiarybutylhydrazine, J. Cryst. Growth, 266, 347 (2004). (NSC90-2214-E-011-010) [SCI]
  16. M. S. Hu, L. S. Hong, "Surface Carbonization of Si (111) by C2H2 and the Subsequent SiC (111) Epitaxial Growth from SiH4 and C2H2" , J. Cryst. Growth, 265, 382 (2004). (SCI)
  17. W.Y. Cheng, L. S. Hong, "Growth kinetics of chemical-vapor-deposited Pb(Zrx,Ti1-x)O3 films from a Pb(C2H5)4/ Zr(O-t-C4H9)4/ Ti(O-i-C3H7)4/O2 reaction system " J. CIChE, 35, (6): 603 (2004) (SCI)
  18. T. Yasuda, T. Tada, S. Yamasaki, S. Gwo, L. S. Hong, " Position-Specified Formation of Epitaxial Si Grains on Thermally Oxidized Si(001) Surfaces via Isolated Nanodots" , Chem. Mater., 16, 3518 (2004). (SCI)
  19. W.Y. Cheng, L. S. Hong, " Composition and crystal phase control of chemical-vapor-deposited Pb(Zrx,Ti1-x)O3 films on various oxide electrodes with reactants Pb(C2H5)4, Zr(O-t-C4H9) 4, Ti(O-i-C3H7) 4 and O2 " Jpn. J. Appl. Phys., 44, 1A, 328 (2005) (SCI)
  20. C. L. Sun, L. C. Chen, M. C. Su, L. S. Hong, O. Chyan, C. Y. Hsu, K. H. Chen, T. F. Chang, and L. Chang, "Ultrafine Platinum Nanoparticles Uniformly Dispersed on Arrayed CNx Nanotubes with High Electrochemical Activity" , Chem. Mater., 17, 3749 (2005). (SCI)
  21. W. Y. Cheng, L. S. Hong, J. C. Jiang, Y. Chi and C. C. Lin, "Initial growth of chemical-vapor-deposited Ru from bis(hexafluoroacetylacetonate)dicarbonyl ruthenium" , Thin Solid Films, 483, 31 (2005). (SCI)
  22. Y. J. Hsu, L. S. Hong, and J. C. Jiang, "Quantum chemical study on the gas-phase reaction of tertiarybutylhydrazine: A potential nitrogen-bearing compound for GaN film growth" , Thin Solid Films, 498, 100 (2006). (SCI)
  23. L. C. Chen, C. M. Chen, C. S. Liu, and L. S. Hong, "Zinc Oxide Doped Indium Oxide Ohmic Contacts to p-Type GaN" ,J. Electrochem. Soc. 153, G931 (2006). (SCI)
  24. M. S. Hu, H. L. Chen, C. H. Shen, L. S. Hong, B. R. Huang, K. S. Chen, and L. C. Chen, "Photosensitive gold-nanoparticle-embedded dielectric nanowires" , Nature Materials, 5, 102 (2006). (SCI)
  25. M. S. Hu, L. S. Hong,W. M.Wang, T. T Chen, C W. Chen, C. C. Chen, Y. F.Chen, K. H. Chen, L. C. Chen," Sharp Infrared Emission from Single-crystalline Indium Nitride Nanobelts Prepared using by Guided-Stream Thermal Chemical Vapor Deposition" , Advanced Functional Materials, 16, 537 (2006). (SCI)
  26. M. S. Hu, G. M. Hsu, K. H. Chen, C. Y. Yu, H. C. Hsu, L. C. Chen, J. S. Hwang, L. S. Hong, Y. F. Chen, " Infrared lasing in InN Nanobelts" , Appl. Phys. Letts., 90, 1 (2007). (SCI)
  27. C. S. Liu, L. S. Hong, M. S. Hu, "Surface carbonization of Si(100) by C2H2 and its effects on the subsequent SiC(100) epitaxial film growth" , Journal of Physics and Chemistry of Solids, doi: 10.1016/j.jpcs.2007.07.041 (2007) (SCI)

洪教授著作簡表

 
經歷與榮譽
  1. 曾於民國81-82年間擔任日本通省工業技術院電子技術綜合研究所特別研究員、民國90-91年間日本東京大學客座研究員參與產官學融合的大規模國家型十年期奈米計畫－ “Atom Technology Project”。
  2. 國科會甲種研究獎勵（83、84、86、87、88年度）
  3. 獲邀為Thin Solid Films學術期刊撰寫有關CVD程序模型化的回顧論文（review paper）（1998）
  4. 曾獲2001 年度化工學會年度論文獎
  5. 化工技術雜誌2003 年度第十一屆金筆獎
  6. 榮獲2004 年度中國工程師學會最佳論文獎。
  7. 指導研究生吳常明研究共同獲得2001 年度化工學會年度論文獎
  8. 指導研究生許育仁合作技術報告共同獲得化工技術雜誌2003 年度第十一屆金筆獎
  9. 指導研究生鄭惟元研究共同獲得2004 年度中國工程師學會最佳論文獎
  10. 指導研究生林政明參加2006 年化工年會獲得海報佳作
  11. 近五年來指導過的研究生8 名獲得國防科技役選拔。

 
專業研究儀器及設備
  1. 負責本校國科會貴重儀器之X-射線光電子儀及歐傑電子儀(ESCA/Auger, VG theta probe) http://web.ntust.edu.tw/~vivian/ESCA2002/ESCA2007.html 並連結一個超高真空設備(UHV-CVD)
  2. PECVD(電漿輔助化學氣相沉積)
  3. 高轉換效率太陽能電池之獨立PEVCD
  4. 水平式LPCVD(低壓化學氣相沉積))
  5. 多台高亮度LED製作之MOCVD機台

 

 

更新日期:2007/12/24