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簪马岑
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1 國立中山大學光電工程研究所碩士論文室溫氧化銦薄膜電晶體於可繞式基板上的製備 Fabrication and characterization of InO X transparent thin film transistors on plastic substrates 研究生 : 黃士育撰指導教授 : 朱安國博士中華民國九十八年六月

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4 致謝轉眼間, 已經過了兩年當初來到中山大學, 望向窗外, 被這裡依山傍水的環境所吸引, 熱情的陽光灑落在冰涼的海水, 猶如瞬間凍結的冰塵般閃閃耀眼, 看著夕陽西下, 溫詢的餘暉撒在海面上, 有著許多對未來美麗的憧憬如今旅程即將結束, 回首兩年由衷感謝在我念研究所的這兩年內, 特別要感謝我的指導教授, 朱安國博士, 無論是學業研究或者未來人生工作的規劃, 都受到老師的指點及建議, 以不同的角度思考, 會有意想不到的驚喜感謝老師平時的諄諄教誨和給予專業上的知識, 使我不僅是待人處事或是學業上都是獲益良多, 更讓我自己程度精進許多另外, 要感謝實驗室的昭源學長, 偉辰學長, 同學俊穎和弘勳這些日子的互相幫忙和砥礪還要謝謝川益, 文豪, 暉盛和仕捷這群可愛的學弟, 在實驗上的協助再來還要感謝楚茵, 光輝, 世龍, 志昇, 志尚和育中這些學長姐在實驗上給予的指導幫助也要感謝物理所, 簡富彥學長在量測上的幫助, 使得我的論文能夠順利完成最後要謝謝支持我的家人和朋友, 使我能順利完成論文, 謹將這篇論文獻給我最愛的家人 IV

5 摘要本實驗是利用射頻磁式濺鍍機在室溫下濺鍍純氧化銦 (Indium oxide) 於玻璃和可繞式基板 (PET) 作為薄膜電晶體的通道層在通入氬氣和 50 % 氧氣的條件下, 進行氧化銦電阻率透光率 XRD 及表面粗糙度的分析目前氧化銦在 50 % 通氧量的條件下電阻率約為 Ω-cm, 平均透光率約為 87 % 及表面粗糙度約為 1.6nm 此外 InO - TFT 的電極材料及絕緣層則採用 ITO 及 SiN X,ITO 的電阻率約為 Ω-cm, 平均透光率約為 85 %,SiN X 在 1 MV/cm 電場下的漏電流小於 10-9 A/cm 2 本實驗分別在玻璃與 PET 塑膠基板上製作 InO 薄膜電晶體在玻璃基板上, 通道長寬為 6 20 μm 2 的條件下, 其最佳的電子遷移率為 9.39 cm 2 V -1 s -1, 啟始電壓 (V T ) 為 1.5 V, 電流開關比為 , subthreshold swing 為 0.5 V/decade 在使用 PET 塑膠基板時, 採用相同之通道條件下, 量測其最佳的電子遷移率為 8.19 cm 2 V -1 s -1,V T 為 1.83 V, 電流開關比為 ,subthreshold swing 為 0.8 V/decade V

6 Abstract Transparent InO (Indium oxide) thin-film transistors fabricated by reactive ratio frequency (rf) magnetron sputtering at room temperature were demonstrated on glass and plastic substrates. The resistivity, transmittance, X-ray diffraction pattern, and surface morphology of the films prepared at a 50% oxygen partial pressure were investigated, the resistivity and the average transmittance of the films were Ω-cm and 87 %, respectively. In addition, Indium tin oxide (ITO) and silicon nitride (SiN X ) thin films were used as the electrode and gate insulator. The resistivity and the average transmittance of ITO electrodes were Ω-cm and 85%. On the other hand, the maximum leakage current of less than 10-9 A/cm 2 was obtained for the SiN X layer at an electric field of 1 MV/cm. For the InO TFT on glass substrate with 6 μm channel length and 20 μm channel width, the measured saturation mobility, threshold voltage, on/off ratio and subthreshold swing are 9.39V -1 s -1, 1.5V, and 0.5 V/decade. For the TFTs prepared on plastic substrate, the measured saturation mobility, threshold voltage, on/off ratio and subthreshold swing are 8.19V -1 s -1, 1.83V, and 0.8 V/decade, respectively. VI

7 目錄第一章導論 1-1 簡介非晶矽薄膜電晶體透明薄膜電晶體研究動機第二章製程材料與儀器介紹 2-1 氧化銦錫 (ITO) 和氧化銦 (In 2 O 3 ) 氮化矽 (Si 3 N 4 ) RF 磁式濺鍍系統量測儀器介紹四點探針 (Four-point-probe) 橢圓偏光儀 (Ellipsometer) X 光繞射儀 (XRD) 原子力顯微鏡 (AFM) 場發射型掃描式電子顯微鏡 (SEM) 半導體參數分析儀 (Semiconductor Parameter analyzer) VII

8 第三章實驗步驟 3-1 材料的成長條件氧化銦錫 (ITO) 氧化銦 (In 2 O 3 ) 氮化矽 (Si 3 N 4 ) 元件製作流程光罩設計元件製程第四章結果與討論 4-1 氧化銦材料分析氧化銦薄膜電晶體特性量測結果結果分析氧化銦薄膜電晶體元件特性分析第五章結論 VIII

9 圖目錄圖 1-1 薄膜電晶體液晶顯示器的結構示意圖圖 1-2 a-si TFT 結構圖圖 1-3 電流 I DS 示意圖圖 2-1 氧化銦 (In 2 O 3 ) 的單位晶體結構圖 2-2 氧化銦 (In 2 O 3 ) 的晶體結構圖 2-3 Si 3 N 4 晶體結構圖 2-4 RF 濺鍍系統示意圖圖 2-5 濺鍍時所產生原子碰撞的現象圖 2-6 四點探針量測儀示意圖圖 2-7 橢圓偏光儀分析示意圖圖 2-8 晶體繞射 X 光時, 布拉格方程式的幾何關係圖 2-9 橢圓偏光儀分析示意圖圖 3-1 銦錫氧化物混合錫比例圖圖 3-2 Si 3 N 4 薄膜的漏電流密度特性圖 3-3 Si 3 N 4 薄膜的電容特性圖 3-4 清洗玻璃基板流程圖圖 3-5 元件製作剖面圖圖 3-6 元件製作上視圖 IX

10 圖 4-1 氧氣 50% 流量比下之 XRD 圖圖 4-2 材料透光率比較圖圖 4-3 氧氣 50% 流量比下之表面立體圖圖 4-4 薄膜電晶體結構圖圖 4-5 氧化銦薄膜電晶體側面圖圖 4-6 氧化銦薄膜電晶體上視圖圖 4-7 玻璃基板上 TFT 下之 I D -V G 圖圖 4-8 玻璃基板上 TFT 下之 I D -V D 圖圖 4-9 塑膠基板上 TFT 之 I D -V G 圖圖 4-10 塑膠基板上 TFT 下之 I D -V D 圖 X

11 第一章導論 1-1 簡介隨著網際網路與無線電通訊技術的急遽發展, 資訊化漸漸普及於個人, 因此可攜式資訊產品, 如筆記型電腦行動電話數位相機及個人數位助理等, 均快速發展與成長由於液晶顯示器具有薄型化輕量化低耗電量無輻射污染且能與半導體製程技術相容等優點, 並順應著這股網際網路數位資訊化市場的興起, 使其在短短三十年間, 產品之應用更呈飛躍性的成長由早期的簡易手表計算機等低資訊容量顯示產品的應用, 漸漸擴及精細化的監視器或可攜式資訊產品其技術涵蓋材料設備製程產品特性等諸多層面的開發, 真可謂是一日千里時至今日, 更以驚人的氣勢持續成長薄膜電晶體液晶顯示器 (TFT-LCD) 是多數顯示器的一種, 它被應用在電視平面顯示器及投影機上簡單的說 TFT-LCD 面板的基本結構為兩片玻璃基板中間夾住一層液晶前端 LCD 面板貼上彩色濾光片 (Color Filter), 後端 TFT 面板上製作薄膜電晶體 (TFT) 當施電壓於電晶體時, 液晶轉向, 光線穿過液晶後在前端面板上產生一個畫素背光模組位於 TFT-Array 面板之後負責提供光源彩色濾光片給予每一個畫素特定的顏色如圖 1-1 所示結合每一個不同顏色的畫素所呈現出的就是面板前端的影像 TFT 面板就是由數百萬個 TFT 1

12 元件以及 ITO(Indium Tin Oxide, 此材料為透明導電金屬 ) 區域排列如一個數列所構成, 而所謂的矩陣就是指數百萬個排列整齊的 TFT 元件之區域, 此數百萬個排列整齊的區域就是面板顯示區圖 1-1 薄膜電晶體液晶顯示器的結構示意圖 1-2 非晶矽薄膜電晶體目前市面上的 TFT 面板, 幾乎都是屬於傳統的非晶矽 (amorphous Si) TFT-LCD 技術, 在全彩畫面顯世上已經可以滿足大多數使用者的需求, 且技術較為純熟一般常見的 a-si 薄膜電晶體是以 Inverted staggered 結構, 如圖 1-2 所示, 先在基板上長上 Al 作為閘極之後, 舖上絕緣層, 常見的有 2

13 Si 3 N 4 或是 SiO 2 然後以 PECVD 的方式成長 a-si, 通常成長的過程會通入 H 2 用來填補斷鍵, 有的時候會在事後加上雷射高溫退火來促進 a-si 的再結晶, 變成 poly-si 或是 micro-si 再以 PECVD 的方式成長 n + -Si 作為 Source 和 Drain, 最後再加上 Al 作為接觸電極圖 1-2 a-si TFT 結構圖這個 inverted-staggered a-si TFT 作用在 accumulation mode 當閘極施加一個正電壓, 載子便會聚集在靠近絕緣層的表面, 就像形成一條傳道通道, 如果再在汲極加一正電壓, 便會產生電流 I DS 經由 drain 流過通道到 source, 如圖 1-3 所示 3

14 n + a-si a-si 圖 1-3 電流 I DS 示意圖由於非晶矽薄膜電晶體的製程使用了 PECVD 的沉積方式, 需要在 250 高溫的環境 [2] 中, 才能沉積出好的薄膜, 以至於無法使用在可彎曲的塑膠基板上且所耗費的成本較高, 又需要使用 SiH 4 等危險氣體, 加上 Si 又是不透光的材料, 對光源敏感, 必須要犧牲畫素的面積來建構且目前所製作出來的 a-si 薄膜電晶體的電子遷移率甚至不到 1 cm 2 V -1 s -1 針對以上問題, 我們提出新的製程來製作電晶體 1-3 透明薄膜電晶體目前利用氧化鋅 (ZnO) 和 a-igzo 來作為透明薄膜電晶體通的道層已經廣泛的被討論, 更出現許多相關的文獻在 Elvira M. C. Fortunato 等人的研究裡提到 [3], 以 ZnO 作為通道層,ITO 和 GZO 為電極, 以 bottom gate 的方式, 在室溫下製作出 ZnO 薄膜電晶體, 電子遷移率可到達 20 cm 2 V -1 s -1,on/off ratio 也有 , 但 V T 卻是 21V, 表示它需要一個大電壓才有辦法啟動電晶體在 Hisato Yabuta 等人的 4

15 研究 [4], 在室溫下製作出 a-igzo 薄膜電晶體於玻璃基板上, 電子遷移率可到達 12 cm 2 V -1 s -1,on/off ratio 也有 10 8,V T 是 1.4V 另外 Kenji Nomura 等人的研究 [5] 提出, 在室溫下製作出 a-igzo 薄膜電晶體於 PET 塑膠基板上, 電子遷移率可到達 8.3 cm 2 V -1 s -1,on/off ratio 只有 10 3,V T 是 1.6V 在文獻中發現製作在 PET 塑膠基板上的 a-igzo 薄膜電晶體, 開關比明顯不足以當做一個電晶體開關推測原因為 IGZO 材料包含三種元素以上, 成長條件難以控制藉此, 我們想提出改善方法 1-4 研究動機為了能夠實現發展可繞式顯示器, 人們開始思考如何改善既有的製程條件, 製作出透明且可曲繞的薄膜電晶體近年來最常用的材料就是使用透明金屬氧化物 (Transparent metal oxide), 它們透明可在低溫下成長且具有很好的光電特性由於在低溫下製作可以應用在可彎曲的塑膠基板上, 所以在近幾年被廣泛的研究, 因此出現了許多有關 ZnO 和 a-igzo 的研究為了改善 ZnO 過高的 V T 和避免使用 a-igzo 多元素材料, 本篇論文使用了 In 2 O 3 來作為通道層, 由於 ITO 是種非常普遍的導體, 它的本體是 In 2 O 3 裡面在掺入少許的 Sn 原子, 能夠大幅的提升導電性也因此, 我們選擇了跟 ITO 非常接近的 In 2 O 3 來當作通道層的材料 5

16 它具有能夠在低溫成長的優點, 又有好的電子遷移率, 能隙為 3.4eV, 與 ITO 電極相同, 因此和 ITO 有相當好的接面特性, 此外,In 2 O 3 不容易在光的照射下產生光電流, 加上 80% 以上的透光性等優點, 所以我們選用 In 2 O 3 來當作通道層,ITO 作為電極,SiN X 為絕緣層在本論文的第二章主要是介紹我們實驗時所需要準備的一些材料, 玻璃基板的選用, 靶材的基本原理以及特性介紹, 再來則是我們本次實驗中所使用的量測儀器簡單的原理介紹, 主要有四點探針以及橢圓偏光儀和參數分析儀第三章, 我們分做兩個部份, 首先是對成長不同的薄膜做特性分析, 針對設定的薄膜特性, 去修改實驗參數, 以長成所期望的薄膜, 分別針對氧化銦氮化矽與氧化銦錫提出不同的的參數設定和成長條件第二部份為製作 TFT 元件的流程, 包括一開始的光罩設計, 基板的清洗和光阻剝離法成膜的過程第四章是實驗的結果, 分為兩個部份, 第一部份為材料的分析, 包括電阻率透光率 X-ray 繞射表面結構和粗糙度等第二部份則為 TFT 元件實際量測的 I-V 曲線特性圖, 進而得到電晶體的各種特性, 像是觸發電壓遷移率漏電電流以及開關電流比第五章結論是對於本篇論文的總結 6

17 第二章製程材料與儀器介紹 2-1 氧化銦錫 (ITO) 和氧化銦 (In 2 O 3 ) 氧化銦 (In 2 O 3 ) 為 bixbyite 的晶體結構, 屬於 c-type 稀土族類具有缺陷的氧化物在晶格中, 氧化銦類似於螢石結構 (Fluorite), 其中陽離子 (In 3+ ) 佔據四面體的空隙位置 (tetrahedral interstitials), 陰離子 (O 2- ) 則位於面心立方晶格點, 如圖 2-1 所示, 晶格常數為 Å Bixbyite 晶體相似於 MO8 結構, 其中在晶格和晶格面的對角線方向各有氧離子的消失氧離子的消失使得 MO8 結構退化為 MO6 八面體, 並造成陽離子的偏移即面心立方體中有 3/4 的四面體插入位置被陰離子 (O 2- ) 所填滿, 陽離子 (In 3+ ) 則填滿面心的位置然而氧的消失也造成在 3/4 位置產生扭曲更大且不對稱的氧八面體, 所以在螢石結構 MO6 八面體沿著 1/4 位置氧原消失處 {100} 平面上堆疊 [6] 圖 2-1 氧化銦 (In 2 O 3 ) 的單位晶體結構 7

18 圖 2-2 氧化銦(In 2 O 3 ) 的晶體結構銦錫氧化物是以氧化銦為主體再加上少量的氧化錫的混合材料, 因此銦錫氧化物在結構上幾乎就和氧化銦結構相似, 其中造成它會導電最主要的原因有兩點, 第一個是氧空缺的形成, 第二個是錫原子被取代氧空缺的形成主要是因為當氧化銦大量排列結構時, 會因為材料本身的因素而有一些缺陷瑕疵產生, 這些缺陷就會造成結構中一些氧原子的空缺, 在這種情況下, 一些氧化銦的化學式會變成 In 2 O 3-x, 這些零星的氧空缺會在導帶的下方產生新的能階, 在這些氧空缺所產生的能階上, 電子藉由這些能階可輕易躍遷至上方的傳導帶, 形成自由電子, 因而導電 8

19 2-2 氮化矽 (Si 3 N 4 ) 氮化矽 (Si 3 N 4 ) 存在有 3 種結晶結構, 分別是 α β 和 γ 三相 α 和 β 兩相是 Si 3 N 4 最常出現的型式, 且可以在常壓下製備,γ 相只有在高壓及高溫下, 才能合成得到 [7] 圖 2-3 Si 3 N 4 晶體結構氮化矽薄膜具有非常穩定的化學特性, 雖然它的介電係數跟其它絕緣材料比起來較為低, 但其耐久性及抗水性比起其它絕緣材料更好, 所以也常是目前業界常使用在 TFT 的介電層材料用在 TFT 的氮化矽薄膜, 其折射率 (refractive index) 約在 1.8 左右, 其漏電流密度在 1MV/cm 的電場下, 需在 A/cm 2 以下 9

20 2-3 RF 磁式濺鍍系統本實驗室近年來大量使用 RF 磁式濺鍍系統來沉積薄膜材料, 如圖 2-4 雖然品質不及 PECVD 所成長的材料, 但是生產成本較低並且適合常溫製程 ; 與蒸鍍系統相比較, 它可以產生較緻密, 附著性較好的薄膜, 品質也比較穩定 [8] 圖 2-4 磁式濺鍍機系統示意圖一般常見的濺鍍系統又分為直流 (DC) 與交流 (RF) 兩種系統直流的系統由於電場固定, 當沉積絕緣薄膜或是半導體薄膜的時候, 容易造成離子堆積在靶材上, 造成電場排斥, 無法吸引離子再去轟擊靶材 10

21 表面, 所以大多應用在濺鍍金屬薄膜而使用射頻電源, 讓交換的電場可以避免過多的離子累積在單一電極之上, 保持電場穩定, 不論是在濺鍍任何材料都不會有電荷堆積的情況基礎的射頻濺鍍系統都會有一套真空設備, 先把腔體環境抽真空到高真空度, 然後通入使用的工作氣體, 一般來說以 Ar 氣為主, 然後施予一個 13.56MHz 的交流電壓, 藉由不斷的交換正負電極 ( 靶材接觸端和真空腔壁 ), 當氣體分子受到電場反應形成電漿產生偏壓, 能夠使氣體裡面的原子解離產生電子與離子, 而離子受到加速衝向正極, 撞擊靶材然後又產生新的離子與電子, 被撞擊的靶材噴濺至基板上就形成薄膜, 之後撞擊的電子可能又撞擊其他的 Ar 原子, 在這個過程中造成更多的離子與電子, 如圖 2-5 一般的濺鍍槍上方都會放置一個強力磁鐵, 讓產生的電子可以同時受到磁場與電場的影響, 行走路徑呈現螺旋狀, 此種方式不但可以使電子維持在一特定電漿環境之中, 更可以增加電子行走的路徑, 產生更多的碰撞機會, 因此我們又稱做射頻磁式濺鍍系統影響濺鍍系統的變數很多, 主要是電漿的工作功率操作壓力反應氣體的種類氣體的流量靶材的形狀基板的溫度和基板到電子槍的距離等, 這些都是會直接的影響沉積薄膜的物理和化學性質 ; 舉例來說, 操作的功率強度會影響沉積薄膜的成長速率, 也會影 11

22 響排列的結構緻密度, 緻密度也決定了薄膜的折射率與反射率, 因此若要沉積一理想的薄膜, 參數討論將會是一個非常重要的工作圖 2-5 濺鍍時所產生原子碰撞的現象[15] 2-4 量測儀器介紹四點探針 (Four-point-probe) 四點探針儀是最常用來量測薄膜電性以及薄膜整體性電阻率的儀器圖 2-6 為四點探針量測薄膜電阻示意圖, 其中 s 為探針與探針間距離, 工作原理是利用四根探針接觸薄膜的表面, 供給電壓與電流而量測電壓和電流的變化值一般來說四點探針的四根探針排列在同一直線上, 並且利用直流電流 (I) 施加在外側兩根探針上, 而使得內側兩根探針之間產生電壓降 12

23 (V), 薄膜電阻率 (ρ) 可以由下列公式中獲得 : 其中 R s 為片電阻 (Ω/ ),T f 為薄膜厚度,V 為通過內測探針之直流電壓值 (V),I 為施加於外測探針的直流電流值 (A),C.F. 為探針的修正因子 4.53,ρ 為薄膜電阻率 (Ω cm) 圖 2-6 四點探針量測儀示意圖橢圓偏光儀 (Ellipsometer) 橢圓偏光儀所量測的值是 r p /r s, 是利用橢圓極化光當作光源來對待測物表面進行量測,r 在這裡稱為反射係數 (reflection coefficient), 其定義是反射光電場與入射光電場的比值 ( 不考慮方向性 ) r=e r /E in 如圖 2-7 所示, 入射和反射的電場都會是一個波動的形式, 因此比值除了大小之外, 還會有相位差, 當待測物經由橢圓偏光量測之後, 反射光會產生不同的偏極狀態, 因此由上述可以得到兩個參數 ψ(psi) 及 (delta) 稱為橢圓偏極角 (Ellipsometric Angles) 13

24 或是橢圓參數 (Ellipsometric Parameters)[16] 得到兩個曲線圖, 再經由電腦軟體去進行曲線模擬以求得符合之曲線數據 [9] 本實驗所使用的機台為 SOPRA G1S5 的機台利用此機台我們量測 ITO 與 In 2 O 3 薄膜的折射率, 以及薄膜厚度的確認圖 2-7 橢圓偏光儀分析示意圖 X 光繞射儀當 X-ray 打到物體時, 有些射線會被反射回去, 此種反射如同鏡面反射, 入射角等於反射在某種角度下, 從相鄰鏡面反射之波彼此相位相同, 光程差為波長的整數倍, 因而產生建設性干涉滿足此條件便可產生繞射, 稱為布拉格定律, 如式 (1) 所示不同的晶體結構晶面間距 d hkl 會有所差異, 因此會有不同組合之繞射角 {2θ hkl } 2dhkl sinθ = nλ (1) 14

25 圖 2-8 晶體繞射 X 光時, 布拉格方程式的幾何關係 [15] 繞射的發生除了必須滿足布拉格條件外, 也會受晶體對稱性影響當晶胞內所含原子數目不只一個時, 由於這些原子彼此的對稱關係, 而限制了某些繞射的發生, 稱為消光條件 (Extinction condition) 故當近乎單色光的 X 光照射晶體時, 只有在某些特定的入射角才會出現繞射波, 這主要是決定於晶胞的形狀大小及對稱性此外, 晶胞內組成原子不同時, 由於各原子對 X 光散能力相異, 故雖結構相同也會照成不同的繞射強度基本上晶體的 X 光繞射實驗提供兩項重要訊息一個是繞射峰的位置, 另一是繞射峰的強度我們可以從 2θ 推出其晶格方向另外, 也可以從繞射峰的強度和繞射峰的形狀是否很陡峭來看它的結晶性是否很好隨材料的晶體結構與組成變化, 每個晶體所得到的資訊 15

26 各不相同因此可以利用 X 光的繞射分析來決定材料是屬於那一種結晶材料材料在 X 光繞射之下, 不同結晶化合物會產生相異的 {2θ hkl,i hkl } 組合, 稱為繞射圖譜 ( Diffraction patterns ) 本實驗所使用之 X 光繞射儀為德國 Siemens 公司的 D5000 型 X 光繞射儀此儀器所使用的 X 光靶 (tube) 為同靶, 所激發出來的波長為 :CuK α = Å 操作條件為工作電壓 40kV, 工作電流為 30mA 掃描速率為每秒 0.05 停留 3 秒, 掃描範圍為 20 到原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscope) 原子力顯微鏡屬於掃描探針顯微技術 (Scanning probe microscope) 的一支, 此類顯微技術都是利用特製的微小探針, 來偵測探針與樣品表面之間的某種交互作用, 如穿隧電流磁力等等, 然後使用一個具有三軸位移的壓電陶瓷掃描器, 使探針在樣品表面做左右前後掃描 ( 或樣品做掃描 ), 並利用此掃描器的垂直微調能力及迴饋電路, 讓探針與樣品問的交互作用在掃描過程中維持固定, 此時兩者距離在數至數百 Å(10-10 m) 之間, 而只要記錄掃描面上每點的垂直微調距離, 我們便能得到樣品表面的等交互作用圖像, 這些資料便可用來推導出樣品表面特性 16

27 2-4-5 場發射型掃描式電子顯微鏡 (field-emission Scanning Electron Microscope ) 掃描式電子顯微鏡, 其系統設計由上而下, 由電子槍 (Electron Gun) 發射電子束, 經過一組磁透鏡聚焦 (Condenser Lens) 聚焦後, 用遮蔽孔徑選擇電子束的尺寸 (Beam Size) 後, 通過一組控制電子束的掃描線圈, 再透過物鏡 (Objective Lens) 焦, 打在試片上, 在試片的上側裝有訊號接收器, 用以擇取二次電子或背向散射電子成像場發射掃描式電子顯微鏡除了跟傳統掃描式電子顯微鏡相同地可觀察物體之微結構外, 它由於高電場所發射之電子束徑小, 亮度高, 具有傳統掃描式電子顯微鏡所明顯不及之高解析度, 其解析度可高達 1.0 nm(15 kv) 2.2 nm(1 kv), 另可在低電壓 ( 可低至 0.5 kv ) 下操作, 具直接觀察非導體之功能本實驗所使用儀器之製造廠商及型號為日本 JEOL JSM-6700F 冷陰極 (Cold cathode ) 場發射掃描式電子顯微鏡冷陰極場發射電子槍較其他熱 ( Thermal ) 場發射及蕭基電子槍而言, 其優點是電子束與能量散佈相當小, 且在超高真空下操作, 解析度佳 17

28 2-4-6 半導體參數分析儀 (Semiconductor Parameter analyzer) 參數分析儀的使用方式非常的多, 在本實驗中主要是使用它來量測電流與電壓的變化曲線我們藉由三根探針, 分別接在 TFT 元件的閘極源極和汲極, 並分別在閘極和汲極施加電壓, 源極接地的其況下, 量測出 TFT 的特性曲線圖圖 2-9 HP4155 參數分析儀 18

29 第三章實驗步驟 3-1 材料的成長條件氧化銦錫 (ITO) 本實驗所使用的 ITO 靶材, 其本質為 In 2 O 3, 為氧化銦中摻入氧化錫 ITO 靶材主要是由氧化銦與氧化錫燒結而成的, 混合的比例如圖 3-1 所示,N 表示自由電子的濃度,C 代表所參入的錫原子濃度, 由圖可知在比例為 10% 的時候會有最多的自由電子產生, 可以得到最好的電導率, 所以我們就選擇氧化銦 : 氧化錫為 9:1 的, 尺寸亦為直徑 2 吋, 厚度 6mm, 純度 99.99% 的靶材圖 3-1 銦錫氧化物混合錫比例圖 [9] 19

30 我們以 RF 磁式濺鍍機來沈積 ITO 薄膜首先將洗淨的玻璃基板放進濺鍍機後, 封閉腔體, 進入抽真空程序第一階段抽真空是利用機械馬達 (Mechanical pump) 做粗抽, 將腔體從一大氣壓抽到 Torr, 進入第二階段抽真空, 利用渦輪馬達 (Turbo pump) 作細抽, 再把腔體壓力抽到低於 Torr 當腔體達到真空後, 通入 Ar 氣體 6 sccm, 操作壓力為 2 mtorr, 在之前的實驗中我們比較過功率 40W 60W 80W 100W 的成膜特性, 其中以 40W 的阻值跟遷移率上表現比較好, 主要是由於使用高功率濺鍍時, 被打出的粒子帶有高能量會轟擊已經沉積好的薄膜, 造成濺鍍的粒子無法整齊的排列好, 如果排列的規則性越差, 則電子在薄膜中行進的路線阻礙多, 導致遷移率下降, 而遷移率與電阻率又成反比, 自然電阻率就會上升, 因此我們就選定以 40W 當作薄膜沉積的功率, 沈積的薄膜厚度為 2000Å, 電阻率最低為 Ω-cm, 平均透光率也在 80% 左右氧化銦 (In 2 O 3 ) 在此實驗中我將延用學姊洪楚茵所研究 [10], 實驗所使用之氧化銦靶材尺寸為直徑 2 吋, 厚度 6mm, 純度 99.99% 氧化銦薄膜也是以 RF 磁式濺鍍機來沈積首先將洗淨的玻璃基板放進濺鍍機後, 封閉腔體, 進入抽真空程序第一階段抽真空是利用機械馬達 20

31 (Mechanical pump) 做粗抽, 將腔體從一大氣壓抽到 Torr, 進入第二階段抽真空, 利用渦輪馬達 (Turbo pump) 作細抽, 再把腔體壓力抽到低於 Torr 當腔體達到真空後, 通入 Ar 和 O 2 氣體, 總氣體流量固定為 6 sccm, 操作壓力為 1.5 mtorr, 濺鍍功率為 40W, 沈積的薄膜厚度為 1500Å 我們知道造成氧化銦導電的原因是氧空缺的形成, 但氧化銦薄膜作為本實驗的通道層, 必須要是高電阻, 因此, 我們考慮在沈積時通入氧氣, 以彌補氧的空缺, 使導電性下降, 但是相對的, 電子遷移率可能也會跟著降低所以我們選用通入 Ar 和 O 2, 比例為 1 : 1, 總通氣量為 6 sccm 的條件濺鍍氧化銦當作通道層在此條件下能夠長出高電阻卻能有足夠的氧空缺使導電性提升, 藉此提升電子遷移率氮化矽 (Si 3 N 4 ) 本次所延用之絕緣層為學長楊啟璋所研究 [11], 所使用之氮化矽靶材為直徑兩英吋, 厚 6 mm, 純度 99.9% 同樣的,SiN x 也是以 RF 磁式濺鍍機沈積, 在 1 mtorr 的操作氣壓下, 通入 Ar 和 N 2, 比例為 4 : 6, 總通氣量為 5 sccm 薄膜沉積分為兩段式, 先是以 120W 的功率濺鍍十分鐘, 再以 200W 的功率沈積, 厚度為 1800Å 此做法是為了避免一開始供給太過高能量的撞擊會破壞基板表面的 ITO, 維 21

32 持 ITO 的平整度, 可以降低漏電的現象由於本實驗之絕緣層將應用於 TFT 之結構, 所以我們選擇用 MIS 結構當作量測特性之結構, 雖然 MIS 結構可能會有因為絕緣層與半導體之接面產生之而外效應, 比較可能出現絕緣層本身以外產生的現象, 不過這樣卻跟應用在 TFT 比較接近, 在 MIS 的結構下, 我們量測以氮化矽薄膜當絕緣層, 所得到的電場 - 電流特性在 60% 的氮氣比例下, 得到的漏電流最低, 在 1MV/cm 的電場下, 漏電流值 1 x A/cm 2 圖 3-2 為我們在相同的結構下, 氮化矽薄膜利用 sputter 與 PECVD 的漏電做比較由圖中我們可以清楚得知, 我們的氮化矽薄膜, 其漏電流特性已經與 PECVD 於 300 成長的氮化矽薄膜有更好的品質 10-9 sputting on Si at RT PECVD on Si at 300 o C Leakage current density (A/cm 2 ) Electrial field (MV/cm) 圖 3-2 SiN X 薄膜的漏電流密度特性 22

33 在 MIS 的結構下, 我們量測氮化矽薄膜當絕緣層, 所得到的電壓 - 電容特性在 60% 的氮氣比例下, 得到最佳的磁滯電壓 (hysteresis) 為 0.6V, 其平帶電壓約為 -7V, 表示在其絕緣層內的缺陷較低在一般使用 PECVD 於 250 成長的氮化矽薄膜約在 0.1V 左右, 我們在室溫成長的氮化矽薄膜, 其電容特性也已經與 PECVD 於 250 成長的氮化矽薄膜相距不遠 V = 0.6 V 圖 3-3 SiN X 薄膜的電容特性 23

34 3-2 元件製作流程光罩設計本實驗製作之 TFT 元件為 Inverter coplanar 結構, 可以把堆疊的結構減少為四層, 因此只需要四道光罩來完成整個元件, 每一層的結構都是以光阻剝離的方式圖案化, 以下分為四層分別介紹第一層 : 閘極層, 主要是以 ITO 成膜, 中間主要是凸出來的地方是底部閘極, 下半部是接觸電極的部份四個角落都有對準十字, 分別給第二層與第三層對準用 ; 樹枝狀的結構是要用來量測阻值, 因為圖案化之後已經無法使用四點探針儀來量測了, 所以特別設計這個結構來量測阻值 ; 下方大塊的方形是為了方便使用夾子夾取設計的重點在於能夠方便源極與汲極的位置對準, 又不會造成漏電的情況第二層 : 絕緣層, 以 Si 3 N 4 成膜, 以簡單的方形結構, 主要是能夠完整的覆蓋住閘極凸出的位置, 只露出閘極接觸端, 尺寸大小為 140μm 240μm 設計的重點在於能夠完整的蓋住閘極, 避免閘極和源汲極有短路的現象第三層 : 源汲極層, 以 ITO 成膜, 兩個接觸點中間有一個小小凸出的部份, 這個部份要成長在閘極的上方, 小凸出的之間的距離決定了 TFT 元件的 length, 設計的光罩上有 7 種尺寸, 分別為和 20μm; 兩邊有樹枝狀結構和閘極一樣可以用來測量阻值 ; 24

35 右邊的方塊則是為了方便夾子夾取設計的重點在於規劃出期望的元件尺寸和位置對準的便利性第四層 : 通道層, 以 In 2 O 3 成膜, 以矩形的寬度來決定 TFT 元件的 channel width, 側視圖可以看出源汲極之間的通道, 如果在下方的閘極施加電壓, 這條路就可以導通了設計的重點在於能夠蓋住通道即可四層光罩堆疊在一起之後, 對準誤差在 ±5μm 內都可以對準, 整個光罩的尺寸為 30mm 30mm 元件製程玻璃和 polyethylene terephthalate (PET) 基板清洗在這個實驗中, 我們分別使用尺寸為 30mm 30mm 玻璃和 PET 塑膠當做基材, 玻璃的厚度為 0.5mm,PET 的厚度為 0.1mm, 在玻璃和 PET 基板上成長薄膜 a. 先將玻璃放入裝有丙酮溶液的燒杯中, 再放到超音波振盪器中, 震盪強度設定為 9, 溫度 40 C, 震盪清洗 20 分鐘, 主要是先去除表面的粒子以及油污 b. 將玻璃放入裝有異丙醇溶液的燒杯中, 再放到超音波振盪器中, 震盪強度設定為 9, 溫度 40 C, 震盪清洗 20 分鐘, 主要是能去除表面油污並且可以溶解殘存在玻璃表面的丙酮 25

36 c. 將玻璃放入裝有去離子水 (DI water) 的燒杯中, 再放到超音波振盪器, 震盪強度設定為 9, 震盪清洗 20 分鐘, 主要是利用異丙醇溶於水的特性, 藉由水來帶走殘留在玻璃表面的異丙醇 d. 接著把玻璃拿出來, 在去離子水出口沖洗兩分鐘, 這樣能夠更完整的清除玻璃表面的有機溶劑殘留 e. 將清洗乾淨的基板放置, 並用氮氣槍吹乾正反面 f. 放入 120 度的烤箱中烘烤 30 分鐘置於丙酮溶液清洗超音波振盪器震 20 分鐘置於異丙醇溶液清洗超音波振盪器震 20 分鐘去離子水沖洗置於去離子水清洗超音波振盪器震 20 分鐘用氮氣槍吹乾烤箱烘乾 120 度烤 30 分鐘圖 3-4 清洗玻璃基板流程圖 26

37 TFT 元件製程首先將清洗乾淨的玻璃基板上, 旋轉塗佈 AZ4210 光阻, 控制轉速, 使光阻厚度約為 2 μm 後, 在 100 C 的烤盤上烘烤 90 秒, 使光阻的水氣揮發, 接著對準光罩後曝光, 在使用 AZ400K 顯影液顯影, 直到圖案清晰, 在以去離子水沖乾淨吹乾即可完成後, 放入濺鍍機準備濺鍍第一層薄膜, 第一層為閘極的 ITO 薄膜, 沈積厚度為 2000Å 濺鍍完後取出, 準備去除光阻, 先將取出的試片浸泡在丙酮溶液中, 待大部分的光阻溶解後, 再放入超音波振盪器以丙酮震盪 3 分鐘, 去除細微部份的光阻之後重複黃光顯影的步驟, 濺鍍第二層絕緣層的 Si 3 N 4, 沈積厚度約為 1800 Å, 接著去除光阻第三層源極和汲極的 ITO, 厚度 2000 Å, 第四層主動層的 In 2 O 3, 厚度 1500 Å, 也是重複一樣的步驟完成我們將此製程技術轉移到 PET 塑膠基板上, 由於我們所有的製程皆在室溫下進行, 因此我們可以忽略在傳統製程上因為溫度過高而無法使用塑膠作為基板的問題此外我們直接將使用在玻璃基板上製程的技術轉移到塑膠基板上, 可以大大的降低製造成本, 且藉此希望此種轉移技術, 可以獲得與在玻璃基板上製程的薄膜電晶體相同的特性 27

38 1. 上光阻 9. 上光阻 2. 曝光顯影 10. 曝光顯影 3. 濺鍍 ITO(gate) 11. 濺鍍 ITO(Source and Drain) 4. 光阻剝離 12. 光阻剝離 5. 上光阻 13. 上光阻 6. 曝光顯影 14. 曝光顯影 7. 濺鍍 Si3N4(Isolator) 15. 濺鍍 In2O3(Channel) 8. 光阻剝離 16. 光阻剝離圖 3-5 元件製作剖面圖 28

39 Insulator SiN X Gate ITO Gate ITO 第 4 步完成 (ITO 沉積 ) 第 8 步完成 (SiN X 沉積 ) Insulator SiN X Insulator SiN X Source ITO Drain ITO Source ITO Drain ITO 介 Gate ITO Gate ITO Channel InO X 第 12 步完成 (ITO 沉積 ) 第 16 步完成 (In 2 O 3 沉積 ) 圖 3-6 元件製作上視圖 ( 對照第 28 頁流程 ) 29

40 第四章結果與討論 4-1 氧化銦材料分析本研究主要是沈積氧化銦當作薄膜電晶體的通道層於玻璃與塑膠基板上, 我將取用學姊洪楚茵先前的研究, 得知在通入 Ar 和 O 2, 比例為 1 : 1 時, 沈積出來的氧化銦薄膜最適合當做薄膜電晶體的通道層因此在此實驗中, 將氧化銦薄膜厚度控制約為 1500Å, 以 PET 塑膠為基板, 沈積氧化銦薄膜, 並且量測其折射率電阻率 XRD 和透光率我們使用 PET 塑膠為基板, 在 50% 通氧量時, 使用橢圓偏光儀測量出薄膜的折射率為 2.02 電阻率(Resistivity) 部份, 使用四點探針測量電阻率為 Ω cm 此測量結果與我們沈積在玻璃基板上的薄膜, 折射率為 2.03, 電阻率為 Ω cm 幾乎相同推測在室溫下, 使用長距離 RF 濺鍍成膜的過程中基板由玻璃轉換成塑膠, 並不會有太多的影響我們再分析其 X-ray 繞射, 如圖 4-1 可以看出氧化銦, 在 2θ =30 時出現最強的繞射峰 (222) 和先前的研究結果相同, 推測若最強繞射峰的結晶面為 (222) 時, 是我們需要成長出來的氧化銦材料結構 30

41 600 (222) 500 Intensity (a.u.) θ (degrees) 圖 4-1 氧氣 50% 流量比下之 XRD 圖透光率 (Transmittance) 的部份, 如圖 4-2 所示, 在可見光波長 ( nm) 下, 穿透率都在 70% 以上而平均透光率約在 87% 左右 Transmittance(%) ITO SiN X InO X PET Wavelength(nm) 圖 4-2 透光率變化圖 31

42 我們對沈積在塑膠基板上的氧化銦薄膜去作 AFM, 觀察其表面的粗糙度情況, 其粗糙度 (rms) 為 1.603nm, 可見沉積的氧化銦薄膜相當的均勻平整粗糙度 ~1.6nm 圖 4-3 氧氣 50% 流量比下的表面立體圖我們可以大膽的假設, 在相同的環境和成長條件下, 我們將室溫製程技術從玻璃轉移到 PET 塑膠基板上, 亦可以獲得相同的材料特性且推測以此種轉移技術, 製作在軟性基材 PET 塑膠上和製作在硬性基材玻璃基板上的 TFT 元件, 應該擁有相差不多的光電特性 32

43 4-2 氧化銦薄膜電晶體特性氧化銦薄膜電晶體薄膜電晶體的結構大致分為 staggered coplanar Inverted staggered 和 Inverted coplanar 四種結構近幾年 TFT 廣泛的應用在顯示器, 為了增加面板的開口率, 最常被使用的結構為 Inverted staggered 和 Inverted coplanar, 如圖 4-4 Channel Source Drain Gate Glass substrate Inverted coplanar L L Insulator Source Channel Drain Gate Glass substrate Inverted staggered Insulator 圖 4-4 薄膜電晶體結構圖而傳統的非晶矽薄膜電晶體最常使用的為 Inverted staggered 結構, 本實驗我們製作的薄膜電晶體, 採用 Inverted coplanar 結構, 通道層在源極, 汲極層的上方, 如圖 4-5 ; 所有成膜的過程都是以 RF 磁式濺鍍系統和光阻剝離成膜來完成, 製程簡單, 不但可以降低成本又環保 ; 用 In 2 O 3 來取代 PECVD 成長的非晶矽, 用 ITO 來取代 PECVD 成長的 n + -Si; 整個元件都是透明的薄膜做製程, 透光度在 80% 以上圖 4-6 為元件完成後, 以光學顯微鏡所拍攝的結果 33

44 InO X ITO SiN X ITO 圖 4-5 氧化銦薄膜電晶體側面圖 ITO ITO InO X SiN X ITO 圖 4-6 氧化銦薄膜電晶體上視圖 34

45 4-2-2 量測結果與分析本實驗結果, 都是以尺寸為長 6 μm, 寬 20 μm 的情況下進行討論我們給定電壓 V D =5V, 量出 I D 的變化, 做出 I D -V G 圖, 另外給定電壓 V G, 量測 V D 從 0 到 15V 電的變化, 做出 I D -V D 圖由量測出的結果, 可以得知幾項薄膜電晶體的資訊, 因為 I DS CiμsatW = 2L ( V V ) 2 GS TH for V DS < V GS V TH 我們以 I D 對 V G 作圖, 得到 V T, 代入上式計算後, 可以得到電子遷移率 (μ), 其中 C i 為絕緣層的單位面積電容, 其值為 F/m 2, 作為薄膜電晶體電子遷移率則是越大越好 ; 另外 on/off ratio 為 I on 和 I off 相除, 作為一個薄膜電晶體, 應該至少要在 10 6 以上 ; subthreshold swing 則定義為 S = d dv GS ( log I ) DS 在 Kalluri R. Sarma 等人的研究中 [23], 在塑膠基板上製作出畫素的 a-si 薄膜電晶體並成功的驅動有機發光二極體所製作出來的薄膜電晶體特性,V T 約為 2.51V, 電子遷移率為 cm 2 /Vs,on/off ratio 約為 10 6 以下我們就分別以在玻璃和 PET 塑膠基板上製作的薄膜電晶體來作討論 35

46 玻璃基板上 TFT 之 transfer characteristics x x10-11 Drain current, I DS (A) x x x10-11 Leakage current, I D (A) Gate votage, V GS (V) 圖 4-6 玻璃基板上 TFT 之 I D -V G 圖製作在玻璃基板上的氧化銦薄膜電晶體, 其 I D -V G 圖, 如圖 4-7 所示,V T 約為 1.5V, 電子遷移率為 9.39 cm 2 /Vs,on/off ratio 為 I on A 與 I off A 相除的 ,subthreshold swing 約為 0.5 V/dec, 閘極的漏電電流約在 A 左右此顆電晶體的 V T 為 1.5V, 表示他只需要很小的電壓就可以啟動, 電子遷移率也有 9.39 cm 2 /Vs, 比起非晶矽薄膜電晶體已經好很多,on/off ratio 也在 10 6 以上, 可見此顆電晶體的部份特性已超越傳統之 a-si TFT 36

47 玻璃基板上 TFT 之 output characteristics 3.0x10-5 V G =10V 2.5x10-5 Drain current, I DS (A) 2.0x x x10-5 V G =8V V G =6V 5.0x Drain voltage, V DS (V) V G =4V V G =2V V G =0V 圖 4-7 玻璃基板上 TFT 下之 I D -V D 圖我們針對這個氧化銦薄膜電晶體, 在 V G 分別施加和 10 的電壓, 量測 V D 從 0 到 15V 的電流的變化, 如圖 4-8 所示, 從這張圖我們可以很明顯的看出線性區和飽和區的區間當 V G = 0V 時, 因為未達到 V T, 元件尚未啟動, 電流幾乎為 0 ; 當 V G = 2V 時, 已經超過 V T 點, 因此開始有電流產生, 約為 A, 在 V G = 10V 時, 電流已可到達 A 37

48 塑膠基板上 TFT 之 transfer characteristics 2.0x x x10-8 Drain current, I DS (A) x x x x x x x10-9 Leakage current, I G (A) Gate voltage, V GS (V) 圖 4-8 塑膠基板上 TFT 下之 I D -V G 圖製作在玻璃基板上的氧化銦薄膜電晶體, 其 I D -V G 圖, 如圖 4-9 所示,V T 約為 1.83V, 電子遷移率為 8.19 cm 2 /Vs,on/off ratio 為 I on A 與 I off A 相除的 ,subthreshold swing 約為 0.8 V/dec, 閘極的漏電電流約在 10-9 A 左右此顆電晶體的 V T 為 1.83V, 表示他只需要很小的電壓就可以啟動, 電子遷移率也有 8.19 cm 2 /Vs, on/off ratio 也在 10 6 以上 38

49 塑膠基板上 TFT 之 output characteristics 4.0x10-5 V G =10V 3.5x x10-5 Drain current, I DS (A) 2.5x x x x x V G =8V V G =6V V G =4V V G =2V V G =0V Drain voltage, V DS (V) 圖 4-9 氧氣 50% 流量比下之 I D -V D 圖我們針對這個氧化銦薄膜電晶體, 在 V G 分別施加和 10 的電壓, 量測 V D 從 0 到 15V 的電流的變化, 如圖 4-10 所示, 從這張圖我們可以很明顯的看出線性區和飽和區的區間當 V G = 0V 時, 因為未達到 V T, 元件尚未啟動, 電流幾乎為 0 ; 當 V G = 2V 時, 已經超過 V T 點, 因此開始有電流產生, 約為 A, 在 V G = 10V 時, 電流已可到達 A 39

50 4-3 氧化銦薄膜電晶體元件特性分析由圖 4-6 與圖 4-8 轉移特性曲線得知, 我們製作在軟性基板和硬性基板上的薄膜電晶體元件特性相差甚小, 其電子遷移率都在 8 cm 2 /Vs 以上, 比起傳統 a-si 薄膜電晶體已經大幾倍以上兩者的 on/off ratio 也在 10 6 以上, 啟始電壓更在 2V 以下顯示我們的室溫製程足以應用在可曲撓的基板上, 且可以獲得不錯的元件特性我們在分析其輸出特性曲線, 從圖 4-7 與圖 4-9 得知, 製作於玻璃基板上的薄膜電晶體, 在飽和區的輸出曲線非常平整相較於塑膠基板上的薄膜電晶體, 飽和區的輸出曲線卻慢慢的上升而非平整線我們再觀察轉移曲線發現, 玻璃基板與塑膠基板上的電晶體閘極漏電電流約在 A 與 10-9 A, 漏電流已相差 100 倍同時由其輸出曲線得知, 當 V G = 10V 時, 製作在玻璃基板上的 TFT 輸出電流為 A, 而製作於塑膠基板上的 TFT 輸出電流高達 A 推測為閘極漏電流的影響, 也可能是造成圖 4-9 輸出曲線於飽和區不平整的原因在本實驗進行製作時, 當第一層閘極電極製作完成後, 使用光學顯微鏡觀察發現其表面不平整推測原因為在進行濺镀時, 可能會對基材表面造成傷害, 而影響到第二層的絕緣薄膜品質, 造成閘極漏電流變大 40

51 第五章結論我們成功的在玻璃和 PET 塑膠基板上製做出一個透明的氧化銦薄膜電晶體, 整個製程都是在室溫下以射頻磁式濺鍍機成長, 為 bottom gate 的結構, 平均穿透率在可見光範圍內為 85% 以上, 所得到最佳的電子遷移率在玻璃基板上為 9.39 cm 2 V -1 s -1, 已經比傳統的 a-si TFT 大上許多 ; V T 為 1.5 V, 因此只需要一個小的電壓就可讓電晶體啟動 ; 電流開關比為 , 在 10 6 以上, 也足夠作為一個開關 ;subthreshold swing 為 0.5 V/decade 我們將此技術轉移到塑膠基板上, 我們也成功的製作出透明的薄膜電晶體, 所得到最佳的電子遷移率在玻璃基板上為 8.19cm 2 V -1 s -1,V T 為 1.5 V, 電流開關比為 , 在 10 6 以上 ;subthreshold swing 為 0.8 V/decade 然而在輸出特性曲線上, 發現薄膜電晶體製作於塑膠基板比玻璃基板的閘極漏電流大上 100 倍推測結果可能為在進行高功率濺镀時, 帶高能量粒子會對軟性基材表面造成傷害在此室溫製程技術下, 期望未來可在曲繞式的基板上驅動有機發光二極體 Organic Light-Emitting Diodes(OLED) 發展下一個世代顯示器主要目標 - 可曲繞顯示器 41

52 參考文獻 1. < 科學發展 > 2002 年 1 月,349 期,30~37 頁 2. Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 459, pp. 157, Elvira M. C. Fortunato, Adv. Mater., Hisato Yabuta, Masafumi Sano, Katsumi Abe, Toshiaki Aiba, Tohru Den, and Hideya Kumomi.Appl.Phys.Lett.89,12123 (2006). 5. Kenji Nomura,Nature,Vol.432, 25 Nov Z. M. Jarzebski, phys. Stat. sol.71, 13, (1982). 7. J. Phys.: Condens. Matter 13 No. 22, (4 June 2001). 8. Hong Xiao, Introduction to semiconductor manufacturing technology, Ch5. 9. 磁式濺鍍機 ITO 薄膜沉積之後熱處理效應, 陳一帆, 中山大學光電工程研究所論文, 室溫氧化銦透明薄膜電晶體的製備, 洪楚茵, 國立中山大學光電工程研究所碩士論文, 利用磁式濺鍍機成長矽與氮化矽於矽基板和玻璃基板, 楊啟璋, 中山大學光電工程研究所論文, Elvira M. C. Fortunato Pedro M. C. Barquinha Ana C. M. B. G. Pimentel Alexandra M. F. Goncalves Antonio J. S. Marques Luis 42

53 M. N. Pereira and Rodrigo F. P. Martins Adv. Mater No C. Nunes de Carvalho G. Lavareda, A. Amaral, O. Conde, A. R. Ramos J. Non-Cryst. Solids 352 (2006) G. Lavareda, C. Nunes de Carvalho E. Fortunato, A. R. Ramos, E. Alves, O. Conde A. Amaral J. Non-Cryst. Solids 352 (2006) B. Yaglioglu H. Y. Yeom R. Beresford and D. C. Paine Appl. Phys. Lett (2006). 16. R.A.M. Azzam,N.M.Bashara, Ellipsometry and Polarized Light, Jiumin Wang, Liangcai Wu, Kunji Chen, Linwei Yu, Xiang Wang, Jie Song, and Xinfan Huang Appl. Phys. Lett (2007). 18. 室溫氧化銦透明薄膜電晶體的製備, 郭于鈺, 國立中山大學光電工程研究所碩士論文, P. F. Caracia, R. S. McLean, and M. H. Reilly, Applied physics letters 88, (2006). 20. Hisato Yabuta, Masafumi Sano, Katsumi Abe, Toshiaki Aiba, Tohru Den, and Hideya Kumomi, Applied physics letters 89, (2006). 43

54 21. R. Navamathavan, Jae-Hong Lim, Dae-Kue Hwang, Baek-Hyun Kim, Jin-Yong Oh, Jin-Ho Yang, Hyun-Sik Kim and Seong-Ju Park, Journal of the Korean Physical Society, Vol. 48, No. 2, February 2006, pp. 271~ J. Siddiqui, E. Cagin, D. Chen, and J. D. Phillips, Applied physics letters 88, , (2006). 23. Kalluri R. Sarma, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 814,

國立中山大學學位論文典藏.PDF

國立中山大學學位論文典藏.PDF 國立中山大學物理學系研究所碩士論文 Zn1-x-yLixSnyO 薄膜成長與物性之研究 Study of Zn1-x-yLixSnyO thin films by growth and physics properties 研究生 : 楊恭尚撰指導教授 : 周雄博士中華民國九十九年七月致謝本來對