高靈敏度光感測器元件製作與信號量測

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Title:	高靈敏度光感測器元件製作與信號量測
Authors:	李憶興
Contributors:	半導體與光電科技系
Keywords:	關鍵詞：雙閘極氧化銦鎵鋅薄膜電晶體元件，氧化銦鎵鋅 (IGZO)通道層、照光系統量測
Date:	2023-10-31
Issue Date:	2023-11-27 16:25:13 (UTC+8)
Abstract:	本專題研究計畫為高靈敏度光感測器元件製作與信號量測。當IZO薄膜在不同沉積功率(75-150W)，退火溫度升高RT-300 ℃時，IZO薄膜電阻率明顯下降，載子遷移率上升，載子濃度逐漸增加，但在溫度350℃時，電阻率些微上升，載子遷移率些微下降，載子濃度達到最高。其中，在退火溫度為300℃時，沈積功率125W 達到低電阻率（1.43×10-3 Ω- cm），最高載子遷移率（11.12 cm2/V-s）與高載子濃度（4.61×1020cm-3）適合考慮作爲元件之S/D。AFM有最低的薄膜表面粗糙度結果，說明沉積功率125 W在退火溫度300 ℃時有最高載子遷移率 11.12 cm2/V-s ，然而沉積功率150 W，薄膜載子遷移率些微下降。IZO 薄膜In/Zn比例在沉積功率125W，退火溫度350 ℃時上升到最大值 9.48，此結果説明了退火溫度增加載子濃度持續增加的原因。當介電層製程變化時要量測C-V電容，使用平行板電容的量測結果與計算出的電容值比元件量測準確度高，200 nm SiOx介電層電容值為1.9×10-11 F。以上述優化製程於矽基板上製作雙閘極氧化銦鎵鋅薄膜電晶體元件，在六道光罩製程中有四道薄膜掀離製程，兩道介電層乾蝕刻製程。本研究通過從改變通道層與 S/D的接觸面積來評估通道層對元件特性之影響。從不同通道長寬的結果看來最佳的元件長寬設計為W/L=25/50 μm，其五大參數為: Vth = 0.05 V, S.S.= 3.7 V/decade, μFE = 15.99 cm2 ·V -1 ·s -1 , Ion = 1.14×10-7 A, Ioff = 1.81×10-11 A。進行雙閘IGZO薄膜電晶體元件光罩之設計與製作的結果(A、B-type)同通道尺寸的Vth、S.S.、 μFE 、Ion、 Ioff 比較下來，多數還是 (A-type) 的電性較佳。藉由藍光、白光、紅光、綠光高功率LED 以電源供應器 (PWS4721)來調整電流。準備好照度計(LX-1102)與光功率計 (Power meter, Model 843-R, Newport）。測試光功率 0.02 ~ 4.08 mW/cm2 與照度10000 ~ 40000 Lux 以上的範圍。量測不同電流與不同距離之光功率、光譜儀、照度。相同驅動電流時，光功率密度為紅光 > 綠光 > 藍光 > 白光。然而，照度量測結果為白光 > 綠光 > 藍光 > 紅光，這可能與照度計設備，將光功率換算為光強度的光視效函數V(l)有關。後續實驗將以此照光量測系統進行雙閘極 IGZO TFT 元件之光電特性研究。
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