綠色科技子計畫I 透明薄膜電晶體

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Title:	綠色科技子計畫I 透明薄膜電晶體
Authors:	陳炳茂
Contributors:	光電系統工程系
Keywords:	氧化銦鎢、薄膜電晶體、載子移動率、電子束蒸鍍法、撓性基板、聚醚楓
Date:	2015-10
Issue Date:	2016-01-07 15:20:19 (UTC+8)
Abstract:	在現今的平面顯示器技術中，氧化物半導體(Oxide Semiconductor)具有高的載子遷移率，以及高的穿透率等特性，普遍被認為是下個世代顯示器的主流之一，但是目前研究提出之高效能氧化物薄膜電晶體其組成成分都含有鎵(Gallium, Ga)元素。在本研究中，成功開發出不含Ga 的新式非晶態氧化物半導體材料-氧化銦鎢 (Indium tungsten Oxide, IWO)，並成功製作出高效能氧化銦鎢薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT)，其結構採用反交錯結構 (Staggered Structure)，藉由改變沉積薄膜時的製程參數與氧氣流量，以釐清含氧量對於氧化鋁鋅錫薄膜電晶體的特性影響，並且對元件的基本電特性、材料特性等特性進行分析與探討。實驗結果顯示IWO 厚度為10 nm 氧氣分壓為7%及退火溫度為200 ℃熱退火處理30 分鐘過後，可製造高效能的薄膜電晶體，其臨界電壓(Threshold Voltage)為-0.37 V，次臨界擺幅(Sub-threshold Swing) 為0.61 V/decade，且載子移動率可超過8 cm2/Vs。透明導電薄膜，在光電元件上已被廣泛應用，其應用主要作為元件的透明電極，例如觸控面板、太陽電池、有機發光二極體、液晶螢幕顯示器等。在軟性電子的功用需求下必需具備可撓曲性、更高的透光和更低的片電阻，同時擁有良好的品質係數。利用品質係數的數值可用來尋找一個最佳化具有優異的導電性和穿透率之薄膜。在有機電子元件與電晶體應用中，WO3 是一個高透光的電洞傳輸層材料，但由於WO3 對於環境中水與氧氧的抵抗能力較差，所以本實驗利用電子束蒸鍍機在玻璃基板和聚醚楓脂基板堆疊出介電層-金屬層-介電層結構，使用WO3 作為下層介電膜，部分試片為TiOx/Ag/WO3 結構讓在最上層的TiOx 抵抗環境水氣的攻擊，並對其作光學、電性、環境恆溫恆濕測試、表面形貌粗糙和高溫熱退火處理後電性，表面形貌的量測。經針對各層膜厚(氧化鈦、銀、氧化鎢)進行三層結構薄膜厚度最佳化。TiOx(40nm)/Ag(15 nm)/WO3(40nm)結構在波長為550 nm 光子下最高光穿透和低的片電阻。其品質係數分別為在玻璃基板上1.23 10-1 Ω-1 與在聚醚楓脂基板為1.20 10-1 Ω-1。在2 2 μm-2 範圍下表面粗糙度為1.28 nm，而15 nm 厚的銀之晶粒尺寸藉由公式計算為11.2 nm。而針對三層結構的熱穩定性進行研究。當高溫熱處理至500℃時還具有高的品質係數降至4.7 10-2 Ω-1。TiOx/Ag/WO3-20/15/40 三層薄膜與其比較其他膜厚試片環境測試後明顯光子穿透和片電阻上升幅度最小，在本研究中的試片中具有最佳的環境抵抗能力。
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