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透明的電晶體

2011/02/08 | 未分類 |

Original publish date:Feb 07, 2003

編輯 Agape 報導

科學家們使用ZnO製造出在可見光波長範圍內﹐透光率達75%的薄膜電晶體,適合應用在主動式液晶顯示器作個別像素的驅動。

由於在材料合成技術上的突破﹐透明電子元件(transparent electronics) 的開發已逐漸受到科學家們的重視。到目前為止﹐已經被使用且證實可製成元件的材料有CuAlO2 ﹑ZnO ﹑SnO2 ﹑以及In2O3:Sn。本文所要介紹的﹐是惠普(Hewlett-Packard) 的工程師R. L. Hoffman與奧瑞崗州立大學的科學家們合作﹐使用ZnO作為透明導電通路(conducting channel)所製成的薄膜電晶體。

R. L. Hoffman等人首先在玻璃基板上﹐以濺鍍的方式鍍上一層厚200nm的ITO(indium tin oxide﹐一種透明導體) 作為電極。然後以atomic layer deposition的方式﹐鍍上一層厚220nm的ATO(為AlO3與TiO2所組成的超晶格結構﹐為絕緣體) 作為分隔導電通路與電極之間的絕緣體。在 ATO之上﹐再以離子束濺鍍的方式鍍上作為導電通路的ZnO﹐以及作為源極與閘極電極的ITO。為了提昇ZnO的電阻係數﹐在濺鍍之後還須在純氧中經過攝氏600-800度的快速退火(RTA﹐rapid thermal anneal) 。而源極與閘極的ITO﹐也須在純氧中經過攝氏300度的RTA﹐以增加其透明度。

為了測驗這薄膜電晶體整體的透明度﹐R. L. Hoffman等人作了光穿透的實驗。在所得到的頻譜上﹐他們發現可見光波長範圍內的電磁波﹐對於元件整體的穿透率達75%。與在單一玻璃基板上所測得的92%穿透率來比較﹐他們得出元件對這些波長的電磁波﹐其吸收率約為17%。

既然是薄膜電晶體﹐當然得測量其特性曲線(電流-電壓曲線) 。他們發現﹐如此製成的TFT其導電通路為增強型(enhancement mode) 的﹐代表必須在電極上加正電壓才能增加導電度。而且﹐在一旦達到飽和﹐通路中的電流十分穩定﹐代表ZnO層中的載子(在此為電子) 能夠被有效的控制﹐沒有殘餘載子的存在。除此之外﹐電流的開/關比值(on-off ratio)達10的七次方(一千萬倍)。進一步的分析顯示﹐ZnO層中電子的移動率(mobility)為0.35-0.45 cm2/V﹐不比使用非晶性矽(amorphous Si)或有機材料製成的薄膜電晶體中載子的移動率差。在關於元件透光度與的測量中﹐他們發現可見光的照射﹐並不會影響其導電特性。但是若以紫外光照射﹐將會在ZnO層中產生電子-電洞對﹐造成persistent photoconductivity的現象。至於這個現象是否有實際的應用﹐R. L. Hoffman等人則表示有待進一步的研究。

R. L. Hoffman等人聲稱﹐他們所製成的薄膜電晶體﹐有製程簡單﹑成本低(使用玻璃基板)等優點。而在元件設計上﹐還有許多可以改進的空間。例如可以增加導電通路的寬度-長度比例﹐以提高通路中的電流。此外﹐由於元件中寄生電容(parasitic capacitance)的限制﹐上述的特性均是在直流(dc)條件下所測量的。至於元件的頻率響應(交流特性) ﹐仍有待努力。基於所得的數據﹐他們樂觀地表示﹐經過適當的改進﹐以ZnO製成的透明薄膜電晶體﹐或許可以在應用在主動式陣列液晶顯示器(AMLCD, active-matrix liquid-crystal display)中﹐作為單一像素的驅動元件。

原始論文:

R. L. Hoffman et al., ZnO-based transparent thin-film transistors, Applied Physics Letters 82, 733 (2003)

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [May 30, 2003] 速度更快的透明電晶體

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