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%。
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:
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R. L. Hoffman et al., ZnO-based transparent thin-film transistors, Applied Physics Letters82, 733 (2003)
不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。
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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。