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低溫多晶矽與金屬氧化物薄膜電晶體可靠度與物理機制探討

為了解決uv-5r擴頻的問題，作者曹俞慶 這樣論述：

隨著科技的進步，人類的生活越來越便利，穿戴式裝置在這之中扮演了非常重要的角色。一個優秀穿戴式裝置需要輕，薄並且續航力夠久。除了增加穿戴式裝置電池容量，減輕裝置本身的耗電量也是其中一種方式。近期Apple釋出一項應用在穿戴式裝置的面板技術，利用低溫多晶矽 (Low Temperature Polycrystalline Silicon, LTPS) 薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT) 的高載子遷移率特性當作驅動電晶體，並且搭配上銦鎵鋅氧(indium gallium zinc oxide, IGZO) 的低漏電特性當作開關電晶體，組成Low Temperatur

e Polycrystalline Oxide (LTPO)。這樣的配置根據蘋果統計可以省下最多到15%的電力。低溫多晶矽薄膜電晶體作為驅動電晶體，需要提供較大的電流，因此元件的載子遷移率極為重要。影響低溫多晶矽薄膜電晶體的載子遷移率的其中一個因素為多晶矽的結晶大小。藉由改變雷射能量的強度可以控制多晶矽的晶粒大小。在適當的能量範圍下，雷射能量越大，多晶矽的晶粒越大，其載子遷移率也越高。然而，晶粒越大的同時，晶界缺陷也越多，元件的不穩定性也同時增高。因此本論文的第一部分主要探討不同雷射能量大小的元件，在同樣的高溫閘極負偏壓條件下的可靠度實驗，利用計算介面缺陷與晶界缺陷在可靠度前後的變化，探討元件

劣化的主導機制。另外，作為驅動電晶體，會長期操作在大的集極電壓下，而且勢必會有大電流通過。這些通過元件的大電流會造成元件的自發熱現象，進而導致元件的劣化。本論文第二部分著重探討元件操作在大集極電壓下的可靠度實驗。在大集極電壓下操作會發現兩階段的劣化現象，第一階段元件的起始電壓會先向右偏移，同時電容會有異常的抬升。之後在第二階段，元件的起始電壓會開始向左飄移。起始電壓先向右再向左的漂移的現象，顯示有兩種劣化的機制在競爭。因此利用升溫排除掉自加熱的影響來釐清個別的主導機制.除了低溫多晶矽薄膜電晶體之外，銦鎵鋅氧薄膜電晶體的特性與可靠度問題的探討也極為重要。本論文第三部分將探討自我對準銦鎵鋅氧薄膜電

晶體的製程特性與可靠度問題。自我對準銦鎵鋅氧薄膜電晶體製備時，常會有額外氫擴散的問題。額外擴散的距離會導致小尺寸元件的特性飄移或是可靠度問題。通道長度較長的元件起始電壓有較一致的分佈區間，並且在經過高溫正偏壓電應力可靠度實驗後，起始電壓向右飄移劣化。但是在小尺寸元件中會發現，元件的起始電壓相較於長通道元件較負，並且在經過一樣的可靠度實驗後，劣化方向與長通道元件相反，起始電壓異常地大幅向左。這是由於製程中額外氫擴散距離所導致的。當額外擴散距離與元件尺寸相當時，就會造成元件通道整體的電子濃度較高，同時也會造成元件可靠度的異常。因此小尺寸元件才會出現起始電壓較負並且可靠度測試後起始電壓向左漂移的現象

。相反地，長通道元件，因為通道保有一段不受額外氫擴散距離影響的中間區域，因此元件起始電壓不受影響，可靠度測試後也是正常的向右漂移。於本論文第四部份，探討銦鎵鋅氧薄膜電晶體中遮光層的設計。由於銦鎵鋅氧薄膜電晶體在負偏壓照光下操作會產生大量的劣化，所以會在元件的下方設計一層遮光層來保護元件。然而，多一層遮光層也代表寄生電容的增加。因此如何遮光層使元件不增加過多的寄生電容，同時降低劣化，是本論文第四部份目標。因為電晶體的起始電壓是受到源極能障高度決定，因此縮小遮光層面積，只保護源極端可以有效達到減少劣化並且不增加過多寄生電容的目標。薄膜電晶體除了可以用在面板上之外，也有許多應用層面。像是感測器、微處

理器、近距離無線通訊與無線射頻辨識等未來重要的科技技術。本論文於第五部分展示了利用銦鎵鋅氧薄膜電晶體製作的紫外光感測器。由於銦鎵鋅氧的能隙大於3eV，能量大於可見光。所以對於可見光並不反應，因此只會偵測紫外光。利用此特性，銦鎵鋅氧薄膜電晶體很適合製作成紫外光感測器。最後也展示了實際的紫外光感測器成品，並且連接上藍芽裝置，與手機配對，進行即時偵測。