薄膜電晶體（Thin-Film Transistor, TFT）
新穎氧化鋅鎵鈦(GTZO)複合材料透明導電薄膜之特性分析與研究
（Investigation on the Optoelectronic Properties of Novel Composite Materials Ga-doped TiZnO）
(ㄧ)前言
隨著科技不斷進步，光電產品也跟著日新月異發展，其中又以顯示器產業在全世界占有舉足輕重的地位。自二十世紀初開始，從陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)，進而演變成液晶螢幕(Liquid crystal display，LCD)、電漿顯示器(Plasma Display Panel，PDP)，現今擁有觸控面板(Touch panel)的手機已經琳瑯滿目，此類顯示器產品所帶來的龐大商機難以估計。在過去的顯示器中均有著體積大、重量重、螢幕尺寸大小受到限制等等許多缺點，然而奈米時代的來臨，新一代的顯示器開始朝向厚度薄、重量輕、螢幕尺寸越來越大的趨勢；因此厚度較薄、面積較小之薄膜電晶體(Thin Film Transistor)開始備受重視。
(二)薄膜電晶體發展
(1) 非晶矽薄膜電晶體:
電晶體為電子器材中最基本也最重要的元件之一，為了能製造出更輕薄之電子產品，所以開始採用薄膜式電晶體，而最早期開發出來的薄膜電晶體，是以非晶矽做為元件材料；由於以矽做為材料的場效電晶體已經有著相當成熟的技術與發展，故以此材料做為薄膜電晶體亦可以成為良好的開關元件。但由於非晶矽的分子結構排列是沒有順序跟方向性的，雖大面積巨觀性的均勻，但卻使得薄膜中電子移動受到限制，讓自由電子遷移率也大幅下降(< 1cm2/V-s)。
(2) 低溫多晶矽薄膜電晶體:
在低價格化的前提下，面板要求低耗電、輕薄、高品質與高效能反應速度，因此低溫多晶矽(Low Temperature Poly-Silicon, LTPS)的製程技術開始應用於TFT- LCD。低溫多晶矽(Low-temperature Poly-silicon, LTPS) (多晶矽) 是一種約為0.1至數個um大小、以矽為基底的材料，由許多矽晶粒組合而成之矽半導體材料。多晶矽的分子結構在晶粒中排列情形是有方向性的，故較快之載子遷移率(50~200cm2/Vs)使得元件反應速度更勝a-Si TFT，可提供OLED Device 較大之驅動電流,因此較適合作為主動型OLED顯示器之基板，但在製作大面積面板的市場下仍然受到許多限制，且均勻性亦不佳，生產大尺寸產品硬體成本太過昂貴。表一整理了非晶矽及多晶矽電晶體相關優點及缺點。
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類型 |
優點 |
缺點 |
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非晶矽薄膜電晶體 |
l 製程技術純熟 l 可大面積均勻 |
l 對光敏感度高 l 不透光 l 遷移率低，反應速度慢 |
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低溫多晶矽 |
l 高解析度與遷移率 l 低溫製程與低耗電 |
l 良率低 l 產能低 l 成本高 |
表一、非晶矽、多晶矽薄膜電晶體之優缺點
(3)氧化物薄膜電晶體:
近年來，透明氧化物薄膜電晶體相較於傳統的非晶矽或低溫多晶矽薄膜電晶體引起相當業界及學界重大關切，主要因其具備優越的遷移率，可低溫製程、高穿透率、製造成本低、可使用濺鍍製程等優良特性。故可應用於許多光電元件或是軟性電子顯示器，均有相當高的應用潛力。表二為整理氧化鋅薄膜電晶體之優缺點。
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類型 |
優點 |
缺點 |
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氧化鋅薄膜電晶體 ( Zinc Oxide Thin Film Transistor, ZnO TFT) |
l 低溫製程 l 光穿透率高 l 對光穩定性高 l 產能高，且成本低 |
l 載子濃度低 l 遷移率低 |
表二、氧化鋅薄膜電晶體之優缺點
(三)實驗室研究發展
在目前ZnO所摻雜之材料中，以銦摻雜之ZnO薄膜作為電晶體通道層有較佳特性，因其摻雜後薄膜之高透明性、高遷移率，使電晶體遷移率可高於10cm2/v-s。本實驗室提出可摻雜ZnO薄膜的新元素鈦、鎵，並製作出高品質之薄膜電晶體。其兩元素摻雜ZnO之優點如表三、四。
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類型 |
優點 |
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鈦摻雜氧化鋅 (Ti doped ZnO) |
1.減少過多材料氧空缺，抑制載子濃度。 |
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2.均勻性佳。 |
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3.薄膜表面平坦、結構更為完整。 |
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4.薄膜沉積品質佳，將可提高TFT電子遷移率。 |
表三、Ti摻雜ZnO之優點
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類型 |
優點 |
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鎵摻雜氧化鋅 (Ga doped ZnO) |
1.離子半徑與鋅離子匹配。 |
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2.取代鋅離子多1價電子，增加載子濃度。 |
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3.降低ZnO薄膜電阻率。 |
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4.提高ZnO薄膜電子遷移率。 |
表四、Ga摻雜ZnO之優點
歡迎具理想抱負的熱血青年加入我們的研究行列。