淺談透明氧化物薄膜電晶體技術及應用 - 材料世界網

近年來，透明氧化物半導體薄膜電晶體相較於傳統的非晶矽薄膜半導體電晶體 ... 目前氧化物半導體薄膜製程方式有兩種，以溶膠/凝膠(Sol-gel)薄膜技術與 ... 首頁 文章瀏覽 近年來，透明氧化物半導體薄膜電晶體相較於傳統的非晶矽薄膜半導體電晶體或低溫多晶矽薄膜半導體電晶體已引起相當大的注意，主要是因為它具備許多優越且有趣的特性，例如高載子移動率、可在較低溫或甚至室溫下成長、高可見光穿透率等獨特物理特性，故將有許多可能的應用，不論是在未來的軟性電子或軟性顯示器領域，均展示了相當高的應用潛力。

目前氧化物半導體薄膜製程方式有兩種，以溶膠/凝膠(Sol-gel)薄膜技術與真空射頻磁控濺鍍薄膜技術為主，其具備較高載子移動率(>1cm2/V-s)，電性表現已超過傳統有機半導體材料與非晶矽半導體薄膜(<1cm2/V-s)，甚至與低溫多晶矽半導體薄膜相當(10~100cm2/V-s)，相信不久的未來，氧化物半導體薄膜電晶體技術的世代即將來臨。

國內、外技術研發現況與應用目前氧化物半導體薄膜電晶體在國際研發方向以顯示器應用為主流、進展速度也最快，以韓國顯示器大廠三星(Samsung)集團為技術領先者，產品整合速度相當快，其他如韓國樂金電子、韓國研究單位ETRI等，亦有不錯的研發成果。

圖二為韓國兩大面板廠近期在氧化物半導體薄膜電晶體技術的研發展示。

2009年，三星集團改變了氧化物半導體材料，並使用溶液製程(SolutionProcess)，選擇不同的氧化物半導體材料(InZnO)，成功開發2.2吋QQVGA主動式有機發光顯示器，製程中需要450℃的退火，此條件若應用在軟性電子的開發上，將產生瓶頸。

然而，在軟性顯示器的開發，三星集團仍採用傳統真空濺鍍製程，搭配PI(Polyimide)基板，並針對機械應力進行補償與模擬，使薄膜電晶體位於應力平衡層(NeutralPlane)的位置，不至於受到撓曲應力的影響，載子移動率變化量僅0.13cm2/V-s，臨界電壓變化量僅0.22V，並成功開發在曲率半徑5mm下，可撓曲10,000次的6.5吋耐撓曲主動式有機發光顯示器，採用上發射型有機發光層。

圖二、韓國兩大面板廠近期的研發技術比較 日本大廠的研發速度並不亞於韓國，在技術上的研發深度更略勝韓國一籌。

2009年，日本SEL(SemiconductorEnergyLaboratory)研發團隊大放異彩，展示其高度的整合能力，有別於多數採用射頻式真空濺鍍法(RFSputtering)沉積，改採用直流式真空濺鍍法(DCSputtering)沉積，元件結構為BGBC(Bottom-GateBottom-Contact)，亦有別於傳統的非晶矽薄膜電晶體結構，成功開發4吋QVGA主動式液晶顯示器與3.4吋QHD主動式有機發光顯示器。

觀察國內的研發進展，學術界的研發能量率先嶄露頭角，2006年台灣大學電機系吳忠幟教授在國際顯示資訊研討會發表與業界a-Si:HTFT結構相近的Bottom-gateZnOTFT，隨即在2007年國際顯示資訊研討會發表Top-gate與Bottom-gate的ZnOTFT，文中表示Top-gate結構電性表現優於Bottom-gate結構。

2008年，變更材料為InGaZnO氧化物半導體，且採用Top-gate結構，並與工研院合作開發塑膠基板上的InGaZnOTFT，進行電子電路的整合設計，以及機械應力的撓曲測試。

圖四為台灣國內研究單位近期的研發進展。

2009年，在工研院電光所、材化所與台大電機吳教授研究團隊三方合作之下，成功展示在PI塑膠基板上之InGaZnOTFT電路應用，製程最高溫度在電漿輔助化學氣相沉積法(PECVD)沉積閘極絕緣層(GateInsulator)步驟，採用材化所開發之高透明度PI基板，有別於一般黃褐色之市售PI基板，產品應用面大幅提升。

圖四、國內研究單位之研發技術比較 未來技術發展趨勢氧化物薄膜電晶體技術不但具有低溫多晶矽薄膜電晶體技術之高載子移動率的電氣特性，同時又具有非晶矽薄膜電晶體技術的高電性均勻性的潛力，因此，以其優越的電氣特性與低溫製程，被譽為下世代的薄膜電晶體技術。

以最接近量產的技術來看，採用直流式真空濺鍍法取代射頻式真空濺鍍法，來進行主動層的沉積應是未來的主流，其他如溶膠/凝膠法尚未成熟，若以低成本考量，仍必須繼續投入研發。

以元件結構來分類，下閘極結構與傳統非晶矽薄膜電晶體相同，可最快導入量產，亦是最多研發單位研究的重點……以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文 作者：葉永輝、鄭君丞/工研院電光所★本文節錄自「工業材料雜誌279期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8409 加入會員 分享 轉寄 聯絡我們 延伸閱讀 新印刷回路材料瞄準可撓式OLED需求 Light-TechEXPO、NEPCONJapan&WearableEXPO2017日本東京特別報導系列(二) 有機薄膜電晶體 有機薄膜電晶體整合技術 軟性電子之新契機與技術挑戰 熱門閱讀 台灣高階PCB技術發展趨勢 邁向全固態鋰電池：固態電解質之傳輸動力學 車用顯示面板發展趨勢 磷酸鋰鐵(LiFePO4)4680電池，昇陽已經準備好了 3D封裝：低溫燒結銅接合技術 相關廠商 金屬3D列印服務平台 名揚翻譯有限公司 照敏企業股份有限公司 大東樹脂化學股份有限公司 台灣大金先端化學股份有限公司 專家現場 更多