3-1 ITO 基板圖形定義與流程
本實驗室所採用 ITO 玻璃基版購自安可光電,厚度為 7mm，其阻值為 Resistance<7，圖形定意流程如下(蝕刻步驟)：
(1) 玻璃切割與清潔：將原廠 ITO 玻璃切割為 3cm2的大小，再置於結晶皿中先以 去離子水(DI water)沖洗，接著以到入異丙醇(IPA)並置於超音波震盪器震 10 分 鐘。再來改以丙酮(Acetone)震盪清洗 10 分鐘。結束後再以去離子水沖洗一次。
(2) 光阻與微影：基板潔淨後，以氮氣槍將錶面多餘水分吹除，至於加熱器(hotplate) 上以 170℃加熱烤乾約五分鐘,目地在於烤乾殘餘水分以及方便貼合乾式光 阻。在基板熱度未散時貼上負光阻，貼上本實驗室設計的微影光罩定義元件的 電極，最後以紫外光曝光 32 秒，即完成曝光之動作。
(3) 顯影：配置濃度為 50mg K2CO3：1000ml water 的碳酸鉀水溶液為顯影液。顯 影時間約為 50~80 秒，顯影結束以去離子水沖洗乾淨，再用無塵紙將基板表 面擦拭乾淨，以去除殘留的光阻和顯影液。
(4) 蝕刻：將顯影完的基板置入預熱 60℃的鹽酸中，以鹽酸蝕刻未受顯影的 ITO，
浸泡約 1 分鐘，再以大量去離子水沖洗，最後再以５wt%的氫氧化鈉水溶液去 除剩餘的光阻。最後以去離子水沖洗並吹乾表面，即完成 ITO 基板圖樣化。
圖 3-1、二極體基版 ITO 圖樣(左圖為俯視圖,右圖為剖面圖)
圖 3-2、電晶體基版 ITO 圖樣(左圖為俯視圖,右圖為剖面圖)
3-2 刮刀製程相關設備及成膜方式
(1) 刮刀塗佈器:
Elcometer3520，為一種圓棒塗佈器，如下示意圖：
圖 3-3、圓棒刮刀圖樣
圖 3-4、圓棒刮刀實圖
由於元件尺寸大小為 3cm2，我們傴需要範圍恰可覆蓋主動區即可的 3520/1(刮 刀型號)，有四種 gap 可選擇(30,60,90,120μm)，刮刀中間的圓棒長度為 2.5cm，
亦為可成膜最寬的範圍。
(2) 刮刀載板:
(長 x 寬 x 高)為(10cm x 10cm x 1cm)的鋁板，並裁切與元件基板同樣厚度的 ITO (7mm)玻璃做為固定框架，如圖所示
圖 3-5、刮刀載板
(3) 吹風機與烘罩:
吹風機廠牌為達欣，功率 1200ｗ；烘罩即為一般女性髮型造型產品(廠牌:薇 比)，傴將烘罩蓋上原本的柱狀拔除，烘罩目的在於使吹風機吹出來的風更為 均勻，藉以提升純刮刀製程膜厚均勻問題，如下圖：
圖 3-6、熱風烘罩
(4) 刮刀塗佈流程:
(a) 將載板至於預設好溫度的 hotplate 上預熱，使之溫度相等。
(b) 放置原件基板預熱
(c) 選好刮刀縫隙跨放於元件基板上前端
(d) 以定量滴管吸取溶液，滴於刮刀前端，隋後將刮刀順勢刮膜 (e) 取吹風機由上往下以熱風幫助濕膜乾的更均勻
圖 3-7、刮膜流程示意圖(由左至右)
3-3 材料(PBTTT-C14)成膜與測試分析製程
此節乃是為了 PBTTT 在成膜上的性質研究而有的一系列分析方法。
將未圖案化的整面 ITO 玻璃基板依序以丙酮、異丙醇於超音波震盪器內各震 盪約十分鐘。再以去離子水沖洗乾淨並用氮氣槍吹乾基板表面即完成基板的清 潔。接著以 UV-Ozone 將 ITO 表面處理 10 分鐘。PBTTT-C14本身為難溶材料，為 確保其完全溶於鄰-二氯苯(1,2-Dichlorobenzene,DCB)中（0.8wt%），於實驗前 12 小 時配置溶液，並置於鋁座中以 80℃的 hotplate 加熱，幫助其溶解。確定容易溶解 並完成前面機板清潔步驟即可開始程膜。此步驟採液態刮刀塗佈製程，刮刀載板 置於 80℃ hotplate 上，刮刀選擇 120μm 的 gap，並以定量微量滴管吸取(150μl) 主動層溶液。刮完以吹風機加上烘罩，於元件正上方吹以熱風約 10 秒由溼膜轉 乾膜。程膜厚的退火溫度
第一階段成膜實驗的退火溫度分別為 60℃、120℃、150℃、180℃以及 250℃，
並退火 15 分鐘；第二階段成膜實驗退火溫度分別為 180℃及 250℃，時間分為 15 分鐘與 7 小時兩種。由於這些樣品是用來分析主動層材料的各項性質，所以我們
以整面的 ITO 玻璃做為基板，並且不蒸鍍做為陰極或是集極的鋁金屬。我們選擇 的材料分析的手法有原子力顯微鏡(Atomic force microscope , AFM)、吸收光譜 (UV-vis absorption)、低銳角入射 X 光繞射(Grazing incident X-ray diffraction , GIXRD ) 四種。
3-4 有機二極體製程
有別於一般主動區以旋轉塗佈製程(spin coating)，本實驗採取刮刀塗佈製程 (blade coating)
3-4-1 PBTTT-C14二極體：
前置作業－溶液配置：
此材料本身為難溶材料，為確保 PBTTT-C14完全溶於鄰-二氯苯
(1,2-Dichlorobenzene,DCB)中（0.8wt%），頇於實驗前 12 小時配置溶液，並置於鋁 座中以 80℃的 hotplate 加熱，幫助其溶解。
(1) 將圖樣化的 ITO 基板依序以丙酮、異丙醇於超音波震盪器內各震盪約十分 鐘，再以去離子水沖洗乾淨，並用氮氣槍吹乾基板表面並加熱烤乾剩餘水 氣即完成基板的清潔。
(2) 以 UV-Ozone將ITO表面處理10分鐘。
(3) 此步驟採液態刮刀塗佈製程，刮刀載板置於80℃ hotplate上，刮刀選擇 120μm的gap，並以定量微量滴管吸取(150μl)主動層溶液。刮完以吹風機加 上烘罩，於元件正上方吹以熱風約10秒，此條件膜厚約為140±10nm。成膜 後，以不同溫度(as-cast，180℃，250℃)退火15分鐘與7小時。
(4) 蒸鍍：
以鍍率0.02nm/s蒸鍍10nm的MoO3，以鍍率0.2nm/s蒸鍍Al 40nm。
(5) 封裝：
在手套箱中將封裝玻璃貼上吸濕片後，接著將UV膠塗抹於封裝玻璃四 周，然後蓋上元件，最後以紫外光線照射UV膠60秒，使其產生聚合反應，
如此可隔絕大氣的水氧進入元件，延長元件的壽命。
圖 3-8、PBTTT 二極體俯瞰及剖面結構圖
3-4-2 P3HT 二極體：
前置作業－溶液配置：
以氯苯(Chlorobenzene,CB)為溶劑，配置 1.2wt%的 P3HT 的溶液，並以 60℃加熱 幫助溶解。
(1) 將圖樣化的 ITO 基板依序以丙酮、異丙醇於超音波震盪器內各震盪約十分 鐘，再以去離子水沖洗乾淨，並用氮氣槍吹乾基板表面並加熱烤乾剩餘水 氣即完成基板的清潔。
(2) 以 UV-Ozone將ITO表面處理10分鐘。
(3) 此步驟採液態刮刀塗佈製程，刮刀載板置於60℃ hotplate上，刮刀選擇 120μm的gap，並以定量微量滴管吸取(150μl)主動層溶液。刮完以吹風機加 上烘罩，於元件正上方吹以熱風約10秒，此條件膜厚約為140±10nm。成膜
後，以200℃退火10分鐘。
(4) 蒸鍍：
以鍍率0.02nm/s蒸鍍10nm的MoO3，以鍍率0.2nm/s蒸鍍Al 40nm。
(5) 封裝：
在手套箱中將封裝玻璃貼上吸濕片後，接著將 UV 膠塗抹於封裝玻璃四 周，然後蓋上元件，最後以紫外光線照射 UV 膠 60 秒，使其產生聚合反應，
如此可隔絕大氣的水氧進入元件，延長元件的壽命。
圖 3-9、P3HT 二極體俯瞰及剖面結構圖
3-4-3 F4TCNQ-doped TFB 二極體：
前置作業－溶液配置：
為確保 p-type 的 F4TCNQ 參雜完全溶於 TFB 溶液中，本人於實驗前 12 小時配置 溶液［12］，參雜物與 TFB 採重量百分比配置，先計算好預計參雜量，再另行配好 1wt%的 TFB 溶液(以對二甲苯，p-Xylene 為溶劑)加入欲參雜的瓶中，並至於鋁座 中以 70℃的 hotplate 加熱。
(1) 將圖樣化的 ITO 基板依序以丙酮、異丙醇於超音波震盪器內各震盪約十分
鐘，再以去離子水沖洗乾淨，並用氮氣槍吹乾基板表面並加熱烤乾剩餘水 氣即完成基板的清潔。
(2) 先以 UV-Ozone將ITO表面處理10分鐘，增加表面親水極性，有利於水溶性 之PEDOT:PSS 成膜於其上。本實驗所用之 PEDOT:PSS 之型號為 AI4083，以 0.2μm 之過濾器過濾後，以旋轉塗佈法成膜於 UV-Ozone 處理過之 ITO 表 面上，以 2000rpm 之轉速旋轉 40 秒，再以去離子水拭去周圍電極部分，
只留下主動區周邊，最後加熱 200℃持續 15分鐘，成膜厚度約 40nm。
(3) 此步驟採液態刮刀塗佈製程，刮刀載板置於70℃ hotplate上，刮刀選擇 60μm的gap，並以定量微量滴管吸取(150μl)主動層溶液。刮完以吹風機加上 烘罩，於元件正上方吹以熱風約10秒。完成第一層的成膜後，以180℃退火 40分鐘。(主動區膜厚控制在150±15nm)
(4) 重複上步驟，進行第二層含有F4TCNQ參雜的TFB成膜。
(5) 蒸鍍：
以鍍率0.02nm/s蒸鍍10nm的MoO3，以鍍率0.2nm/s蒸鍍Al 40nm。
(6) 封裝：
在手套箱中將封裝玻璃貼上吸濕片後，接著將UV膠塗抹於封裝玻璃四 周，然後蓋上元件，最後以紫外光線照射UV膠60秒，使其產生聚合反應，
如此可隔絕大氣的水氧進入元件，延長元件的壽命。
圖3-10、doping TFB二極體俯瞰及剖面結構圖
3-5 垂直式空間電荷電晶體之製程 3-5-1 標準旋塗製程電晶體-P3HT:
(1) 將圖樣化的 ITO 基板依序以丙酮、異丙醇於超音波震盪器內各震盪約十分 鐘，再以去離子水沖洗乾淨，並用氮氣槍吹乾基板表面並加熱烤乾剩餘水 氣即完成基板的清潔。
(2) 集極(collector)之處理：
以 100W 的氧電漿持續理處基板表面 10 分鐘，使 ITO 粗糙的表面平坦化。
其目的是為了後續元件製程整體的平整度。
(3) 絕緣層之成膜:
以丙二醇甲醚醋酸酯(Propylene glycol monomethyl ether acetate , PGMEA) 為溶劑，PVP(poly(4-vinyl phenol))為溶質，配置出8wt%的PVP溶液，再將 poly(melamine-co-formaldehyde) methylated (PMF)以2.9wt%溶於配好的PVP 溶液中，使PVP：PMF = 11：4。以旋轉塗佈法成膜於基板上，其轉速為6000 rpm，40秒，其膜厚約為200nm，接著以PGMEA將電極上的膜擦拭乾淨，再 以200℃的高溫持續退火60 min，即完成絕緣層PVP的成膜。
(4) 犧牲層：
以氯苯(chlorobenzene，CB)為溶劑，poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)(P3HT) 為溶質配置 1.5wt%的 P3HT 溶液。以旋轉塗佈法成膜於絕緣層 PVP 上，其 轉速為 5000 rpm，30 秒，其膜厚約為 20~30nm，再以 200℃退火 10 min。
(5) 旋轉浸潤法(spin-rinse)：
將元件固定在 spin coater 上並以 7000rpm，旋塗 60 秒，以對-二甲苯
(p-Xylene)為溶劑低 4~5 滴溶出多餘的犧牲層 P3HT，完成後犧牲層約為 10nm。
(6) 安置ｐｓ球：
將基板浸入以乙醇為溶劑，0.4wt%的聚苯乙烯(polystyrene，PS)帶負電小 球(Fluka-90517，直徑 100nm)溶液中 1 分鐘 30 秒，從溶液移出後以乙醇沖 洗主動區，再浸入沸騰的異丙醇中 10 秒，然後迅速以氮氣槍吹乾表面，PS 小球便成功的安置於基板上，用來做為基極的蒸鍍光罩。
(7) 基極(Base)電極蒸鍍：
以 0.2nm/s 的鍍率蒸鍍鋁(Al)做為基極，厚度為 40nm。蒸鍍結束後，將 表面的 PS 小球以 3M scotch 隱形膠帶小心的撕下，即形成孔洞狀的結構。
(8) 氧電漿處理：
此步驟的氧電漿處理目的在於將上步驟的孔洞挖通至下電極(ITO)。以 150W 的氧電漿處理８分鐘，可挖通絕緣層，以及對 ITO 做表面處理降低功 函數。
(9) 主動層之成膜：
以氯苯(Chlorobenzene,CB)為溶劑，配置 4.5wt%的 P3HT 的溶液，並以 60℃
加熱幫助溶解。將元件固定在 spin coater 上並以 1500rpm，旋塗 40 秒，可 達 350nm 的厚度。成膜後以 200℃退火 10 分鐘。
(10) 射極(Emitter)蒸鍍：
以鍍率 0.02nm/s 蒸鍍 10nm 的 MoO3，以鍍率 0.2nm/s 蒸鍍 Al 40nm。
(11) 封裝：
在手套箱中將封裝玻璃貼上吸濕片後，接著將 UV 膠塗抹於封裝玻璃四 周，然後蓋上元件，最後以紫外光線照射 UV 膠 60 秒，使其產生聚合反應，
如此可隔絕大氣的水氧進入元件，延長元件的壽命。
圖 3-11、P3HT 電晶體俯瞰及剖面結構圖
3-5-2 刮刀製程電晶體- P3HT 與 PBTTT-C14: 前置作業－主動層溶液配置：
此材料本身為難溶材料，為確保 PBTTT-C14完全溶於鄰-二氯苯
此材料本身為難溶材料，為確保 PBTTT-C14完全溶於鄰-二氯苯