研究背景
放大器已經有超過 100 年的研究歷史，早在 1912 年 Lee de Forest 就使用三極 真空管製作出第一個應用於電話傳輸系統的放大器[1]，並且在之後的 30 年間廣泛 的被應用在許多電子產品上，直到 1947 年由 Bardeen、Brattain 和 Shockley 發明了 電晶體後才逐漸取代真空管，並在 1960 至 1980 年間許多的可攜式電子儀器因為
Liliefeld 發表的專利中[3]就已經提到，但第一顆薄膜電晶體則是在 1962 年由 Weimer 所發表的，他在玻璃基板上以 n 型硫化鎘(CdS)作為主動層製作的薄膜電晶 體[4]。而第一個以氧化物半導體作為主動層的薄膜電晶體則是在 1964 年由 Klasens 和 Koelmans 所發表，他們以 n 型 SnO2作為主動層、氧化鋁(Al2O3)作為介電層以 及鋁(Al)作為電極[5]。1979 年，由 LeComber 等人發表了第一個由氫化非晶矽薄膜 電晶體(a-Si:H TFTs)所驅動的液晶顯示器[6]，開啟了矽基薄膜電晶體的研究大門。
到了 1981 年由 Snell 等人以氫化非晶矽薄膜電晶體應用於大面積電子產品[7]，至 此之後，氫化非晶矽薄膜電晶體才開始進入量產狀態，也使薄膜電晶體受到重視開 始廣泛的研究。到了 2004 年，K. Nomura 等人在常溫製程下，以 n 型氧化銦鎵鋅 (indium gallium zinc oxide, IGZO)為通道層製作出高載子遷移率的非晶相薄膜電晶 體[8]，進而使高品質的可撓性放大器發展出現新的曙光。
薄膜電晶體的通道層有許多種類，大致可分為非晶矽(amorphous silicon)、低溫 多晶矽(low temperature poly-crystalline silicon)、有機半導體(organic semiconductor) 與金屬氧化物半導體(oxide semiconductor)，不同材料有不同的特性，如表 1.1-1[9-11]所示。其中最早且技術最為成熟的是以非晶矽為通道層的薄膜電晶體，由於非 晶矽為非晶結構沒有晶界，大面積成膜的均勻度較佳，因此可用於大面積的顯示器 上，但其有個致命缺點載子偏移率較低，使薄膜電晶體的操作速度較差。低溫多晶 矽為多晶結構，因此其薄膜電晶體有很高的載子遷移率與良好的偏壓穩定性，但因 為晶界關係使其無法均勻的大面積成膜，而且其製程溫度還是偏高，較不適用於軟 性基板上。有機半導體的薄膜電晶體可在低溫下製作且成本低廉，可應用於軟性基 板的製程上，但其載子遷移率較差且偏壓穩定性也不佳，因此現階段還有許多需要 解決的問題。反觀金屬氧化物半導體薄膜電晶體具備良好的載子遷移率、較低的製 程溫度、成膜均勻佳與低廉的成本，而且有些金屬氧化物半導體還有較大的能隙，
具有在可見光下為透明的特性，使其還可應用於全透明的電子元件，因這些優勢使 金屬氧化物半導體薄膜電晶體在透明軟性電子領域中展現出極高的潛力[12]。
表 1.1-1 不同薄膜電晶體通道層材料之特性[9-11]。
研究動機與目的
可撓性電子元件為現在備受矚目的研究方向，但受到可撓性基板普遍耐受溫 度較低的問題，使現在以單晶矽為主的半導體材料無法直接製作成可撓性元件，因 此製程溫度較低、可大面積製造且有良好電性的金屬氧化物半導體受到重視，其成 為可撓性電子元件發展的關鍵。
從古至今，人們都十分重視自己的健康，因此若能藉由生物醫學訊號隨時監控 並分析身體的狀況，將能使人們更加了解自己並提早發現身體發出的警訊，藉此減 少延誤就醫的情況發生。然而，生物醫學訊號十分微弱容易被許多的雜訊和干擾給 掩藏，例如，在量測肌電訊號 (Electromyography, EMG)時受到皮膚產生的雜訊所 干擾，導致無法有效地分辨出信號特徵，因此需要可以減少共模雜訊，並且增強微 弱生物醫學訊號的放大器以解決這個問題。
差分放大器作為運算放大器(operational amplifier, OPA)的第一級放大[13-15]，
能消除兩輸入端的共模訊號，並提升輸入端之間的差模訊號，且因為電路完全對稱，
使環境或溫度變化等因素所引起的元件電性改變也會是相同的，使其具控制工作 點與抑制共模訊號能力，因此十分適合作為生物醫學訊號的放大器。
本研究以氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide, IGZO)作為薄膜電晶體的通道 層，其為最具潛力的 n 型非晶相氧化物半導體，相較於 a-Si:H，其具有更高的載子 遷移率，使其十分適合應用於較高頻可撓性元件，故本實驗採用 a-IGZO 薄膜電晶 體製作差分放大電路，並將其應用於壓電觸覺感測器，並分析差分放大電路對於共 模雜訊與差模訊號的影響。
論文架構
本研究主要分為五個章節:
第一章 緒論
本章介紹薄膜電晶體的歷史發展及金屬氧化物半導體的優勢，接著為本研究 製作差分放大電路的目的和動機，最後說明論文之架構。