3-1 實驗流程
圖 3-1-1 製作 Inverter staggered 薄膜電晶體元件流程示意圖
圖 3-1-2 製作薄膜電晶體的遮罩(mask)依序為閘極、主動層、電極
3-1-1 基板清洗
實驗上使用兩種基板，玻璃基板為量測旋塗膜厚用，不鏽鋼基板為元件製作背板，
其清洗流程為相同步驟。
步驟一:
25 Chemical Industrial Corporation)做為帄坦層，光阻塗抹步驟如下：
步驟一:
將 EOC130B 作為帄坦層可有效促使不鏽鋼基板(stainless steel)表面帄整化，如 圖 3-1-3(c)和圖 3-1-3(d)，由 AFM 結果中可知 roughness 由 47.3 nm 下降至 0.6 nm，
帄坦後有助於在基板上製程薄膜。
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圖 3-1-3 (a)未帄坦化前 (b)表面帄整化後 (c)位帄坦化 AFM (d)帄坦化後 AFM
3-1-3 閘極金屬蒸鍍製程(thermal coater)
閘極材料選擇 Al 金屬蒸鍍，將 6x6 mm 鋁錠放進鎢舟，使用熱蒸鍍法將鎢舟通以電 流加熱，並以遮罩(mask)圖像化閘極大小以及閘極拉線接點，在腔體真空度 5x10-6 torr 下，鍍率控制在 2.5~3.0 A/sec，厚度為 50 nm。
3-1-4 介電層 PVA 旋塗(spin coater)
介電層材料選擇 PVA(poly vinyl alcohol)從 SIGMA-ALDRICH 購入，其結構如圖 3-1-4 所示，在主鏈碳鏈上額外存在氫氧根的支鏈，帄均分子量為 13,000~23,000 之間，
約為 98％ 水解(hydrolyzed)，所對應的溶劑為去離子水(DI water)，使用旋佈塗抹製 作，詳細製程變因於第四章討論。
圖 3-1-4 介電層材料 PVA
3-1-5 主動層材料濺鍍(sputter)
主動層半導體材料為 IGZO(In2O3-Ga2O3-ZnO)，元素比例(In/Ga/Zn)(1:1:1 at%)，純 度為 99.99%，指定供應商為 LTS(CHEMICAL) INC.，使用射頻濺鍍系統(RF sputter)沉 積薄膜，詳細原理於 3-2 實驗儀器介紹。操作流程如下:
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3-1-6 電極金屬蒸鍍製程(thermal coater)
電極材料選擇 Al 金屬蒸鍍，將 6x6 mm 鋁錠放進鎢舟，使用熱蒸鍍法將鎢舟通以電 流加熱，並以遮罩(mask)圖像化電極大小，W/L 比例為 1.4/0.3 mm，在腔體真空度 5x10-6 torr 下，鍍率控制在 2.5~3.0 A/sec，厚度為 50 nm。
3-2 實驗儀器及原理
3-2-1 旋佈塗抹機(spin coater)
將基板以抽氣的方式吸附在轉盤上，將旋塗的材料滴滿基板表面，利用旋轉時產生 的離心力，甩去多餘的溶液並沉積成薄膜，藉由兩段轉速大小，前段轉速和時間控制膜 的均勻性，後段的轉速和時間來控制膜的厚度。
3-2-2 紫外臭氧機(UV-Ozone machine)
UV/Ozone 氧化技術其原理是利用 UV 與 Ozone 反應所產生的大量具有氧化能力的自 由基將有機雜質完全分解。而儀器中通過大量的乾淨空氣，利用紫外光的照射來激發氧
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氣分子，來形成臭氧除去表面的有機物質。
3-2-3 熱蒸鍍機(Thermal coater)
熱蒸鍍機系統相對於濺鍍系統是一種簡易的薄膜沉積技術，具備了成本低廉以及高 鍍率的的優點，可透過遮罩來定義元件圖樣，多適用於小分子有機材料或金屬材料，本 實驗此系統是用來進行電極的沉積。而其沉積的流程在真空系統下，外加電流於鎢舟昇 華蒸發欲鍍材料，蒸發後的材料移動至基板且沉積至基板表面，其中鍍率是藉由石英震 盪片上吸附的材料厚度，影響震盪頻率產生。而鍍率的大小影響一個材料的沉積狀況，
以本實驗使用的鋁金屬來說，鍍率小於 1.5 A/sec 時，將無法有效沉積到基板上，在實 驗上必須注意到的細節。
圖 3-2-1 熱蒸鍍機台
3-2-4 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope)
原子力顯微鏡(Digital Instruments Dimension 300 atomic force microscope, AFM) 是一種量測樣品表面形貌的儀器，屬於掃描探針顯微技術其中一個應用，此類型顯為技 術主要利用微小探針，來偵測與樣品表面的微小作用力分析表面結構，結構如圖 3-2-2 所示。本實驗中主要是用來在介電層測量膜厚(step high)，以及表面粗糙度(Morphology)
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方面的數據，理論上可以得到原子級的解析度。
實驗所使用的 AFM 屬於輕拍式(Trapping mode)的操作模式，將微小碳針黏附在懸 臂式的彈簧片上，針尖比非接觸式更接近表面，偵測碳針與樣品表面之間的的凡德瓦耳 力(Van der Waals forces)，當真間與樣品表面原子接近到可以感受其作用力時，懸臂 本身可感受反應作用力，此訊號藉由懸樑反射的雷射光束至光偵測器，接著將訊號傳入 電腦運算分析出影像便可得知所需要的物理參數，精準度可達到 1nm。而載台具有 xyz 三軸位移能力的壓電陶瓷掃描器，使探針對於樣品做不同方向的掃描，利用電腦記錄針 尖每一點的微調距離，可得一個區塊帄面的形貌。
圖 3-2-2 (a)AFM 基本結構示意圖 (b)量測原理
3-2-5 六靶濺鍍機(sputter)
六靶濺鍍機在本實驗中目的為沉積均勻的 a-IGZO 薄膜，濺鍍中產生的製程溫度，
基板溫度約 50°C，屬於常溫的範圍，對前段的元件製程影響較小，故適用在不銹鋼基板 的應用上。
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濺鍍構造如圖 3-2-3 所示，欲鍍靶材背板使用強力磁鐵吸附於下方，製程元件貼負 於上方，且維持等速旋轉，目標使沉積薄膜均勻化，在元件前方有一片遮板，等電將點 燃及操作到目標電源時才將其開啟。腔體中的電子在交流電場下，撞擊氣體管路輸入的 微量 Ar(10 sccm)，鬆弛激發氣體使電漿化，並在電場的引導下撞擊 IGZO 靶材，靶材表 面被撞擊的部分產生零碎的原子或離子，並重新沉積在樣品上產生均勻的薄膜。
圖 3-2-3 sputter 基本結構示意圖
在操作上可控制的因素很多，點燃的氣體通量及混和比例都對沉積薄膜有很大的影 響，交流電源系統的功率提升，可以增加氣體交換成電漿的轉換率，提高濺鍍的速率，
但太高的功率轟擊靶材也有可能產生龜裂。此外氣體流量的比例對沉積薄膜特性有很大 的影響，以 IGZO 濺鍍條件為例，如圖 3-2-4 所示，控制 O2和 Ar 的電漿氣體比例，可以 決定沉積膜的電阻率(Resistivity)，從半導體區間到絕緣層範圍都可成形。而實驗中 控制氣體比例對沉積元素比例的影響，以及相關元素結構分析，可參考本實驗室徐智弋 學長的論文。
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圖 3-2-4 O2和 Ar 比例對沉積 IGZO 薄膜的影響
3-2-6 掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)
掃描式電子顯微鏡的原理是由一高壓產生的電子束，外加掃描線圈來偏折電子方向，
控制電子束落在試片上的位置，當電子束照射到試片表面時，會激發出二次電子和反射 電子吸收電子、歐傑電子等等。其中二次電子因為能量低，要很接近表面時才有機會逃 出試片被偵測到，因此二次電子的產生數量會受到表面的起伏影響，藉由此原理可觀測 出表面的形貌特徵。其中要注意的是，由於表面必須能產生二次電子，故試片本身要具 有良好的導電性，若導電性較差的試片，則需要透過濺鍍碳膜或金膜，以避免電荷累積 在表面上。
3.2.7 傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)
傅立葉轉換紅外線光譜儀原理為當分子中特定的官能基，產生的振動或轉動模 式時，可吸收特定的紅外光能量，利用干涉儀得到干涉圖譜，經過傅立葉轉換而成IR的 頻譜，並做各種定性及定量的分析。圖3-2-5為分子鍵結吸收光譜圖，其中吸收光譜4000
～1350 cm−1稱為基頻區，來源為化學鍵和官能團的特徵振動頻率區，可作為鑒定支鏈基 鏈的依據。1350～650 cm−1稱為指紋區，與C-C、C-O、C-X 單鍵的伸縮振動和分子骨架 的彎曲振動有關，分析起來較為複雜。
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圖3-2-5 分子鍵結吸收光譜圖
圖3-2-6 傅立葉轉換紅外線光譜儀
3-2-8 元件電性量測系統(Keithley 4200)
薄膜電晶體的量測儀器方面使用的是Keithley 4200 IV analyzer，在常溫長壓的 環境下進行電性量測，並關上腔門減少光線對於元件的干擾。一般量測的數據主要分為 ID-VG以及ID-VD兩種模式，由個人電腦部分設定控制其細項，其中本實驗主要量測的遲滯 現象，是借由ID-VG量測模式中，雙向來回量測(Dual sweep)做判定，閘極電壓由-10 V 逐漸增加到10 V，再從10 V逐漸減少到-10 V，這步驟為一次量測完成。
3-2-9 黏度計系統
本實驗使用的黏度計為 BROOKFIELD 的微電腦數字型黏度計，黏度計的原理主要是 選定適合的探針，施以正確範圍的旋轉力於溶液樣品裡，來測定轉軸所感測到的扭轉力，
以及速度的改變。黏度計常用的單位為 1 poise = 1 g/cm sec = 100 cp，水的標準黏 度為 1 cp，大多用來測定黏稠狀的有機溶液用。
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