3-3 利用電流應力對開關比例之影響

3-1 節的實驗結果可發現雖然藉由增加碳管的數量可使得導通電流大幅 度的增加，但開關比例無法提升(<4μm)卻是一大問題，因此本節中希望藉

的崩潰情形。

首先討論碳管塗佈次數對於利用電流崩潰碳管的影響：圖 3-14(a)為碳 管旋塗40 次，通道長度 1.4μm、寬度 50μm 的元件其 I_D-V_D關係圖。隨著|Vd|

增加發現碳管有燒斷的情形造成電流降低。圖 3-14(b)為電性崩潰法前後之 I_D-V_G 關係圖，由結果可發現經由電性崩潰法後，開關比例沒有顯著的增 加，導通電流幾乎是隨著關閉電流等幅度的減少。圖 3-15(a)為碳管旋塗 2 次，通道長度1.4μm、寬度 50μm 的元件其 I_D-V_D關係圖。圖3-15(b)為電性 崩潰法後之I_D-V_G關係圖，圖中可發現開關比例明顯的提升，但崩潰之後的 電性無法準確控制。以上兩者的製程條件差別在碳管旋塗次數，當碳管旋 塗次數較少時，較有機會藉由電性崩潰法增加開關比例。

圖 3-16 為碳管旋塗 40 次，通道長度 0.4μm 的元件其 I_D-V_D關係圖，(a) 圖的元件寬度為50μm、(b)圖的元件寬度為 5μm。比較兩者可發現寬度較少 的元件，較有機會藉由電性崩潰法增加開關比例。

不論是固定元件尺寸、改變碳管塗佈次數或是固定碳管塗佈次數、改 變通道寬度，都會發現元件在碳管數量較少時，較容易用電性崩潰法達到 增加開關比例的目的。圖3-17 為金屬性碳管網絡的分布的示意圖，當某些 點經由電性崩潰的方法燒斷時，很有可能會形成一條遠大於原本元件通道 長度的漏電路徑，使得汲極得加更大電壓才能燒斷該路徑。而半導體性的 碳管在汲極電壓大到一定程度時，將無法有效關閉如圖3-10(a)。因此當碳 管的數量越多，崩潰後得到的金屬漏電路徑越有可能會有上述情形發生，

因此會得到導通電流和關閉電流在進行電性崩潰後一起等比例下降的結 果。由此可知，利用電流應力去除金屬性碳管的作法，不適用於由多根互 相交錯的碳管組成之薄膜電晶體。

表3-1 碳管薄膜電晶體不同元件尺寸量到之機率統計：(a)塗佈 2 次、(b) 塗 佈10 次、(c) 塗佈 40 次(其中旋塗 10 次元件寬度為 5μm 的元件因為金屬鈀 和氮化矽附著的強度不佳而有斷線的情形，因此不列入機率統計)。

(a)

50 20 5 0.4 1.00 1.00 0.80 1.4 1.00 1.00 0.60

4 0.08 0.00 0.00 9 0.00 0.00 0.00 14 0.00 0.00 0.00 (b)

50 20 5 0.4 1.00 1.00 X 1.4 1.00 1.00 X 4 0.44 0.38 X 9 0.00 0.00 X 14 0.00 0.00 X (c)

50 20 5 0.4 1.00 1.00 1.00

1.4 1.00 1.00 1.00 4 1.00 1.00 1.00 9 1.00 0. 75 0.40 14 0.75 0.50 0.00 L(μm)W(μm)

L(μm)W(μm)

L(μm)W(μm)

表3-2 碳管薄膜電晶體塗佈次數與元件尺寸和平均導通電流的關係：(a)塗 佈2 次、(b) 塗佈 10 次、(c) 塗佈 40 次。

(a)

50 20 current ratio (width 50/width 20) 0.4 49.4μA 20.8μA 2.4 1.4 3.8μA 2.8μA 1.4 (b)

50 20 current ratio (width 50/width 20) 0.4 147.0μA 57.7μA 2.5 1.4 33.8μA 9.3μA 3.6 (c)

50 20 current ratio (width 50/width 20) 0.4 281.0μA 121.0μA 2.3

1.4 84.0μA 38.1μA 2.2 4 7.6μA 4.0μA 1.9 W(μm)

W(μm)

W(μm) L(μm)

L(μm) L(μm)

表3-3 碳管薄膜電晶體塗佈次數與元件尺寸和平均開關比例的關係：(a)塗 佈2 次、(b)10 次、(c)40 次。

(a)

50 20 0.4 1.81 1.86 1.4 22.50 13.10

(b)

50 20 0.4 1.46 1.40 1.4 2.13 2.10

(c)

50 20 0.4 1.47 1.46 1.4 2.07 1.97 4 4.97 4.61 L(μm)W(μm)

L(μm)W(μm)

L(μm)W(μm)

(a)

-20 -10 0 10 20 150

200 250

I D(μA)

V

G

(V)

coating 40 times L=0.4

μ

m, W=50

μ

m V

_D

= -0.1V

(b)

-20 -10 0 10 20 10

^-13

10

^-12

10

^-11

10

^-10

10

^-9

10

^-8

10

^-7

I D(A)

V

G

(V)

coating 40 times L=9

μ

m,W=50

μ

m V

_D

= -0.1V

圖3-1 碳管薄膜電晶體 Id-Vg 關係圖：(a)導通電流大但開關比例小的元件、

(b) 開關比例大但導通電流小的元件。

(a)

on current (μA)

L=0.4μm, W=50μm

on current (μA)

L=1.4μm, W=50μm

(a)

10

^-2

10

^-1

10

⁰

10

¹

10

²

10

³

o n c u rre n t ( μ A)

L=0.4μm L=1.4μm L=4μm L=9μm L=14μm

W=50 μ m

(b)

10

^-2

10

^-1

10

⁰

10

¹

10

²

10

³

o n cu rr en t ( μ A)

L=0.4μm L=1.4μm L=4μm L=9μm L=14μm

W=20 μ m

圖3-3 coating 40 次碳管薄膜電晶體元件尺寸和導通電流的關係：

(a)width=50μm、(b) width=20μm。

(a)

10

⁰

10

¹

10

²

10

³

10

⁴

10

⁵

10

⁶

on/off ratio

L=0.4μm L=1.4^μm L=4μm L=9μm L=14μm

W=50

μ

m

(b)

10

⁰

10

¹

10

²

10

³

10

⁴

10

⁵

10

⁶

on/off ratio

L=0.4μm L=1.4μm L=4^μm L=9μm L=14μm

W=20

μ

m

圖3-4 coating 40 次碳管薄膜電晶體元件尺寸和導通電流的關係：

(a)width=50μm、(b) width=20μm。

S

D

圖3-5 在元件的邊緣會有碳管繞過，造成額外的導通電流的貢獻，等效元 件的寬度增加。

(a)

coating 40 times

I on

coating 40 times

I on

(a)

在文檔中 單壁奈米碳管網絡應用於薄膜電晶體與非揮發性記憶體之特性研究 (頁 54-65)