Hydrogen percentage (%)
圖3-34 不同氫氣的比例下，氮化矽薄膜的漏電流特性
3-1-3.4 電容特性(Capacitance)
在電容特性方面，在圖3-35 可以看出通入氫氣之後，其平帶電壓 向負偏壓漂移，表示其中的儲存的電荷量增加，也代表其中的缺陷更 多。
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10
Hydrogen 0%
Hydrogen 6%
Hydrogen 9%
Hydrogen 12%
Hydrogen 18%
圖 3-35 不同氫氣的比例下，氮化矽薄膜的電容特性
Hystere sis voltage (V)
Hydrogen percentage (%)
2.45
圖 3-36 不同氫氣的比例下，其磁滯電壓的比較 3-1-3.5 討論
綜合以上變化看來，通入氫氣並沒有使結構的絕緣層漏電量降 低，其電容特性也變差，結構中的缺陷增加。這現象與一般研究中通 入氫氣的變化差異很大；一般而言，通入氫氣其漏電量應該降低，且 在電容的變化上，其平帶電壓應該向正偏壓漂移，這可能跟溫度有很 大的關係，一般做氫氣鈍化(hydrogen passivation)皆會在高溫，150°C 以上，甚至有些超過 300°C。因為在我們研究中，是在室溫上成長，
因此，我們未來將不在成長氮化矽薄膜過程中通入氫氣。
3-1-4 玻璃-ITO-氮化矽-鋁
我們嘗試在不同的材料上面成長氮化矽薄膜，看其電性的變化，
因此，我們用磁式濺鍍機在玻璃基板上，室溫成長一層ITO，其阻值 用四點探針量測約為55Ω/□，由於怕傷及 ITO 表面，我們使用雙絕 緣層方式成長，最後再鋪上金屬電極-鋁。在不一樣的氮氣條件下，
其漏電流表現差異性不大，從圖3-37 可知，在電場為 1MV/cm 的情 況下，漏電流約在1×10−8A/cm2以下，在氮氣50%情況下，其漏電流 特性更佳，約在 2×10−9A/cm2；而在電容特性方面，由於為平行板電 容結構(MIM)，所以跟先前的電容特性不太一樣，而其電容差異性，
從圖3-38，從±30V 的變化性在 1%之內，也就是說其電容性幾乎不 隨著偏壓改變而改變。
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 10-10
10-9 10-8
Leakage current density
(A/cm 2
)Electrical field (MV/cm)
Nitrogen 40%
Nitrogen 50%
Nitrogen 60%
圖3-37 在不同的氮氣比例下，在 ITO 上成長氮化矽薄膜之漏
Nitrogen 40%
Nitrogen 50%
Nitrogen 60%
圖3-38 在不同的氮氣比例下，在 ITO 上成長氮化矽薄膜之電 容特性
3-2 非晶矽薄膜
在非晶矽薄膜成長過程，我們將調整不同功率去成長，觀察不同 功率70W、80W、90W、100W 的非晶矽薄膜在特性上的變化。
3-2-1 沉積速率
Deposition power (W)
10.28
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 3-2-3 吸收係數(absorption coefficient)
我們利用橢偏儀，得知消光係數(extinction coefficient)-k，再帶入
圖3-41 不同功率下，其非晶矽薄膜的吸收係數與波長對應圖 3-2-4 光導電性 (photoconductivity)
在暗室中，利用波長為632.8nm 的紅光氦氖雷射(He-Ne laser)，
照射非晶矽薄膜，量測其導電性的與未照光的變化。
-30 -20 -10 0 10 20 30
Deposition power (W)
1.229
1.013 1.012
圖3-44 不同功率時 Iphoto/Idark比例 3-2-5 討論
從以上數據看來，我們所成長的非晶矽薄膜的折射率與單晶矽仍
有一段差距，其光暗電流比例也不明顯；可能為其中的缺陷太與斷鍵 太多所造成，使得其折射率與光暗電流比例明顯過低。未來可能會在 濺鍍過程中通入適當的氫氣去改善其品質。
第四章 結論
4-1 氮化矽
本研究成功利用磁式濺鍍機，在室溫成長出高品質的氮化矽薄 膜。在10μm×10μm 的區域內，平均粗糙度在 5Å 以下。在氮氣 50%
的條件下，在1MV/cm 的電場下，單位面積的漏電流可達 1×10−9A。
而在通入氫氣薄膜特性反而變差，未來成長氮化矽薄膜將不考慮通入 氫氣。
由於除了絕緣層本身會影響量測結果之外，其接面的好壞也會影 響得到的結果。因此，在雙絕緣層的作法之下，在1MV/cm 的電場下，
單位面積的漏電流也可以達5×10−8A 以下；而在電容特性方面其平帶 電壓(VFB)可降低至 7V，磁滯電壓更在 1V 以下。
我們也成功的在ITO 上成長氮化矽薄膜，在 1MV/cm 的電場下，
其單位面積漏電流約在1×10−8A。而在電容特性方面，在±30V 的變 化下，電容值變化也在1%以下，表示其可在高電壓下操作而不變質。
此氮化矽薄膜已足夠應用於薄膜電晶體之絕緣層當中。
圖4-1 為我們在相同的結構下，氮化矽薄膜利用 sputter 與 PECVD 的漏電做比較。由圖中我們可以清楚得知，我們的氮化矽薄膜，在矽 基板或是ITO 基板於常溫下用 sputter 成長，其漏電流特性已經與 PECVD 於 300°成長的氮化矽薄膜相差不遠。
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 10-10
10-9
Leakage cu rrent dens ity
(A/cm 2
)Electrical field (MV/cm)
sputting on Si at RT PECVD on Si at 300o
C sputting on ITO at RT
圖4-1 PECVD 與本研究的 Sputtering 氮化矽薄膜漏電特性比較 4-2 非晶矽
本研究用磁式濺鍍機，在室溫成長出的非晶矽薄膜其折射率最高 達2.1，吸收係數可達 1.6×104，其功率對薄膜的影響甚大。但在光導 電特性，品質相當差，薄膜內的缺陷相當多，未來需要在成長過程中 通入式當氫氣，理論上是可以改善非晶矽薄膜的品質。