第四章 實驗結果與討論
4.4 晶粒邊界
4.4.3 X-Y 平面-五環素厚度 600Å
利用原子力顯微鏡量測五環素的表面形貌，製作成元件的五環素厚度是 600Å，量測結果如圖 4.9 所示。我們同樣使用 MATLAB 程式分析，將分析結果 列在表4.6 中，發現邊界長度較短的元件，較容易啟動，而邊界長度較長的捕捉 陷阱也較多，造成元件啟動較晚，此結果與薄的五環素得到的趨勢是相同的。
表 4.6 五環素厚度 600 Å 的邊界長度
啟動電壓(V) 邊界長度(/um)
SiNx 0 19.37
SiNx+HMDS -2 21.2
SiNx+7nmPMMA -4 23.44
SiNx+2~3nmPVP 2 18.36
(a) (b)
(c) (d)
4.9 厚度 600 Å的五環素表面形貌。 (a) SiNx的元件、(b)經HMDS修飾、(c)經 [面積大小 5um*5um]
圖
PMMA修飾、(d)經PVP修飾。
4.5 影響晶粒邊界的因素
面滴三種溶液（water, diiodo-methane, ethylene glycol），利用CCD 鏡頭拍攝畫面，使用tangent 的方法求得液滴跟基板的夾角，數據列在表 4.7 中，而表 4.8 是列出 接觸角量測儀的三種液滴特性。
表 4.7 將不同修飾的表面特性整理成表 Diiodo-
Methane Water Ethylen glycol
過PVP修飾的基板擁有比五環素大的表面能，所以基板表面會被五環素鋪滿，長
圖 4.10 (a)經HMDS和PMMA修飾的晶粒類似島狀結構、(b)SiNx和經PVP修飾的 晶粒類似層狀結構。
表 4.8 接觸角量測儀三種液滴的特性
Density Viscosity Surface tension
Disperse
part Polar part
Water 1 1 72.8 26 46.8
Diiodo-Methane 3.33 2.76 50.8 44.1 6.7 Ethylen glycol 1.11 21.81 47.7 26.4 21.3
4.5.2 修飾層表面粗操度
有文獻指出表面粗糙度會影響晶粒大小，表面越粗糙則晶粒會越小。上一節 利用表面能判定出五環素成長的方式可分成島狀跟層狀，此節近一步引入表面粗 操度分析。利用原子力顯微鏡掃描修飾層的表面，藉此可看出成長五環素之前的 表面形貌，結果如圖4.11 所示。
(a) (b)
(c) (d)
圖 4.11 (a) SiNx的元件、(b)經HMDS修飾、(c)經PMMA修飾、
(d)經 PVP 修飾。[面積大小 5um*5um]
將圖 4.11 利用原子力顯微鏡內建的程式分析表面粗糙度，將數據列在表 4.9 中，從數據可發現的看到PMMA表面比HMDS粗操，所以五環素沉積在PMMA的 晶粒又比HMDS來的小，也就是說晶粒邊界在PMMA的元件會比HMDS長；而SiNx
也比經PVP修飾的基板來的粗糙，所以五環素成長在SiNx表面的晶粒就比成長在 經PVP修飾的表面小，PVP修飾的元件晶粒邊界就會比SiNx少。
表 4.9 不同修飾的表面形貌粗糙度與介面的最大捕捉陷阱數目關係表
RMS(nm) Vto(V) 邊界長度(/um)
SiNx 0.401 0 19.37
SiNx+HMDS 0.321 -2 21.2
SiNx+7nmPMMA 0.463 -4 23.44 SiNx+2~3nmPVP 0.311 2 18.36
先使用表面能判定五環素成長的方式，五環素成長在PVP和SiNx都是層狀結 構，所以在X-Y平面有較大的晶粒，又因為SiNx的表面比PVP粗操導致晶粒比較 小，所以PVP的元件有比SiNx短的晶粒邊界長度；而五環素成長在PMMA和HMDS 是島狀結構，在X-Y平面的晶粒較小，又因為PMMA的表面很粗糙，導致五環素 成長在PMMA的表面晶粒更小，所以PMMA的元件有較長的晶粒邊界長度。
第五章 結論
用不同材料修飾改變基板表面特性，由X 光晶格繞射來判定五環素在排列上 並無相變化的產生，但在電性上則有明顯的變化。以電流電壓曲線和電容電壓曲 線互相比較，發現電晶體開啟順序和電荷開始累積的順序是ㄧ樣的，但是數值上 的差異是很明顯的，為了更了解這差異的來源，可使用儀器和引入模型來幫助分 析。
先利用電容的特性曲線計算被捕陷電量。為了分析捕捉陷阱的來源，我們分 為晶粒內部和晶粒邊界(grain boundary)兩部份來探討。晶粒內部可利用X光晶格 繞射的強度來觀察排列的情況，發現強度越強排列越整齊的，捕捉的載子是最少 的。而晶粒邊界必須分成兩個部份討論，X-Y平面與Z軸方向。X-Y平面則是先使 用原子力顯微鏡掃描五環素的表面形貌，之後利用MATLAB程式分析邊界長度，
五環素的厚度有100 Å與 600 Å，由程式分析的結果發現不同厚度可得到相同的 趨勢，邊界長度越長的元件，會越慢開啟；而Z軸方向晶粒有 300 Å，所以Z方向 的晶粒邊界陷阱捕捉是可以忽略的。緊接著利用接觸角量測經修飾之後的表面 能，推測五環素成長的模型。五環素的表面能比PVP和SiNx小，所以會形成層狀 結構，晶粒較大，邊界長度較短；而PMMA和HMDS修飾後表面的表面能比五環 素小，形成島狀結構，晶粒較小，邊界長度較長。邊界長度越長的元件，會使得 載子在傳輸時容易被陷阱捕捉，元件會較慢開啟；反之，邊界長度短的元件，載 子傳輸時不易被捕捉，元件開啟的時間就會較早。
元件經過不同材料修飾後改變整體捕捉陷阱密度，主要是因為五環素排列整 齊度與晶粒邊界多寡，造成元件特性的差異。元件開啟電壓主要是晶粒邊界多寡 決定，由此可知如果想要做出可調變的元件，可以利用不同材料的修飾層來調變 Vto。
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