非晶氧化物半導體薄膜電晶體
薄膜電晶體
(Thin Film Transistor; TFT)
是顯示面板系統中的關鍵開關與驅動元件,藉以控制顯示畫素的明/暗程度。隨著積體電路技術快速成長,在新興的半導體場效元件技術發展中,
TFT
元件與製程將可推進至立體堆疊式的積體電路技術
(3D IC)
,延伸技術的應用場域。近十年內,我們的研究團隊特別在非晶系氧化物半導體
(Amorphous oxide semiconductor; AOS)
材料的創新、製程與薄膜元件結構的最佳化設計、電性傳導理論建置、功能元件的整合,延伸至電路系統與新技術應用方面都有不錯的成果產出。尤其,我們成功研製出類二維
(2D-like)
高載子遷移率非晶氧化銦鎢奈米薄片
(Nano-Sheet, NS)
電晶體(如上圖示),其具有
4 nm
厚的類二維奈米薄片通道,元件展現出低的操作偏壓、近理想之次臨界擺幅
(~63mV/dec.)
、高的場效載子遷移率
(~ 25.3cm2/V-s)
,相關成果已發表於國際半導體頂尖會議
【2018 VLSI Symp.Tech. Dig., June, pp. 21–22】&【2019 Scientific Reports, vol. 9, p. 7579】。
薄膜電晶體光感測技術
我們團隊也針對 AOS 半導體材料進行光感測元件技術的應用,發展薄膜電晶體型光感測元件技術 (TFT-based Photosensor) 。針對藍光的光響應度高達 1280 A/W ,同時其訊雜比高達 100000 。該研究成果發表於自然期刊 (Nature) 系列的《科學報告》 【2018 Scientific Reports, vol. 8, p. 8183】 ,並於 2019 年獲得該刊物理類前 100 名引用的成績。 此技術可應用於智慧車載感測、指紋辨識與生醫電子等相關產品。
電阻式記憶體
電阻式記憶體 (Resistive random-access memory; RRAM) 技術對於現今正在起飛的物聯網 (IoT) 應用上,需要仰賴新一代的電阻式記憶體來滿足其超低功耗之需求。特別是近年智慧型手機或平板電腦的機能已趨於成熟完整,在硬體外觀出現 可彎曲、可折疊、可延展等機能特性之需求, 因此開發記憶體元件並將其整合於顯示技術中,創造更多的便利性及提升產品附加價值。 本實驗室成功的開發出新式導電橋式記憶體,此雙層式氧化銦鎵鋅/氧化鎵結構的 CBRAM 元件,設定電壓 (SET)<3V ,重置電壓 (RESET)<-1.5V ,元件操作次數可大於 1000 次。在 CBRAM 元件的電阻切換層和底電極之間加上一層金屬氧化層(氧化鎵),不僅可大幅提高元件的高低阻態比和穩定性,並且同時也能擁有多重阻態轉換特性。相關研究結果已刊登於 【2018 Surface and Coatings Technology, vol. 354, pp. 169】。
閘極驅動電路陣列技術
針對高信賴性閘極驅動電路架構上的技術開發,本團隊利用多重時序訊號上的搭配來達成元件門檻電壓補償的目標,並且能夠有效降低閘極驅動電路在高溫環境下因為劣化問題所造成的輸出失真,成功實現高信賴性閘極驅動電路量測以及500小時的高溫信賴性測試。此研究成果也發表於國際知名會議論文 【SID Symposium Digest, 23.5 (2018).】 (影像顯示科技領域極為重要的會議) 除了上述所提及縮減窄邊框的方式之外,本團隊利用單一驅動母電路同時開啟八個開關元件來將序列式的時序訊號傳輸至閘極訊號線,此方式不僅更有效的減少佈局所使用的繞線問題,並且可以一次減少將近七級的抗雜訊電路區塊。為了使電路能夠更有效的抵禦高溫低溫極端環境所造成漏電劣化以及充電不足的問題,橋接式耦合電晶體以及漸變式預充電架構也整合在此電路中並且成功點亮 5.5 inch Full-HD 面板並達成長時間的信賴性測試,相關研究成果也發表於知名的期刊中。 【Journal of Society Information Display, vol. 27, issue 1, Jan, 2019.】