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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:廖元暉
研究生(外文):Yuan Hui Liao
論文名稱:P-I-N 非晶矽光定址電位感測器應用於高解析度化學影像
論文名稱(外文):P-I-N Amorphous Silicon Light-Addressable Potentiometric Sensors For High-Resolution Chemical Image
指導教授:楊家銘楊家銘引用關係
指導教授(外文):C. M. Yang
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
論文頁數:107
中文關鍵詞:光定址電位感測器化學影像解析度
外文關鍵詞:LAPSChemical imageResolution
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目 錄
指導教授推薦書
口試委員會審定書
誌謝 iii
中文摘要 iv
英文摘要 v
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xiv
第一章 簡介 - 1 -
1.1 研究背景 - 1 -
1.2 光定址電位感測器 - 2 -
1.3 二維化學影像感測系統 - 3 -
1.4 非晶矽材料與元件簡介 - 6 -
1.5 研究動機與方法 - 11 -
第二章 薄矽基板光定址電位感測器之化學影像 - 18 -
2.1 簡介 - 18 -
2.2 實驗 - 18 -
2.2.1 LAPS 製程 - 18 -
2.2.2 CF4電漿對Nb2O5 薄膜處理 - 20 -
2.2.3 量測環境 - 20–
2.2.4 材料分析 - 22–
2.3 結果與討論 - 22–
2.3.1 矽基板厚度比較 - 22–
2.3.1.A 光源頻率與振幅對 KR LASER 強度測試 - 22–
2.3.1.B 光源頻率與振幅對LAPS 元件影響 - 23–
2.3.1.C 氫離子感測特性 - 24–
2.3.1.D 矽基板厚度空間解析度比較 - 26–
2.3.2 CF4電漿對Nb2O5薄膜處理 - 27–
2.3.2.A 氫離子感測特性 - 27–
2.3.2.B 鉀離子感測特性 - 28–
2.3.3 材料分析 - 28 -
2.4 結論 - 29 -
第三章 非晶矽光定址電位感測器之化學影像 - 44-
3.1 簡介 - 44-
3.2 實驗 - 44-
3.2.1 a-Si LAPS 製程 - 44-
3.2.2 量測環境 - 46-
3.2.3 材料分析 - 46-
3.3 結果與討論 - 47-
3.3.1 a-Si LAPS 光源頻率與振幅之影響 - 47-
3.3.2 不同非晶矽結構對光電壓影響 - 48-
3.3.3 氫離子感測特性 - 49-
3.3.4 空間解析度與化學影像 - 51-
3.3.5 材料分析 - 52-
3.4 結論 - 53-
第四章 結論與未來展望 - 70-
4.1 總結 - 70-
4.2 未來展望 - 71-
附錄 - 73-
參考文獻 - 85-


圖目錄
第一章
圖 1-1離子感測場效電晶體 - 13-
圖 1-2 LAPS結構 - 13-
圖1-3 LAPS結構等效電路 - 14-
圖1-4對不同厚度矽基板進行空間解析度的模擬結果 - 14-
圖1-5結晶矽、非晶矽及氫化非晶矽原子結構 - 15-
圖1.6不同厚度非晶矽薄膜,對於不同光波長的吸收 - 15-
圖1-7 P-I-N結構接合時內建電場 - 16-
圖1-8 p-n結構與P-I-N結構太陽能轉換效率比較 - 16-
圖1-9論文架構 - 17-
第二章
圖2-1 NbOx LAPS實驗製程流程 - 30-
圖2-2 LAPS量測系統 - 30-
圖2-3雷射光源強度與頻率 - 31-
圖2-4雷射光源強度與頻率 - 31-
圖2-5不同厚度光電壓比較 - 32-
圖2-6不同頻率光電壓比較 - 33-
圖2-7不同光源振福與光電壓比較 - 34-
圖2-8矽基板500μm在熱退火500oC處理1KHz下的特性曲線 - 35-
圖2-9矽基板500μm在熱退火500oC處理1KHz下的pH感測 - 35-
圖2-10矽基板350μm在熱退火500oC處理1KHz下的特性曲線 - 36-
圖2-11矽基板350μm在熱退火500oC處理1KHz下的pH感測 -36-
圖2-12矽基板500μm不同熱退火溫度感測度與線性度比較 - 37-
圖2-13矽基板350μm不同熱退火溫度感測度與線性度比較 - 37-
圖2-14矽基板500μm不同溫度熱退火在紅光10KHz下的時漂 - 38-
圖2-15矽基板350μm不同溫度熱退火在紅光10KHz下的時漂 - 38-
圖2-16(a)光罩線寬大小(b)a-si LAPS 實際樣品 - 39-
圖2-17矽基板500μm厚度之化學影像 - 40-
圖2-18矽基板500μm厚度之化學影像 - 40-
圖2-19四氟化碳處理時間與pH感測 - 41-
圖2-20氧化鈮之四氟化碳電漿處理遲滯現象之分析 - 41-
圖2-21鉀離子感測度與線性度圖 - 42-
圖2-22氟化氧化鈮之F元素X射線光電子能譜儀分析圖 - 42-
圖2-23氟化氧化鈮之O元素X射線光電子能譜儀分析圖 - 43-

第三章
圖3-1 a-si LAPS實驗製程流程 - 54-
圖3-2 a-si LAPS結構 - 54-
圖3-3 a-si LAPS元件對頻率之影響 - 55-
圖3-4 (a)a-si SPIM(b)等效電路(C)改變光源頻率特性(d)改變光源頻率模擬特性 - 56-
圖3-5 I層400nm不同結構非晶矽光電壓比較 - 57-
圖3-6 I層500nm不同結構非晶矽光電壓比較 - 57-
圖3-7 I-type厚度為500nm在1KHz下無熱退火處理的特性 - 58-
圖3-8 I-type厚度為500nm在1KHz下無熱退火處理的pH感測特性 - 58-
圖3-9 I-type厚度為500nm在1KHz下經熱退火處理的特性 - 59-
圖3-10 I-type厚度為500nm在1KHz下無熱退火處理的pH感測特性 - 59-
圖3-11 P-I-N a-si LAPS 時漂 - 61-
圖3-12 P-I-N a-si LAPS 薄膜脫落樣品 - 61-
圖3-13(a)光罩線寬大小(b)a-si LAPS 實際樣品 - 62-
圖3-14 I type a-si LAPS(a)量測 (b)2D化學影像 - 63-
圖3-15 P-I-N type a-si LAPS(a)量測 (b)2D化學影像 - 64-
圖3-16不同結構非晶矽吸收度比較 - 65-
圖3-17不同矽種類之吸收度、波長、能隙、滲透深度 - 66-
圖3-18 I type a-si薄膜之XRD 分析 - 66-
圖3-19 P-I-N a-si type a-si薄膜之XRD 分析 - 67-
圖3-20 P-I-N a-si SIMS分析(Cs離子源) - 67-
圖3-21 P-I-N a-si SIMS分析(O2離子源) - 68-
圖3-20 P-I a-si SIMS分析 - 68-
圖3-20 I-N a-si SIMS分析 - 69-

第四章
圖4-1 p型或n型非晶矽對SiH4參雜比例吸收度與遷移率 - 72-
圖4-2 IGZO/ITO Glass 之光吸收度圖 - 72-

附錄
附錄圖一 CF4 plasma 處理後氧化鈮薄膜厚度與蝕刻速率 - 74-
附錄圖二 使用AFM對CF4 plasma 處理時間對氧化鈮薄膜之表面粗糙度分析 - 74-
附錄圖三 使用X-Y手動微調基座後光點大小為100μm - 75-
附錄圖四 解析度算法(a)量測數據 (b)一階微分 - 76-
附錄圖五 對焦調整前後,以10kHz掃描相同樣品之化學影像圖 -77-
附錄圖六 不同頻率之PIN LAPS的化學影像 - 78-
附錄圖七 不同結構LAPS之化學影像於1kHz - 79-
附錄圖八 drift特性與fitting - 81-
附錄圖九 不同光源之光電壓比較 - 82-
附錄圖十 H2 plasma 處理時間與光電轉換比較 - 83-
附錄圖十一 非晶矽通入H2處理後與吸收度比較 - 83-

表目錄
第一章
表1.1 ISFET 與 LAPS 之優缺點比較表. - 12-
第二章
表2.1氧化鈮之四氟化碳電漿處理感測度比較 - 43-
第三章
表3.1不同結構非晶矽pH溶液中之基本特性 - 60-
附錄
表附錄一 不同光源頻率與不同結構之LAPS空間解析度比較 - 80-

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