利用奈米二氧化鈦設計與製作場效電晶體元件

Design and Fabrication of Field Effect Transistors Using Nano-Titanium Dioxide

周文偉(Wen-Wei Chou)

指導教授 ： 廖朝光

元智大學/工程學院/化學工程與材料科學學系/碩士(2008年)

https://doi.org/10.6838/YZU.2008.00200

摘要

本研究利用二氧化鈦薄膜與摻雜金屬離子之二氧化鈦薄膜，設計與製作出多種形式的二氧化鈦場效電晶體(TiO2-FET)。首先將溶凝膠二氧化鈦粒子配製成未摻雜與摻雜金屬離子(Fe3+、Zn2+、Cr3+與Ag+)的二氧化鈦溶液，接著以ITO導電玻璃作為閘極的方式，於其上分別製作摻雜與未摻雜金屬離子之二氧化鈦薄膜，最後再於薄膜上方分開的兩區塊鍍上金屬，而形成汲極 (source)與源極 (drain)兩端點，即完成TiO2-FET元件。經實驗結果得知，摻雜後的二氧化鈦薄膜，其表面結構、電性與能帶特性皆會有明顯的變化；而I-V (current-voltage)量測的結果顯示，利用不同金屬離子所製作出的元件具有場效電晶體的特性；其中Cr3+/TiO2-FET元件的I-V特性表現較佳，Ag+/TiO2-FET元件的電流變化趨勢雖較明顯，但電流曲線較不穩定。由於摻雜後二氧化鈦薄膜的電子性質，如：導電度 (conductivity)、電子遷移率 (mobility)等的改變，使未摻雜與摻雜後的二氧化鈦薄膜於接面形成schottky junction的半導體接面特性，進而也會對所製作出的場效電晶體元件特性造成影響。

關鍵字

二氧化鈦薄膜 ； 摻雜金屬離子 ； 場效電晶體 ； 能隙 ； schottky junction

並列摘要

TiO2-based field-effect transistors (FETs) were designed and fabricated using nano-TiO2 and metal ion-doped TiO2 thin films prepared by sol-gel methods. It fabricated the bottom gate electrode on the ITO glass and source/drain electrodes on the TiO2 thin film for the TiO2-based FET device. The characteristics of the transistor fabricated with a Schottky diode were analyzed by the I-V measurements. The performance of the transistor can be demonstrated by controlling the gate voltage to vary the trend of the source-drain current and the threshold voltage were determined. In the results, The surface properties, mobility, conductivity and energy band of TiO2 thin film affected the performance of the TiO2-based FET device. The normally on/off conditions and the threshold voltage of the Cr3+/TiO2-FET device was better than other device. Because of the metal ion-doped film and the junction properties are essential factors to influence the efficiency of the TiO2-based FET device.

並列關鍵字

TiO2 thin film ； dope ； field-effect transistors ； bottom gate ； energy band

參考文獻

馬智綱, 利用金屬離子摻雜技術製作具P-N同質接面的二氧化鈦膜之半導體特性分析, 碩士論文, 元智大學化學工程與材料科學學系 (2007)

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