TWI740241B - 可撓式可見光檢測器之製造方法 - Google Patents

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游信強
吳承炎
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

一種可撓式可見光檢測器之製造方法，其步驟包含：將一矽基板以蝕刻溶液蝕刻至該矽基板具有可撓性；將該矽基板以蝕刻溶液在表面蝕刻出一金字塔結構；以溶膠-凝膠法在該金字塔結構上塗佈一介電層，製備一金奈米粒子溶液鏈結在該介電層，以旋轉塗佈法以及噴圖法在該介電層上塗佈一通道層，以熱蒸鍍法在該通道層度上源極與汲極，在該矽基板背面鍍上閘極，以溶膠-凝膠法、旋轉塗佈法噴圖法等方法製備光檢測器相較於現有的真空製程技術有操作溫度低溫、成本便宜、材料利用率高以及製程時間縮短等優點。

Description

可撓式可見光檢測器之製造方法
本發明涉及一種光檢測器的製造方法，特別是具有可撓性及檢測可見光波段之檢測器的製造方法。
光學檢測在日常生活中應用非常廣泛，例如智慧行動裝置、穿戴式裝置、安全防護設備中皆是應用的範疇，為了符合廣泛的應用之範疇，光檢測器必須朝具備可撓性功能來製造；常見的光檢測材料是氧化鋅，其具有無毒、熱穩定性佳以及便宜等優點，缺點是氧化鋅對於可檢測光波段只限於紫外光，因此開發不同材料或製備技術來延伸檢測的可見光波段是必要的發展趨勢。
傳統的半導體製備的製程有真空蒸鍍、微影、蝕刻等，其中真空製程的製程時間長、材料利用率低、設備昂貴且製備的環境溫度高，其中製備的環境溫度限制了大部分的軟性材料的發展，隨著科技的進步人們追求電子產品的輕薄化，可撓式的電子產品的應用範疇甚式廣泛，因此半導體的製程技術逐漸朝輕量節材、低操作溫度的方向發展。
由於光，本發明提供一種可撓式可見光光感測器之製造方法，主要是採用低溫製程且低成本的方式製備。
為達到上述目的，本發明提供一種可撓式可見光檢測器之製造方 法，其步驟包括：使用一氫氧化鈉(NaOH)溶液蝕刻一矽基板，形成一可撓性基板。
將該可撓性基板浸泡並加熱於一蝕刻溶液中，使該可撓性基板表面形成一金字塔結構。
利用熔膠-凝膠法製備一介電層薄膜塗佈在該可撓性基板的該金字塔結構。
製備一金奈米粒子溶液(AuNPs)，該金奈米粒子溶液包含複數個金奈米粒子，利用自組裝的方式(MPTES)將複數個金奈米粒子鏈結於該介電層上。
製備一氧化鋅水溶液，利用旋轉塗佈法及噴霧法將該氧化鋅水溶液塗佈在該介電層表面形成一通道層。
利用熱蒸鍍法在該通道層表面以間隔排列的方式鍍上一源極以及一汲極，在該矽基板背面鍍上一閘極。
進一步，該可撓性基板厚度小於30μm。
進一步，該蝕刻溶液包含5wt%的氫氧化鈉(NaOH)以及5%v/v的異丙醇(IPA)。
進一步，其中該介電層是二氧化鉿薄膜。
更進一步，其中該氧化鋅水溶液的莫爾濃度為0.05M。
進一步，其中該源極、該汲極以及該閘極的材質是鋁。
本發明利用水溶液技術溶膠-凝膠法來製備該介電層，其製程採低電壓且低溫的環境，使該介電層薄膜厚度最佳化並具有高透光性以及可撓性。
10:矽基板
11:可撓性基板
12:金字塔結構
13:介電層薄膜
14:金奈米粒子
141:金奈米粒子層
15:通道層
16:源極
17:汲極
18:閘極
圖1為本發明較佳實施例之製備流程示意圖。
圖2a為本發明較佳實施例之二氧化鉿薄膜之電壓-電流特性曲線圖。
圖2b為本發明較佳實施例之二氧化鉿薄膜之電壓-電容特性曲線圖。
圖3為本發明較佳實施例之二氧化鉿薄膜之電晶體之電壓-漏電流開關特性曲線圖。
圖4a為本發明較佳實施例之金奈米粒子的表面電漿共振強度曲線圖。
圖4b為本發明較佳實施例之金奈米粒子的SEM圖。
為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如下。
如圖1所示較佳實施例，本發明是一種可撓式可見光檢測器之製造方法，其中步驟包括：使用濃度40%wt的一氫氧化鈉(NaOH)溶液濕式蝕刻一厚度約675μm的P型矽基板10，時間為約6到10小時並在過程中將該氫氧化鈉水溶液加熱至恆溫攝氏70度，使該矽基板10蝕刻至厚度小於30μm，成為一可撓性基板11，其濕式蝕刻的化學反應為：Si+2H2O+2OH-→SiO2(OH)2 2-+2H2。
將該可撓性基板11浸泡於一蝕刻溶液中進行各項異性蝕刻並於過程中恆溫加熱該蝕刻溶液至攝氏70度約30分鐘，使該可撓性基板表面形成一金字塔結構12，該蝕刻溶液包含5wt%的氫氧化鈉(NaOH)以及5%v/v的異丙醇(IPA)。
製備一二氧化鉿水溶液，以1.6g(0.005mol)的四氯化鉿，與50ml的去離子水在常溫常壓的條件下反應24小時生成濃度0.1M的一二氧化鉿水溶液，利用熔膠-凝膠法將該二氧化鉿水溶液製備成一二氧化鉿介電層薄膜13，該 介電層薄膜13塗佈在該可撓性基板11的該金字塔結構12，其中烤軟溫度與時間是328K-1min，退火溫度與時間是528K-1hr，其中二氧化鉿具有高介電係數之材料，於電性操作上只需很小的操作電壓，用於檢測系統中具有高靈敏度、高感測性等優點，其用於製備成半導體電晶體的製程可於低溫之下完成不僅具高透光性且具有良好的電性。請參考圖2a、圖2b、圖3所示為本發明量測該二氧化鉿介電層薄膜13的漏電流特性、電壓-電容特性曲線、電壓-電流開關特性曲線，以凝膠-熔膠法製備的該二氧化鉿介電層薄膜13具有良好的電流開關特性，其電流開關比高達105，相較於氮化矽薄膜的元件的操作電壓下降了±3伏特，證實該二氧化鉿薄膜13具有較佳的電性操作之感應電容。
製備一金奈米粒子溶液(AuNPs)，其製備方法是將以比例1mM：38mM的一四氯化金酸(HAuCl4)溶液搭配一檸檬酸鈉(Na3C6H5O7)還原劑腳加熱並攪拌合成該金奈米粒子溶液，該金奈米粒子溶液包含複數個粒徑13nm的金奈米粒子14，利用自組裝的方式(MPTES)將複數個金奈米粒子14鏈結於該二氧化鉿介電層薄膜13上形成一金奈米粒子層141，該金奈米粒子14在吸收光譜中有一特性吸收帶，系稱表面電漿子共振波帶，其與奈米粒子的形狀及大小相關，請參考圖4a與4b所式，以光譜儀分析鑑定該金奈米粒子14大小觀察到其粒子表面電漿共振波長在518nm以及以SEM分析該金奈米粒子14之粒子大小為13nm，此數據證實本發明之該金奈米粒子層141對於特定可見光波段產生特定的表面電漿共振，因此可將氧化鋅材料延伸至檢測可見光波段。
製備一氧化鋅水溶液，將一溶質醋酸鋅Zn(CH3COO)2．2H2O加入一溶劑乙醇形成一氧化鋅水溶液半成品，該氧化鋅水溶液半成品之莫耳濃度為0.05M，將該氧化鋅水溶液半成品中加入磁石，放置在恆溫攝氏55度的電磁攪拌加熱器上攪拌加熱一小時，即得到透明均勻之該氧化鋅水溶液，利用旋轉塗佈法及噴霧法將該氧化鋅水溶液塗佈在該介電層表面形成一通道層15。
利用熱蒸鍍法以鋁錠在該通道層15表面以間隔排列的方式鍍上一源極16以及一汲極17，在該矽基板背面鍍上一閘極18。
本發明是利用一個具有金屬與半導體接面的結構中，利用金屬粒子表面所產生的表面電漿共振改變了半導體的該通道層15的電壓、電流訊號，當一奈米粒子吸收了相應的光能量會產生熱載子，其熱載子獲得足夠的能量後會跨越到通道層15，進而有額外的光電子進入了該通道層15改變原本的材料特性，來達到電壓、電流訊號之改變，由表面電漿共振效應所激發之能量影響電訊號，本發明的該奈米金粒子14在吸收特定的可見光波段後會產生電將共振效應，藉由結合在該介電層薄膜13及該通道層15之間，利用共振效應改變了材料的原特性，將檢測光範圍擴增到可見光波段，該金字塔結構12可降低光的反射率以及提升光在該通道層15的繞射能力，提升光檢測能力。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明主張的權利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本發明的申請專利範圍內。
10:矽基板
11:可撓性基板
12:金字塔結構
13:介電層薄膜
14:金奈米粒子
141:金奈米粒子層
15:通道層
16:源極
17:汲極
18:閘極

Claims (5)

  1. 一種可撓式可見光檢測器之製造方法，其中步驟包含：使用氫氧化鈉(NaOH)溶液蝕刻一矽基板，形成一可撓性基板；將該可撓性基板浸泡並加熱於一蝕刻溶液中，使該可撓性基板表面形成一金字塔結構；利用熔膠-凝膠法製備一介電層薄膜塗佈在該可撓性基板的該金字塔結構，該介電層是二氧化鉿薄膜；製備一金奈米粒子溶液(AuNPs)，該金奈米粒子溶液包含複數個金奈米粒子，利用自組裝的方式(MPTES)將複數個金奈米粒子鏈結於該介電層上；製備一氧化鋅水溶液，利用旋轉塗佈法及噴霧法將該氧化鋅水溶液塗佈在該介電層表面形成一通道層；利用熱蒸鍍法在該通道層表面以間隔排列的方式鍍上一源極以及一汲極，在該矽基板背面鍍上一閘極。
  2. 如請求項1之可撓式可見光感測器之製造方法，其中該可撓性基板厚度小於30μm。
  3. 如請求項2之可撓式可見光感測器之製造方法，其中該蝕刻溶液包含5wt%的氫氧化鈉(NaOH)以及5%v/v的異丙醇(IPA)。
  4. 如請求項3之可撓式可見光感測器之製造方法，其中該氧化鋅水溶液的莫爾濃度為0.05M。
  5. 如請求項4之可撓式可見光感測器之製造方法，其中該源極、該汲極以及該閘極的材質是鋁。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7682943B2 (en) * 2002-07-08 2010-03-23 Qunano Ab Nanostructures and methods for manufacturing the same
TW201515205A (zh) * 2009-12-08 2015-04-16 Zena Technologies Inc 光偵測裝置、複合光偵測器及波導
US9368667B1 (en) * 2013-02-01 2016-06-14 Sung Jin Kim Plasmon field effect transistor
TW201822369A (zh) * 2016-12-02 2018-06-16 財團法人金屬工業研究發展中心 矽基異質接面太陽能電池及其製造方法
TW201911423A (zh) * 2017-07-27 2019-03-16 台灣積體電路製造股份有限公司 生物場效電晶體裝置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7682943B2 (en) * 2002-07-08 2010-03-23 Qunano Ab Nanostructures and methods for manufacturing the same
TW201515205A (zh) * 2009-12-08 2015-04-16 Zena Technologies Inc 光偵測裝置、複合光偵測器及波導
US9368667B1 (en) * 2013-02-01 2016-06-14 Sung Jin Kim Plasmon field effect transistor
TW201822369A (zh) * 2016-12-02 2018-06-16 財團法人金屬工業研究發展中心 矽基異質接面太陽能電池及其製造方法
TW201911423A (zh) * 2017-07-27 2019-03-16 台灣積體電路製造股份有限公司 生物場效電晶體裝置

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