Preparation of ZnO Nanowire transistors: using Nanotransfer and dielectrophoresis to fabricate electrodes

[[abstract]]相對於傳統的黃光微影製程，奈米轉印法被視為下一代的奈米微影技術，其擁有成本低、製程快速、可大量複製等優點。本論文乃結合奈米轉印法製備電極及介電泳法組裝氧化鋅奈米線以製作電晶體元件。其中氧化鋅奈米線屬於n型之寬能隙半導體材料，由於奈米線單晶的特性可以大幅提升載子遷移率，且具有高的體表面積比，未來可應用在氣體感測和光電元件上。本研究可分成四大部分，(一)水熱法成長氧化鋅奈米線；(二) 以UV固化高分子當作黏著/介電層，利用奈米轉印法製備電極；(三) 介電泳法排列奈米線；(四)量測電性變化。首先我們利用水熱法在90℃下，採用二階段合成高品質之單晶氧化鋅奈米線，並利用製程時間控制奈米線長度。此外，選用UV固化高分子，可以旋轉塗佈及曝光固化的方式，快速製作介電層，並利用此介電層當作黏著層直接轉印金屬電極圖案。在轉印金屬電極圖案的部分，可利用PDMS透氧的特性在UV固化黏著層表面蓋上PDMS，並調控照光時間使薄膜表面部分固化而具有黏性，使其在操作溫度80℃下可成功轉印金屬電極圖案。若在UV固化黏著層中加入多硫醇化合物PTMP則發現可降低表面Tg，並提升黏著層之黏著力，可以成功地在室溫下轉印金電極圖案。我們藉由原子力顯微鏡分析各種不同配方的黏著層表面構型和黏著力隨溫度增加的變化，可了解金層轉印的原理，並藉以調整轉印的操作條件。 利用介電泳法可在1MHz交流電場下可在2 min內將氧化鋅奈米線排列在電極模具上，再利用UV固化黏著層當作介電層，以轉印方式將奈米線與金電極同步轉移到基材上，確保奈米線與金電極有較良好接觸。經由轉印製作奈米線電晶體其元件特性為臨界電壓Vth為3V，on/off ratio約為6，載子傳輸速率μ為348.4cm2/Vs，轉移電導值gm為2.55μS，次臨界擺幅S為3.72V/dec。接著將利用PMMA與UV固化黏著層形成複合式絕緣層，藉以增加元件電性的穩定度