隨著智能手機和平板電腦的普及，人們要求平板顯示器具有更高的清晰度、更高的顯示頻率和更低的功耗。以銦鎵氮氧(IGZO)為代表的使用氧化物半導體的薄膜晶體管具有比常規使用的非晶硅更高的遷移率，使得更高的清晰度成為可能。此外，IGZO的平板顯示器生產線也允許使用非晶硅生產線，幾乎沒有改變。因此，越來越多的緊湊型面板使用氧化物半導體。他們對用于大型電視機的這種面板的需求預計在未來也會增加。

本文介紹了用μ-PCD方法對氧化物半導體薄膜晶體管的遷移率和Vth漂移的評價結果。

氧化物半導體薄膜評價系統概述：

圖1顯示了所開發的系統的一個例子。該系統的深度為5880毫米，寬度為2860毫米，高度為2550毫米。目前的系列涵蓋了從研發應用(襯底尺寸：200×200mm)到G8.5襯底尺寸的范圍。

圖1 氧化物半導體薄膜評價體系

隨著基底尺寸的增大，如果使用傳統的系統，測量時間就會增加。因此，G5.5或更大尺寸的系統使用了涉及兩個測量頭的雙頭方法。圖2顯示了一個傳統的單頭和新設計的雙頭的配置。在每個配置中，舞臺沿x軸方向移動，而頭是/頭沿Y軸方向移動。雙頭結構將y軸方向上的移動量減少一半，縮短了G8.5基板的測量時間，從大約40分鐘縮短到20分鐘或更少。

圖2 傳統單頭和新雙頭的配置

μ-PCD測量原理：

當用超過能帶隙的激光能量照射氧化物半導體薄膜時，產生電子-空穴對并產生過量載流子。這些多余的載流子通過復合被湮滅，湮滅它們所需要的時間(壽命)取決于樣品的物理性質。激光照射產生的過量載流子增加了樣品的電導率，改變了微波反射率，μ-PCD是一種根據微波反射率的時間變化來測量壽命的方法。

當評估硅塊和晶片時，可以獲得足夠強的信號。然而，對于薄膜來說，信號很弱。因此，氧化物半導體薄膜評估系統的微波檢測單元采用差分μ-PCD方法。這使得信噪比比傳統檢測方法高500倍。

圖3描述了使用微分μ-PCD方法的檢測單元的測量原理。振蕩的微波被分成一個信號波導和參考波導。信號波導下樣品區的載流子被激光激發。然后，檢測單元測量由過量載流子引起的反射率變化。來自信號波導的信號(圖中的“A”)除了包含由過量載流子引起的反射率變化的信號之外，還包含噪聲成分。另一方面，來自參考波導的信號(圖中的“B”)僅由噪聲分量組成。計算這兩個信號之間的差值(圖中的“A - B”)以消除噪聲分量，這使得能夠以高靈敏度檢測信號。

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圖3 氧化物半導體評價系統差分μ-PCD原理（A：信號+噪聲波，B：噪聲波）

利用μ-PCD評價氧化物半導體薄膜的方法：

圖4說明了一個氧化物半導體的微波反射率的衰減曲線。在半導體薄膜中，衰減并不符合一個簡單的指數行為。相反，一個逐漸的衰減發生在一半。換句話說，衰減由兩個分量組成：即快速衰減分量和帶尾帶的慢衰減分量。

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圖4 氧化物半導體的微波反射率的衰減曲線

然而，快速衰減的壽命非常短，就像LTPS的情況，使得直接觀察變得困難。當泵浦激光器的脈沖寬度相對于壽命足夠時，峰值與壽命成正比。因此，為了評價遷移率，本系統不是使用快速衰減的壽命值，而是使用峰值，這是可以很容易和準確的測量。

映射測量的有效性：

隨著襯底尺寸的增加，在大規模生產線中遇到的問題之一是整個襯底的薄膜質量變化。測繪測量是有效的，因為mura可以很容易地在整個襯底上進行評估。在圖5中，玻璃襯底被放置在目標材料的正上方。薄膜沉積后，在整個襯底中測量峰值。這里，使用了兩種類型的靶材料來確認差異：即分割靶和無接縫的非分割靶。

圖5 目標和玻璃基板的布置

結果

本文介紹了南通華林科納半導體的一種評價氧化物半導體薄膜的技術，并描述了作圖的有效性。本系統的使用使得能夠在制造薄膜晶體管之前評估氧化物半導體薄膜的遷移率和Vth偏移。此外，該系統允許以非接觸、非破壞性的方式進行測繪測量，允許評估每個襯底內的膜質量的mura。該系統的這些優點可用于優化制造氧化物半導體薄膜晶體管的工藝條件和提高大規模生產線的產量。未來的計劃包括獲得峰值和τ2的測繪測量結果，以及從在各種條件下沉積的薄膜獲得與薄膜晶體管特性的相關數據:例如，薄膜沉積期間的氧濃度和退火溫度。

最后將努力為現有系統開發這些技術，從而為平板顯示器市場的發展做出貢獻。

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　　審核編輯：ymf