●技術簡介：
「可見光網路通訊」因具有寬波段及可搭配固態照明裝置的優勢，成為下世代網路通訊的最佳候選科技。本技術展示以薄膜電晶體為架構之新型多組態光感測記憶體，將可見光通訊所需之感光元件、運算元件以及記憶元件合而為一，不僅簡化製作程序，降低成本，微縮體積，更可加速傳輸速度，進一步推展未來行動通訊裝置之先進功能。
●技術之科學突破性：
自2004年由東京工業大學細野秀雄(Hedio Hosono)教授研究團隊於Nature首次發表以氧化銦鎵鋅(IGZO)作為主動層之薄膜電晶體後，由於此類氧化物半導體的製程簡便，相較非晶矽能表現出10-100倍的載子遷移率，即使是非晶態也能呈現良好的電性質；因此，氧化物半導體的製程技術與相關研究在近十年間急遽成長，目前IGZO薄膜電晶體已是商用TFT-LCD及OLED顯示器所使用的畫素開關控制元件。
除了開關控制的應用外，氧化物半導體照光反應也受到重視。由於In/Zn-based氧化物半導體的能隙多半大於3.3 eV, 因此一般需要波長小於~400 nm的紫外光，才能激發電子-電洞對(electron-hole pairs)，進而產生光電流。對於可見光而言，僅有短波長可見光(400-430 nm)可有效離子化氧化物半導體內的氧空缺，同時激發電子至導帶而造成光電流；對其餘可見光波段(>430 nm)，氧化物半導體則無明顯光反應。
本技術以氧化鋅錫作為薄膜電晶體之半導體主動層，為增加鋅錫氧化物可反應之可見光波段，在主動層與介電層之間，「埋入」金奈米粒子。一般來說，添加金奈米粒子的效應在於其局域性表面電漿共振(localized surface plasmon resonance, LSPR)特性，可加強吸收500-600 nm波段的可見光，並轉換成熱電子，傳遞至氧化物半導體而增加光電流。但本技術除了利用金奈米粒子之LSPR效應以擴大可見光感測頻譜之外，更進一步的科學突破性在於：藉由「埋入」金奈米粒子，可調整半導體主動層與介電層之界面缺陷能態，並同時與氧化鋅錫之形成異質接面蕭特基能障；這兩項半導體物理作用，使得此薄膜電晶體具有類似快閃記憶體(Flash memory)的特性，可經由施加相反極性的閘極偏壓，擷取或釋放主動層內之電子，進一步調控電流訊號強度，達到光記憶之功能。
現有文獻之可見光記憶體多以有機或硫族材料製作，容易受到水氣/氧氣影響，且其光響應電流低，速度慢，不易達到多重組態。因此，本技術基於特殊的元件結構設計，材料選擇，並搭配閘極偏壓的調控，所獲得的薄膜電晶體對於不同波長或強度的光訊號，可響應出不同程度電流值，形成至少十六階之多組態光感測記憶體特性。
●技術之產業應用性：
本技術針對可見光網路通訊應用，提出一種結構新穎，製程簡便，低成本，可直接感測並儲存可見光訊號資料之多組態光感測記憶體。由於將感光元件與記憶體結合，可減少光電訊號轉換間的能耗，增加元件整體的運作效率。此元件以目前商用顯示器中控制畫素開關的氧化物薄膜電晶體為基本結構，因此已充分具備產業應用基礎。
本技術採用氧化鋅錫作為薄膜電晶體之半導體主動層，主要著眼點在鋅、錫為地球存量豐富的元素，可大量降低原料成本。同時，本技術以溶液法製備氧化物半導體主動層，利用溶膠凝膠法之化學原理合成前驅液，再以旋轉塗佈法成膜，製程簡便且能準確控制鋅錫含量比例，所得氧化物膜雖然為非晶態，但其電晶體開關特性優良，更可免去建置與維護真空設備所需成本。利用金奈米粒子之表面電漿共振效應，可增強鋅錫氧化物對於可見光之敏感度，藉此大幅提高光記憶體之感光能力。更重要的是，金奈米粒子有助於調整半導體與介電層之界面缺陷，進一步調控電流訊號強度。此光記憶體對於不同波長或強度的光訊號，可響應出不同程度且長時間不衰退之電流值，以達成多組態光感測記憶體特性，增加儲存資料的密度。除了兼備感測光訊號與記憶資料功能，此新型元件為場效電晶體結構，配合適當的電路設計，將有機會進行邏輯運算，實現“感測器內運算”及“記憶體內運算”的先進運算架構。因此，針對未來“可見光網路通訊”所需之感光元件、邏輯運算元件以及記憶元件，本技術所提出之新型多組態光感測記憶體，可將此三者合而為一，不但可讓製作程序簡化，成本降低，微縮體積，更可以加速傳輸訊號速度，更為符合行動通訊裝置所需。

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