Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/2219
Title: ไดโอดเปล่งแสงแบบฟิล์มบางชนิดวัสดุอะมอร์ฟัสสารกึ่งตัวนำ : รายงานการวิจัยฉบับสมบูรณ์ ระยะที่ 1
Other Titles: Amorphous semiconductor visible-light thin film emitting diode
Authors: ดุสิต เครืองาม
สมศักดิ์ ปัญญาแก้ว
Email: Dusit.K@Chula.ac.th
feespy@kankrow.eng.chula.ac.th, Somsak.P@Chula.ac.th
Other author: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า
จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า
Subjects: ไดโอดเปล่งแสงแบบฟิล์มบาง
อะมอร์ฟัสซิลิคอนไนไตรด์
อะมอร์ฟัสซิลิกอนคาร์ไบด์
อะมอร์ฟัสเซมิคอนดักเตอร์
สารกึ่งตัวนำ
Issue Date: 2536
Publisher: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
Abstract: ได้มีการคิดค้นออกแบบและประดิษฐ์สิ่งประดิษฐ์ไดโอดเปล่งแสงแบบฟิล์มบางจากวัสดุอะมอร์ฟัสซิลิกอนไนไตรด์และอะมอร์ฟัสซิลิกอนคาร์ไบด์ได้สำเร็จเป็นครั้งแรกในโลกด้วยวิธี glow discharge plasma CVD ไดโอดเปล่งแสงแบบฟิล์มบางนี้สามารถเปล่งแสงที่ตามองเห็นได้ตั้งแต่สีแดง สีส้ม สีเหลือง สีเขียว ไปจนถึงสีน้ำเงินขาว นับเว่าเป็นไดโอดเปล่งแสงชนิดเดียวในโลกที่สามารถเปล่งแสงสีหลักต่างๆ ได้ครบ จากวัสดุเพียงตระกูลเดียวกัน ไดโอดเปล่งแสงแบบฟิล์มบางที่พัฒนาขึ้นสำเร็จในงานวิจัยนี้มีลักษณะเป็นฟิล์มบางของวัสดุอะมอร์ฟัสซิลิกอนไนไตรด์และซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เคลือบเป็นฟิล์มบาง ๆ บนแผ่นกระจกในลักษณะรอยต่อ p-i-n กล่าวคือ มีโครงสร้างแผ่นกระจก/ขั้วไฟฟ้าโปร่งแสง/อะมอร์ฟัสซิลิกอนคาร์ไบด์ชนิดพี/อะมอร์ฟัสซิลิกอนไนไตรด์ชนิดบริสุทธิ์/อะมอร์ฟัสซิลิกอนคาร์ไบด์ชนิดเอ็น/ขั้วไฟฟ้าอะลูมิเนียม ความหนาของฟิล์มบางชั้นต่างๆ บนแผ่นกระจากมีค่ารวมกันไม่เกิน 1 ไมครอน ไดโอดเปล่งแสงแบบฟิล์มบางนี้เปล่งแสงได้ด้วยหลักการของการฉีดกระแสไฟฟ้า กล่าวคือ ฉีดโฮลจากชั้นพีและอิเล็กตรอนจากชั้นเอ็นให้เข้าไปรวมตัวกันในชั้นอะมอร์ฟัสซิลิกอนไนไตรด์ชนิดบริสุทธิ์ซึ่งเป็นชั้นเปล่งแสง แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ไบแอสเพื่อฉีดกระแสไฟฟ้ามีค่า ประมาณ 5-15 โวลท์ ความสว่างสูงสุดของแสงที่เปล่งมีค่าอยู่ในช่วง 0.1~1 cd/m[square] โดยใช้กระแสไฟฟ้าประมาณ 100-1000 mA/cm[square] สีของการเปล่งแสงกำหนดจากขนาดช่องว่างพลังงานของชั้นอะมอร์ฟัสซิลิกอนไนไตรด์ และช่องว่างพลังงานของชั้นอะมอร์ฟัสซิลิกอนไนไตรด์กำหนดได้จากอัตราส่วนของก๊ซ NH[subscript3]/SiH[subscript4]ที่ใช้ในขณะฟิล์ม ไดโอดเปล่งแสงแบบฟิล์มบางชนิดอะมอร์ฟัสสารกึ่งตัวนำนี้จัดว่าเป็นสิ่งประดิษฐ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดใหม่ที่เกิดขึ้นในโลก ทั้งนี้เพราะว่าไดโอดเปล่งแสงที่มีการผลิตอยู่ในปัจจุบันนั้นทำจากวัสดุผลึกเดี่ยวที่เป็น bulk ทั้งหมด ส่วนในงานวิจัยนี้ใช้วัสดุอะมอร์ฟัสทั้งหมด และเป็นการช่วยขยายการประยุกต์ใช้งานวัสดุอะมอร์ฟัสสารกึ่งตัวนำด้วย ไดโอดเปล่งแสงแบบฟิล์มบางชนิดอะมอร์ฟัสสารกึ่งตัวนำนี้สามารถเปล่งแสงจากพื้นราบ (surface emission) ได้ จึงมีศักยภาพที่จะนำไปผลิตเป็นจอภาพดิสเพลย์แบบบางเรียบ 9flat panel display) หรือจอโทรทัศน์แบบบางเรียบ (flat-panel TV) ได้ ดังนั้นผลงานวิจัยการคิดค้นในงานวิจัยนี้จึงมีเนื้อหาทั้งทางวิชาการที่ลึกซึ้งและมีศักยภาพสูง ในการประยุกต์ผลิตเป็นภาคอุตสาหกรรม ข้อดีเด่นของไดโอดเปล่งแสงแบบฟิล์มบางชนิดอะมอร์ฟัสสารกึ่งตัวนำนี้ ได้แก่ 1) ต้นทุนการผลิตต่ำเพราะใช้วัสดุราคาถูกและผลิตด้วยวิธี CVD ที่อุณหภูมิเพียง 200 องศาเซลเซียส 2) ผลิตเป็นฟิล์มยางพื้นใหญ่ๆ ได้ง่าย ทำให้ได้ดิสเพลย์ขนาดใหญ่ 3) ผลิตบนแผ่นฐานวัสดุชนิดต่าง ๆ ได้เช่น แผ่นกระจก แผ่นโลหะ แผ่นพลาสติก แผ่นเซรามิก ทำให้ได้ดิสเพลย์รูปร่างและการใช้งานหลากหลาย เป็นต้น ในงานวิจัยนี้ได้ดำเนินการวิจัยตั้งแต่การติดตั้งเครื่องมือ CVD สำหรับปลูกฟิล์มอะมอร์ฟัสซิลิกอนไนไตรด์ (a-Sin:H) และซิลิกอนคาร์ไบด์ (a-SiC:H) ซึ่งใช้ก๊าซ Sih[subscript4], NH[subscript3], CH[subscript4] เป็นก๊าซดิบ ได้มีการศึกษาคุณสมบัติพื้นฐานของ a-SiN:H และ a-SiC:H อย่างละเอียดทั้งทางโครงสร้าง (IR, ESCA, ESR) ทางแสง (ช่องว่างพลังงาน, โฟโตลูมิเนสเซนซ์) และแนวทางไฟฟ้า (สภาพนำไฟฟ้า) ของ a-SiN:H และ a-SiC:H อย่างเป็นระบบ สิ่งประดิษฐ์ไดโอดเล่งแสงแบบฟิล์มบางที่ประดิษฐ์ได้ ได้นำไปศึกษาวิเคราะห์กลไกการฉีดพาหะ และกลไกการเปล่งแสงอย่างละเอียด ได้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์และสำคัญมากมาย ผลการวิเคราะห์พบว่า การฉีดพาหะได้อาศัยกลไก tunneling เป็นหลักและการเปล่งแสงเกิดจากการรวมตัวอิเล็กตรอนและโฮลที่ระดับ localized states นอกจากนี้ยังได้ประสบความสำเร็จในการประดิษฐ์ให้เปล่งแสงเป็นรูปร่างลักษณะต่างๆ ซึ่งเป็นการพิสูจน์ว่าไดโอดเปล่งแบบฟิล์มบางนี้สามารถผลิตเป็นดิสเพลย์แบบบางเรียบได้จริงได้สำเร็จ และได้การวิจารณ์การนำไดโอดเปล่งแสงแบบฟิล์มบางนี้ไปใช้งานใน optical computer และ optoelectronic IC ชนิดต่าง ๆ
Other Abstract: A novel hydrogenated amorphous silicon nitride/amorphous silicon carbide (a-SiN:H/a-SiC:H) Thin Film Light Emitting Diode (TFLED) has been proposed and fabricated for the first time in the world. The TFLED can emit the visible light having the colors from red, orange, yellow to green and white-blue. This is the only LED that can emit so many color of light from the same material. The main materials in TELED developed in this work consists of thin film a-SiN:H and a-SiC:H. The TFLED has the structure of glass/ITO/p a-SiC:H/i a-SiN:H/n a-SiC:H/Al. The total thickness of all of the films is less than 1 micron. The TFLED is a carrier-injection type electroluminescence device. The light output comes from the radiative recombination of holes and electrons injected from the p- and n- layers, respectively into the i-layer. The typical bias voltage is about 5-15 volt, the injection current density is about 100-1000 cd/m[square], giving the brightness of about 0.1~ 1 cd/m[square]. The desired emission color can be obtained by adjusted the optical energy gap of the i a-SiN:H later. The amorphous semiconductor TFLED is a new type of electronic device in the world, since it is the LED that is made of thin film amorphous semiconductor, while the conventional LED is made of crystalline semiconductor. Another contribution in this work is also to expand the application of a-SiN:H and a-SiC:H. The TFLED is a surface emitting device. Therefore, it has a great potential to be produced as a flat-panel display or flat-panel TV. The advantages of the amorphous TFLED are as foloows: 1) low-cost, because the TFLED is made from low-cost amorphous material and uses a low temperature CVD process (200 degree ceisuis), 2) it has the possibility to be produced as a large area display, 3) it can be deposited on various substrates, such as glass, metal, plastic, ceramic sheets, therefore various forms of display can be realized., etc. The research in this work started from the construction of the plasma CVD for growing a-SiN:H and a-SiC:H. A detailed study has been done on the basic properties of a-SiN:H and a-SiC:H films. A series of study has also been done on the basic characteristics of the TFLED. The authors also succeeded in the fabrication of TFLEDs that can emit the light having various patterns. This proved out that the TFLED can be used as a flat-panel display. The applications of the TFLED in an optical computer, optoelectronic-IC (OE-IC) have also been discussed.
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/2219
Type: Technical Report
Appears in Collections:Eng - Research Reports

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dusit(amor1).pdf20.95 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.