由於終端市場應用面大開，加速催生非晶態半導體的時代，當中最為人熟知者為矽基非晶(Amorphous Silicon, a-Si)半導體；見圖1 [1, 2]，自90年代風行的TFT-LCD，甚至這兩年火紅的太陽能產業均能看見它的蹤跡。本文以下即介紹以a-Si為主角的TFT概述。深入瞭解可知，a-Si在應用上因為其可以沈積在多種基材(Substrate)如矽晶圓、玻璃、塑膠片上；再者，製程溫度僅400℃上下、成膜易大面積化，且無形狀限制，大大降低單位生產成本；以及，敏銳的光-電特性，特別是光吸收係數大…等特點，使得a-Si材料成為近年來薄膜半導體的顯學。
a-Si不是完美的晶體，結構上長程無原子次序、物性不具等向性、原子間距不固定且鍵結薄弱，甚至有空鍵形成懸浮鍵(Dangling Bond)，並且a-Si膜質和製程設備、硬體參數、化學反應環境等因素強相關，所以製程再現性、均勻度一直是工業生產、實驗研究上的重點。
圖3、主流TFT
a-Si TFT電特性
如同其他微電子元件，TFT電性的探討或性能的評估多數圍繞在電流-電壓特性曲線(I-V Curve)上(圖6(a))。大體而言，TFT按閘電壓高低分為導通區(Above-threshold regime)、次臨界(Sub-threshold regime)及Poole-Frenkel Emission區間；或者，閘極電壓以零伏分野，當Vg＞0稱前饋段(Forward-regime)，反之Vg＜0則為反向區(Reverse-regime) [1]。
(1) TFT處於Above-threshold Regime下，Fermi級(Fermi Level)進入導帶尾態，此意味著有更多的電子加入傳導行列，最終在汲、源極間導通產生~106A的電流。Above-threshold又稱作線性區，因為在此電流與閘電壓大致呈線性關係之故，而LCD中的畫素充/放電時TFT即操作在此一區間；
(2) 顧名思義，次臨界中TFT位於導通/關閉(On/Off)轉態的過渡區。給定正的閘電壓時，感應的電子多數灌入類受體Deep State和a-Si/GI介面，且大部分被前面介紹的缺陷所捕獲，以致產生10-10~10-8A間的有限電流；相對地，若閘電壓往負方向調整，如此將驅離通道中的電子，使得Channel逐漸為電子空乏(Depletion)，而使得導通電流下降；儘管如此，此條件下卻會在a-Si/GI背面(Back Interface)形成微弱的背電子通道(Back Channel) (見圖6(b))，這也就是習知的TFT漏電流(Current Leakage)機制之一，一般隨a-Si膜厚減薄或者較大的Vd工作電壓下，此漏電的現象也會更加明顯；
(3) 當Vg往-10V以下移動再加上足夠大的Vd，TFT即進入Poole-Frenkel Emission區。此時，半導體Front Channel伴隨電洞載子累積，而且因為閘、汲極重疊電極之間的高電場產生熱離子放射(Thermionic Emission)出電洞，所以這區的電流主要靠電洞生成，不過……《本文節錄自材料世界網「材料最前線」專欄，詳細全文請見下方附檔》
★作者：蔡東璋、曾貴聖、張峻榮