薄膜晶体管技术解析及其应用

1、薄膜晶体管技术解析及其应用一、薄膜晶体管TFT简介TFT是薄膜晶体管(Thin Film Transistor)英文首字母的简写形式。 它具有晶体管的“有源性(开关、放大)”和“薄膜”的“薄”的双重特 性，与平板显示屏(例如LCD、OLED等)组合，构成当今的平板电视(TFT LCD、TFT-OLED), TFT是其中关键核心部件之一。通常TFT有源材料是硅薄膜，根据硅薄膜结构不同，晶体管分为非晶 硅 TFT (a-Si TFT)、多晶硅(p-Si TFT)和单晶硅 MOSFET (c-Si MOSFET)。 此外采用有机材料制备的TFT，称为有机TFT (或者OTFT)。薄膜晶体管自上世纪6

2、0年代发明开始，已经得到了非常广泛的推广 和应用，发展速度之快超乎想象。从非晶硅TFT到多晶硅TFT，从高温 多晶硅TFT到低温多晶硅TFT，技术越来越成熟，应用的对象也从只是 驱动LCD发展到既可以驱动LCD也可以驱动OLED、甚至电子纸。立创商 城随着半导体工艺的水平的不断提高，像素尺寸不断减小，显示屏的分 辨率也越来越高。TFT寻址的液晶显示器以其大容量、高清晰度和全彩色的视频显示成 为液晶乃至整个平板显示的主导技术，相关的高技术产业也成为目前的主 要投资方向。TFT制造技术在以其寻址的液晶显示器中处于关键地位，它 的研发历来是研究中的重点。二、显示器的驱动方式无论是液晶显示还是OLED

3、显示都分为主动显示和被动显示两大类。 对于LCD显示，分成 无源（被动）驱动显示LCD,如：Color-STN-LCD显 示器，STN-LCD，TN-LCD等；有源（主动）驱动显示LCD，如：TFT LCD。 对于OLED显示，分成无源（被动）驱动显示OLED（PMOLED）和有源（主 动）驱动显示OLED （AMOLED）o无源（被动）驱动显示OLED或LCD通常只能同时显示200行以下， 因此要显示更多的行数以达到高清晰度，就要采用有源（主动）驱动显示 方式，即TFT-LCD、AMOLEDo有源（主动）驱动显示方式包含TFT制作技 术。三、TFT薄膜技术非晶硅薄膜。非晶硅薄膜晶体管技术是7

4、0年代提出的。经过各国 科学家近30年的不懈努力，如今第七代以上液晶显示器（LCD）生产线 已全部实现自动化，工业生产技术相当成熟。已经发展成为当今世界液晶 显示器的主流产品，未来发展的目标是更大的屏幕尺寸和更低的生产成 本。非晶硅TFT技术，其优点是制备工艺成熟，相对简单，成品率高，适 合于大面积生产。其缺点是TFT只有N型器件，迁移率只有 0.5-1.0cm2/Vs。因此，采用非晶硅TFT工艺，很难制备高性能、全集成 的超薄型结构紧凑的显示器模块。非晶硅TFT技术不能用于高分辨率的有 源驱动OLED显示屏。多晶硅薄膜（poly-Si）。多晶硅薄膜工艺主要分为两大类：（1）高温工艺，指整个加

5、工过程中温度高于900C。高温工艺只能以 昂贵的石英为衬底，TFT性能好，高温工艺只适用于中小尺寸的显示屏或 投影屏系列。(2)低温工艺，整个加工过程中温度低于600C。采用低温工艺可在 廉价玻璃衬底上制作较大的显示屏。低温多晶硅(LTPS) TFT由于其低功 耗、轻便、薄型、提供大电流和系统集成性而被广泛地应用于有源(主动) 驱动显示TFT-LCD和AMOLED中。多晶硅TFT的工艺关键是如何低成本地、 大面积制备优良的多晶硅薄膜。目前，制备多晶硅材料的方法有快速退火 (RTA)、准分子激光晶化(ELC)、固相晶化(SPC)、连续横向晶化(SLS) 和金属诱导低温多晶硅(MIC)技术等。低温

6、多晶硅LTPS TFT技术可完全解决非晶硅TFT技术不能解决的问 题。特别是2000年以后，由于a-Si TFT产能过剩，日、韩、台厂商积极 投入LTPS TFT，才使LTPS TFT在未来数年内有了更多的发展机会。特别 是最近中小尺寸面板市场的快速增长，多晶硅TFT发展开始步入黄金时期。 LTPS TFT很早就被视为下一代LCD必备的技术。有机薄膜TFT。有机TFT的出现，将对现有非晶硅TFT形成有力的 竞争是不言而喻的。它将是新一代柔性显示的核心技术，使用柔性显示技 术制造的显示屏可以像画布一样卷曲，并可能像液晶显示器一样成为未来 显示器世界的重要一员。由于使用有机材料，具有可弯曲显示的特

7、点，因此不但耐冲击，而且 重量轻、体积小。不仅改变了显示器的外观，应用环境也因此大为扩展且 多样化。采用类似于报纸印刷工艺的卷带工艺将显示器印刷在塑料薄膜片 上，可极大地降低生产成本。国际上开展OTFT研究已近20年，但如何设计与加工高性能的器件、 如何降低加工成本、如何合成兼具高迁移率与环境稳定性的有机半导体材5立创商城电子元器件料等，一直是研究和技术瓶颈，目前尚没有取得实质性突破。就整体而言， 国际上在柔性电子领域的研究尚处在起步阶段，拥有极大的技术突破和专 利申请空间。四、TFT显示器的应用（主要是下面的四大类）便携式显示：可视频移动电话、可视频PDA、可视频电子书等；车载显示：GPS、安全驾驶显