aSiHTFT的結(jié)構(gòu)與工作原理PPT教學(xué)課件

1、1的性質(zhì)1. 的工作原理a-Si:H TFT的有源層材料是a-Si:H，它是一種典型的非晶態(tài)半導(dǎo)體材料，從而決定了TFT的某些性質(zhì)不同于MOSFET。 (a) (b)晶態(tài)和非晶態(tài)硅中缺陷示意圖(a)為晶體；(b)非晶體第1頁/共18頁2a-Si:H TFT的工作原理1. 的工作原理半導(dǎo)體金屬絕緣層歐姆接觸 MIS結(jié)構(gòu)簡化的底柵型a-Si TFT的結(jié)構(gòu)有源層是a-Si:H，屬弱n型非晶半導(dǎo)體材料 。當(dāng)柵極加正電壓，表面形成電子的累積，源漏加電壓后，形成導(dǎo)電溝道。類似于MOS的電容。第2頁/共18頁3 隨柵極電壓VGS而變化，基本上可分為積累、耗盡、反型三種情況 的能帶圖1. 的工作原理EcEfE

2、iEvqvB(a)EcqVGSqvsEfEiEv(b)（a）平帶狀態(tài)VGS=0；（b）電子積累VGS0表面出現(xiàn)電子的積累而帶負(fù)電第3頁/共18頁4qVGSEcqVGSqvsEfEiEv(c)EcqvsEfEiEv(d)（c）電子耗盡VGS0；（d）反型狀態(tài)VGS0的能帶圖1. 的工作原理表面處電子濃度將較體內(nèi)電子濃度低 表面空穴濃度將超過體內(nèi)電子的濃度 第4頁/共18頁5理想的MOS器件的C-V特性曲線用C-V特性曲線來說明三種情況的變化，累積、耗盡等。半導(dǎo)體金屬絕緣層歐姆接觸 MIS結(jié)構(gòu)t 空間電荷區(qū)tdC0VGCfmCsT1+T21. 的工作原理GateCGDOCGDICGSOCGSIDx

3、RDRSSxDrainSource(a)第5頁/共18頁6a-Si:H TFT 的C-V特性曲線用C-V特性曲線來說明a-Si:H TFT的三種情況，累積、耗盡等。半導(dǎo)體金屬絕緣層歐姆接觸 MIS結(jié)構(gòu)t 空間電荷區(qū)tdC01. 的工作原理第6頁/共18頁7a-Si:H TFT1.00E-151.00E-131.00E-111.00E-091.00E-071.00E-05-25-20-15-10-50510152025VGS(V)IDS(A)轉(zhuǎn)移特性曲線飽和區(qū)界限亞閾值前界限亞閾值后界限截止區(qū)界限線性區(qū)線性區(qū)截止區(qū)截止區(qū)亞亞閾閾值值后后區(qū)區(qū)亞亞閾閾值值前前區(qū)區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)VTR 0 VON VD

4、S+VTH轉(zhuǎn)移特性曲線，被分為四個(gè)區(qū)域：截止區(qū)VGSVTR、亞閾值區(qū)VTRVGSVON、亞閾值區(qū)又分為亞閾值后區(qū)VTRVGS0和亞閾值前區(qū)0VGSVDS+VTH。1. 的工作原理第7頁/共18頁8a-Si:H TFTIDsatVDsatVDSIDSxyn+VG反型層n+VD=小反型層n+yVGxn+VD=大IDsatVDsatVDSIDSVGSVTH,VDSVGS-VTHVGSVTH,VDSVGS-VTH（a）線性區(qū)域特性（b）飽和區(qū)域特性l當(dāng)VDS很小時(shí)，漏源之間存在貫穿全溝道的導(dǎo)電的N型溝道。l當(dāng)VDS增加時(shí)，柵極與反型層的電位差減少，使得Qn減少，溝道電阻增加。在接近漏極處，溝道電荷逐漸

5、減少；l當(dāng)VDS=Vsat時(shí)，在漏極處溝道電荷為零，這時(shí)溝道開始夾斷；l當(dāng)VDS繼續(xù)增大，增加的電壓將降落到夾斷區(qū)上，夾斷區(qū)是已耗盡空穴的空間電荷區(qū)，對溝道電流沒有貢獻(xiàn)。1. 的工作原理第8頁/共18頁9a-Si:H TFT前界面后界面a-Si:Hi/s SiNx絕緣層LD亞閾值前區(qū)：柵壓加正壓時(shí)，0VGSVON時(shí)，漏極電流受界面態(tài)中陷阱數(shù)量和a-Si:H禁帶中深的類受主局域態(tài)的影響，感應(yīng)出得大部分電子都被局域態(tài)和a-Si:H/絕緣層界面所俘獲，只有一小部分電子參與導(dǎo)電，因此有很小的亞閾值電流在漏源溝道之間流動(dòng)，大約為10-1210-8A。當(dāng)柵極的正壓增加時(shí)，電子的密度也增加，電流呈指數(shù)形式增

6、加。 亞閾值后區(qū)：當(dāng)VTRVGS0時(shí)，負(fù)的柵壓使表面積累的電子大部分都耗盡由于表面高的界面態(tài)密度，在a-Si:H/鈍化層界面（相對a-Si:H/絕緣層界面為反界面）有一個(gè)弱的反電子溝道存在，形成了亞閾值后區(qū)的導(dǎo)電溝道。柵壓往負(fù)方向增加，亞閾值電流減小，最后過渡到截止區(qū)。 1. 的工作原理第9頁/共18頁10a-Si:H TFT當(dāng)VGSVTR時(shí)，泄漏電流是由于Poole- Fenkel效應(yīng)引起的載流子發(fā)散造成的，所以該區(qū)又叫Poole-Fenkel發(fā)散區(qū)。在漏源之間的泄漏電流隨柵壓往負(fù)方向增加，呈指數(shù)增加，主要是由場增強(qiáng)使得深缺陷態(tài)中的載流子發(fā)散造成的。a-Si:Hi/s SiNx絕緣層LD1.

7、 的工作原理第10頁/共18頁11a-Si TFT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)注:5PEP過孔在a-Si TFT的結(jié)構(gòu)中沒有體現(xiàn)3.a-Si:HTFT的基本結(jié)構(gòu)第11頁/共18頁12a-Si TFT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)3.TFT-LCD的基本結(jié)構(gòu)第12頁/共18頁13a-Si TFTa-Si TFT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)3.a-Si:HTFT的基本結(jié)構(gòu)第13頁/共18頁14a-Si TFT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)3.TFT-LCD的基本結(jié)構(gòu)第14頁/共18頁15a-Si TFT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)倒柵型（底柵型）：背溝道刻蝕型和背溝道阻擋型。背溝道刻蝕型的半導(dǎo)體層a-Si層的厚度是20003000A；刻蝕n+a-Si層時(shí)a-Si層也被刻蝕，由于刻

8、蝕的選擇比小，所以a-Si層相應(yīng)要厚，工藝難度大；a-Si層厚，所以生產(chǎn)性不好。背溝道阻擋型的半導(dǎo)層a-Si層的厚度是300500A；刻蝕n+a-Si層時(shí)SiN也被刻蝕，由于刻蝕選擇比大a-Si層可以做得薄，工藝簡單；a-Si層薄P-CVD的生產(chǎn)性好。正柵型（頂柵型）：通過改進(jìn)光刻有大幅度改善的可能性，即可能降低成本彩晶的10.4寸和16.1寸采用的是背溝道阻擋型結(jié)構(gòu)；6.5采用的是背溝道刻蝕型結(jié)構(gòu)3.TFT-LCD的基本結(jié)構(gòu)第15頁/共18頁16a-Si TFT驅(qū)動(dòng)原理驅(qū)動(dòng)原理a-Si TFT有源矩陣液晶顯示器：a-Si是指有源層采用的是半導(dǎo)體材料a-Si的LCD；TFT是指 薄膜晶體管；有

9、源矩陣是指有TFT等有源元件的矩陣形結(jié)構(gòu)的LCD；液晶顯示器英文縮寫是LCD。有源矩陣與無源矩陣LCD的區(qū)別：單純在2枚玻璃基板間注入液晶材料的LCD為無源矩陣LCD；在內(nèi)部引入薄膜晶體管或二級管等有源元件和液晶材料的LCD為有源矩陣LCD。無源矩陣采用的是靜態(tài)驅(qū)動(dòng)即采用的是小規(guī)模固定圖形的驅(qū)動(dòng)法；有源矩陣采用的是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。有源矩陣的驅(qū)動(dòng)原理：a-Si TFT-LCD有源矩陣采用的是逐行掃描。CRT和P-Si TFT-LCD采用的是逐點(diǎn)掃描。在驅(qū)動(dòng)a-Si TFT-LCD時(shí)，將掃描電路的順序掃描信號(hào)（也叫尋址信號(hào)）供給柵線，將同步電路的數(shù)據(jù)信號(hào)（也叫顯示數(shù)據(jù)信號(hào)）供給數(shù)據(jù)線（也叫信號(hào)線）。a-

10、Si TFT元件配置在TFT基板上的柵線和數(shù)據(jù)線的交叉點(diǎn)上，以柵線選通某行像素，在數(shù)據(jù)線上輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)柵線從第一行像素到依次選通到最后一行，即整個(gè)畫面選通完成后構(gòu)成一個(gè)畫面，為1幀。當(dāng)?shù)谝恍袞啪€加上掃描信號(hào)時(shí)，第一行上的所有TFT成為導(dǎo)電狀態(tài)（有源層的電子由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，形成可以自由移動(dòng)的電子），所以的數(shù)據(jù)線加上數(shù)據(jù)信號(hào)（自由移動(dòng)的電子可以沿著電場方向移動(dòng)形成電流），通過TFT加到像素電容和存儲(chǔ)電容上，并由各自的數(shù)據(jù)信號(hào)電壓充電。掃描下一個(gè)柵線時(shí)，第一行柵線所選擇的所有的像素，從數(shù)據(jù)線上斷電。由像素電容和存儲(chǔ)電容來保持，保持的電荷可以儲(chǔ)存到最后一行掃描結(jié)束。反復(fù)進(jìn)行同樣的動(dòng)作，完成1幀的驅(qū)動(dòng)。第16頁/共18頁17a-Si TFT驅(qū)動(dòng)原理驅(qū)動(dòng)原理有源矩陣的驅(qū)動(dòng)原理： 象這樣所供給的數(shù)據(jù)信號(hào)，由掃描信號(hào)通過開關(guān)控制的TFT，寫入像素電容和存儲(chǔ)電容成為像素電壓。以這個(gè)像素電壓和對面電極上的電壓之差，使之顯示圖象。被寫入的數(shù)據(jù)信號(hào)，保持到下一個(gè)掃描信號(hào)供給時(shí)為止。也就是，由下一個(gè)掃描信號(hào)到數(shù)據(jù)被再寫入為止，保持前一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，以再寫入數(shù)據(jù)信號(hào)更新畫面。為此，從液晶角度，因保持著數(shù)據(jù)信號(hào)施加的電壓，實(shí)質(zhì)上，液晶再做靜態(tài)的動(dòng)作。由于用