TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作(2)—TFT原理

1、TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作（設(shè)計(jì)及制作（2） TFT工作原理工作原理 TFT基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 各種各種TFT技術(shù)技術(shù)2TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n TFT工作原理工作原理n TFT基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 各種各種TFT技術(shù)技術(shù)3TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作MOSFETn絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（Insulated Gate Field Effect Transistor，縮寫為，縮寫為IGFET）n的柵極與源極、柵極與漏極之間均采用的柵極與源極、柵極與漏極之間均采用Si02絕絕緣層隔離，因此而得名。緣層隔離，因此而得名。n在在IGFET中，目前應(yīng)用最為廣泛的是中，目前應(yīng)用最為廣

2、泛的是MOS場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管（即金屬效應(yīng)管（即金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管管:Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor,縮寫為縮寫為MOSFET） 4TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作nMOS結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)是MIS（Metal-Insulator-Semiconductor）結(jié)構(gòu)中的一種，當(dāng)絕緣膜采）結(jié)構(gòu)中的一種，當(dāng)絕緣膜采用氧化膜時(shí)就是用氧化膜時(shí)就是MOS結(jié)構(gòu)，在硅器件中，氧化結(jié)構(gòu)，在硅器件中，氧化膜是通過(guò)硅襯底的熱氧化形成的。膜是通過(guò)硅襯底的熱氧化形成的。n它的柵它的柵-源間電阻比結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管大得多，可源間電阻比結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

3、大得多，可達(dá)達(dá)1010以上。它比結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溫度穩(wěn)定性以上。它比結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溫度穩(wěn)定性好、集成化時(shí)工藝簡(jiǎn)單，是微處理器、半導(dǎo)體好、集成化時(shí)工藝簡(jiǎn)單，是微處理器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等超大規(guī)模集成電路中的核心器件和主存儲(chǔ)器等超大規(guī)模集成電路中的核心器件和主流器件，也是一種重要的功率器件。流器件，也是一種重要的功率器件。 5TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n根據(jù)導(dǎo)電方式的不同，根據(jù)導(dǎo)電方式的不同，MOSFET又分增強(qiáng)型、又分增強(qiáng)型、耗盡型。耗盡型。n所謂增強(qiáng)型是指：當(dāng)所謂增強(qiáng)型是指：當(dāng)VGS=0時(shí)漏極電流也為零，時(shí)漏極電流也為零，管子是呈截止?fàn)顟B(tài)；加上正確的管子是呈截止?fàn)顟B(tài)；加上正確的VGS后，多數(shù)后，

4、多數(shù)載流子被吸引到柵極，從而載流子被吸引到柵極，從而“增強(qiáng)增強(qiáng)”了該區(qū)域了該區(qū)域的載流子，形成導(dǎo)電溝道。因而增強(qiáng)型的載流子，形成導(dǎo)電溝道。因而增強(qiáng)型MOSFET就是指必須施加?xùn)艍翰拍荛_啟的一類就是指必須施加?xùn)艍翰拍荛_啟的一類MOFET。6TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n耗盡型則是指：當(dāng)耗盡型則是指：當(dāng)VGS =0時(shí)漏極電流不為零，時(shí)漏極電流不為零，即形成溝道；加上正確即形成溝道；加上正確VGS的時(shí)，能使多數(shù)載的時(shí)，能使多數(shù)載流子流出溝道，從而流子流出溝道，從而“耗盡耗盡”了載流子，使管了載流子，使管子轉(zhuǎn)向截止。因而耗盡型子轉(zhuǎn)向截止。因而耗盡型MOSFET是指必須施是指必須施加?xùn)艍翰拍荜P(guān)閉的

5、一類加?xùn)艍翰拍荜P(guān)閉的一類MOSFET。7TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作TFT 與與MOSFET 之比較分析之比較分析nTFT 與與MO SFET 的工作原理比較的工作原理比較nTFT 與MOSFET的工作原理相似, 當(dāng)柵極施加正電壓時(shí), 在柵極和半導(dǎo)體層間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng),在這個(gè)電場(chǎng)的作用下, 形成了電子溝道, 使源極與漏極之間形成導(dǎo)通狀態(tài), 在柵極所加的電壓越大, 吸引的電子也愈多, 所以導(dǎo)通電流也越大; 而當(dāng)柵極施加負(fù)電壓時(shí)而當(dāng)柵極施加負(fù)電壓時(shí), 使得源極與漏極之使得源極與漏極之間形成關(guān)閉狀態(tài)。間形成關(guān)閉狀態(tài)。8TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n在實(shí)際在實(shí)際LCD生產(chǎn)中，主要利用生產(chǎn)中

6、，主要利用a-Si：H TFT的的開態(tài)（大于開啟電壓）對(duì)像素電容快速充電，開態(tài)（大于開啟電壓）對(duì)像素電容快速充電，利用關(guān)態(tài)來(lái)保持像素電容的電壓，從而實(shí)現(xiàn)快利用關(guān)態(tài)來(lái)保持像素電容的電壓，從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和良好存儲(chǔ)的統(tǒng)一。速響應(yīng)和良好存儲(chǔ)的統(tǒng)一。9TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作nTFT 與與MOSFET 的結(jié)構(gòu)非常的相似。的結(jié)構(gòu)非常的相似。nTFT與與MOSFET 相似也為一三端子元件相似也為一三端子元件, 在在LCD 的應(yīng)用上可將其視為一開關(guān)。的應(yīng)用上可將其視為一開關(guān)。10TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作nTFT 與與MOSFET 不同之處不同之處n1、溝道與源、漏極nMO SFET 的載

7、流子溝道所形成的界面, 與源、漏極處于同一邊, 因此, 載流子溝道形成后, 會(huì)直接連接至源、漏極, nTFT 的電子溝道是形成于半導(dǎo)體層下方的界面, 而源漏極卻是在半導(dǎo)體層上方的界面, 因此, TFT 的電子溝道要連接到源、漏極, 必須再經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體層厚度, 載流子的流動(dòng)需要經(jīng)過(guò)這個(gè)低導(dǎo)電性的區(qū)域, 因而影響TFT 的導(dǎo)電特性。11TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n2、柵極與源、漏極的重疊、柵極與源、漏極的重疊nMO SFET 的源、漏極摻雜, 是利用柵極本身作為掩模, 利用離子注入來(lái)形成, 具有自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的效果, 柵極與源、漏極之間并不會(huì)重疊。n而TFT 的源、漏極, 是另外用掩模來(lái)定義的,

8、TFT 的導(dǎo)通特性包括了半導(dǎo)體層厚度本身造成的電阻, 如果柵極與源、漏極之間沒有重疊, 會(huì)造成一段不會(huì)形成溝道的距離, 形成很大的阻值使其充電能力大幅降低。因此,n必須在柵極與源、漏極之間故意地形成重疊, 來(lái)避免n這樣的情況。12TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n3、柵極絕緣層的材料nMO SFET 的柵極絕緣層是在高溫下形成的氧n化硅, 其本身和與硅半導(dǎo)體界面的品質(zhì)都是極佳的。n而TFT 的柵極絕緣層, 由于基板耐溫的限制而無(wú)法在高溫下成長(zhǎng), 而僅能以等離子體沉積的方式形成。13TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作TFT等效電路等效電路 n1.右圖為右圖為TFT一個(gè)像素的等效電一個(gè)像素的等效

9、電路圖，掃描線連接同一列所有路圖，掃描線連接同一列所有TFT柵極電極，柵極電極，而信號(hào)線連接同而信號(hào)線連接同一行所有一行所有TFT源極電極。源極電極。n2.當(dāng)當(dāng)ON時(shí)信號(hào)線的數(shù)據(jù)寫入液晶時(shí)信號(hào)線的數(shù)據(jù)寫入液晶電容，此時(shí)，電容，此時(shí)，TFT組件成低阻抗組件成低阻抗(RON)，當(dāng)，當(dāng)OFF時(shí)時(shí)TFT組件成高阻組件成高阻抗抗(R)，可防止信號(hào)線數(shù)據(jù)的泄，可防止信號(hào)線數(shù)據(jù)的泄漏。漏。n3.一般一般RON與與ROFF電阻比至少約電阻比至少約為為105以上。以上。掃描線信號(hào)線RONROFF液晶存儲(chǔ)電容GDS14TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作14G1G2G3GmGm-2Gm-1S1S2S3Sn-2 Sn

10、-1 SnArray 面板示意圖15TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作非晶硅非晶硅TFT源漏電流與柵極電壓的關(guān)系源漏電流與柵極電壓的關(guān)系n沒有光照的情況下，沒有光照的情況下，TFT開開態(tài)電流與關(guān)態(tài)電流之比在態(tài)電流與關(guān)態(tài)電流之比在7個(gè)數(shù)量級(jí)的水平，管子開個(gè)數(shù)量級(jí)的水平，管子開關(guān)特性很好。關(guān)特性很好。n但在但在2000lx白光的照射下，白光的照射下，如圖中虛線所示，相同條如圖中虛線所示，相同條件下關(guān)態(tài)電流迅速增大，件下關(guān)態(tài)電流迅速增大，使開態(tài)電流和關(guān)態(tài)電流之使開態(tài)電流和關(guān)態(tài)電流之比減小到比減小到5個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致管子工作不穩(wěn)定。管子工作不穩(wěn)定。n這是采用窄禁帶光敏半導(dǎo)這是采用窄禁帶光敏

11、半導(dǎo)體硅材料的固有缺陷。體硅材料的固有缺陷。16TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作TFT與對(duì)比度與對(duì)比度 n在在TFT-LCD中，中，TFT的電學(xué)特性的電學(xué)特性是確定顯示器是確定顯示器對(duì)比度的關(guān)鍵。對(duì)比度的關(guān)鍵。n一般要求一般要求TFT開態(tài)電流與關(guān)態(tài)電流之比要達(dá)到開態(tài)電流與關(guān)態(tài)電流之比要達(dá)到107以上。如果以上。如果TFT柵極電阻太大，使柵極脈沖柵極電阻太大，使柵極脈沖延遲時(shí)間延長(zhǎng)，則導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)寫入不足，會(huì)延遲時(shí)間延長(zhǎng)，則導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)寫入不足，會(huì)降低顯示器的對(duì)比度降低顯示器的對(duì)比度17TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作TFT的寄生電容與交叉串?dāng)_的寄生電容與交叉串?dāng)_ n一般認(rèn)為，一般認(rèn)為，TF

12、T矩陣驅(qū)動(dòng)的圖像不會(huì)產(chǎn)生類似矩陣驅(qū)動(dòng)的圖像不會(huì)產(chǎn)生類似無(wú)源驅(qū)動(dòng)的交叉串?dāng)_的問(wèn)題，但是，實(shí)際上由無(wú)源驅(qū)動(dòng)的交叉串?dāng)_的問(wèn)題，但是，實(shí)際上由于在于在數(shù)據(jù)信號(hào)線和公用電極之間，數(shù)據(jù)信號(hào)線與像素電極之間都可能存在寄生電容，它們會(huì)，它們會(huì)影響數(shù)據(jù)信號(hào)波形和幅度，因此，在影響數(shù)據(jù)信號(hào)波形和幅度，因此，在TFT-LCD 顯示中也會(huì)產(chǎn)生交叉串?dāng)_顯示中也會(huì)產(chǎn)生交叉串?dāng)_( crosstalk)。18TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n所謂串?dāng)_就是信號(hào)波形畸變導(dǎo)致的灰度錯(cuò)亂，所謂串?dāng)_就是信號(hào)波形畸變導(dǎo)致的灰度錯(cuò)亂，例如在白色背景中顯示黑色橫條時(shí)，橫條的左例如在白色背景中顯示黑色橫條時(shí)，橫條的左右兩邊的顏色比正常顏色淺

13、一些右兩邊的顏色比正常顏色淺一些;或者在白色或者在白色背景中顯示黑色豎條時(shí)，豎條的上下兩邊的顏背景中顯示黑色豎條時(shí)，豎條的上下兩邊的顏色比正常顏色淺一些，色比正常顏色淺一些，n當(dāng)然從設(shè)計(jì)的角度尋找消除或抵消寄生電容的當(dāng)然從設(shè)計(jì)的角度尋找消除或抵消寄生電容的途徑也不是不可能的，考慮到開口率等多種原途徑也不是不可能的，考慮到開口率等多種原因，一般還是在驅(qū)動(dòng)電路上做些設(shè)計(jì)比較合適。因，一般還是在驅(qū)動(dòng)電路上做些設(shè)計(jì)比較合適。19TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作TFT與開口率與開口率 n影響像素元開口率的主要因素：影響像素元開口率的主要因素：nTFT電極電極;n柵極信號(hào)柵極信號(hào)bus-line;n數(shù)據(jù)

14、數(shù)據(jù)bus-line;n存儲(chǔ)電容電極，黑矩陣材料。存儲(chǔ)電容電極，黑矩陣材料。n這些部分的面積總和決定了一個(gè)像素的開口率。這些部分的面積總和決定了一個(gè)像素的開口率。TFT做得越小，布線越細(xì)，開口率越高。做得越小，布線越細(xì)，開口率越高。20TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作21TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n遺憾的是，在實(shí)際的設(shè)計(jì)和制造工藝上是很難遺憾的是，在實(shí)際的設(shè)計(jì)和制造工藝上是很難兩者兼顧的。兩者兼顧的。n為了防止數(shù)據(jù)線和像素為了防止數(shù)據(jù)線和像素ITO之間的空隙漏光以之間的空隙漏光以及顯示屏表面反射光，彩膜基板上的黑矩陣的及顯示屏表面反射光，彩膜基板上的黑矩陣的面積總是做得大于間隙面積的

15、。面積總是做得大于間隙面積的。n在制屏工藝中，如果彩膜基板和陣列在制屏工藝中，如果彩膜基板和陣列(array)基基極的對(duì)準(zhǔn)定位發(fā)生偏移，則也會(huì)造成開口率的極的對(duì)準(zhǔn)定位發(fā)生偏移，則也會(huì)造成開口率的下降。下降。22TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n如果把如果把黑矩陣做到陣列基板上黑矩陣做到陣列基板上，則可以消除由，則可以消除由對(duì)準(zhǔn)定位偏離造成的開口率下降。另一方面，對(duì)準(zhǔn)定位偏離造成的開口率下降。另一方面，黑矩陣做在陣列基板上可以非常精確地和數(shù)據(jù)黑矩陣做在陣列基板上可以非常精確地和數(shù)據(jù)線、像素線、像素ITO銜接，從而進(jìn)一步提高開口率。銜接，從而進(jìn)一步提高開口率。23TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制

16、作24TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n在獨(dú)立存儲(chǔ)電容在獨(dú)立存儲(chǔ)電容Cs的設(shè)計(jì)中，如果用的設(shè)計(jì)中，如果用ITO制作制作存儲(chǔ)電容電極則可以有效地提高像素的開口率存儲(chǔ)電容電極則可以有效地提高像素的開口率。n采用采用ITO膜制作存儲(chǔ)電容膜制作存儲(chǔ)電容Cs電極可以改善像素電極可以改善像素的開口率。的開口率。n傳統(tǒng)的存儲(chǔ)電容傳統(tǒng)的存儲(chǔ)電容Cs的電極是不透明的金屬，背的電極是不透明的金屬，背光源的光會(huì)被金屬電極反射回來(lái)光源的光會(huì)被金屬電極反射回來(lái);采用采用ITO膜做膜做的存儲(chǔ)電容的存儲(chǔ)電容Cs的電極，背光源的光直接透過(guò)電的電極，背光源的光直接透過(guò)電極，對(duì)提高像素的亮度做出了貢獻(xiàn)。極，對(duì)提高像素的亮度做出

17、了貢獻(xiàn)。25TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作26TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作TFT與亮度與亮度n為什么為什么TFT-LCD光能利用率只有光能利用率只有10%左右，還左右，還能有比較高的亮度，能有比較高的亮度，就是因?yàn)門FT尋址解決了無(wú)源驅(qū)動(dòng)掃描占空比的問(wèn)題。采用TFT有源尋址，可以使像素元上的電壓保持到下一個(gè)掃描信號(hào)的到達(dá)，從而保持了像素元的亮度。 因此因此TFT是平板顯示實(shí)現(xiàn)高亮度的核心。是平板顯示實(shí)現(xiàn)高亮度的核心。27TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作TFT與閃爍與閃爍 nTFT性能不良，例如性能不良，例如TFT設(shè)計(jì)不合理，或者工設(shè)計(jì)不合理，或者工藝條件不合適，造成開態(tài)電流太小，導(dǎo)

18、致信號(hào)藝條件不合適，造成開態(tài)電流太小，導(dǎo)致信號(hào)寫入畸變，或者由于存儲(chǔ)電容電壓保持特性不寫入畸變，或者由于存儲(chǔ)電容電壓保持特性不合適，都會(huì)引起畫面閃爍合適，都會(huì)引起畫面閃爍(flicker)28TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作TFT與響應(yīng)速度與響應(yīng)速度n響應(yīng)速度是評(píng)價(jià)液晶顯示器最主要的技術(shù)指標(biāo)響應(yīng)速度是評(píng)價(jià)液晶顯示器最主要的技術(shù)指標(biāo)之一。之一。n確定液晶顯示器的響應(yīng)速度的主要因素是液晶確定液晶顯示器的響應(yīng)速度的主要因素是液晶材料的特性。材料的特性。nTIT的驅(qū)動(dòng)特性對(duì)液晶顯示器的響應(yīng)速度也有的驅(qū)動(dòng)特性對(duì)液晶顯示器的響應(yīng)速度也有一定的影響，因?yàn)橐欢ǖ挠绊懀驗(yàn)門FT溝道的長(zhǎng)寬比直接與像溝道的長(zhǎng)寬

19、比直接與像素電容的充電時(shí)間有關(guān)。素電容的充電時(shí)間有關(guān)。29TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作TFT與閃爍與閃爍 nTFT性能不良，例如性能不良，例如TFT設(shè)計(jì)不合理，或者工設(shè)計(jì)不合理，或者工藝條件不合適，造成開態(tài)電流太小，導(dǎo)致信號(hào)藝條件不合適，造成開態(tài)電流太小，導(dǎo)致信號(hào)寫入畸變，或者由于存儲(chǔ)電容電壓保持特性不寫入畸變，或者由于存儲(chǔ)電容電壓保持特性不合適，都會(huì)引起畫面閃爍合適，都會(huì)引起畫面閃爍(flicker)30TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n TFT工作原理工作原理n TFT基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 各種各種TFT技術(shù)技術(shù)31TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作TFT結(jié)構(gòu)的分類結(jié)構(gòu)的分類n結(jié)構(gòu)：金

20、屬柵極、柵極絕緣層、非晶硅層、結(jié)構(gòu)：金屬柵極、柵極絕緣層、非晶硅層、 n +非晶硅層、源極非晶硅層、源極/漏極和保護(hù)層漏極和保護(hù)層32TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n目前大部分采用目前大部分采用底柵型底柵型結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。n為什么呢？為什么呢？n因?yàn)榈讝判徒Y(jié)構(gòu)的金屬柵極和絕緣層同事可以因?yàn)榈讝判徒Y(jié)構(gòu)的金屬柵極和絕緣層同事可以作為半導(dǎo)體層的光學(xué)保護(hù)層，以防止因背光源作為半導(dǎo)體層的光學(xué)保護(hù)層，以防止因背光源發(fā)出的光照射到非晶硅層產(chǎn)生的光速載流子而發(fā)出的光照射到非晶硅層產(chǎn)生的光速載流子而破壞半導(dǎo)體層的電學(xué)特性。破壞半導(dǎo)體層的電學(xué)特性。33TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n那么頂柵型的那么頂柵型的T

21、FT用在什么地方呢？用在什么地方呢？n反射式的液晶顯示器中（投影機(jī)）反射式的液晶顯示器中（投影機(jī)）n多晶硅多晶硅TFT基本上都采用頂柵型結(jié)構(gòu)基本上都采用頂柵型結(jié)構(gòu)34TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n頂柵型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：頂柵型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：n制造工藝簡(jiǎn)單，需要光刻次數(shù)少制造工藝簡(jiǎn)單，需要光刻次數(shù)少n通過(guò)改進(jìn)光刻技術(shù)，可以大幅度降低成本通過(guò)改進(jìn)光刻技術(shù)，可以大幅度降低成本n但是必須要為半導(dǎo)體層設(shè)置一層保護(hù)膜，防止但是必須要為半導(dǎo)體層設(shè)置一層保護(hù)膜，防止因背光源的光刺激有源層產(chǎn)生的光生載流子而因背光源的光刺激有源層產(chǎn)生的光生載流子而破壞有源層的電學(xué)特性。破壞有源層的電學(xué)特性。35TFT-LCD設(shè)計(jì)及

22、制作設(shè)計(jì)及制作底柵型底柵型TFTTFT的分類的分類n背溝道刻蝕型（背溝道刻蝕型（Back Channel Etched,BCE)n刻蝕阻擋型（刻蝕阻擋型（Etch Stopper, ES)36TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作底柵型結(jié)構(gòu)底柵型結(jié)構(gòu)頂柵型結(jié)構(gòu)頂柵型結(jié)構(gòu)背溝道刻蝕型背溝道刻蝕型溝道保護(hù)型溝道保護(hù)型非晶硅層非晶硅層a-Si層厚層厚（200300nm）a-Si層薄層薄（3050nm）通過(guò)大幅度改通過(guò)大幅度改進(jìn)光刻技術(shù)，進(jìn)光刻技術(shù)，可以大大降低可以大大降低成本。成本。工藝工藝刻蝕刻蝕n+a-Si層時(shí)，層時(shí)，a-Si層也被刻蝕，因?qū)右脖豢涛g，因?yàn)楦g選擇比較小，為腐蝕選擇比較小，所以所以a

23、-Si層相應(yīng)要厚，層相應(yīng)要厚，工藝難度大工藝難度大刻蝕刻蝕n+a-Si層時(shí)，層時(shí)， SiNx層也被刻蝕，層也被刻蝕，因?yàn)楦g選擇比較大，因?yàn)楦g選擇比較大，所以所以a-Si層可以做得層可以做得薄一些，工藝簡(jiǎn)單薄一些，工藝簡(jiǎn)單PECVD工藝特性工藝特性a-Si層相應(yīng)要厚，工層相應(yīng)要厚，工藝難度大藝難度大a-Si層薄一些，工藝層薄一些，工藝簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單37TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n現(xiàn)在大部分現(xiàn)在大部分LCD制造公司，基本都采用制造公司，基本都采用BCE型工藝，型工藝，因?yàn)榕c因?yàn)榕cES型工藝相比，它的工藝流程要簡(jiǎn)單一些。型工藝相比，它的工藝流程要簡(jiǎn)單一些。nBCE結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的TFT至少節(jié)省了一

24、次光刻工藝步驟。但是至少節(jié)省了一次光刻工藝步驟。但是它需要相當(dāng)厚的本征它需要相當(dāng)厚的本征a-Si層（約層（約200 nm）,才能保證在才能保證在刻蝕刻蝕n+a-Si層時(shí)有足夠的刻蝕余量，層時(shí)有足夠的刻蝕余量，n+a-Si層必須過(guò)刻層必須過(guò)刻蝕才能保證完全去除掉。而在蝕才能保證完全去除掉。而在ES工藝中，背溝道被工藝中，背溝道被SiNx層覆蓋并保護(hù)，層覆蓋并保護(hù)，n+a-Si層的刻蝕相當(dāng)容易，當(dāng)然它層的刻蝕相當(dāng)容易，當(dāng)然它的制造過(guò)程要復(fù)雜一些，現(xiàn)在已經(jīng)漸漸被的制造過(guò)程要復(fù)雜一些，現(xiàn)在已經(jīng)漸漸被BCE型所取型所取代了。代了。ES型型TFT的優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)楣庹债a(chǎn)生的漏電流更小，的優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)楣庹债a(chǎn)生的漏電

25、流更小，串聯(lián)電阻更小。串聯(lián)電阻更小。 38TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n我們不僅要設(shè)計(jì)一個(gè)性能優(yōu)越的我們不僅要設(shè)計(jì)一個(gè)性能優(yōu)越的TFT ，還要給，還要給每個(gè)像素設(shè)計(jì)一個(gè)可以在一個(gè)幀頻周期維持像每個(gè)像素設(shè)計(jì)一個(gè)可以在一個(gè)幀頻周期維持像素信號(hào)電壓的像素電容素信號(hào)電壓的像素電容Cs。n大面積的像素電容不僅可以改善像素電壓保持大面積的像素電容不僅可以改善像素電壓保持率，還能改善圖像的閃爍和對(duì)比度。率，還能改善圖像的閃爍和對(duì)比度。n最簡(jiǎn)單的辦法是在像素上設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立的電容，最簡(jiǎn)單的辦法是在像素上設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立的電容，但是同時(shí)會(huì)降低像素的開口率。但是同時(shí)會(huì)降低像素的開口率。39TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作

26、設(shè)計(jì)及制作獨(dú)立存儲(chǔ)電容的獨(dú)立存儲(chǔ)電容的TFT40TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作獨(dú)立存儲(chǔ)電容的剖面示意圖獨(dú)立存儲(chǔ)電容的剖面示意圖41TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作共柵極存儲(chǔ)電容共柵極存儲(chǔ)電容42TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n TFT工作原理工作原理n TFT基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 各種各種TFT技術(shù)技術(shù)43TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作TFT技術(shù)分類技術(shù)分類硅基硅基非硅基非硅基非晶硅非晶硅多晶硅多晶硅微晶硅微晶硅金屬氧化物金屬氧化物有機(jī)有機(jī)TFTTFT納米納米TFTTFT單晶硅單晶硅載流子遷移率增大44TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作非晶硅非晶硅TFTn選用選用a-Si的理由的理由

27、n今天大家熟知的今天大家熟知的TFT，其發(fā)展歷史實(shí)際始于，其發(fā)展歷史實(shí)際始于1962年年RCA實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)室的P.K.Weimer的研究工作。近五十年來(lái)，的研究工作。近五十年來(lái)，TFT技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了巨大的變革、發(fā)展和改進(jìn)。技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了巨大的變革、發(fā)展和改進(jìn)。n從最初的從最初的CdS和和CdSe后來(lái)被后來(lái)被a-Si所代替并成為應(yīng)用最所代替并成為應(yīng)用最廣泛的廣泛的TFT有源層材料，在組成有源層材料，在組成TFT有源層的所有材有源層的所有材料中，沒有哪種材料能與料中，沒有哪種材料能與a-Si材料這么吸引投資材料這么吸引投資。45TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n這一點(diǎn)，與其說(shuō)是一個(gè)物理問(wèn)題，倒不

28、如說(shuō)是這一點(diǎn)，與其說(shuō)是一個(gè)物理問(wèn)題，倒不如說(shuō)是個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，因?yàn)橹挥袀€(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，因?yàn)橹挥衋-Si材料可以很容易地材料可以很容易地搭建起生產(chǎn)設(shè)備并應(yīng)用相對(duì)少的工藝步驟，得搭建起生產(chǎn)設(shè)備并應(yīng)用相對(duì)少的工藝步驟，得到性能穩(wěn)定到性能穩(wěn)定TFT器件。器件。 46TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n非晶硅非晶硅TFT具有以下特點(diǎn)：具有以下特點(diǎn)：n（1）工藝溫度低）工藝溫度低(約約350左右左右)；n（2）成本低）成本低;n（3）適合大面積器件）適合大面積器件;n（4）閾值電壓低，一般在）閾值電壓低，一般在14 V;n（5）漏電流小，）漏電流小， 一般在一般在1 pA左右左右;n（6）載流子遷移率低，只有）載

29、流子遷移率低，只有0.1-1.0 cm2 v-1s-1;n（7）需要專用柵極與源極驅(qū)動(dòng)電路。）需要專用柵極與源極驅(qū)動(dòng)電路。47TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作多晶硅多晶硅TFTn多晶硅載流子遷移率比非晶硅高出多晶硅載流子遷移率比非晶硅高出2-3個(gè)數(shù)量個(gè)數(shù)量級(jí)。級(jí)。 48TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n多晶多晶硅硅(Poly-Si TFT) 高溫多晶硅（高溫多晶硅（HTPS：High temperature poly-silicon) 工藝溫度必須在工藝溫度必須在600 （甚至甚至1000 )以上以上，一般只能在，一般只能在石英基板上制作石英基板上制作。 低溫多晶硅（低溫多晶硅（LTPS:

30、 Low temperature poly-silicon) 工藝溫度一般在550，可以在玻璃基板上制造，可以在玻璃基板上制造。 49TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作多晶多晶硅硅TFT薄膜的薄膜的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)n低溫多晶硅與低溫多晶硅與a-Si TFT最大的差異在于最大的差異在于p-Si TFT的晶體管需進(jìn)一的晶體管需進(jìn)一步接受激光退火的制程步驟，將非晶硅的薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч璞∧げ浇邮芗す馔嘶鸬闹瞥滩襟E，將非晶硅的薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч璞∧?，使得層，使得p-Si TFT在硅晶結(jié)構(gòu)上較在硅晶結(jié)構(gòu)上較a-Si TFT來(lái)的排列有序。來(lái)的排列有序。n多晶硅多晶硅(Poly Si)TFTLCD與非晶硅與非晶硅(a

31、-Si)TFTLCD特性差異大，特性差異大，多晶硅提升電子遷移率達(dá)多晶硅提升電子遷移率達(dá)200(cm2/Vsec)，反應(yīng)時(shí)間快，反應(yīng)時(shí)間快10倍以上、倍以上、多晶硅電子移動(dòng)速度較快使得面板厚度可縮小、多晶硅開口率高多晶硅電子移動(dòng)速度較快使得面板厚度可縮小、多晶硅開口率高出出70%以上、多晶硅可采更低功耗背光源。以上、多晶硅可采更低功耗背光源。50TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作多晶多晶硅硅TFT薄膜的薄膜的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)n1. 反應(yīng)速度加快反應(yīng)速度加快 n2. 輕薄化輕薄化n3. 降低材料成本降低材料成本n4. 省電特性省電特性 n5. 高分辨率高分辨率n6. 降低不良率降低不良率n7. 把驅(qū)動(dòng)把

32、驅(qū)動(dòng)IC的外圍電路的外圍電路集成到面板基板上的可行集成到面板基板上的可行性更強(qiáng)；性更強(qiáng)； 8. 反應(yīng)速度更快，外觀尺反應(yīng)速度更快，外觀尺寸更小，聯(lián)結(jié)和組件更少；寸更小，聯(lián)結(jié)和組件更少； 9. 面板系統(tǒng)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單；面板系統(tǒng)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單； 10.面板的穩(wěn)定性更強(qiáng)；面板的穩(wěn)定性更強(qiáng)； 。51TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作LTPSLTPS的特點(diǎn)的特點(diǎn)n電子遷移速率更快電子遷移速率更快 n傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的a-Sia-Si非晶硅材料非晶硅材料LCDLCD，電子遷移率指標(biāo)多數(shù)，電子遷移率指標(biāo)多數(shù)都在都在0.5cm0.5cm2 2/V/Vsecsec以內(nèi)，而以內(nèi)，而P-SiP-Si多晶硅面板的電多晶硅面板的電子

33、遷移率可達(dá)到子遷移率可達(dá)到200cm200cm2 2/V/Vsecsec，整整是非晶硅材，整整是非晶硅材料的料的400400倍之多。由于在該項(xiàng)指標(biāo)上多晶硅材料占倍之多。由于在該項(xiàng)指標(biāo)上多晶硅材料占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，使得多晶硅據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，使得多晶硅LCDLCD的反應(yīng)速度極快，體的反應(yīng)速度極快，體現(xiàn)在顯示器產(chǎn)品中便是響應(yīng)時(shí)間可以做到更短，現(xiàn)在顯示器產(chǎn)品中便是響應(yīng)時(shí)間可以做到更短，更好滿足大屏幕更好滿足大屏幕LCDLCD的實(shí)用需求。的實(shí)用需求。 52TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n薄膜電路面積更小薄膜電路面積更小 n傳統(tǒng)傳統(tǒng)a-Sia-Si非晶硅材料在開口率方面的表現(xiàn)難如人意，非晶硅材料在開口率方面的

34、表現(xiàn)難如人意，原因就在于對(duì)應(yīng)的薄膜電路體積較大原因就在于對(duì)應(yīng)的薄膜電路體積較大n用用p-Sip-Si多晶硅材料制造的多晶硅材料制造的LCDLCD面板，薄膜電路可以做面板，薄膜電路可以做得更小、更薄，電路本身的功耗也較低。得更小、更薄，電路本身的功耗也較低。n更重要的是，較小的薄膜電路讓多晶硅更重要的是，較小的薄膜電路讓多晶硅LCDLCD擁有更高擁有更高的開口率，在背光模塊不變的情況下可擁有更出色的的開口率，在背光模塊不變的情況下可擁有更出色的亮度及色彩輸出。亮度及色彩輸出。n采用多晶硅材料也可以在確保亮度不變的前提下，有采用多晶硅材料也可以在確保亮度不變的前提下，有效降低背光源的功率，整機(jī)的功

35、耗將因此大大降低。效降低背光源的功率，整機(jī)的功耗將因此大大降低。 53TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作54TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n更高的分辨率更高的分辨率 n多晶硅技術(shù)所能達(dá)到的分辨率遠(yuǎn)超乎人們的想多晶硅技術(shù)所能達(dá)到的分辨率遠(yuǎn)超乎人們的想象，如在三片式象，如在三片式LCDLCD投影機(jī)中，高溫多晶硅技投影機(jī)中，高溫多晶硅技術(shù)被廣泛使用，而它可以在面板尺寸僅有術(shù)被廣泛使用，而它可以在面板尺寸僅有1.31.3英寸時(shí)，就實(shí)現(xiàn)英寸時(shí)，就實(shí)現(xiàn)10241024768768的超高分辨率，如的超高分辨率，如果換作是普通的非晶硅技術(shù)則遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到這果換作是普通的非晶硅技術(shù)則遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到這一指標(biāo)。一指

36、標(biāo)。 55TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性更高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性更高 n傳統(tǒng)的非晶硅傳統(tǒng)的非晶硅LCDLCD顯示器，驅(qū)動(dòng)顯示器，驅(qū)動(dòng)ICIC與玻璃基板之間需與玻璃基板之間需要大量的連接器。要大量的連接器。n這不可避免導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，模塊制造成本居高不這不可避免導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，模塊制造成本居高不下，且面板的穩(wěn)定性較差，故障率會(huì)比較高。下，且面板的穩(wěn)定性較差，故障率會(huì)比較高。n驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)ICIC與玻璃基板的分離式設(shè)計(jì)也讓與玻璃基板的分離式設(shè)計(jì)也讓LCDLCD難以實(shí)現(xiàn)進(jìn)難以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步輕薄化一步輕薄化n低溫多晶硅技術(shù)，驅(qū)動(dòng)低溫多晶硅技術(shù)，驅(qū)動(dòng)ICIC可以同玻璃基板直接集成，可以同玻

37、璃基板直接集成，所需的連接器數(shù)量銳減到所需的連接器數(shù)量銳減到200200個(gè)以下，顯示器的元器個(gè)以下，顯示器的元器件總數(shù)比傳統(tǒng)的件總數(shù)比傳統(tǒng)的a-Sia-Si非晶硅技術(shù)整整少了非晶硅技術(shù)整整少了4040。n這也使得面板的結(jié)構(gòu)變得很簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性更強(qiáng)，理論這也使得面板的結(jié)構(gòu)變得很簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性更強(qiáng)，理論上說(shuō)，多晶硅上說(shuō)，多晶硅LCDLCD面板的制造成本也將低于傳統(tǒng)技術(shù)。面板的制造成本也將低于傳統(tǒng)技術(shù)。56TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n尤其對(duì)尤其對(duì)LTPS區(qū)別于區(qū)別于a-Si制造的制造程序制造的制造程序“激光退火激光退火”（laser anneal）要求更是如此。與）要求更是如此。與a-Si相比，

38、相比，LTPS的的電子移動(dòng)速度要比電子移動(dòng)速度要比a-Si快快100倍，這個(gè)特點(diǎn)可以使倍，這個(gè)特點(diǎn)可以使p-Si器件在兩個(gè)方面優(yōu)于器件在兩個(gè)方面優(yōu)于a-Si器件：器件：n首先，每個(gè)首先，每個(gè)LTPS PANEL 都比都比a-Si PANEL反應(yīng)速度快；反應(yīng)速度快；n其次，其次，LTPS PANEL 外觀尺寸都比外觀尺寸都比a-Si PANEL小。小。n因此，作為多晶硅技術(shù)的一個(gè)分支，低溫多晶硅對(duì)液因此，作為多晶硅技術(shù)的一個(gè)分支，低溫多晶硅對(duì)液晶顯示器件來(lái)說(shuō)，可以使薄膜電路做得更薄更小、功晶顯示器件來(lái)說(shuō)，可以使薄膜電路做得更薄更小、功耗更低等等。耗更低等等。 57TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制

39、作n但在多晶硅技術(shù)發(fā)展的初期，為了將玻璃基板從非晶但在多晶硅技術(shù)發(fā)展的初期，為了將玻璃基板從非晶硅結(jié)構(gòu)（硅結(jié)構(gòu)（a-Si）轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч杞Y(jié)構(gòu)，就必須借助一道激）轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч杞Y(jié)構(gòu)，就必須借助一道激光退火（光退火（Laser Anneal）的高溫氧化工序，此時(shí)玻璃基）的高溫氧化工序，此時(shí)玻璃基板的溫度將超過(guò)攝氏板的溫度將超過(guò)攝氏1000度。度。n眾所周知，普通玻璃在此高溫下就會(huì)軟化熔融，根本眾所周知，普通玻璃在此高溫下就會(huì)軟化熔融，根本無(wú)法正常使用，而只有石英玻璃才能夠經(jīng)受這樣的高無(wú)法正常使用，而只有石英玻璃才能夠經(jīng)受這樣的高溫處理。而石英玻璃不僅價(jià)格昂貴且尺寸都較小，無(wú)溫處理。而石英玻璃不僅價(jià)格昂

40、貴且尺寸都較小，無(wú)法作為顯示器的面板，廠商很自然選擇了廉價(jià)的非晶法作為顯示器的面板，廠商很自然選擇了廉價(jià)的非晶硅技術(shù)。硅技術(shù)。58TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n與傳統(tǒng)的高溫多晶硅相比，低溫多晶硅雖然也與傳統(tǒng)的高溫多晶硅相比，低溫多晶硅雖然也需要激光照射工序，但它采用的是準(zhǔn)分子激光需要激光照射工序，但它采用的是準(zhǔn)分子激光作為熱源，激光經(jīng)過(guò)透射系統(tǒng)后，會(huì)產(chǎn)生能量作為熱源，激光經(jīng)過(guò)透射系統(tǒng)后，會(huì)產(chǎn)生能量均勻分布的激光束并被投射于非晶硅結(jié)構(gòu)的玻均勻分布的激光束并被投射于非晶硅結(jié)構(gòu)的玻璃基板上，當(dāng)非晶硅結(jié)構(gòu)的玻璃基板吸收準(zhǔn)分璃基板上，當(dāng)非晶硅結(jié)構(gòu)的玻璃基板吸收準(zhǔn)分子激光的能量后，就會(huì)轉(zhuǎn)變成為多晶硅

41、結(jié)構(gòu)。子激光的能量后，就會(huì)轉(zhuǎn)變成為多晶硅結(jié)構(gòu)。由于整個(gè)處理過(guò)程是在攝氏由于整個(gè)處理過(guò)程是在攝氏500-600度以下完度以下完成，普通的玻璃基板也可承受，這就大大降低成，普通的玻璃基板也可承受，這就大大降低了制造成本了制造成本 59TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作實(shí)現(xiàn)多晶硅實(shí)現(xiàn)多晶硅TFT的主要技術(shù)途徑的主要技術(shù)途徑n多晶硅是由眾多微小晶粒組成的，晶粒與晶粒多晶硅是由眾多微小晶粒組成的，晶粒與晶粒之間存在很多缺陷，形成大量的界面態(tài)，在獲之間存在很多缺陷，形成大量的界面態(tài)，在獲得開態(tài)高遷移率的同時(shí)，也使關(guān)態(tài)漏電流大幅得開態(tài)高遷移率的同時(shí)，也使關(guān)態(tài)漏電流大幅度上升。度上升。n為了獲得良好的器件電學(xué)

42、性能，開發(fā)了許多制為了獲得良好的器件電學(xué)性能，開發(fā)了許多制作多晶硅的方法。作多晶硅的方法。60TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作實(shí)現(xiàn)多晶硅薄膜的主要途徑實(shí)現(xiàn)多晶硅薄膜的主要途徑序號(hào)序號(hào)技術(shù)途徑技術(shù)途徑材料材料成膜溫度成膜溫度（）1 1分子束沉積分子束沉積多晶硅多晶硅5505502 2低壓氣相沉積低壓氣相沉積SiH4SiH46506503 3感應(yīng)耦合式等離子氣相沉積感應(yīng)耦合式等離子氣相沉積非晶硅非晶硅1501504 4引控式等離子體化學(xué)氣相沉積引控式等離子體化學(xué)氣相沉積多晶硅多晶硅2802805 5觸媒式化學(xué)氣相沉積觸媒式化學(xué)氣相沉積SiH4SiH44004006 6物理氣相沉積物理氣相沉積非晶

43、硅非晶硅1001007 7氧注入分離轉(zhuǎn)移黏合氧注入分離轉(zhuǎn)移黏合單晶硅單晶硅4504508 8金屬誘導(dǎo)橫向晶化法金屬誘導(dǎo)橫向晶化法非晶硅非晶硅5005009 9固相結(jié)晶法固相結(jié)晶法非晶硅非晶硅6006001010準(zhǔn)分子激光退火再結(jié)晶準(zhǔn)分子激光退火再結(jié)晶非晶硅非晶硅4504501111無(wú)表面激光退火技術(shù)無(wú)表面激光退火技術(shù)多晶硅多晶硅室溫室溫1212連續(xù)波激江橫向晶化連續(xù)波激江橫向晶化非晶硅非晶硅5505501313選擇性擴(kuò)大激光晶化選擇性擴(kuò)大激光晶化非晶硅非晶硅5505501414連續(xù)硅晶界薄膜連續(xù)硅晶界薄膜非晶硅非晶硅5505501515循序性橫向晶化循序性橫向晶化多晶硅多晶硅55055061T

44、FT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n現(xiàn)在較常使用的有現(xiàn)在較常使用的有n快速退火快速退火(RTA:rapid thermal annealing) 、n準(zhǔn)分子激光晶化準(zhǔn)分子激光晶化( ELC: excimer laser crystallization) n固相晶化固相晶化(SPC:solid phase crystallization) n金屬誘導(dǎo)非晶硅晶化金屬誘導(dǎo)非晶硅晶化(MIC:metal induced crystallization)等。等。62TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n快速退火快速退火(RTA:rapid thermal annealing)：n 是一個(gè)高溫是一個(gè)高溫( 6

45、00 ) 過(guò)程過(guò)程,而且材料的缺陷密度高。而且材料的缺陷密度高。n準(zhǔn)分子激光晶化準(zhǔn)分子激光晶化( ELC: excimer laser crystallization) ： 可以說(shuō)是低溫制備技術(shù)可以說(shuō)是低溫制備技術(shù),而且用而且用ELC 可制備出低缺陷密度的多晶硅材料可制備出低缺陷密度的多晶硅材料.n 可是可是ELC TFT技術(shù)的設(shè)備昂貴技術(shù)的設(shè)備昂貴,制備過(guò)程復(fù)雜制備過(guò)程復(fù)雜,而且器而且器件的均勻性不十分理想件的均勻性不十分理想. n固相晶化固相晶化(SPC:solid phase crystallization)常規(guī)的常規(guī)的SPC TFT確實(shí)是低成本技術(shù)確實(shí)是低成本技術(shù), 但是其缺陷密度高但

46、是其缺陷密度高, 晶化晶化溫度約為溫度約為600 ,對(duì)玻璃襯底來(lái)說(shuō)制備溫度偏高對(duì)玻璃襯底來(lái)說(shuō)制備溫度偏高.63TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n金屬誘導(dǎo)非晶硅晶化金屬誘導(dǎo)非晶硅晶化(MIC:metal induced crystallization)技術(shù)可在低溫工藝下制備出高技術(shù)可在低溫工藝下制備出高性能的多晶硅性能的多晶硅TFT. MIC 與其他低溫多晶硅技與其他低溫多晶硅技術(shù)相比有明顯的優(yōu)勢(shì)術(shù)相比有明顯的優(yōu)勢(shì),MIC 優(yōu)于優(yōu)于ELC 是因?yàn)樗且驗(yàn)樗堑统杀炯夹g(shù)是低成本技術(shù),而而MIC 多晶硅的質(zhì)量明顯的高多晶硅的質(zhì)量明顯的高于于SPC 多晶硅多晶硅.n但是但是MIC的晶化速率仍然不高，

47、并且隨著熱處的晶化速率仍然不高，并且隨著熱處理時(shí)間的增長(zhǎng)，速率會(huì)降低。它作為一項(xiàng)生產(chǎn)理時(shí)間的增長(zhǎng)，速率會(huì)降低。它作為一項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)還有待于完善和提高。技術(shù)還有待于完善和提高。64TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作多晶硅的缺點(diǎn)多晶硅的缺點(diǎn)n缺點(diǎn)缺點(diǎn):工藝難度大，材料對(duì)可見光敏感。工藝難度大，材料對(duì)可見光敏感。n技術(shù)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的合格率仍然是一大難題。技術(shù)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的合格率仍然是一大難題。65TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作微晶硅微晶硅TFT66TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作67TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n夏普的微晶硅夏普的微晶硅-TFT液晶面板液晶面板 n該該TFT沒有特別顯眼

48、的耀斑和串?dāng)_，像素沒有特別顯眼的耀斑和串?dāng)_，像素TFT特性良好。通過(guò)結(jié)合準(zhǔn)分子激特性良好。通過(guò)結(jié)合準(zhǔn)分子激光退火，微晶硅光退火，微晶硅-TFT的特性（使遷移率達(dá)到的特性（使遷移率達(dá)到2.2cm2/Vs）得到了提升。）得到了提升。 68TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作硅基液晶顯示技術(shù)（硅基液晶顯示技術(shù)（LCos）nLCos：Liquid crystal on silicon),是一類新型的是一類新型的反射式顯示器，是半導(dǎo)體超大規(guī)模集成電路技反射式顯示器，是半導(dǎo)體超大規(guī)模集成電路技術(shù)和液晶顯示技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，通常只有指甲術(shù)和液晶顯示技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，通常只有指甲大小，顯示芯片對(duì)角線長(zhǎng)度一般在大小，

49、顯示芯片對(duì)角線長(zhǎng)度一般在18mm左右。左右。nLCos可以利用常規(guī)的金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)生可以利用常規(guī)的金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)生產(chǎn)，載流子遷移率在產(chǎn)，載流子遷移率在800 cm2(V.s) -1數(shù)量級(jí)。數(shù)量級(jí)。nLCos顯示器低功耗、為尺寸、超輕量，在投影顯示器低功耗、為尺寸、超輕量，在投影和個(gè)人便攜式顯示應(yīng)用方面優(yōu)勢(shì)非常突出。和個(gè)人便攜式顯示應(yīng)用方面優(yōu)勢(shì)非常突出。69TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n整個(gè)硅基板都是在常規(guī)集成電路芯片生產(chǎn)線上整個(gè)硅基板都是在常規(guī)集成電路芯片生產(chǎn)線上制造的。制造的。n在加工好的在加工好的LCos顯示芯片上，覆蓋取向?qū)?，涂顯示芯片上，覆蓋取向?qū)樱可厦芊饽z，粘合附

50、著上密封膠，粘合附著ITO電極的玻璃蓋板，最電極的玻璃蓋板，最后向這個(gè)液晶盒灌注液晶材料就形成了后向這個(gè)液晶盒灌注液晶材料就形成了LCos顯顯示器。示器。n雖然顯示芯片的面積很小，但絕大部分是像素雖然顯示芯片的面積很小，但絕大部分是像素晶體管陣列，與大規(guī)模集成電路相比，晶體管晶體管陣列，與大規(guī)模集成電路相比，晶體管密度還是很低，產(chǎn)品合格率還是很高的。密度還是很低，產(chǎn)品合格率還是很高的。70TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作非硅基高遷移率非硅基高遷移率TFTn采用非晶硅材料制造的采用非晶硅材料制造的TFT完成了人類顯示技完成了人類顯示技術(shù)由真空到平板的轉(zhuǎn)型。以非晶硅和多晶硅為術(shù)由真空到平板的轉(zhuǎn)型

51、。以非晶硅和多晶硅為基礎(chǔ)的基礎(chǔ)的TFT，尤其是以非晶硅，尤其是以非晶硅TFT為核心的平為核心的平板顯示技術(shù)雖然在現(xiàn)階段的平顯示技術(shù)取得了板顯示技術(shù)雖然在現(xiàn)階段的平顯示技術(shù)取得了極大的成功，但這只是平板顯示技術(shù)的初級(jí)階極大的成功，但這只是平板顯示技術(shù)的初級(jí)階段。段。n硅基材料禁帶寬度只有硅基材料禁帶寬度只有1.12-1.38 e V, 是典型的是典型的光敏半導(dǎo)體，用來(lái)制作發(fā)光顯示器件的控制元光敏半導(dǎo)體，用來(lái)制作發(fā)光顯示器件的控制元件有很多無(wú)法克服的缺點(diǎn)。件有很多無(wú)法克服的缺點(diǎn)。71TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n在在TFT平板顯示技術(shù)進(jìn)步的歷史長(zhǎng)河中，對(duì)可平板顯示技術(shù)進(jìn)步的歷史長(zhǎng)河中，對(duì)可見

52、光透明的見光透明的非硅基寬禁帶半導(dǎo)體薄膜材料和高非硅基寬禁帶半導(dǎo)體薄膜材料和高導(dǎo)電率的透明電極材料是導(dǎo)電率的透明電極材料是TFT平板顯示器技術(shù)平板顯示器技術(shù)升級(jí)的核心。升級(jí)的核心。n平板顯示的系統(tǒng)集成是平板顯示的系統(tǒng)集成是發(fā)展方向發(fā)展方向，研究高遷移，研究高遷移率新型寬禁帶半導(dǎo)體薄膜材料和工藝技術(shù)，是率新型寬禁帶半導(dǎo)體薄膜材料和工藝技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)平板顯示器驅(qū)動(dòng)電路的集成甚至系統(tǒng)芯片實(shí)現(xiàn)平板顯示器驅(qū)動(dòng)電路的集成甚至系統(tǒng)芯片的集成的基礎(chǔ)。的集成的基礎(chǔ)。72TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作無(wú)機(jī)氧化物寬禁帶半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物寬禁帶半導(dǎo)體TFT n透明氧化物如透明氧化物如In-GaO3-(ZnO)4, I

53、n2O3和和ZnO薄薄膜的遷移率都比非晶硅高，而且工藝溫度低。膜的遷移率都比非晶硅高，而且工藝溫度低。n用全透明氧化物用全透明氧化物TFT代替代替a-SiTFT作為像素開作為像素開關(guān)，將大大提高有源矩陣的開品率，從而提高關(guān)，將大大提高有源矩陣的開品率，從而提高亮度，降低功耗。亮度，降低功耗。73TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n韓國(guó)韓國(guó)LG電子電子2006年展出了透明非結(jié)晶氧化物年展出了透明非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體半導(dǎo)體In-Zn-Ga-O(a-IZGO)TFT驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)的3.5 in，像素為像素為176220的彩色有機(jī)電致發(fā)光屏。的彩色有機(jī)電致發(fā)光屏。TFT溝道的寬度為溝道的寬度為10m、長(zhǎng)度為

54、、長(zhǎng)度為20m，載流子遷，載流子遷移率為移率為90cm2(V.s) -1、開關(guān)電流比為、開關(guān)電流比為1.1107、閾值電壓為閾值電壓為1.1V。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜In-GaZnO不僅電學(xué)性能好，熱學(xué)、化學(xué)穩(wěn)定性也很不僅電學(xué)性能好，熱學(xué)、化學(xué)穩(wěn)定性也很好，還是高性能透明和環(huán)境友好材料。好，還是高性能透明和環(huán)境友好材料。74TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作nZnO是一種寬禁帶直接帶隙化合物半導(dǎo)體，具是一種寬禁帶直接帶隙化合物半導(dǎo)體，具有生長(zhǎng)溫度低、抗輻射能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好有生長(zhǎng)溫度低、抗輻射能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好和材料來(lái)源豐富、無(wú)毒害等優(yōu)點(diǎn)。和材料來(lái)源豐富、無(wú)毒害等優(yōu)點(diǎn)。ZnO薄膜對(duì)

55、薄膜對(duì)襯底要求不高，在普通玻璃和塑料襯底上均可襯底要求不高，在普通玻璃和塑料襯底上均可生長(zhǎng)高質(zhì)量的薄膜。制備在透明襯底上的薄膜生長(zhǎng)高質(zhì)量的薄膜。制備在透明襯底上的薄膜在可見光范圍內(nèi)有很高的透射率，是制作透明在可見光范圍內(nèi)有很高的透射率，是制作透明高遷移率高遷移率TFT的熱門材料。的熱門材料。75TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n其他可以考慮用來(lái)制作高遷移率透明其他可以考慮用來(lái)制作高遷移率透明TFT的氧的氧化物半導(dǎo)體才料還有化物半導(dǎo)體才料還有:n ZnO: In2O3(a-IZO) （摩爾比為（摩爾比為1：1）n ZnO:SnO2(a-ZSO) （摩爾比為（摩爾比為1：1和和1：2）等。等。

56、n它們的場(chǎng)效應(yīng)遷移率達(dá)到它們的場(chǎng)效應(yīng)遷移率達(dá)到2050 cm2(V.s) -1 76TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n2007年年12月月15日，三星在美國(guó)舊金山開幕的國(guó)際電子器件大會(huì)日，三星在美國(guó)舊金山開幕的國(guó)際電子器件大會(huì)IEDM 2008上展示了氧化物上展示了氧化物TFT新技術(shù)，該技術(shù)的信道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新技術(shù)，該技術(shù)的信道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可使電子運(yùn)動(dòng)達(dá)到可使電子運(yùn)動(dòng)達(dá)到130 cm2/Vsec，是目前的氧化物，是目前的氧化物TFT的單信道的單信道結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的3倍。倍。n電子運(yùn)動(dòng)的改良可有效提升半導(dǎo)體顯示設(shè)備的屏幕質(zhì)量和顯示能電子運(yùn)動(dòng)的改良可有效提升半導(dǎo)體顯示設(shè)備的屏幕質(zhì)量和顯示能力。隨著平板顯示器

57、超越全高清標(biāo)準(zhǔn)向超高清力。隨著平板顯示器超越全高清標(biāo)準(zhǔn)向超高清UD水平發(fā)展，這水平發(fā)展，這種大容量信息處理能力也成為可能。種大容量信息處理能力也成為可能。n并且，驅(qū)動(dòng)并且，驅(qū)動(dòng)TFT的臨限電壓可以通過(guò)連接到各種半導(dǎo)體傳感器來(lái)的臨限電壓可以通過(guò)連接到各種半導(dǎo)體傳感器來(lái)控制。更為重要的是，非晶氧化物控制。更為重要的是，非晶氧化物TFT技術(shù)可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)有液晶技術(shù)可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)有液晶面板生產(chǎn)線進(jìn)行改造來(lái)生產(chǎn)，有效降低改造成本。面板生產(chǎn)線進(jìn)行改造來(lái)生產(chǎn)，有效降低改造成本。n這項(xiàng)新技術(shù)能像液晶面板一樣廣泛應(yīng)用于這項(xiàng)新技術(shù)能像液晶面板一樣廣泛應(yīng)用于AM OLED、柔性顯示、柔性顯示器、透明顯示器、太陽(yáng)能電池、

58、器、透明顯示器、太陽(yáng)能電池、LED及傳感器等產(chǎn)品。長(zhǎng)期來(lái)看，及傳感器等產(chǎn)品。長(zhǎng)期來(lái)看，這項(xiàng)技術(shù)將成為未來(lái)顯示器的關(guān)鍵技術(shù)。目前，有不少機(jī)構(gòu)已經(jīng)這項(xiàng)技術(shù)將成為未來(lái)顯示器的關(guān)鍵技術(shù)。目前，有不少機(jī)構(gòu)已經(jīng)在氧化物在氧化物TFT領(lǐng)域展開了研究。領(lǐng)域展開了研究。77TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作氧化物氧化物TFTn在透明非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體國(guó)際會(huì)議在透明非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體國(guó)際會(huì)議“International Workshop on transparent amorphous oxide semiconductors（TAOS 2010）”（1月月2526日，東日，東京工業(yè)大學(xué)京工業(yè)大學(xué)SUZUKAKE

59、DAI校區(qū)）首日主題演講會(huì)之校區(qū)）首日主題演講會(huì)之后舉行的后舉行的“FPD I”研討會(huì)上，代表日本和韓國(guó)的研討會(huì)上，代表日本和韓國(guó)的3家家FPD企業(yè)分別發(fā)布了透明氧化物半導(dǎo)體企業(yè)分別發(fā)布了透明氧化物半導(dǎo)體TFT的最新開的最新開發(fā)成果。夏普、韓國(guó)發(fā)成果。夏普、韓國(guó)LG顯示器及韓國(guó)三星電子顯示器及韓國(guó)三星電子（Samsung Electroncis）依次登臺(tái)演講。）依次登臺(tái)演講。3公司對(duì)透明公司對(duì)透明氧化物半導(dǎo)體氧化物半導(dǎo)體TFT的優(yōu)勢(shì)及目標(biāo)用途的認(rèn)識(shí)基本一致。的優(yōu)勢(shì)及目標(biāo)用途的認(rèn)識(shí)基本一致。為了確?？煽啃赃_(dá)到實(shí)用水平，三方已展開激烈競(jìng)爭(zhēng)。為了確保可靠性達(dá)到實(shí)用水平，三方已展開激烈競(jìng)爭(zhēng)。 78TF

60、T-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n夏普開發(fā)的氧化物夏普開發(fā)的氧化物TFT液晶面板液晶面板 79TFT-LCD設(shè)計(jì)及制作設(shè)計(jì)及制作n夏普使用透明氧化物半導(dǎo)體夏普使用透明氧化物半導(dǎo)體IGZO（In, Ga, Zn, O）的）的2.6英寸英寸QVGA（320240像素素）像素素）TFT液晶面板。液晶面板。n解決了解決了IGZO濺射工藝穩(wěn)定性及濺射工藝穩(wěn)定性及IGZO-TFT可可靠性兩方面的問(wèn)題。夏普還稱，靠性兩方面的問(wèn)題。夏普還稱，IGZO-TFT的的可靠性可與普通可靠性可與普通TFT液晶面板使用的非結(jié)晶硅液晶面板使用的非結(jié)晶硅TFT相當(dāng)。試制的液晶面板為相當(dāng)。試制的液晶面板為TN模式、灰階模式、灰階