薄膜晶體� (英文名稱為Thin-film transistor,簡稱TFT) 是場效應晶體�的種類之一,大略的制作方式是在基板上沉積各種不同的薄膜,如半導體主動層、介電層和金屬電極層。薄膜晶體管是液�顯示�的關鍵器�,對顯示器件的工作性能具有十分重要的作�.
人類� TFT 的研究工作已�(jīng)有很長的歷史. 早在 1925 �, Julius Edger Lilienfeld 首次提出�(jié)型場效應晶體� (FET) 的基本定�,開辟了對固態(tài)放大器的研究.1933 �,Lilienfeld 又將絕緣柵結(jié)�(gòu)引進場效應晶體�(后來被稱� MISFET).1962 �,Weimer 用多� CaS 薄膜做成 TFT;隨后,又涌�(xiàn)了用 CdSe,InSb,Ge 等半導體材料做成� TFT 器件.二十世紀六十年代,基于低費�,大陣列顯示的實際需�,TFT 的研究廣為興�.1973 �,Brody 等人 136 � � 技 � 2006 � 9 � 首次研制出有源矩陣液晶顯�(AMLCD) ,并用 CdSe TFT 作為開關單元.隨著多晶硅摻雜工藝的�(fā)�,1979 � 后來許多實驗室都進行了將 AMLCD LeComber,Spear � Ghaith � a-Si:H 做有源層,做成如圖 1 所示的 TFT 器件. 以玻璃為襯底的研�.二十世紀八十年代,硅基 TFT � AMLCD 中有著極重要的地�,所做成的產(chǎn)品占�(jù)了市場絕 大部分份�.1986 � Tsumura 等人首次用聚噻吩為半導體材料制備了有機薄膜晶體管(OTFT) ,OTFT 技術從此開 始得到發(fā)�.九十年代,以有機半導體材料作為活性層成為新的研究熱點.由于在制造工藝和成本上的�(yōu)�,OTFT 被認為將來極可能應用� LCD,OLED 的驅(qū)動中.近年�,OTFT 的研究取得了突破性的進展.1996 �,飛利浦公 司采用多層薄膜疊合法制作了一� 15 微克變成碼發(fā)生器(PCG) ;即使當薄膜嚴重扭�,仍能正常工作.1998 �, 的無定型金屬氧化物鋯酸鋇作為并五苯有機薄膜晶體管的柵� IBM公司用一種新型的具有更高的介電常�(shù) 緣層,使該器件的驅(qū)動電壓降低了 4V,遷移率達� 0.38cm2V-1 s-1.1999 �,Bell實驗室的 Katz 和他的研究小組制 得了在室溫下空氣中能�(wěn)定存在的噻吩薄膜,并使器件的遷移率達到 0.1 cm2V-1 s-1.Bell 實驗室用并五苯單晶制� 這向有機集成 了一種雙極型有機薄膜晶體�, 該器件對電子和空穴的遷移率分別達� 2.7 cm2V-1 s-1 � 1.7 cm2V-1 s-1, 電路的實際應用邁出了重要的一�.最近幾�,隨著透明氧化物研究的深入,� ZnO,ZIO 等半導體材料作為活� 層制作薄膜晶體管,因性能改進顯著也吸引了越來越多的興趣.器件制備工藝很廣�,比如:MBE,CVD,PLD �, 均有研究.ZnO-TFT 技術也取得了突破性進展.2003 �,Nomura等人使用單晶 InGaO3 (ZnO)5 獲得了遷移率� 80 cm2V-1 s-1 � TFT 器件.美國杜邦公司采用真空蒸鍍和掩膜擋板技術在聚酰亞銨柔性襯底上開發(fā)� ZnO-TFT,� 這是在聚酰亞銨柔性襯底上首次研制成功了高遷移率的 ZnO-TFT, 這預示著在氧化物 TFT 子遷移率� 50 cm2V-1 s-1. 2006 �, Cheng 領域新競爭的開始. 2005 �, Chiang H Q 等人利用 ZIO 作為活性層制得開關比為 107 薄膜晶體�. H C等人利用 CBD 方法制得開關比為 105 ,遷移率為 0.248cm2V-1s-1 � TFT,這也顯示出實際應用的可能.
薄膜晶體管是一種絕緣柵場效應晶體管.它的工作狀�(tài)可以利用 Weimer 表征的單晶硅 MOSFET 工作原理來描 �.� n � MOSFET 為例,物理�(jié)�(gòu)如圖 2. 當柵極施以正電壓�,柵壓在柵絕緣層中�(chǎn)生電�,電力線由柵電極指向半導體表面,并在表面處產(chǎn)生感應電 �.隨著柵電壓增�,半導體表面將由耗盡層轉(zhuǎn)�?yōu)殡娮臃e累層,形成反型�.當達到強反型�(即達到開啟電� �) ,�,漏間加上電壓就會有載流子通過溝道.當源漏電壓很小時,導電溝道近似為一恒定電阻,漏電流隨源漏� 壓增加而線性增�. 當源漏電壓很大時,它會對柵電壓�(chǎn)生影�,使得柵絕緣層中電場由源端到漏端逐漸減弱,半導體表面反型層 中電子由源端到漏端逐漸減小,溝道電阻隨著源漏電壓增大而增�.漏電流增加變得緩�,對應線性區(qū)向飽和區(qū)� �.當源漏電壓增到一定程�,漏端反型層厚度減為零,電壓在增�,器件進入飽和區(qū).在實� LCD 生產(chǎn)�,� 要利� a-Si:H TFT 的開�(tài)(大于開啟電壓)對像素電容快速充�,利用關態(tài)來保持像素電容的電壓,從而實�(xiàn)� 速響應和良好存儲的統(tǒng)一.
未來 TFT 技術將會以高密�,高分辨率,節(jié)能化,輕便�,集成化為�(fā)展主�,從本文論述的薄膜晶體管發(fā)� 歷史以及對典� TFT 器件性能分析來看,雖然新型 OTFT,ZnO-TFT 的研究已�(jīng)揭示出優(yōu)良的特�,甚至有的已經(jīng) 開始使用�,但實�(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化以及進一步降低成本等方面,還需要很多努�.因此在很長一段時間內(nèi)將會� 硅基材料器件并存.我國大陸的顯示技術處于剛開始階段,對新� TFT 器件的研�(fā)以及顯示技術的應用帶來了重� 的機遇和挑戰(zhàn). 相信在不久的將來, OTFT � ZnO-TFT 等新型器件為基礎的產(chǎn)品會推動下一代光電子學的突飛猛�.
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