第三讲 a-SiH TFT 的结构和工作原理
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非晶硅薄膜晶体管
CVD:两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室中，以某种方 法激活后相会之间发生化学反应生成一种新的材料，沉积到基板表面上。 光刻：利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将图形转移 到要加工材料的表面，形成功能图形的工艺技术。 刻蚀：材料的刻蚀是在光刻胶的保护下，通过物理或者化学的方法 将不受光刻胶保护的区域除去的过程。
a-Si TFT制备工艺流程
四、a-Si TFT应用
1.平板彩色液晶显示：
开关性能好、能够大面积沉积、再现性好、制备温度 低。大多用反向交叉型（IS），少数用正向交叉型（NS）。 2.红外探测器： 非晶硅薄膜晶体管由于其较高的沟道电流温度系数而 被用于非致冷型红外探测器。 3.集成电路 4.电子印刷机 5.图像传感器
a-Si TFT有许多种结构，基本的有四种，称为 正向交叉型、反向交叉型、正向共面型和反向共面 型。其中，反向交叉型结构最为常用。该种结构中， 厚度为数十至数百纳米的氢化非晶硅膜用作活性层。
二、a-Si TFT制备原理
在栅极电压的调制下，与 绝缘层形成界面的非晶硅膜的 一侧诱生载流子，使源极和漏 极之间通过电流。绝缘层通常 采用氧化硅膜或氮化硅膜。作 为源极-漏极电流对栅极电压的 特性，通路电流和断路电流之 比可高达10G以上,由于非晶硅膜 可在小于350℃的较低温度下形 成，因此衬底可以采用廉价的 玻璃，从而使a-Si TFT不但性 能优异，而且成本较低，成为 大面积微电子器件中优良的驱 动电路开关元件。
非晶硅薄膜晶体管
201402060230
黄颖
一、什么是a-Si TFT
α -Si 又称无定形硅。单质硅的一种形态。棕黑 色或灰黑色的微晶体。硅不具有完整的金刚石晶胞，纯 度不高。熔点、密度和硬度也明显低于晶体硅。 非晶硅薄膜晶体管（简称a-Si TFT）是利用氢化 非晶硅具有敏感的场效应特性制备的薄膜场效应晶体管。 它具有很低的关断电流和很高的开关电流比，广泛用于 液晶显示屏和平面摄像器件的地址矩阵。
TFT液晶工作原理及常见不良分析 ppt课件
VGH,VGL没升压。
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13
2）花屏—显示不规则的花点，如下图。 有升压 （VGH,VGL电压正常），不能正常显示红绿蓝及 图片等。 一般是软件原因，常见于方案公司调程 序时。
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A. 数据位数不对。16/18位。 B. 送显示数据前没送显示指令。 一般IC: 22H指令。 C. 设置窗口指令有误。 D 显示图片的图片CODE 有误。 240*320——》241*320
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3）显示颜色淡 A. 初始化代码。部分淡，部分不淡，常见 GAMMA代码不对。GAMMA 代码需LCD供应 商提供。初始化代码不要改变GAMMA值。 B. FPC上元器件虚焊（倍压电容，虑波电 容），造成VGH,VHL电压过小。 C. 晶振电阻过小。选择的晶振电阻过小。 D. 一般情况下与二极管无关。
胶，离型膜，保护膜组成。PVA膜在经过延伸之 后，通常机械性质会降低，变得易碎裂。所以在 偏光基体(PVA)延伸完后，要在两侧贴上三醋酸纤 维(TAC)所组成的透明基板，一方面可做保护，一 方面则可防止膜的回缩。此外，在基板外层再加 一层感压胶、离型膜及保护膜(如图2)。
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2. 常见故障分析： 1）无触摸：触摸无反应 A. TP FPC断线。用万用表检测TP焊盘处电阻值。直 接量X+X-间电阻，Y+Y-间电阻值，其值应该在300~900 欧阳间。 B. 焊接虚焊，短接。用万用表检测主屏FPC金手指对 应脚间电阻值。 C. 程序问题。100% 2）触摸线性不良。左右，上下有偏位。 A． TP本身问题。 B. 程序问题。没校正程序，或校正程序做得不好。 3）触摸点上下左右巅倒。 A. 程序问题。 B. 设计问题。引线定义错误
tft工作原理
tft工作原理
TFT（薄膜晶体管）是一种基于薄膜技术的半导体器件，常用
于液晶显示器（LCD）平面面板的驱动。
以下是TFT的工作
原理：
1. TFT结构：TFT是由多个薄膜层组成的结构。
其中包括透明导电层（一般为透明的氧化铟锡涂层，ITO层），绝缘层（一般为二氧化硅或硅氧化铝），以及半导体层（多晶硅或非晶硅）。
2. 偏压施加：在TFT中，电场通过透明导电层施加在半导体
层上，可以调节半导体层的导电性。
3. 管道形成：由于施加的电压，半导体层中部分区域的导电特性会发生变化，形成了导电通道。
这个导电通道可以控制液晶的透过性，从而控制显示器上的像素显示。
4. 控制信号：通过在透明导电层上施加不同的控制信号，可以调节TFT中的电场大小，从而控制液晶的偏振状态。
5. 灯光透过：控制液晶的偏振状态会影响灯光通过液晶显示层的方式。
通过透明的导电层和绝缘层，光线可以透射到显示面板中。
6. 显示亮度：液晶显示层通过调节透光性来控制像素的亮度。
当电压施加到TFT时，液晶分子会扭曲并影响光线的透过性。
这种扭曲可以通过不同的信号施加来控制，从而达到调节亮度
的效果。
综上所述，TFT通过控制透明导电层和半导体层之间的电场来调节液晶的偏振状态，从而控制显示器的像素亮度和透明性。
a-Si 与 LTPS的原理和工艺结构剖析
从上表可以看出： 1、LTPS、Oxide 电子迁移率分别是a-Si 的100 多倍、25 倍左右，可大大缩小TFT 尺寸，相同面积下的TFT 数量就可以越多，屏幕的PPI 自然越高（屏幕的PPI（像素密度） 与TFT 背板材料的电子迁移率成正比） 2、
什么是a-Si
无定形硅(a-Si)又称非晶硅，是硅的一种同素异形体。晶体硅通常呈正四面体排列，每一个硅原子位于正四面体的顶点，并与另外四个硅原 子以共价键紧密结合.
能耗的面板需求升级情况下，a-Si TFT 显得力不从心。 当然消费者对显示产品的要求逐步提高，手机、平板等移动终端向着更高清、色彩度更饱和、更轻薄化发展。a-Si这种技术显然已经不能达到最新显示效果的要求，这 时便孕育而生了IGZO与LTPS这两种技术（即从电子迁移率低的a-Si TFT（非晶硅薄膜晶体管）到电子迁移率高的LTPS/Oxide TFT（低温多晶硅/氧化物薄膜晶体管，Oxide TFT 以夏普铟镓锌氧化物即IGZO 为代表）
早期的TFT-LCD都是用a-Si作为基底材料，a-Si为非晶硅技术，是目前应用最广的一种，技术简单、成本低廉，但开关所占的像素本身的面积很大 导致亮度无法做得很高（也就是开口率低），另外PPI也只能做到较低的一个水平。当然消费者对显示产品的要求逐步提高，手机、平板等移动 终端向着更高清、色彩度更饱和、更轻薄化发展。a-Si这种技术显然已经不能达到最新显示效果的要求，这时便孕育而生了IGZO与LTPS这两种技 术
什么是LTPS
低温多晶硅（LTPS）是适用于智能手机应用的高分辨率TFT液晶显示器背板技术。例如，已经将LTPS技术应用于30Hz帧速率驱动的8英寸2K 4K TFT LCD显示器和120Hz帧速率驱动的17.3英寸8K 4K TFT LCD。两种显示器具有通道宽度的收缩以及较薄的绝缘体当做存储电容，在垂直方面提 供高显示质量(降低串扰和闪烁)。其中,1.5微米级的精密制造工艺可以实现通道宽度收缩和降低关态电流
什么是a-Si
无定形硅(a-Si)又称非晶硅，是硅的一种同素异形体。晶体硅通常呈正四面体排列，每一个硅原子位于正四面体的顶点，并与另外四个硅原 子以共价键紧密结合.
能耗的面板需求升级情况下，a-Si TFT 显得力不从心。 当然消费者对显示产品的要求逐步提高，手机、平板等移动终端向着更高清、色彩度更饱和、更轻薄化发展。a-Si这种技术显然已经不能达到最新显示效果的要求，这 时便孕育而生了IGZO与LTPS这两种技术（即从电子迁移率低的a-Si TFT（非晶硅薄膜晶体管）到电子迁移率高的LTPS/Oxide TFT（低温多晶硅/氧化物薄膜晶体管，Oxide TFT 以夏普铟镓锌氧化物即IGZO 为代表）
早期的TFT-LCD都是用a-Si作为基底材料，a-Si为非晶硅技术，是目前应用最广的一种，技术简单、成本低廉，但开关所占的像素本身的面积很大 导致亮度无法做得很高（也就是开口率低），另外PPI也只能做到较低的一个水平。当然消费者对显示产品的要求逐步提高，手机、平板等移动 终端向着更高清、色彩度更饱和、更轻薄化发展。a-Si这种技术显然已经不能达到最新显示效果的要求，这时便孕育而生了IGZO与LTPS这两种技 术
什么是LTPS
低温多晶硅（LTPS）是适用于智能手机应用的高分辨率TFT液晶显示器背板技术。例如，已经将LTPS技术应用于30Hz帧速率驱动的8英寸2K 4K TFT LCD显示器和120Hz帧速率驱动的17.3英寸8K 4K TFT LCD。两种显示器具有通道宽度的收缩以及较薄的绝缘体当做存储电容，在垂直方面提 供高显示质量(降低串扰和闪烁)。其中,1.5微米级的精密制造工艺可以实现通道宽度收缩和降低关态电流
a—Si：H—TFT阈值电压漂移机理及其在驱动OLED显示中的补偿设计
产 生 的 特 点 ， 针 对 驱 动 ＯＬ Ｄ 的 两 管 ａｓ： — Ｆ 像 素 电 路 ， 出 了 一 种 通 过 对 数 据 信 号 并 Ｅ —ｉＨ Ｔ Ｔ 提
时 序 的 重 新 设 计 来 补 偿 周 值 电 压 漂 移 的 方 法 ， 在 数 据 信 号 间 加 插 一 个 与 数 据 信 号 极 性 相 即 反 的 补 偿 信 号 。通 过 这 种 正 负 交 替 的信 号 ， 驱 动 管 ＴＦ 中 由亚 稳 态 造 成 的 阈 值 电 压 漂 移 使 Ｔ
摘
要 ： 析 了 ａｓ： ＴＦ 阈 值 电 压 漂 移 的 机 理 ， 分 析 了 栅 偏 应 力 下 电 荷 注 入 到 ＳＮ ： 分 —ｉＨ— Ｔ 即 ｉ
Ｈ 栅绝 缘层 和 ａｓ： 中亚 稳 态 的产 生 对 ＴＦ 阈 值 电 压 漂 移 的影 响 。 根 据 非 晶 硅 中 亚 稳 态 — ｉＨ Ｔ
彩 色样机 的 出现过 程 。但 由于 ａＳ ： ＴＦ 在长 — ｉＨ— Ｔ
时 间施加 直 流栅 偏压 下 导 致 晶 体 管 阈 值 电压 漂 移 ， 成 ＯＬ Ｄ 的发光 亮 度 下降 ， 响 使用 寿 命 ， 造 Ｅ 影 因此必须 采取 特殊 的设 计来 补偿 或消 除 阈值 电压
维普资讯
第 ２ 卷 １
第 ５期
液
晶
与
显
示
Ｖ０ ． ． ． １ ２１ ＮＯ ５ ０ｃ ．． ０ ６ ｔ ２ ０
２０ ０ ６年 ｌ Ｏ月
Ｃｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＬｉｕｄＣｒ ｓａｓａ ｄ Ｄｉｐａ ｓ ｉｅｅＪ ｕ ｎ ｌ ｑ ｉ ｙ ｔｌ ｎ ｓ ｌｙ ｏ
方式 可 分 为 无 源 矩 阵 有 机 电 致 发 光 器 件 （ Ｍ一 Ｐ ０Ｌ Ｄ） 有 源 矩 阵 有 机 电 致 发 光 器 件 （ Ｅ 和 ＡＭ一
时 序 的 重 新 设 计 来 补 偿 周 值 电 压 漂 移 的 方 法 ， 在 数 据 信 号 间 加 插 一 个 与 数 据 信 号 极 性 相 即 反 的 补 偿 信 号 。通 过 这 种 正 负 交 替 的信 号 ， 驱 动 管 ＴＦ 中 由亚 稳 态 造 成 的 阈 值 电 压 漂 移 使 Ｔ
摘
要 ： 析 了 ａｓ： ＴＦ 阈 值 电 压 漂 移 的 机 理 ， 分 析 了 栅 偏 应 力 下 电 荷 注 入 到 ＳＮ ： 分 —ｉＨ— Ｔ 即 ｉ
Ｈ 栅绝 缘层 和 ａｓ： 中亚 稳 态 的产 生 对 ＴＦ 阈 值 电 压 漂 移 的影 响 。 根 据 非 晶 硅 中 亚 稳 态 — ｉＨ Ｔ
彩 色样机 的 出现过 程 。但 由于 ａＳ ： ＴＦ 在长 — ｉＨ— Ｔ
时 间施加 直 流栅 偏压 下 导 致 晶 体 管 阈 值 电压 漂 移 ， 成 ＯＬ Ｄ 的发光 亮 度 下降 ， 响 使用 寿 命 ， 造 Ｅ 影 因此必须 采取 特殊 的设 计来 补偿 或消 除 阈值 电压
维普资讯
第 ２ 卷 １
第 ５期
液
晶
与
显
示
Ｖ０ ． ． ． １ ２１ ＮＯ ５ ０ｃ ．． ０ ６ ｔ ２ ０
２０ ０ ６年 ｌ Ｏ月
Ｃｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＬｉｕｄＣｒ ｓａｓａ ｄ Ｄｉｐａ ｓ ｉｅｅＪ ｕ ｎ ｌ ｑ ｉ ｙ ｔｌ ｎ ｓ ｌｙ ｏ
方式 可 分 为 无 源 矩 阵 有 机 电 致 发 光 器 件 （ Ｍ一 Ｐ ０Ｌ Ｄ） 有 源 矩 阵 有 机 电 致 发 光 器 件 （ Ｅ 和 ＡＭ一
TFT薄膜晶体管的工作原理
自由电子 共价键 空穴
本征半导体
本征半导体就是完 全纯净的、具有晶 体结构的半导体。
本征半导体中自由 电子和空穴的形成 Si Si
Si
Si
6.1 TFT的半导体基础
电子移动方向
本征半导体
可见在半导体中有
Si Si
Si
自由电子和空穴两
种载流子，它们都 能参与导电。
空穴移动方向
Si Si
Siห้องสมุดไป่ตู้
Si
外电场方向
6.4 薄膜晶体管的直流特性 转移特性曲线
10 10 10 10
-5 -6 -7 -8 -9
线性区 饱和区 线性区
IDS（A)
10 10 10 10 10
亚阈值区
截止区
VDS=5V VDS=10V VDS=15V VDS=20V
饱和区 亚阈值区 截止区
-10 -11 -12 -13
-15 -10
迁移率
6.2 MOS场效应晶体管
晶体管 双极型晶体管 场效应晶体管 JFET MOSFET——TFT
n型衬底 两个p区 SiO2绝缘层 金属铝 P型导电沟道 p+
n type Si
衬底 栅 源 漏
p+
p-MOSFET
6.2 MOS场效应晶体管
p-MOSFET晶体管 垂直方向—— 栅控器件 水平方向—— 电导器件
6.1 TFT的半导体基础
电导现象
I
R
在半导体样品两端加电压，其内部则产生电场。载流子被电场所加速 进行漂移运动，在半导体中引起一定电流，这就是电导现象。
6.1 TFT的半导体基础
电导率
空穴和电子的速度： vp = p E vn = n E 空穴和电子的电导率： p = q p p n = q n n
本征半导体
本征半导体就是完 全纯净的、具有晶 体结构的半导体。
本征半导体中自由 电子和空穴的形成 Si Si
Si
Si
6.1 TFT的半导体基础
电子移动方向
本征半导体
可见在半导体中有
Si Si
Si
自由电子和空穴两
种载流子，它们都 能参与导电。
空穴移动方向
Si Si
Siห้องสมุดไป่ตู้
Si
外电场方向
6.4 薄膜晶体管的直流特性 转移特性曲线
10 10 10 10
-5 -6 -7 -8 -9
线性区 饱和区 线性区
IDS（A)
10 10 10 10 10
亚阈值区
截止区
VDS=5V VDS=10V VDS=15V VDS=20V
饱和区 亚阈值区 截止区
-10 -11 -12 -13
-15 -10
迁移率
6.2 MOS场效应晶体管
晶体管 双极型晶体管 场效应晶体管 JFET MOSFET——TFT
n型衬底 两个p区 SiO2绝缘层 金属铝 P型导电沟道 p+
n type Si
衬底 栅 源 漏
p+
p-MOSFET
6.2 MOS场效应晶体管
p-MOSFET晶体管 垂直方向—— 栅控器件 水平方向—— 电导器件
6.1 TFT的半导体基础
电导现象
I
R
在半导体样品两端加电压，其内部则产生电场。载流子被电场所加速 进行漂移运动，在半导体中引起一定电流，这就是电导现象。
6.1 TFT的半导体基础
电导率
空穴和电子的速度： vp = p E vn = n E 空穴和电子的电导率： p = q p p n = q n n
TFT-LCD基础知识培训讲座
d 短路环
e 转印电极和对盒标记
f 对版标记（套刻标记）
g 切割标记 h 封盒胶框位置
i 液晶注入口
第三讲 主要显示性能指标介绍
一、显示分辨率
m列
n行
M×N
信号引线
柵电极引线
TFT器件
ITO像素电极 存贮电容
亚像素（Pixel）
三个亚像素（对应R、G、 B三原色）组成一个像素
液晶显示器的图象表示规格
● 1922年法国的G.Friedel完成了液晶分类 — 近晶相、向列 相、胆甾相
● 本世纪三十年代G.W.Oseen和H.Zocher创立了液晶的连续 体理论
● 同时期V.Freedericksz和V.Zolina发现了Freedericksz转变
B. (60年代迄今) 无源矩阵液晶显示器。 中小尺寸的数字、文字、简单图形显示 低分辨率图象显示 (交叉串扰问题)
二、液晶显示器的分类
直视型
液 晶 显 示 器
投影型
透射型（有背光源）
反射型（无背光源）
前投影型
单屏方式 三屏方式
背投影型
单屏方式 三屏方式
无源方式
二端子器件
液晶显示器
相变模式 铁电液晶 ECB STN
TN pin BTB DR MSI MIM Te
p-Si a-Si CdSe
TFT
有源方式
MOSFET
优点1、：体积小及轻量化，适于便携式应用
2、低功耗低电压，与大规模集成电路相匹配 3、信息含量大：可实现大容量高清晰度显示 4、被动发光显示 5、无辐射
缺点：
1、工作范围窄：－20—60摄氏度 2、视角狭窄 3、响应速度慢，毫秒量级
三、液晶显示器的发展趋势
tft 工作原理
tft 工作原理
TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶体管）是一种用于液晶显
示器的关键技术，其工作原理主要涉及薄膜晶体管的操作方式和液晶分子的取向控制。
在TFT液晶显示器中，每个像素点都对应着一个薄膜晶体管，这种晶体管一般采用非晶硅或多晶硅材料制成。
晶体管的作用是根据控制信号来控制液晶分子的排列方式，从而实现像素点的亮度和颜色的改变。
薄膜晶体管由四个主要部分组成：源极、栅极、漏极和薄膜。
液晶显示器中的每个像素点都有一个对应的薄膜晶体管，通过控制这些晶体管的开关状态，可以控制液晶分子的取向。
具体来说，液晶分子可以根据电场的方向调整自身的取向。
当薄膜晶体管处于导通状态时，电流会流过源极和漏极之间的通道，形成一个电场。
这个电场会使得液晶分子排列成垂直于平面的方式，从而使得光无法通过液晶分子。
当薄膜晶体管被关闭时，通道中的电流停止流动，液晶分子会逐渐恢复到一种可以让光通过的排列方式。
通过控制晶体管的开关状态，可以改变液晶分子的排列方式，进而实现对像素点亮度和颜色的控制。
除了薄膜晶体管，TFT液晶显示器中还包括其他关键元件，如面板基板、扫描电路和数据电路等。
这些元件共同作用，使得TFT液晶显示器能够准确地显示出图像和文字。
总的来说，TFT液晶显示器的工作原理是通过控制薄膜晶体管的开关状态来调整液晶分子排列方式，从而实现像素点的亮度和颜色的改变。
TFT组件的结构与原理PPT(18张)
Drain側通道消失) 3. 4.
Cox：Gate到Channel的電容 W/L
11
TFT之Vg V.S. Log Id圖
Log Id
1.0x10-5 1.0x10-6 1.0x10-7 1.0x10-8 1.0x10-9 1.0x10-10 1.0x10-11
-20 -10
0
10
20
註：此圖為一特定之Vds下所量得
•
16、人生在世：可以缺钱，但不能缺德;可以失言，但不能失信;可以倒下，但不能跪下;可以求名，但不能盗名;可以低落，但不能堕落;可以放松，但不能放纵;可以虚荣，但不能虚伪;可以平凡，但不能平庸;可以浪漫，但不能浪荡;可以生气，但不能生事。
•
17、人生没有笔直路，当你感到迷茫、失落时，找几部这种充满正能量的电影，坐下来静静欣赏，去发现生命中真正重要的东西。
•
13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。
•
14、一个人的知识，通过学习可以得到;一个人的成长，就必须通过磨练。若是自己没有尽力，就没有资格批评别人不用心。开口抱怨很容易，但是闭嘴努力的人更加值得尊敬。
•
15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。
Vg(V)
12
T1
T2
△v
VC VCOM
△v
VID
VP
VG
△v
第一圖場
第二圖場
一圖框
(a)驅動波形圖
1.VG為掃描線電壓，VID為信號線電壓，分別加在TFT 的閘極，源極。
2.在T1時域(水平選擇期間)TFT ON，畫素電極電位VP會被 充電至信號電位VID 。在T2 時域(非選擇期間)TFT OFF， 在OFF的瞬間，VP會下降△V，此△V的大小與TFT元件 的閘極與汲極間的寄生電容CGD有關，因此在設計與製 程元件時盡量避免寄生電容的產生。
第八章 a-SiH TFT阵列制造中的金属化
Inst. Of Opto-electronics
薄膜晶体管材料和工艺 第一卷 非晶硅薄膜晶体管
第八章 a-Si:H TFT阵列制造中的金属化
——互连金属线的沉积和湿法刻蚀
YUE KUO
Inst. Of Opto-electronics
1.引言 2. TFT LCD互连金属线的基础知识 3.a-si:H TFT的互连金属线的要求 4.TFT阵列的导电材料 5.用于先进的TFT阵列生产的导电材料的关键问题 6. TFT阵列导电材料的淀积 7. a-si:HTFT阵列导电材料的湿法刻蚀 8.小结
Inst. Of Opto-electronics
4.TFT阵列的导电材料
常见导电材料的特性
Inst. Of Opto-electronics
5.用于先进的TFT阵列生产的导电材料的关键问题
栅扫描线的准备
栅金属特性的要求可概述如下：（1）很低的电阻率，（2）高抗热性，
（3）易于刻蚀，包括变得很细，（4）能牢固地附着在玻璃衬底上。 栅扫描线材料 •
低，低于0.03at%。
Inst. Of Opto-electronics
Al和其合金膜（2at%掺杂）的电阻率 与退火温度的函数关系的变化曲线
Inst. Of Opto-electronics 高温的影响，如小丘和针状物，在250℃退火后就显示出来。 小丘和针状物的数量可以通过增加掺杂元素的含量来减少，但是电阻率就升高了。
• • • •
Al Al-过渡金属合金 Al-稀土合金 Al三重ectronics
• Al 为了降低成本，Al或Cu可以直接用作栅金属。Al及其合金（Al-Cu和AlCu-Si）已经广泛地应用在VLSIC的高传导内部连线上。Al及其合金的小丘和 针状物的形成不仅是造成成品率降低的主要原因，而且会影响半导体器件的寿 命。这些缺陷是由于高电流密度情况下电子迁移或制造高温的高压造成的。
薄膜晶体管材料和工艺 第一卷 非晶硅薄膜晶体管
第八章 a-Si:H TFT阵列制造中的金属化
——互连金属线的沉积和湿法刻蚀
YUE KUO
Inst. Of Opto-electronics
1.引言 2. TFT LCD互连金属线的基础知识 3.a-si:H TFT的互连金属线的要求 4.TFT阵列的导电材料 5.用于先进的TFT阵列生产的导电材料的关键问题 6. TFT阵列导电材料的淀积 7. a-si:HTFT阵列导电材料的湿法刻蚀 8.小结
Inst. Of Opto-electronics
4.TFT阵列的导电材料
常见导电材料的特性
Inst. Of Opto-electronics
5.用于先进的TFT阵列生产的导电材料的关键问题
栅扫描线的准备
栅金属特性的要求可概述如下：（1）很低的电阻率，（2）高抗热性，
（3）易于刻蚀，包括变得很细，（4）能牢固地附着在玻璃衬底上。 栅扫描线材料 •
低，低于0.03at%。
Inst. Of Opto-electronics
Al和其合金膜（2at%掺杂）的电阻率 与退火温度的函数关系的变化曲线
Inst. Of Opto-electronics 高温的影响，如小丘和针状物，在250℃退火后就显示出来。 小丘和针状物的数量可以通过增加掺杂元素的含量来减少，但是电阻率就升高了。
• • • •
Al Al-过渡金属合金 Al-稀土合金 Al三重ectronics
• Al 为了降低成本，Al或Cu可以直接用作栅金属。Al及其合金（Al-Cu和AlCu-Si）已经广泛地应用在VLSIC的高传导内部连线上。Al及其合金的小丘和 针状物的形成不仅是造成成品率降低的主要原因，而且会影响半导体器件的寿 命。这些缺陷是由于高电流密度情况下电子迁移或制造高温的高压造成的。
a-siTFT
V =V +V +φ Q = −Q − Q − Q Q = C •V
GS fm s MS
GS m ss GS fm fm
loc
• 定义阈值电压Vth是在Qm=0，并且的Vs=0下推 导出的，则:
V
TH
=
Q C
GS fm
+φ
MS
V =V
TH
+ηVDS T0
迁移率µ0 和θ的提取
u
eff
=
u 1 − θ (V −V
a-Si:H TFT的电流-电压特性
线性区漏极电流
W V I DS = L ⋅ueff ⋅Cfm⋅[(V GS −VTH)V DS − 2 ]
2 DS
饱和区
vmax⋅L) v ⋅ L v ⋅ L ]⋅ − (VGS−VTH) +( u u ueff
2 2 max max eff eff
W = ⋅ueff ⋅Cfm⋅[ I DS L
非晶态半导体是无序系统，电子的本征波函 数.不是布洛赫函数，从而导致电子状态的 局域化。当无序程度低于临界值时，每个 能带中的状态将有部分是局域态，它们位 于带顶和带底附近，形成所谓带尾，而位 于能带中部的态是扩展态。局域态和扩展 态之间的边界称迁移率边。迁移率边的位 置依赖于无序程度，无序度达到某一临界 值时，带顶和带底的迁移率边相连，能带 中的全部状态将全部成为局域态。
• 在亚阈值后区，负的栅压使表面积累的电 子大部分耗尽，由于表面高的界面太密度， 在阻挡层界面有一个弱的反电子沟道存在， 栅压负方向增加，亚阈值电流减小，过渡 到截止区。泄露电流随栅压往负方向成指 数增加，主要是由场增强使深陷阱态中的 载流子发散造成的。
a-Si:H TFT阈值电压
a-SiH_TFT的能带和工作内部结构
•正栅型（顶栅型）：通过改进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寸采用的是背沟道阻挡 型结构；6.5采用的是背沟道刻蚀型结构
16
a-Si TFT驱动原理
•a-Si TFT有源矩阵液晶显示器：a-Si是指有源层采用的是半导体材料a-Si的LCD； TFT是指 薄膜晶体管；有源矩阵是指有TFT等有源元件的矩阵形结构的LCD；液晶 显示器英文缩写是LCD。
△LD i/s SiNx
绝缘层
a-Si:H
1. a-Si:H TFT的工作原理
当VGS≤VTR时，泄漏电流是由于Poole- Fenkel效应引起的载流子发散造成的， 所以该区又叫Poole-Fenkel发散区。在漏源之间的泄漏电流随栅压往负方向 增加，呈指数增加，主要是由场增强使得深缺陷态中的载流子发散造成的。
3.TFT-LCD的基本结构
•倒栅型（底栅型）：背沟道刻蚀型和背沟道阻挡型。
•背沟道刻蚀型的半导体层a-Si层的厚度是2000~3000A；刻蚀 n+a-Si层时a-Si层也被刻蚀，由于刻蚀的选择比小，所以a-Si 层相应要厚，工艺难度大；a-Si层厚，所以生产性不好。 •背沟道阻挡型的半导层a-Si层的厚度是300~500A；刻蚀n+aSi层时SiN也被刻蚀，由于刻蚀选择比大a-Si层可以做得薄， 工艺简单；a-Si层薄P-CVD的生产性好。
绝缘层
欧姆接触
MIS结构
3
a-Si:H TFT的能带图
1. a-Si:H TFT的工作原理
随栅极电压VGS而变化，基本上可分为积累、耗尽、反型 三种情况
表面出现电子的积累而带负电
Ec
Ec
qvB
Ef
Ef
即可能降低成本
彩晶的10.4寸和16.1寸采用的是背沟道阻挡 型结构；6.5采用的是背沟道刻蚀型结构
16
a-Si TFT驱动原理
•a-Si TFT有源矩阵液晶显示器：a-Si是指有源层采用的是半导体材料a-Si的LCD； TFT是指 薄膜晶体管；有源矩阵是指有TFT等有源元件的矩阵形结构的LCD；液晶 显示器英文缩写是LCD。
△LD i/s SiNx
绝缘层
a-Si:H
1. a-Si:H TFT的工作原理
当VGS≤VTR时，泄漏电流是由于Poole- Fenkel效应引起的载流子发散造成的， 所以该区又叫Poole-Fenkel发散区。在漏源之间的泄漏电流随栅压往负方向 增加，呈指数增加，主要是由场增强使得深缺陷态中的载流子发散造成的。
3.TFT-LCD的基本结构
•倒栅型（底栅型）：背沟道刻蚀型和背沟道阻挡型。
•背沟道刻蚀型的半导体层a-Si层的厚度是2000~3000A；刻蚀 n+a-Si层时a-Si层也被刻蚀，由于刻蚀的选择比小，所以a-Si 层相应要厚，工艺难度大；a-Si层厚，所以生产性不好。 •背沟道阻挡型的半导层a-Si层的厚度是300~500A；刻蚀n+aSi层时SiN也被刻蚀，由于刻蚀选择比大a-Si层可以做得薄， 工艺简单；a-Si层薄P-CVD的生产性好。
绝缘层
欧姆接触
MIS结构
3
a-Si:H TFT的能带图
1. a-Si:H TFT的工作原理
随栅极电压VGS而变化，基本上可分为积累、耗尽、反型 三种情况
表面出现电子的积累而带负电
Ec
Ec
qvB
Ef
Ef
第07章-薄膜晶体管的结构与设计
常采用5次光刻： 1次光刻：栅线 2次光刻：有源岛 3次光刻：源漏电极 4次光刻：钝化及过孔 5次光刻：像素电极 13
7.2.2 采用4次光刻的工艺流程
光刻数
5次光刻
4次光刻
1 栅极
栅极
2 a-Si:H有源岛
a-Si:H有源岛、源漏电 极、n+a-Si沟道切断
3
源漏电极、n+a-Si沟道 切断
SiNx保护膜、过孔
第7章 薄膜晶体管的 结构及设计
2013年02月10日
本章主要内容
7.1 a-Si:H TFT结构概述 7.2 背沟道刻蚀结构的a-Si:H TFT 7.3 背沟道保护结构的a-Si:H TFT 7.4 其他结构的a-Si:H TFT 7.5 薄膜晶体管阵列的设计
2
7.1 a-Si:H TFT 结构概述
17
7.2.2 采用4次光刻的工艺流程
第2次光刻的工艺流程概括为：连续沉积薄膜→涂胶→多段式调整掩膜版曝 光→显影→湿法刻蚀→干法刻蚀及灰化→再湿刻、去胶、再干法刻蚀。
源极
沟道处
光刻胶 漏极
（a）再湿刻沟道处金属
源极
漏极 切断后n+a-Si a-Si:H 有源岛
（b）去胶及再干法刻蚀沟道切断 n+a-Si
Item PEP5 PEP4 PEP3
PEP2
PEP1
Sub-Item
ITO
ITO
PV
SiNx
Mo
M2
Al
Mo
N
n+a-Si
I
a-Si
G
SiNx
Mo M1
AlNd
Spec(Ǻ) 500 2500 450 2500 150 300 1500 3500 500 2700
TFT-LCD结构及工作原理
TFT液晶屏：TFT-LCD结构及工作原理TFT-LCD即薄膜场效应晶体管LCD，是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种。
TFT的显示采用“背透式”照射方式——假想的光源路径不是像TN液晶那样从上至下，而是从下向上。
这样的作法是在液晶的背部设置特殊光管，光源照射时通过下偏光板向上透出。
由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极，在FET电极导通时，液晶分子的表现也会发生改变，可以通过遮光和透光来达到显示的目的，响应时间大大提高到80ms左右。
因其具有比TN-LCD更高的对比度和更丰富的色彩，荧屏更新频率也更快，故TFT俗称“真彩”。
TFT-LCD的主要特点是为每个像素配置一个半导体开关器件。
由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制。
因而每个节点都相对独立，并可以进行连续控制。
这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应速度，同时也可以精确控制显示灰度，这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因。
目前，绝大部分笔记本电脑厂商的产品都采用TFT-LCD。
早期的TFT-LCD主要用于笔记本电脑的制造。
尽管在当时TFT相对于DSTN具有极大的优势，但是由于技术上的原因，TFT-LCD在响应时间、亮度及可视角度上与传统的CRT显示器还有很大的差距。
加上极低的成品率导致其高昂的价格，使得桌面型的TFT-LCD成为遥不可及的尤物。
不过，随着技术的不断发展，良品率不断提高，加上一些新技术的出现，使得TFT-LCD在响应时间、对比度、亮度、可视角度方面有了很大的进步，拉近了与传统CRT显示器的差距。
如今，大多数主流LCD 显示器的响应时间都提高到50ms以下，这些都为LCD走向主流铺平了道路。
LCD的应用市场应该说是潜力巨大。
但就液晶面板生产能力而言，全世界的LCD主要集中在中国台湾、韩国和日本三个主要生产基地。
亚洲是LCD面板研发及生产制造的中心，而台、日、韩三大产地的发展情况各有不同。
目前主流的TFT面板有a－Si(非晶硅薄膜晶体管)、TFT技术和LTPS TFT（低温复晶硅）TFT技术。
TFT液晶工作原理及常见不良分析 ppt课件
ppt课件 15
3）显示颜色淡 A. 初始化代码。部分淡，部分不淡，常见 GAMMA代码不对。GAMMA 代码需LCD供应 商提供。初始化代码不要改变GAMMA值。 B. FPC上元器件虚焊（倍压电容，虑波电 容），造成VGH,VHL电压过小。 C. 晶振电阻过小。选择的晶振电阻过小。 D. 一般情况下与二极管无关。
VGH,VGL没升压。
ppt课件
13
2）花屏—显示不规则的花点，如下图。 有升压 （VGH,VGL电压正常），不能正常显示红绿蓝及 图片等。 一般是软件原因，常见于方案公司调程 序时。
ppt课件
14
A. 数据位数不对。16/18位。 B. 送显示数据前没送显示指令。 一般IC: 22H指令。 C. 设置窗口指令有误。 D 显示图片的图片CODE 有误。 240*320——》241*320
ppt课件 3
显示图像的关键还在于液晶在电场作用下的 分子取向。一般通过对基板内側的取向处理， 使液晶分子的排列产生希望的形变来实现不 同的显示模式。在电场作用下，液晶分子产 生取向变化，并通过与偏振片的配合，使入 射光在通过液晶层后强度发生变化。从而实 现图像显示。
ppt课件
4
ppt课件
5
ppt课件
6
ppt课件
7
TFT-LCD彩色化则一般是通过加一层彩 色滤光片，在显示器的前面板上实现。 它要求在每个像素上制作红、绿、蓝三 色和遮光用黑矩阵。 3、TFT LCD制造工艺 TFT-LCD的制造工艺有以下几部分：在 TFT基板上形成TFT阵列；在彩色滤光片 基板上形成彩色滤光图案及ITO导电层； 用两块基板形成液晶盒；安装外围电路、 组装背光源等的模块组装。
二、常用不良分析 1 偏光片没按图纸切片。
3）显示颜色淡 A. 初始化代码。部分淡，部分不淡，常见 GAMMA代码不对。GAMMA 代码需LCD供应 商提供。初始化代码不要改变GAMMA值。 B. FPC上元器件虚焊（倍压电容，虑波电 容），造成VGH,VHL电压过小。 C. 晶振电阻过小。选择的晶振电阻过小。 D. 一般情况下与二极管无关。
VGH,VGL没升压。
ppt课件
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2）花屏—显示不规则的花点，如下图。 有升压 （VGH,VGL电压正常），不能正常显示红绿蓝及 图片等。 一般是软件原因，常见于方案公司调程 序时。
ppt课件
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A. 数据位数不对。16/18位。 B. 送显示数据前没送显示指令。 一般IC: 22H指令。 C. 设置窗口指令有误。 D 显示图片的图片CODE 有误。 240*320——》241*320
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显示图像的关键还在于液晶在电场作用下的 分子取向。一般通过对基板内側的取向处理， 使液晶分子的排列产生希望的形变来实现不 同的显示模式。在电场作用下，液晶分子产 生取向变化，并通过与偏振片的配合，使入 射光在通过液晶层后强度发生变化。从而实 现图像显示。
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TFT-LCD彩色化则一般是通过加一层彩 色滤光片，在显示器的前面板上实现。 它要求在每个像素上制作红、绿、蓝三 色和遮光用黑矩阵。 3、TFT LCD制造工艺 TFT-LCD的制造工艺有以下几部分：在 TFT基板上形成TFT阵列；在彩色滤光片 基板上形成彩色滤光图案及ITO导电层； 用两块基板形成液晶盒；安装外围电路、 组装背光源等的模块组装。
二、常用不良分析 1 偏光片没按图纸切片。
A-Si TFT-LCD基本构成及显示原理PPT
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TFT-LCD 彩膜基板
彩膜结构图
RGB
CF 玻璃基板
彩 膜
RGBRGB
RGBRGB
排 RGBRGB 列
Stripe 排列
RGBRGB BRGBRG GBRGBR
Mosaic 排列
RGBRG BRGBR
RGBRG BRGBR
RGBRG
Delta 排列 6
驱动和控制电路部分
1、时序控制器 2、栅驱动器 3、源驱动器 4、直流/直流 转换器 5、灰度级电压电路 6、PCB （X/Y） 7、逆变器 8、接口
tftlcd显示原理及基本构成tftlcd基本构成及显示原理tftlcd基本构成tftlcdpanel驱动及控制电路背光源及组件tftlcd基本工作原理常白模式液晶显示基本原理tftlcd液晶显示器灰度和颜色显示tftlcd生产工艺流程tftlcd阵列工艺流程tftlcd成盒工艺流程tftlcd模块工艺流程tftlcd的基本构成tftlcd屏构成tftlcd阵列基板tftlcd彩膜基板驱动和控制电路部分背光源及结构组件常白模式液晶显示基本原理tftlcd液晶显示器灰度显示tftlcd液晶显示器颜色显示tftlcd液晶显示器颜色显示数据灰度级和色数之间的关系tftlcd阵列工艺流程tftlcd成盒工艺流程tftlcd模块工艺流程lcd屏2
TFT-LCD显示原理及基本构成
1
TFT-LCD基本构成及显示原理
▪ TFT-LCD基本构成
– TFT-LCD Panel – 驱动及控制电路 – 背光源及组件
▪ TFT-LCD基本工作原理
– 常白模式液晶显示基本原理 – TFT-LCD液晶显示器灰度和颜色显示
▪ TFT-LCD生产工艺流程
– TFT-LCD阵列工艺流程 – TFT-LCD成盒工艺流程 – TFT-LCD模块工艺流程
TFT-LCD 彩膜基板
彩膜结构图
RGB
CF 玻璃基板
彩 膜
RGBRGB
RGBRGB
排 RGBRGB 列
Stripe 排列
RGBRGB BRGBRG GBRGBR
Mosaic 排列
RGBRG BRGBR
RGBRG BRGBR
RGBRG
Delta 排列 6
驱动和控制电路部分
1、时序控制器 2、栅驱动器 3、源驱动器 4、直流/直流 转换器 5、灰度级电压电路 6、PCB （X/Y） 7、逆变器 8、接口
tftlcd显示原理及基本构成tftlcd基本构成及显示原理tftlcd基本构成tftlcdpanel驱动及控制电路背光源及组件tftlcd基本工作原理常白模式液晶显示基本原理tftlcd液晶显示器灰度和颜色显示tftlcd生产工艺流程tftlcd阵列工艺流程tftlcd成盒工艺流程tftlcd模块工艺流程tftlcd的基本构成tftlcd屏构成tftlcd阵列基板tftlcd彩膜基板驱动和控制电路部分背光源及结构组件常白模式液晶显示基本原理tftlcd液晶显示器灰度显示tftlcd液晶显示器颜色显示tftlcd液晶显示器颜色显示数据灰度级和色数之间的关系tftlcd阵列工艺流程tftlcd成盒工艺流程tftlcd模块工艺流程lcd屏2
TFT-LCD显示原理及基本构成
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TFT-LCD基本构成及显示原理
▪ TFT-LCD基本构成
– TFT-LCD Panel – 驱动及控制电路 – 背光源及组件
▪ TFT-LCD基本工作原理
– 常白模式液晶显示基本原理 – TFT-LCD液晶显示器灰度和颜色显示
▪ TFT-LCD生产工艺流程
– TFT-LCD阵列工艺流程 – TFT-LCD成盒工艺流程 – TFT-LCD模块工艺流程
TFT工作原理介绍
TFT的工作原理介绍
TFT LCD工作原理
TFT-“Thin Film Transistor”，即薄膜晶体管 图象如何产生？ 显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的象素 组成，只要控制各个象素显示相应的颜色就能 达到目的了。在TFT LCD中一般采用背光技术， 为了能精确地控制每一个象素的颜色和亮度就 需要在每一个象素之后安装一个开关，TFT在 LCD的生产过程中即充当一个类似开关的元件。
MIS→MOSFET（MISFET）
分析完MIS结构，我们就可以展开MOSFET的讨论了，因为 TFT实际上与MOSFET的结构极为类似，区别在于用a-Si:H替 代两个背靠背的PN结。
栅极电压Vgs对Id的控制
当栅极悬空或Vgs=0V时 栅极悬空时，漏极和源极之间 未形成导电沟道
此时沟道未形成，即使源漏间加上电压，也只有很少 的漏电流通过
4
Glass Gate Metal Deposition Gate Patterning SiNx Deposition a-Si Deposition n+ a-Si Deposition Via hole Active Patterning Data Metal Deposition Data Metal Patterning n+ a-Si Etch n+ a-Si SiNx Deposition Via Hole Patterning ITO Deposition Pixel Patterning a-Si Gate insulator SiNx Glass Passivation SiNx Data Pixel Gate
3
Side View
Gate： Ti ，Al ，Ti，做栅极电极， 之所以要做三层，是考虑膜间的 stress及adhesion G-SiNx：绝缘栅，介质层 a-Si：H：氢化非晶硅，有源层， TFT打开时作为沟道 N+ a-si:使源漏与a-Si形成良好的 欧姆接触 S/D:源漏，底层Al，上层Ti，做两 层的目的与gate层相同 P-SiNx：passivation,保护层，或 者叫钝化层 ITO：氧化铟锡，透明导电薄膜， 导电及透光率良好。
TFT LCD工作原理
TFT-“Thin Film Transistor”，即薄膜晶体管 图象如何产生？ 显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的象素 组成，只要控制各个象素显示相应的颜色就能 达到目的了。在TFT LCD中一般采用背光技术， 为了能精确地控制每一个象素的颜色和亮度就 需要在每一个象素之后安装一个开关，TFT在 LCD的生产过程中即充当一个类似开关的元件。
MIS→MOSFET（MISFET）
分析完MIS结构，我们就可以展开MOSFET的讨论了，因为 TFT实际上与MOSFET的结构极为类似，区别在于用a-Si:H替 代两个背靠背的PN结。
栅极电压Vgs对Id的控制
当栅极悬空或Vgs=0V时 栅极悬空时，漏极和源极之间 未形成导电沟道
此时沟道未形成，即使源漏间加上电压，也只有很少 的漏电流通过
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Glass Gate Metal Deposition Gate Patterning SiNx Deposition a-Si Deposition n+ a-Si Deposition Via hole Active Patterning Data Metal Deposition Data Metal Patterning n+ a-Si Etch n+ a-Si SiNx Deposition Via Hole Patterning ITO Deposition Pixel Patterning a-Si Gate insulator SiNx Glass Passivation SiNx Data Pixel Gate
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Side View
Gate： Ti ，Al ，Ti，做栅极电极， 之所以要做三层，是考虑膜间的 stress及adhesion G-SiNx：绝缘栅，介质层 a-Si：H：氢化非晶硅，有源层， TFT打开时作为沟道 N+ a-si:使源漏与a-Si形成良好的 欧姆接触 S/D:源漏，底层Al，上层Ti，做两 层的目的与gate层相同 P-SiNx：passivation,保护层，或 者叫钝化层 ITO：氧化铟锡，透明导电薄膜， 导电及透光率良好。
tft的工作原理
tft的工作原理
TFT（薄膜晶体管）是一种广泛应用于显示器、电视和移动设
备屏幕的技术。
它的工作原理如下：
1. 玻璃基板：TFT屏幕最底部的层是玻璃基板，其作为屏幕的支持和保护。
2. 透明导电层：玻璃基板上涂有一层透明的导电物质，通常是氧化铟锡（ITO），它能够传导电流同时保持透明。
3. 灯泡背光：屏幕背后附加一层背光源，通常是冷阴极荧光管（CCFL）或LED。
背光源照亮整个屏幕。
4. 色彩滤光片：透明导电层上面是三个不同色彩的滤光片（红、绿、蓝），每个滤光片对应一个基本颜色。
5. 液晶层：在滤光片上方是液晶层，液晶是一种特殊的有机材料，其分子可以通过电场而改变排列方向。
6. 薄膜晶体管：在液晶层的每个像素点后面，有一个对应的薄膜晶体管。
薄膜晶体管是一种半导体器件，它可以通过控制电流来改变液晶层中的透光度。
7. 数据驱动芯片：每个薄膜晶体管连接到一个数据驱动芯片。
数据驱动芯片接收来自电脑或其他源的信号，并将其转换为液晶层中的电流。
8. 液晶的操控：根据数据驱动芯片发送的电流信号，薄膜晶体管操控液晶分子的排列方向。
液晶分子的排列方向决定了光线穿过的程度，从而决定像素点的亮度和颜色。
9. 显示像素：整个屏幕由许多像素点组成，每个像素点通过调节液晶层的透光度来显示特定的颜色和亮度。
通过以上步骤，TFT屏幕能够显示出各种颜色和图像。
数据经过电路驱动转化为电流，控制每个像素点的亮度和颜色，从而实现高质量的图像显示。
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a-Si TFT的结构
3.a-Si:HTFT的基本结构
注:5PEP过孔在a-Si TFT的结构中没有体现
12
a-Si TFT的结构
3.TFT-LCD的基本结构
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a-Si TFT的结构
3.a-Si:HTFT的基本结构
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a-Si TFT的结构
3.TFT-LCD的基本结构
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a-Si TFT的结构
x
n+ 反型层 VGS≧VTH,VDS≧VGS-VTH
1. a-Si:H TFT的工作原理
y
x n+
VG
IDS
VD=小
IDsat n+ 反型层 VGS≧VTH,VDS<VGS-VTH VDsat （a）线性区域特性 VDS
y
VG
VD=大
IDS
IDsat n+ VDS
当VDS继续增大，增加 的电压将降落到夹断区上， 夹断区是已耗尽空穴的空 间电荷区，对沟道电流没 有贡献。
1. a-Si:H TFT的工作原理
用C-V特性曲线来说明a-Si:H TFT的三种情况，累积、耗尽等。
金属
1.50E-10
C(F/mm 2 )
绝缘层 t 空间 电荷区 半导体
欧姆接触
-20 -10 0 VGS (V) 10 20 30
1.45E-10 1.40E-10 1.35E-10 1.30E-10 -30
10
a-Si:H TFT 的截止区
△LD
绝缘层 i/s SiNx a-Si:H
1. a-Si:H TFT的工作原理
当VGS≤VTR时，泄漏电流是由于Poole- Fenkel效应引起的载流子发散造成的， 所以该区又叫Poole-Fenkel发散区。在漏源之间的泄漏电流随栅压往负方向 增加，呈指数增加，主要是由场增强使得深缺陷态中的载流子发散造成的。
3.TFT-LCD的基本结构
•倒栅型（底栅型）：背沟道刻蚀型和背沟道阻挡型。
•背沟道刻蚀型的半导体层a-Si层的厚度是2000~3000A；刻蚀 n+a-Si层时a-Si层也被刻蚀，由于刻蚀的选择比小，所以a-Si 层相应要厚，工艺难度大；a-Si层厚，所以生产性不好。 •背沟道阻挡型的半导层a-Si层的厚度是300~500A；刻蚀n+aSi层时SiN也被刻蚀，由于刻蚀选择比大a-Si层可以做得薄， 工艺简单；a-Si层薄P-CVD的生产性好。
100KHz 1MHz QC 与100KHz同时 QC 与1MHz同时
C
0
d t
MIS结构
7
a-Si:H TFT 的工作区
转移特性曲线，被分为四个区域：截止区VGS≤VTR、
1. a-Si:H TFT的工作原理
亚阈值区VTR<VGS<VON、亚阈值区又分为亚阈值后区VTR<VGS<0和亚阈 值前区0≤VGS<VON。
•正栅型（顶栅型）：通过改进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寸采用的是背沟道阻挡 型结构；6.5采用的是背沟道刻蚀型结构
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a-Si TFT驱动原理
•a-Si TFT有源矩阵液晶显示器：a-Si是指有源层采用的是半导体材料a-Si的LCD； TFT是指 薄膜晶体管；有源矩阵是指有TFT等有源元件的矩阵形结构的LCD；液晶 显示器英文缩写是LCD。 •有源矩阵与无源矩阵LCD的区别：单纯在2枚玻璃基板间注入液晶材料的LCD为无 源矩阵LCD；在内部引入薄膜晶体管或二级管等有源元件和液晶材料的LCD为有源 矩阵LCD。无源矩阵采用的是静态驱动即采用的是小规模固定图形的驱动法；有源 矩阵采用的是动态驱动。 •有源矩阵的驱动原理：a-Si TFT-LCD有源矩阵采用的是逐行扫描。CRT和P-Si TFT-LCD采用的是逐点扫描。在驱动a-Si TFT-LCD时，将扫描电路的顺序扫描信号 （也叫寻址信号）供给栅线，将同步电路的数据信号（也叫显示数据信号）供给数 据线（也叫信号线）。a-Si TFT元件配置在TFT基板上的栅线和数据线的交叉点上， 以栅线选通某行像素，在数据线上输入数据信号。当栅线从第一行像素到依次选通 到最后一行，即整个画面选通完成后构成一个画面，为1帧。当第一行栅线加上扫 描信号时，第一行上的所有TFT成为导电状态（有源层的电子由价带跃迁到导带， 形成可以自由移动的电子），所以的数据线加上数据信号（自由移动的电子可以沿 着电场方向移动形成电流），通过TFT加到像素电容和存储电容上，并由各自的数 据信号电压充电。扫描下一个栅线时，第一行栅线所选择的所有的像素，从数据线 上断电。由像素电容和存储电容来保持，保持的电荷可以储存到最后一行扫描结束。 反复进行同样的动作，完成1帧的驱动。
MIS结构
简化的底栅型a-Si TFT的结构
3
a-Si:H TFT的能带图
1. a-Si:H TFT的工作原理
随栅极电压VGS而变化，基本上可分为积累、耗尽、反型 三种情况
表面出现电子的积累而带负电
Ec qvB Ef Ei Ev (a) (b) Ec Ef Ei Ev
qVGS
qvs
（a）平带状态VGS=0；（b）电子积累VGS>0
17
a-Si TFT驱动原理
•有源矩阵的驱动原理： 象这样所供给的数据信号，由扫描信号通过开关控 制的TFT，写入像素电容和存储电容成为像素电压。以这个像素电压和对面 电极上的电压之差，使之显示图象。被写入的数据信号，保持到下一个扫 描信号供给时为止。也就是，由下一个扫描信号到数据被再写入为止，保 持前一个数据信号，以再写入数据信号更新画面。为此，从液晶角度，因 保持着数据信号施加的电压，实质上，液晶再做静态的动作。由于用直流 电压来驱动液晶，其寿命会变短，所以，需要交流电压的驱动。 •所谓帧，即是将整个栅线依次从上到下进行扫描，表示1个画面的显示完成 1回的期间。一个帧周期一般是肉眼的反应到60Hz（大约16.7ms）以上的重 复频率。也就是在1秒钟画面变化60次以上的意思。
(a) (b) 晶态和非晶态硅中缺陷示意图 (a)为晶体；(b)非晶体
2
a-Si:H TFT的工作原理
1. a-Si:H TFT的工作原理
有源层是a-Si:H，属弱n型非晶半导体材料 。 当栅极加正电压，表面形成电子的累积，源漏加电压后，形 成导电沟道。 类似于MOS的电容。
金属 绝缘层 半导体 欧姆接触
饱和区VON≤VGS≤VDS+VTH、 线性区VGS>VDS+VTH。
1.00E-05 1.00E-07 1.00E-09 1.00E-11 1.00E-13 1.00E-15 -25 -20 -15 -10
截止区
亚 阈 值 后 区
亚 阈 饱 值 和 前 区 区
线性区
转移特性曲线 饱和区界限 亚阈值前界限 亚阈值后界限 截止区界限
VDsat （b）饱和区域特性
9
a-Si:H TFT 的亚阈值区
△LD
绝缘层 前界面 i/s SiNx a-Si:H 后界面
1. a-Si:H TFT的工作原理
亚阈值前区：栅压加正压时，0≤VGS<VON时，漏极电流受界面态中陷阱数量和a-Si:H 禁带中深的类受主局域态的影响，感应出得大部分电子都被局域态和a-Si:H/绝缘层界 面所俘获，只有一小部分电子参与导电，因此有很小的亚阈值电流在漏源沟道之间流 动，大约为10-12~10-8A。当栅极的正压增加时，电子的密度也增加，电流呈指数形 式增加。 亚阈值后区：当VTR<VGS<0时，负的栅压使表面积累的电子大部分都耗尽由于表面 高的界面态密度，在a-Si:H/钝化层界面（相对a-Si:H/绝缘层界面为反界面）有一个弱 的反电子沟道存在，形成了亚阈值后区的导电沟道。栅压往负方向增加，亚阈值电流 减小，最后过渡到截止区。
彩晶的LCD的驱动使用的 是逐行扫描
18
4
a-Si:H TFT的能带图
1. a-Si:H TFT的工作原理
表面处电子浓度将较体内电子浓度低
Ec qVGS qvs Ev (c) (d) Ev Ef Ei Ec qvs Ef Ei
qVG
S
表面空穴浓度将超过体内电子的浓度 （c）电子耗尽VGS<0；（d）反型状态VGS<<0
5
理想的MOS器件的C-V特性曲线
IDS(A)
VTR -5
00
VON VDS+VTH20 VGS(V) 5 10 15 25
8
a-Si:H TFT 的线性区和饱和区
当VDS很小时，漏源之 间存在贯穿全沟道的导电 的N型沟道。 当VDS增加时，栅极与 反型层的电位差减少，使 得Qn减少，沟道电阻增 加。在接近漏极处，沟道 电荷逐渐减少； 当VDS=Vsat时，在漏极 处沟道电荷为零，这时沟 道开始夹断；
用C-V特性曲线来说明三种情况的变化，累积、耗尽等。
1. a-Si:H TFT的工作原理
金属
Dx CGDO RD Drain Gate CGDI CGSO Source CGSI RS (a) Sx
绝缘层
tቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ空间 电荷区
半导体
欧姆接触
VG
MIS结构
Cfm T1+T2
C
0
d t
Cs
6
a-Si:H TFT 的C-V特性曲线
第三讲a-Si:H TFT 的结构和工作原理
1. a-Si:H TFT的工作原理 3.TFT-LCD的基本结构
柏拉图 王丽娟 2006年8月29日
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a-Si:H 的性质
1. a-Si:H TFT的工作原理
a-Si:H TFT的有源层材料是a-Si:H，它是一种典型的非晶态半导体材料，从 而决定了TFT的某些性质不同于MOSFET。