8薄膜晶体管器件特性
薄膜晶体管
薄膜晶体管的定义:Thin Film Transistor (薄膜场效应晶体管),是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。
从而可以做到高速度高亮度高对比度显示屏幕信息。
TFT属于有源矩阵液晶显示器。
补充:TFT(ThinFilmTransistor)是指薄膜晶体管,意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动,从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息,是目前最好的LCD彩色显示设备之一,其效果接近CRT显示器,是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。
TFT的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制,是有源像素点。
因此,不但速度可以极大提高,而且对比度和亮度也大大提高了,同时分辨率也达到了很高水平。
TFT ( Thin film Transistor,薄膜晶体管)屏幕,它也是目前中高端彩屏手机中普遍采用的屏幕,分65536 色及26 万色,1600万色三种,其显示效果非常出色。
平板显示器种类:经过二十多年的研究、竞争、发展,平板显示器已进入角色,成为新世纪显示器的主流产品,目前竞争最激烈的平板显示器有四个品种:1、场致发射平板显示器(FED);2、等离子体平板显示器(PDP);3、有机薄膜电致发光器(OEL);4、薄膜晶体管液晶平板显示器(TFT-LCD)。
场发射平板显示器原理类似于CRT,CRT只有一支到三支电子枪,最多六支,而场发射显示器是采用电子枪阵列(电子发射微尖阵列,如金刚石膜尖锥),分辨率为VGA(640×480×3)的显示器需要92.16万个性能均匀一致的电子发射微尖,材料工艺都需要突破。
目前美国和法国有小批量的小尺寸的显示屏生产,用于国防军工,离工业化、商业化还很远。
等离子体发光显示是通过微小的真空放电腔内的等离子放电激发腔内的发光材料形成的,发光效应低和功耗大是它的缺点(仅1.2lm/W,而灯用发光效率达80lm/ W以上,6瓦/每平方英寸显示面积),但在102~152cm对角线的大屏幕显示领域有很强的竞争优势。
薄膜晶体管的原理及应用
薄膜晶体管的原理及应用1. 薄膜晶体管的原理薄膜晶体管(TFT)是一种以薄膜半导体材料作为控制电流的开关的一种晶体管。
它可以控制电流的流动,实现高速、高分辨率的显示和灵活的触控操作。
1.1 冯·诺依曼结构薄膜晶体管的原理基于冯·诺依曼结构,该结构由一根控制线、一根源极线和一根漏极线组成。
当控制线施加电压时,薄膜晶体管通电,电流从源极流向漏极,完成信息的传输和处理。
1.2 薄膜材料薄膜晶体管的薄膜材料通常使用非晶硅(a-Si)或多晶硅(p-Si)。
非晶硅薄膜晶体管具有低成本、易加工和高电流开关比,而多晶硅薄膜晶体管具有高迁移率、高电流开关比和低漏电流等优点。
2. 薄膜晶体管的应用薄膜晶体管广泛应用于平面显示器、触摸屏、柔性显示器等领域。
其优点包括高亮度、高对比度、高分辨率、低功耗和快速响应等。
2.1 平面显示器平面显示器是薄膜晶体管的一项重要应用。
通过控制薄膜晶体管开关的状态,可以控制液晶屏的亮度和颜色,实现高品质的图像显示。
薄膜晶体管技术使得平面显示器能够实现高分辨率、高亮度和快速响应的优势。
2.2 触摸屏触摸屏是另一个薄膜晶体管的应用领域。
薄膜晶体管可以被设计成触摸屏上的每一个感应点,通过控制电流开关来检测触摸位置和压力。
薄膜晶体管触摸屏具有高灵敏度、快速响应和高稳定性等优点。
2.3 柔性显示器柔性显示器是近年来发展迅速的一项技术,薄膜晶体管作为其核心技术之一。
与传统的玻璃基底不同,薄膜晶体管可以在柔性基底上制作,实现可弯曲、可卷曲的柔性显示器。
薄膜晶体管的柔性特性为柔性显示器的实际应用提供了更大的可能性。
2.4 其他应用薄膜晶体管还被应用于摄像头、计算机内存和电子书阅读器等领域。
其高速、高分辨率和低功耗的特性使得它在这些领域具有广泛的应用前景。
3. 总结薄膜晶体管作为一种重要的半导体器件,其原理和应用在信息显示和触摸技术方面具有重要意义。
通过对薄膜晶体管的研究和应用,我们可以不断推动显示技术的进步,实现更高级别的图像和操作体验。
薄膜晶体管
薄膜晶体管的定义:Thin Film Transistor (薄膜场效应晶体管),是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。
从而可以做到高速度高亮度高对比度显示屏幕信息。
TFT属于有源矩阵液晶显示器。
补充:TFT(ThinFilmTransistor)是指薄膜晶体管,意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动,从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息,是目前最好的LCD彩色显示设备之一,其效果接近CRT显示器,是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。
TFT的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制,是有源像素点。
因此,不但速度可以极大提高,而且对比度和亮度也大大提高了,同时分辨率也达到了很高水平。
TFT ( Thin film Transistor,薄膜晶体管)屏幕,它也是目前中高端彩屏手机中普遍采用的屏幕,分65536 色及26 万色,1600万色三种,其显示效果非常出色。
平板显示器种类:经过二十多年的研究、竞争、发展,平板显示器已进入角色,成为新世纪显示器的主流产品,目前竞争最激烈的平板显示器有四个品种:1、场致发射平板显示器(FED);2、等离子体平板显示器(PDP);3、有机薄膜电致发光器(OEL);4、薄膜晶体管液晶平板显示器(TFT-LCD)。
场发射平板显示器原理类似于CRT,CRT只有一支到三支电子枪,最多六支,而场发射显示器是采用电子枪阵列(电子发射微尖阵列,如金刚石膜尖锥),分辨率为VGA(640×480×3)的显示器需要92.16万个性能均匀一致的电子发射微尖,材料工艺都需要突破。
目前美国和法国有小批量的小尺寸的显示屏生产,用于国防军工,离工业化、商业化还很远。
等离子体发光显示是通过微小的真空放电腔内的等离子放电激发腔内的发光材料形成的,发光效应低和功耗大是它的缺点(仅1.2lm/W,而灯用发光效率达80lm/ W以上,6瓦/每平方英寸显示面积),但在102~152cm对角线的大屏幕显示领域有很强的竞争优势。
薄膜晶体管与mos管
薄膜晶体管与MOS管1. 引言薄膜晶体管(Thin-Film Transistor,简称TFT)和金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,简称MOSFET)是现代电子器件中常见的两种类型的晶体管。
本文将介绍这两种晶体管的结构、工作原理、特点以及应用领域。
2. 薄膜晶体管(TFT)2.1 结构薄膜晶体管是一种由多个层次组成的结构,主要包括:底部基板、栅极、源极、漏极和薄膜半导体层。
其中,底部基板通常由玻璃或塑料材料制成,栅极和源漏极则由导电材料如金属制成。
薄膜半导体层常使用非单晶硅或非晶硅材料制备。
2.2 工作原理在TFT中,通过在栅极上施加电压来控制源漏极之间的电流流动。
当栅极施加正电压时,电场会使得薄膜半导体层中的载流子(电子或空穴)被引入或排斥,从而改变了源漏极之间的电流。
这种控制电流的能力使得TFT在显示技术中得到广泛应用。
2.3 特点•高度集成化:TFT可以制备成非常小尺寸的晶体管,从而实现高度集成化的电路设计。
•低功耗:TFT在非工作状态下几乎不消耗能量,因此具有较低的功耗。
•高分辨率:TFT显示器具有高分辨率和良好的色彩表现力,适用于高质量图像显示。
2.4 应用领域薄膜晶体管主要应用于平面显示器(如液晶显示器)、触摸屏、光伏电池等领域。
其中,液晶显示器是最常见的应用之一,其通过控制每个像素点上TFT的导通与否来实现图像显示。
3. MOS管(MOSFET)3.1 结构MOS管是一种由金属-氧化物-半导体结构组成的晶体管。
它包括了栅极、源极、漏极和氧化物层。
栅极和源漏极由金属材料制成,氧化物层通常由二氧化硅(SiO2)构成。
3.2 工作原理在MOS管中,栅极施加的电压可以改变氧化物层下半导体中的电荷分布情况,从而调控源漏极之间的电流。
当栅极施加正电压时,形成了一个正电荷区域,吸引了负载流子(电子)。
薄膜晶体管(TFT)基础知识
关于TFTThin film transistor(TFT):薄膜晶体管原理类似于MOS 晶体管,区别在于MOS 是凭借反型层导电,TFT 凭借多子的积累导电。
常见TFT 结构:底栅结构(BG )、顶栅结构(TG )和双栅结构(DG )如下图所示 源极漏极有源层栅极衬底绝缘层栅极绝缘层源极漏极有源层衬底 衬底有源层漏极栅极源极绝缘层绝缘层栅极a ) BG 结构b )TG 结构c )DG 结构图一.常见的TFT 结构BG 特点:金属栅极和绝缘层可同时作为光学保护层,避免产生光生载流子,影响电学稳定性,通常在最上层加一层钝化层以减少外界干扰。
TG 特点:可以通过改善光刻工艺降低成本。
但要加保护层,防止背光源照射到有源层,产生光生载流子,影响电学性能。
DG 特点:可通过调节背栅电压来调整阈值电压,增加了器件的阈值稳定性。
弥补了BG 和TG 的缺点。
有报道称和C G 成反比关系,而双栅结构的C G =C BG +C TG ,所以DG 结构有较好的阈值稳定性。
表征TFT 性能的参数:1) 阈值电压:决定了器件的功耗,阈值越小越好。
2) 迁移率:表征器件的导电能力。
3) 开关电流比I On /I Off :表征栅极对有源层的控制能力。
4) 亚阈值摆幅S:漏极电流减小一个数量级所需的栅压变化,表征TFT 的开关能力。
TFT 的发展:主要是沟道材料的变化:氢化非晶硅多晶硅金属氧化物(ZnO 和a-IGZO )表1为以上材料的性能对比:由表1可以看出,1.非晶Si:迁移率较低,不透明,禁带宽度低,光照下不稳定。
2.多晶Si: 有较高的迁移率,但均匀性差,难大面积制备性质均匀的薄膜。
3.金属氧化物:有较高的迁移率,可见光透过率高,禁带宽度高,稳定性好。
金属氧化物ZnO和IGZO由于较高的迁移率和透光性,成为现阶段器件中主流的沟道材料。
IGZO和ZnO的性质:纯净的金属氧化物是不导电的,ZnO和IGZO的导电是在制备过程中会产生元素空位,ZnO 中既有Zn空位,又有O空位,呈弱n型半导体性质,这一性质决定了ZnO作为沟道层时在负压下阈值有较大的偏移,而IGZO主要以氧空位为主,呈强n型半导体性质,沟道层中几乎没有空穴,这使得IGZO在负压下有较好的阈值稳定性。
薄膜晶体管
薄膜晶体管目录简介发展历史现状原理发展前景图书信息简介薄膜晶体管 (英文名称为Thin-film transistor,简称TFT)是场效应晶体管的种类之一,大略的整理方式是在基板上沉积各种不同的薄膜,如半导体主动层、介电层和金属电极层。
薄膜晶体管是液晶显示器的关键器件,对显示器件的工作性能具有十分重要的作用.发展历史及现状人类对TFT的研究工作已经有很长的历史. 早在1925年,Julius Edger Lilienfeld首次提出结型场效应晶体管(FET)的基本定律,开辟了对固态放大器的研究.1933年,Lilienfeld 又将绝缘栅结构引进场效应晶体管(后来被称为 MISFET).1962 年,Weimer用多晶CaS薄膜做成TFT;随后,又涌现了用CdSe,InSb,Ge等半导体材料做成的TFT器件.二十世纪六十年代,基于低费用,大阵列显示的实际需求,TFT的研究广为兴起.1973年,Brody等人136光子技术2006年9月首次研制出有源矩阵液晶显示(AMLCD),并用CdSe TFT作为开关单元.随着多晶硅掺杂工艺的发展,1979年后来许多实验室都进行了将 AMLCD LeComber,Spear和Ghaith 用a-Si:H做有源层,做成TFT 器件.以玻璃为衬底的研究.二十世纪八十年代,硅基TFT在AMLCD 中有着极重要的地位,所做成的产品占据了市场绝大部分份额.1986年Tsumura等人首次用聚噻吩为半导体材料制备了有机薄膜晶体管(OTFT),OTFT技术从此开始得到发展.九十年代,有机半导体材料作为活性层成为新的研究热点.由于在制造工艺和成本上的优势,OTFT被认为将来极可能应用在LCD,OLED的驱动中.近年来,OTFT的研究取得了突破性的进展.1996 年,飞利浦公司采用多层薄膜叠合法整理了一块15微克变成码发生器(PCG);即使当薄膜严重扭曲,仍能正常工作.1998 年,无定型金属氧化物锆酸钡作为并五苯有机薄膜晶体管的栅绝IBM 公司用一种新型的具有更高的介电常数缘层,使该器件的驱动电压降低了4V,迁移率达到0.38cm2V-1s-1.1999年,Bell实验室的Katz和他的研究小组制得了在室温下空气中能稳定存在的噻吩薄膜,并使器件的迁移率达到0.1cm2V-1s-1.Bell实验室用并五苯单晶制得这向有机集成了一种双极型有机薄膜晶体管, 该器件对电子和空穴的迁移率分别达到2.7cm2V-1s-1和1.7cm2V-1s-1,电路的实际应用迈出了重要的一步.最近几年,随着透明氧化物研究的深入,以ZnO,ZIO等半导体材料作为活性层整理薄膜晶体管,因性能改进显着也吸引了越来越多的兴趣.器件制备工艺很广泛,比如:MBE,CVD,PLD等,均有研究.ZnO-TFT 技术也取得了突破性进展.2003 年,Nomura等人使用单晶 InGaO3(ZnO)5获得了迁移率为80 cm2V-1s-1的TFT器件.美国杜邦公司采用真空蒸镀和掩膜挡板技术在聚酰亚铵柔性衬底上开发了ZnO-TFT,这是在聚酰亚铵柔性衬底上首次研制成功了高迁移率的ZnO-TFT,这预示着在氧化物TFT子迁移率为50cm2V-1s-1.2006 年,Cheng领域新竞争的开始.2005年,ChiangHQ等人利用ZIO作为活性层制得开关比10薄膜晶体管.HC等人利用CBD方法制得开关比为105,迁移率为0.248cm2V-1s-1的TFT,这也显示出实际应用的可能.[1]原理薄膜晶体管是一种绝缘栅场效应晶体管.它的工作状态可以利用 Weimer表征的单晶硅MOSFET工作原理来描述.以n沟MOSFE为例. 当栅极施以正电压时,栅压在栅绝缘层中产生电场,电力线由栅电极指向半导体表面,并在表面处产生感应电荷.随着栅电压增加,半导体表面将由耗尽层转变为电子积累层,形成反型层.当达到强反型时(即达到开启电压时),源,漏间加上电压就会有载流子通过沟道.当源漏电压很小时,导电沟道近似为一恒定电阻,漏电流随源漏电压增加而线性增大.当源漏电压很大时,它会对栅电压产生影响,使得栅绝缘层中电场由源端到漏端逐渐减弱,半导体表面反型层中电子由源端到漏端逐渐减小,沟道电阻随着源漏电压增大而增加.漏电流增加变得缓慢,对应线性区向饱和区过渡.当源漏电压增到一定程度,漏端反型层厚度减为零,电压在增加,器件进入饱和区.在实际LCD生产中,主要利用a-Si:H TFT的开态(大于开启电压)对像素电容快速充电,利用关态来保持像素电容的电压,从而实现快速响应和良好存储的统一.发展前景未来TFT技术将会以高密度,高分辨率,节能化,轻便化,集成化为发展主流,从本文论述的薄膜晶体管发展历史以及对典型 TFT 器件性能分析来看,虽然新型OTFT,ZnO-TFT的研究已经揭示出优良的特性,甚至有的已经开始使用化,但实现大规模的商业化以及进一步降低成本等方面,还需要很多努力.因此在很长一段时间内将会与硅基材料器件并存.我国大陆的显示技术处于刚开始阶段,对新型TFT器件的研发以及显示技术的应用带来了重大的机遇和挑战.相信在不久的将来,OTFT和ZnO-TFT等新型器件为基础的产品会推动下一代光电子学的突飞猛进.图书信息书名:薄膜晶体管出版社: 电子工业出版社; 第1版 (2008年3月1日)平装: 450页正文语种: 简体中文开本: 16商品尺寸: 23.4 x 18.2 x 2.4 cm品牌: 电子工业出版社发行部TFT是如何工作的?TFT也就是薄膜晶体管,是用来主动控制每一个像素光通过量的元件。
薄膜晶体管原理及应用pdf董承远
薄膜晶体管原理及应用pdf董承远薄膜晶体管是一种半导体器件,是现代电子技术中的重要元件之一。
它常常被用于电子器件中,比如说计算机、手机和平板电脑等。
本文将围绕着“薄膜晶体管原理及应用pdf董承远”这一话题,介绍薄膜晶体管的原理及其应用。
第一步:薄膜晶体管的原理薄膜晶体管是一种非常薄的半导体材料,它由源、漏和栅三个区域组成。
其中,源和漏是由导体材料组成,栅则是由半导体材料组成。
当电压施加到栅电极上时,栅电极下的半导体材料会形成一个导电通路,从而导致电子流从源极流向漏极。
这个过程就是薄膜晶体管的开关过程,也就是它的特点之一。
薄膜晶体管的特点还在于它的速度非常快,因为它非常小。
这使得薄膜晶体管成为现代电子技术中非常重要的元件之一。
同时,它还有很高的集成度,也就是可以把很多薄膜晶体管集成在一起,从而构成更为复杂的电路。
第二步:薄膜晶体管的应用薄膜晶体管可以应用于极其广泛的领域。
其中最常见的就是我们所用的电子设备,比如计算机和手机。
在计算机中,薄膜晶体管可以被用于CPU中。
CPU是计算机中最为核心的处理器,它通过执行指令来完成计算机中的数据处理工作。
而薄膜晶体管可以被用来制造CPU中的开关,即使CPU能够高速地进行计算和处理。
在手机中,薄膜晶体管同样也占据着重要的地位。
比如说,它可以被用来制造手机中的屏幕。
在手机屏幕中,每个像素点都需要一个开关来控制颜色和亮度,而这个开关就可以通过薄膜晶体管来控制。
除了计算机和手机,薄膜晶体管还可以被应用在其他许多领域中。
比如说,它可以被用来制造电子测量设备中的放大器和开关,从而提高测量的精度和灵敏度。
它还可以被用来制造LED等发光二极管,从而实现更为明亮和耐用的照明灯具。
总结薄膜晶体管是一种非常重要的半导体器件,具有非常广泛的应用范围。
在本文中,我们详细介绍了薄膜晶体管的原理及其应用。
通过了解薄膜晶体管的工作原理和应用领域,我们可以更好地理解现代电子技术的发展趋势,同时也可以更好地应用这一技术。
IGZO薄膜晶体管的制备及其光电特性的研究
科学技术创新2021.10编号 短路电流(A)开路电压(V)效率(%) 填充因子(%)A 0.272 2.712 28.45 84.39 B0.2732.72129.1885.70表2样品电性能参数3结论采用了两种国产光刻胶进行了工艺优化实验,观测分析了两种光刻胶的表面、截面特性,证明两种光刻胶均可以优化到较好的显影图形。
光刻图形进一步制备了金属栅线,并进行了牢固度实验,发现A 光刻胶制备的电池栅线发生了脱落现象,而B 光刻胶制备的电池栅线未发生脱落。
证明B 光刻胶的可靠性比A 光刻胶要好。
通过电致发光实验,我们发现A 电池表面存在阴影,而B 电池表面不存在阴影。
这说明A 电池发生电极脱落现象的原因是栅线与太阳电池基体未形成良好的接触。
进一步的电性能测试发现,A 电池的串联电阻比B 电池更大,验证了我们的分析。
综合分析得知,B 光刻胶工艺优于A 光刻胶工艺,更适合用于空间用太阳电池的栅线制备。
参考文献[1]铁剑锐,李晓东,孙希鹏.高效超薄空间用三结砷化镓太阳电池研制[J].电源技术,2018,42(08):86-88.[2]陈光红,于映,罗仲梓等.AZ5214E 反转光刻胶的性能研究及其在剥离工艺中的应用[J].功能材料,2005(03):113-115+122.[3]李雯,谭智敏,薛昕,等.紫外线厚胶光刻技术研究及应用[J].微纳电子技术,2003(08):151-153.IGZO 薄膜晶体管的制备及其光电特性的研究刘璐高晓红孟冰付钰孙玉轩王森刘羽飞胡顶旺(吉林建筑大学电气与计算机学院,吉林长春130000)众所周知,薄膜晶体管(TFT )在平板显示(FPDs )领域充当着重要的角色,尤其是有源矩阵液晶显示器件(AMLCD )和有源矩阵有机发光二极管显示器件(AMOLED )中[1]。
TFT 作为一种重要的开关器件,其性能的高低在很大程度上受到其半导体沟道层的影响。
与其它沟道层材料相比,氧化物沟道层可以在较低的工艺温度实现更均匀更平整的薄膜、更高的迁移率和更低的开启电压。
第06章 薄膜晶体管的工作原理
3.主导薄膜晶体管的半导体现象—— 电导现象 4.影响薄膜晶体管性质参数—— 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
栅
源
漏
两个p区
SiO2绝缘层 金属铝 P型导电沟道 p+
n type Si 衬底
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
0
d
0
P+
n
P+
n型硅
P+
p
P+
6.2 MOS场效应晶体管
MIS结构定义
MOS结构相当于一个电容 金属与半导体之间加电压 在金属与半导体相对的两个表面上就充 上等量异号的电荷 在金属一侧,分布在一个原子层厚度内 在半导体一侧,分布在空间电荷区
金属
d
绝缘层
n型硅 欧姆接触
半导体
6.2 MOS场效应晶体管
MIS结构表面电荷的变化
Vg>0 金属 d 绝缘层 Vg<0 Vg<<0
d
+ + +
d +
+ + n型硅 + +
n型硅 欧姆接触
半导体
n型硅
(a)积累
(b)耗尽
(c)反型
6.2 MOS场效应晶体管
MOSFET工作原理
当Vs=0,Vd<0时:Vg=0,pn结反偏 Vg>0,电子积累,pn结反偏
可见在半导体中有 自由电子和空穴两
Si Si Si
薄膜晶体管研究进展
薄膜晶体管研究进展许洪华1,徐 征2, 黄金昭2,袁广才2,孙小斌2,陈跃宁1(1.辽宁大学 物理系,沈阳 110036 ; 2.北京交通大学 光电子技术研究所,发光与光信息技术教育部重点实验室,北京 100044 )摘 要:薄膜晶体管是液晶显示器的关键器件,对显示器件的工作性能具有十分重要的作用。
本文论述了薄膜晶体管的发展历史,描述了薄膜晶体管的工作原理,分析了非晶硅薄膜晶体管、多晶硅薄膜晶体管、有机薄膜晶体管、ZnO活性层薄膜晶体管的性能结构特点与最新进展,并展望了薄膜晶体管的应用。
关键词:薄膜晶体管;液晶显示;ZnO薄膜中图分类号:TN304;TQ050;TB742 文献标识码:AResearch Progress on Thin Film TransistorXU Hong-hua1, XU Zheng2, HUANG Jin-zhao2, YUAN Guang-cai2, SUN Xiao-bin2, CHEN Yue-ning1(1. Department of Physics, Liao-ninUniversity, Shenyang 110036 ; 2. Key Laboratory of Luminescence and OpticalInformation , Ministry of Education Institute of Optoelectronics Technology, Beijing Jiaotong University , Beijing 100044 ) Abstract: Thin film transistor(TFT)which is of great importance in the properties of display devices is the key device of liquid crystal display. In this paper, the research history and the operating principles of TFT are described, meanwhile, the outstanding properties and recent research progress on thin film transistor such as amorphous silicon TFT, polycrystalline silicon TFT, organic TFT and ZnO-Based TFT are analyzed. At last, the development trends of thin film transistor are forecasted.Key Words: thin film transistor; liquid crystal display; zinc oxide thin film1 引言纵观信息时代迅猛发展的各项技术,不论网络技术与软件,还是通信技术、计算机技术,如果没有TFT-LCD 为代表的平板显示技术做人机交互界面,就构不成现在的信息社会。
多晶硅薄膜晶体管特性研究
多晶硅薄膜晶体管特性研究摘要多晶硅薄膜晶体管(polysilicon thin film transiston)因其高迁移率、高速高集成化、p 型和n型导电模式、自对准结构以及耗电小、分辨率高等优点,近年来被广泛的应用于液晶显示器。
随着器件尺寸减小至深亚微米,热载流子退化效应所致器件以及电路系统的可靠性是器件的长期失效问题。
本文主要研究热载流子效应。
首先,研究热载流子退化与栅极应力电压,漏极应力电压及应力时间的依赖关系。
其次,漏极轻掺杂(Light Doped Drain,LDD)结构是提高多晶硅薄膜晶体管抗热载流子特性的一种有效方法,研究了LDD结构多晶硅薄膜晶体管的结构参数对器件可靠性的影响。
关键词:多晶硅薄膜晶体管热载流子效应可靠性Study on Characteristics of polysilicon thin film transistorAbstractToday, p-Si TFTs are used broadly in display devices because of its high field effect mobility,high integration and high speed,high definition display,n channel and p channel capability,low power consumption and self-aligned structures. With the device scaling down to deep-submicrometer, the reliability of the device circuit system induced by hot carrier effect is long-term failure.Hot carrier effects is studied. Firstly,we mainly study the dependence between hot carrier degradation and gate-stress voltage,drain-stress voltage and stress time.Secondly,the structure of Light Doped Drain is an effective means to resist hot carrier effect ,the influence of parameters of LDD structures on reliability of p-Si TFT was investigated.Keywords:p-Si TFT;hot carrier effect;reliability目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1薄膜晶体管的发展 (1)1.2薄膜晶体管的结构以及工作原理 (2)1.2.1薄膜晶体管的结构 (2)1.2.2薄膜晶体管的工作原理 (3)1.3多晶硅薄膜晶体管的应用 (4)1.4多晶硅薄膜晶体管的热载流子效应 (5)第二章多晶硅薄膜晶体管的热载流子效应 (6)2.1热载流子效应 (6)2.2热载流子注入栅氧化层引起的退化 (6)2.3热载流子的注入机制 (7)2.4 提高多晶硅薄膜晶体管抗热载流子效应的措施 (9)2.5本章小结 (9)第三章多晶硅薄膜晶体管可靠性研究 (10)3.1多晶硅薄膜晶体管可靠性与热载流子应力条件的依赖关系 (10)3.1.1 阈值电压变化与栅极应力电压的关系 (10)3.1.2 阈值电压变化与漏极应力电压的关系 (11)3.1.3 阈值电压变化与应力时间的关系 (12)3.2 LDD多晶硅薄膜晶体管 (12)3.3 LDD多晶硅薄膜晶体管对热载流子效应的改善 (13)3.4 LDD多晶硅薄膜晶体管的结构参数对可靠性的影响 (14)3.4.1 LDD区注入能量对器件的影响 (14)3.4.2 LDD区掺杂浓度对横向电场的影响 (15)3.4.3 LDD区掺杂浓度对驱动性能的影响 (16)3.5 LDD结构多晶硅薄膜晶体管热载流子退化的简单模型 (17)3.6本章小结 (19)结语 (20)参考文献 (21)致谢 (22)第一章绪论1.1薄膜晶体管的发展人类对薄膜晶体管(thin film transiston: TFT)的研究工作已经有很长的历史。
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大学本科必修课:《薄膜晶体管原理及应用》第8讲薄膜晶体管器件特性任课教师:董承远上海交通大学电子工程系2015‐4‐27薄膜晶体管的操作特性及机理Review: Output Characteristics of NMOSpReview: Transfer Characteristics of NMOSa ce e t ode Depletion ModeEnhancement Mode Depletion ModeQualitative Comparison BetweenNMOS & TFTsI‐V Characteristics of TFTsCh t i ti f TFTTransfer Characteristics of a-Si: H TFTs Output Characteristics of an a-Si TFTgy gReview:Energy Band Diagram of a‐Si:HWeak BondsWeak BondsDeep StatesCovalent BondsOperation p .)I d (A mRegionAbove‐ThresholdIn the above-threshold region, the Fermi-level goes into the※In the above threshold region the Fermi level goes into the conduction band tail due to the high positive gate voltage (V GS>V T);※The conduction band tail and its associated parameters such as n ti and v ti determine the characteristics of the TFT in the above-d d t i th h t i ti f th TFT i th b threshold regime of operation.Sub RegionForward ‐threshold SiN Si HSiN E CGate a ‐SiNx a ‐Si:H a ‐SiNx E V E FSE FM qV a※In the forward subthreshold region the Fermi-level is in the middle of the band gap close to its intrinsic level Thus the middle of the band gap close to its intrinsic level. Thus, the density of trapped electrons at the a-Si:H / insulator interfaces and deep states of the a-Si:H gap is higher than interfaces and deep states of the a Si:H gap is higher than other charge components.Reverse Sub‐thresholdRegion※A high density of interface states is present at the back interface, which leads to a high density of intrinsic electrons at this interface. This electron channel (back channel) id f d ti b t th d i d provides a means for conduction between the drain and source electrodes in the reverse substhtrehold region.Poole‐Frenkel Emission Region※The holes are generated as a result of the Poole-Frenkel field-enhanced thermionic emission at the gate-drain overlap region. The leakage current results by virtue of conduction through the reverse-biased diode at the draind ti th h th bi d di d t th d i overlap region, which is enhanced by the electric field.Off‐Current in a‐Si TFTsQ:What factors may influence the Poole Frenkel Effect Q: What factors may influence the Poole-Frenkel Effect in a-Si TFTs?Review: DOS in ‐SipOperation of p‐Si TFTs-The carrier density increases as the gate voltage is increased.The carrier density increases as the gate voltage is increased-The grain boundary potential decreases as the gate voltage or drain voltage are increased.p() Operation of p‐Si TFTs (cont.)Operation of p‐Si TFTs (cont.)p-At low V g and V d(low field, I off is low and varies almost linearly with the V d. -At higher field, I varies almost exponentially with V and exhibits a g,off p y gdependency only on the channel width. This suggests that carriers are being emitted from the drain space charge region.Operation of p‐Si TFTs (cont.)(a)Thermionic Emission (TE)(b)Field Emission (FE)()(c)Thermionic FieldEmission (TFE, or Poole-Frenkel Emission)F k l E i i)Operation of p‐Si TFTs (cont.)Short ‐Si Chanel Effect in p TFTsChanel Effect in p TFTs(cont) Short ‐Si (cont.)Chanel Effect in p TFTs (cont )N T VariationShort ‐Si (cont.)Chanel Effect in p TFTs(cont) Short ‐Si (cont.)Chanel Effect of p(cont) Short ‐Si TFTs (cont.)Short ‐Si (cont.) Chanel Effect in p TFTs(cont)Short Chanel Effect in p‐Si TFTs (cont.) Drain-Induced Grain Barrier Lowering Effects (DIGBL) Effect薄膜晶体管操作特性的简单物理模型Spice Models of NMOS Review:Level 1:Level1:Level 3:Review: ExampleSolution:Level 3:Level 1:Conclusion: Obviously the drain current is significantly overestimated by Level 1 model.of TFTsModeling Directly modeling TFTs’ above threshold region with MOSFET Level 1of TFTs(cont)Modeling (cont.)•There exist two different points in the operational essence betweenTFTs and MOSFETs:‐TFTs operate at accumulation statel ipwhile MOFETs operate at inversion mode.‐TFTs possess much localized states inth i ti l hil htheir active layers while MOSFET have “ cleaner” energy band structure.Modeling of TFTs (cont.)gModeling of TFTs (cont.)Modeling of TFTs (cont.)of TFTs(cont) Modeling (cont.) Modeling TFTs with Square-law Modelof TFTs(cont)Modeling (cont.)Q: Please identify the linear region and saturation region in the above graphs.the above graphsExercise•An a‐Si TFT was fabricated and measured in our lab. are lab The channel thickness/length100nm/4um ; the initial electron density in a‐Si is 16cm‐3and the field effect mobility is i10d th fi ld ff t bilit i1cm2/V ∙ s. The thickness and the dielectricconstant of gate insulator is 300nm and 7.5p y y p respectively. Permittivity of free spaceε0=8.85 ×10‐14F/cm and the electron chargeis 1.6 ×10 C. If the ds becomes ×10A16‐19C I5‐6 with V gs=10 V and V ds=5 V, please find the channel width value in this device.h l idth l Z i thi d iContact Resistance in TFTs-The specific contact resistances between the source/drain metal electrodes and the n+ a-Si:H layers;-The resistances of n+ a-Si:H film;-The resistances due to the intrinsic a-Si:H layers between the source/ drain n+ a-Si:H layers./d i+Si H lContact Resistance in TFTs (cont.)The experimental relation between R f(in Ω-cm) and RC (in Ω-cm2) for Mo/n+a-Si:H contacts can be described by a Si:H contacts can be described byResistance in TFTs(cont) Contact (cont.)Contact Resistance in TFTs (cont.)Modeling ofTFTswithR c Incluedof TFTs(cont)Modeling (cont.)•MOSFET Level 1 (Square‐law Model) is the simplest physical model of TFTs andeasily dealt with hand calculations.•MOSFET LEVEL 1 can only model TFTs in ‐region with relatively above threshold lower accuracy.非晶硅薄膜晶体管的精确物理模型Modeling ‐Si TFTs (cont.)of a(cont)Field Effect Mobility yModeling ‐Si TFTs (cont.)of a(cont)。