薄膜晶體� (英文名稱為Thin-film transistor,簡稱TFT) 是場效應(yīng)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(dǎo)體主動層、介電層和金屬電極層。薄膜晶體管是液�顯示�的關(guān)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(yīng)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(yīng)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�(dǎo)體材料做成的 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 �(shù) 2006 � 9 � 首次研制出有源矩陣液晶顯�(AMLCD) ,并用 CdSe TFT 作為開關(guān)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�(dǎo)體材料制備了有機薄膜晶體�(OTFT) ,OTFT 技�(shù)從此� 始得到發(fā)�.九十年代,以有機半�(dǎo)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�(yīng)用在 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�(dāng)薄膜嚴重扭曲,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(yīng)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�(dǎo)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�(shù)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�(shù)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(yù)示著在氧化物 TFT 子遷移率� 50 cm2V-1 s-1. 2006 �, Cheng �(lǐng)域新競爭的開�. 2005 �, Chiang H Q 等人利用 ZIO 作為活性層制得開關(guān)比為 107 薄膜晶體�. H C等人利用 CBD 方法制得開關(guān)比為 105 ,遷移率為 0.248cm2V-1s-1 � TFT,這也顯示出實際應(yīng)用的可能.
薄膜晶體管是一種絕緣柵場效�(yīng)晶體�.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. �(dāng)柵極施以正電壓時,柵壓在柵絕緣層中�(chǎn)生電�,電力線由柵電極指向半�(dǎo)體表�,并在表面處產(chǎn)生感�(yīng)� �.隨著柵電壓增�,半導(dǎo)體表面將由耗盡層轉(zhuǎn)�?yōu)殡娮臃e累層,形成反型�.�(dāng)達到強反型時(即達到開啟電� �) ,�,漏間加上電壓就會有載流子通過溝道.�(dāng)源漏電壓很小�,�(dǎo)電溝道近似為一恒定電阻,漏電流隨源漏� 壓增加而線性增�. �(dāng)源漏電壓很大�,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(dǎo)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(yīng)線性區(qū)向飽和區(qū)� �.�(dāng)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�(guān)�(tài)來保持像素電容的電壓,從而實�(xiàn)� 速響�(yīng)和良好存儲的�(tǒng)一.
未來 TFT 技�(shù)將會以高密度,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�(shù)處于剛開始階�,對新� TFT 器件的研�(fā)以及顯示技�(shù)的應(yīng)用帶來了重大 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(chǔ)的產(chǎn)品會推動下一代光電子�(xué)的突飛猛�.