Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Низкотемпературный поликристаллический кремний (LTPS) - это поликристаллический кремний , который был синтезирован при относительно низких температурах (~ 650 ° C и ниже) по сравнению с традиционными методами (выше 900 ° C). LTPS важен для дисплеев , поскольку использование больших стеклянных панелей исключает воздействие деформирующих высоких температур. В частности, использование поликристаллического кремния в тонкопленочных транзисторах (LTPS-TFT) имеет высокий потенциал для крупномасштабного производства электронных устройств, таких как плоские ЖК- дисплеи или датчики изображения. [1]

Разработка поликристаллического кремния [ править ]

Поликристаллический кремний (p-Si) представляет собой чистую и проводящую форму элемента, состоящего из множества кристаллитов или зерен высокоупорядоченной кристаллической решетки . В 1984 году исследования показали, что аморфный кремний (a-Si) является отличным прекурсором для формирования пленок p-Si со стабильной структурой и низкой шероховатостью поверхности. [2] Кремниевая пленка синтезируется методом химического осаждения из паровой фазы при низком давлении (LPCVD) для минимизации шероховатости поверхности. Сначала осаждают аморфный кремний при 560–640 ° C. Затем он подвергается термическому отжигу (рекристаллизации) при 950–1000 ° С. Если начинать с аморфной пленки, а не непосредственно осаждать кристаллы, получается продукт с превосходной структурой и желаемой гладкостью. [3] [4]В 1988 году исследователи обнаружили, что дальнейшее снижение температуры во время отжига вместе с усовершенствованным плазменным химическим осаждением из паровой фазы (PECVD) может способствовать еще более высокой степени проводимости. Эти методы оказали глубокое влияние на микроэлектронику, фотоэлектрическую промышленность и отрасли, занимающиеся улучшением дисплеев.

Использование в жидкокристаллических дисплеях [ править ]

Схема жидкокристаллического дисплея. Когда к транзистору подается ток, жидкие кристаллы выравниваются и больше не вращают падающий поляризованный свет. Это приводит к отсутствию передачи через второй поляризатор, создавая темный пиксель.

Тонкопленочные транзисторы на основе аморфного кремния широко используются в плоских панелях жидкокристаллических дисплеев (ЖКД), поскольку их можно собрать в сложные сильноточные схемы драйвера. Аморфные электроды Si-TFT обеспечивают выравнивание кристаллов в ЖК-дисплеях. Переход к LTPS-TFT может иметь много преимуществ, таких как более высокое разрешение устройства, более низкая температура синтеза и более низкая цена основных подложек. [5] Однако у LTPS-TFT есть несколько недостатков. Например, площадь TFT в традиционных устройствах a-Si велика, что приводит к малой светосиле (площади, которая не блокируется непрозрачным TFT и, таким образом, пропускает свет). Несовместимость различных значений светосилы не позволяет интегрировать сложные схемы и драйверы на основе LTPS в материал a-Si. [6]Кроме того, качество LTPS снижается со временем из-за повышения температуры при включении транзистора, что ухудшает качество пленки, разрывая связи Si-H в материале. Это может привести к тому, что устройство будет страдать от пробоя стока и утечки тока, особенно в небольших и тонких транзисторах, которые плохо рассеивают тепло. [7]

Обработка лазерным отжигом [ править ]

В то время как аморфный кремний не имеет кристаллической структуры, поликристаллический кремний состоит из различных кристаллитов или зерен, каждое из которых имеет организованную решетку.

XeCl-эксимерный лазерный отжиг (ELA) - это первый ключевой метод получения p-Si путем плавления материала a-Si с помощью лазерного излучения. Аналог a-Si, поликристаллический кремний, который можно синтезировать из аморфного кремния с помощью определенных процедур, имеет несколько преимуществ перед широко используемыми тонкопленочными транзисторами на основе a-Si:

  1. Высокая подвижность электронов ;
  2. Высокое разрешение и светосила;
  3. Доступен для высокой интеграции схем. [8]

XeCl-ELA позволяет кристаллизовать a-Si (толщина от 500 до 10000 A) в p-Si без нагрева подложек. [9] Поликристаллическая форма имеет более крупные зерна, которые обеспечивают лучшую подвижность для TFT из-за меньшего рассеяния на границах зерен. Этот метод позволяет успешно интегрировать сложные схемы в ЖК-дисплеи. [10]


Разработка устройств LTPS-TFT [ править ]

Схема LTPS-TFT, используемого для управления OLED

Помимо улучшения самих TFT, успешное применение LTPS в графических дисплеях также зависит от инновационных схем. Одна из последних технологий включает в себя схему пикселя, в которой исходящий ток из транзистора не зависит от порогового напряжения, что обеспечивает равномерную яркость. [11] [12] LTPS-TFT обычно используется для управления дисплеями на органических светодиодах (OLED), поскольку он имеет высокое разрешение и подходит для больших панелей. Однако изменения в структуре LTPS могут привести к неоднородному пороговому напряжению для сигналов и неоднородной яркости при использовании традиционных схем. Новая схема пикселей включает четыре TFT n-типа , один p-типаTFT, конденсатор и элемент управления для управления разрешением изображения. [12] Повышение производительности и микролитографии для TFT важно для продвижения OLED с активной матрицей LTPS. Эти многие важные методы позволили достичь подвижности кристаллической пленки до 13 см2 / В · с, и они помогли в массовом производстве светодиодов и ЖК-дисплеев с разрешением более 500 пикселей на дюйм. [9]

Характерная чертаАморфный SiПоликристаллический Si
Подвижность (см ^ 2 / (В * с))0,5> 500
Метод осажденияPECVDELA
Температура осаждения350 ° С600 ° С
Интеграция драйверовТолько частичноеСистема на стекле
разрешениеНизкий> 500 пикселей на дюйм
РасходыНизкийОтносительно выше

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Фонаш, Стивен. «Низкотемпературная кристаллизация и формирование рисунка пленки аморфного кремния на электроизоляционных подложках». Патент США (1994 г.). Распечатать.
  2. ^ Harbeke, Г. Л. Krausbauer, EF Steigmerier и AE Видмер. «Рост и физические свойства пленок поликристаллического кремния LPCVD». Журнал Электрохимического общества (1984): 675. Print.
  3. ^ Хаталис, Мильтиадис К. и Дэвид В. Греве. «Крупнозернистый поликристаллический кремний путем низкотемпературного отжига пленок аморфного кремния, осажденных из паровой фазы при низком давлении». Прикладная физика 63.07 (1988): 2266. Print.
  4. ^ Hatalis, MK и DW Греве. «Высокопроизводительные тонкопленочные транзисторы в низкотемпературных кристаллизованных пленках аморфного кремния LPCVD». Письма об электронных устройствах IEEE 08 (1987): 361–64. Распечатать.
  5. ^ Zhiguo, Мэн, Mingxiang Ван, и Человек Вонг. «Высокопроизводительные низкотемпературные металлоиндуцированные односторонне кристаллизованные тонкопленочные поликристаллические кремниевые транзисторы для систем на панели». Транзакции IEEE на электронных устройствах 47.02 (2000). Распечатать.
  6. ^ Inoue, Satoshi, Хироюки Ohshima и Тацуя Симода. «Анализ явления деградации, вызванного самонагревом в низкотемпературных поликристаллических кремниевых тонкопленочных транзисторах». Японский журнал прикладной физики 41 (2002): 6313-319. IOP Sciences. Интернет. 2 марта 2015 г.
  7. ↑ GA Bhat, Z. Jin, HS Kwok и M. Wong, «Влияние интерфейса MIC / MILC на производительность MILC-TFT», в Dig. 56-я годовщина. Конференция по исследованию устройств, 22–24 июня 1998 г., стр. 110–111.
  8. ^ Куо, Юэ. «Технология тонкопленочных транзисторов - прошлое, настоящее и будущее». Интерфейс электрохимического общества (2013). Интерфейс электрохимического общества. Интернет. 1 марта 2015 г.
  9. ^ a b Самешима, Т., С. Усуи и М. Секия. «Лазерный отжиг XeClExcimer, используемый при изготовлении тонкопленочных транзисторов из поли-Si». Письма об электронных устройствах IEEE 07.05 (1986): 276-78. IEEE Xplore. Интернет. 2 марта 2015 г.
  10. ^ Учикога, Шуичи. «Технологии низкотемпературных поликристаллических кремниевых тонкопленочных транзисторов для дисплеев системы на стекле». Бюллетень MRS (2002): 881-86. Google Scholar. Бюллетень МИССИС. Интернет. 2 марта 2015 г.
  11. ^ Banger, К. К., Ю. Ямашита, К. Мори, Р. Л. Петерсон, Т. Leedham, Дж Рикард и H. Sirringhaus. «Низкотемпературные, высокопроизводительные металлооксидные тонкопленочные транзисторы, обработанные в растворе, полученные с помощью процесса« золь – гель на кристалле »». Материалы природы (2010): 45–50. Материалы природы. Интернет. 2 марта 2015 г.
  12. ^ a b Tai, Y.-H., B.-T. Чен, Ю.-Дж. Куо, К.-К. Цай, К.-Ю. Чан, Ю.-Дж. Вэй и Х.-К. Ченг. «Новая пиксельная схема для управления органическим светоизлучающим диодом с низкотемпературными поликристаллическими кремниевыми тонкопленочными транзисторами». Журнал Display Technology 01.01 (2015): 100-104. IEEE Xplore. Интернет. 2 марта 2015 г.