Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с тонкопленочных транзисторов )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о технологии TFT. Для жидкокристаллического дисплея на тонкопленочных транзисторах см. TFT LCD .

Несколько типов конструкций TFT.

Тонкопленочный транзистор ( TFT ) представляет собой особый тип металл-оксид-полупроводник полевого транзистора (MOSFET) [1] путем осаждения тонких пленок из активного полупроводникового слоя, а также диэлектрический слой и металлические контакты над опорной (но непроводящий) субстрат . Обычной подложкой является стекло , поскольку в основном TFT используются в жидкокристаллических дисплеях (ЖК-дисплеях). Это отличается от обычного объемного МОП - транзистора , [1]где полупроводниковый материал обычно представляет собой подложку, такую ​​как кремниевая пластина .

Производство [ править ]

Тонкопленочные транзисторы могут быть изготовлены из самых разных полупроводниковых материалов. Обычный материал - кремний . Характеристики тонкопленочного транзистора на основе кремния зависят от кристаллического состояния кремния ; то есть, полупроводниковый слой может быть либо аморфный кремний , [2] микрокристаллическая кремния , [2] , или он может быть отжигали в поликремния .

Другие материалы , которые были использованы в качестве полупроводников в ТПТ , включают сложные полупроводники , такие как селенида кадмия , [3] [4] или оксиды металлов , такие как оксид цинка [5] или оксида гафния . Оксид гафния применяется в качестве диэлектрика с высоким κ . [6] Тонкопленочные транзисторы также изготавливаются с использованием органических материалов, называемых органическими полевыми транзисторами или ОТПТ.

Используя прозрачные полупроводники и прозрачные электроды , такие как оксид индия и олова (ITO), некоторые устройства TFT можно сделать полностью прозрачными. Такие прозрачные TFT (TTFT) могут быть использованы для построения панелей видеодисплея.Поскольку обычные подложки не могут выдерживать высокие температуры отжига, процесс осаждения должен завершаться при относительно низких температурах. Применяются химическое осаждение из паровой фазы и физическое осаждение из паровой фазы (обычно распыление ). О первых обработанных раствором TTFT на основе оксида цинка сообщили в 2003 году исследователи из Университета штата Орегон . [5] Португальская лаборатория CENIMAT в Университете Нова-де-Лиссабон изготовила первый в мире полностью прозрачный TFT-экран при комнатной температуре. [7] CENIMAT также разработал первый бумажный транзистор [8] что может привести к появлению таких приложений, как журналы и страницы журналов с движущимися изображениями.

Во время производства тонкопленочные транзисторы ремонтируются с использованием лазеров, дозаторов чернил и химического осаждения из паровой фазы (CVD). [9]

Приложения [ править ]

Наиболее известное применение тонкопленочных транзисторов - это TFT LCD , реализация технологии жидкокристаллических дисплеев . Транзисторы встроены в саму панель, уменьшая перекрестные помехи между пикселями и улучшая стабильность изображения.

По состоянию на 2008 год многие цветные ЖК-телевизоры и мониторы используют эту технологию. Панели TFT часто используются в приложениях цифровой рентгенографии в общей рентгенографии. TFT используется как в прямом, так и в косвенном захвате [ жаргон ] в качестве основы для рецептора изображения в медицинской радиографии .

По состоянию на 2013 год все современные электронные устройства визуального отображения высокого разрешения и высокого качества используют дисплеи с активной матрицей TFT . [10]

Дисплеи AMOLED также содержат слой TFT для адресации пикселей активной матрицы отдельных органических светодиодов .

Наиболее выгодным аспектом технологии TFT является использование отдельного транзистора для каждого пикселя на дисплее. Поскольку каждый транзистор мал, количество заряда, необходимого для управления им, также невелико. Это позволяет очень быстро перерисовывать изображение.

Структура матрицы TFT-дисплея [ править ]

Это изображение не включает фактический источник света (обычно люминесцентные лампы с холодным катодом или белые светодиоды ), только матрицу TFT-дисплея.

История [ править ]

В феврале 1957 года Джон Уоллмарк из RCA подал патент на тонкопленочный полевой МОП-транзистор, в котором моноксид германия использовался в качестве диэлектрика затвора. Пол К. Веймер , также из RCA, реализовал идеи Уоллмарка и в 1962 году разработал тонкопленочный транзистор (TFT), тип полевого МОП-транзистора, отличный от стандартного полевого МОП-транзистора. Это было сделано с тонкими пленками селенида кадмия и селенида кадмия . В 1966 году TP Brody и HE Kunig из Westinghouse Electric изготовили МОП-транзисторы на основе арсенида индия (InAs) как в режиме обеднения, так и в режиме улучшения . [11] [12] [13][14] [1] [15] [16]

Идея жидкокристаллического дисплея (LCD) на основе TFT была придумана Бернардом Дж. Лехнером из RCA Laboratories в 1968 году. [17] Лехнер, Ф. Дж. Марлоу, Э. О. Нестер и Дж. Талтс продемонстрировали концепцию в 1968 году с матрицей 18x2 ЖК-дисплей с динамическим рассеянием, в котором использовались стандартные дискретные полевые МОП-транзисторы, поскольку характеристики TFT в то время были неадекватными. [18] В 1973 году Т. Питер Броуди , Дж. А. Асарс и Г. Д. Диксон из Westinghouse Research Laboratories разработали TFT на основе CdSe ( селенида кадмия ), который они использовали для демонстрации первого жидкокристаллического дисплея на тонкопленочных транзисторах CdSe.(ЖК-экран TFT). [14] [19] Группа Westinghouse также сообщила об операционной TFT- электролюминесценции (EL) в 1973 году с использованием CdSe. [20] Броуди и Фанг-Чен Луо продемонстрировали первый плоский жидкокристаллический дисплей с активной матрицей (AM LCD) с использованием CdSe в 1974 году, а затем Броуди ввел термин «активная матрица» в 1975 году. [17] Однако массовое производство это устройство так и не было реализовано из-за сложностей в управлении свойствами композитного полупроводникового тонкопленочного материала и надежности устройства на больших площадях. [14]

Прорыв в исследованиях TFT произошел с разработкой TFT на основе аморфного кремния (a-Si) П.Г. Ле Комбером, У. Спиром и А. Гейт из Университета Данди в 1979 году. Они сообщили о первом функциональном TFT, изготовленном из гидрогенизированного a-Si. с диэлектрическим слоем затвора из нитрида кремния . [14] [21] Вскоре было признано, что тонкопленочный транзистор a-Si больше подходит для ЖК-дисплея AM большой площади. [14] Это привело к коммерческим исследованиям и разработкам (НИОКР) ЖК-панелей AM на основе a-Si TFT в Японии. [22]

К 1982 году в Японии были разработаны карманные ЖК-телевизоры на основе технологии AM LCD. [23] В 1982 году компания Fujitsu S. Kawai изготовила дисплей с точечной матрицей a-Si , а компания Canon Y. Okubo изготовила ЖК-панели со скрученным нематиком (TN) и гостевым хостом . В 1983 году компания Toshiba K. Suzuki произвела массивы TFT на основе a-Si, совместимые с интегральными схемами (ИС) CMOS , компания Canon M. Sugata изготовила цветную ЖК- панель a-Si , а также совместную работу Sanyo и Sanritsu.Команда, в которую вошли Мицухиро Ямасаки, С. Сухибучи и Ю. Сасаки, изготовила 3-дюймовый цветной ЖК-телевизор с технологией A -SI. [22]

Первым коммерческим продуктом AM LCD на основе TFT был 2,1-дюймовый Epson ET-10 [20] (Epson Elf), первый карманный цветной ЖК-телевизор, выпущенный в 1984 году. [24] В 1986 году исследовательская группа Hitachi во главе с Акио Мимура продемонстрировал поликристаллического кремния при низких температурах процесса (LTPS) для изготовления п-канальных тонкопленочных транзисторов на кремний-на-изоляторе (SOI), при относительно низкой температуре 200 ° C . [25] Исследовательская группа Hosiden под руководством Т. Суната в 1986 году использовала тонкопленочные транзисторы a-Si для разработки 7-дюймовых цветных ЖК-панелей AM [26] и 9-дюймовых ЖК-панелей AM. [27]В конце 1980-х годов Hosiden поставила Apple Computers монохромные ЖК-панели TFT . [14] В 1988 году исследовательская группа Sharp под руководством инженера Т. Нагаясу использовала гидрогенизированные тонкопленочные транзисторы на основе a-Si для демонстрации 14-дюймового полноцветного ЖК-дисплея [17] [28], который убедил электронную промышленность, что ЖК-дисплей в конечном итоге заменит электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) в качестве стандартной телевизионной технологии отображения . [17] В том же году Sharp выпустила ЖК-панели TFT для ноутбуков . [20] В 1992 году Toshiba и IBM Japan представили 12,1-дюймовый цветной SVGA.панель для первого коммерческого цветного ноутбука от IBM . [20]

TFT также могут быть изготовлены из индия-галлия-цинка ( IGZO ). TFT-LCD с транзисторами IGZO впервые появились в 2012 году и были впервые произведены Sharp Corporation. IGZO обеспечивает более высокую частоту обновления и более низкое энергопотребление. [29] [30]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Кимидзука, Нобору; Ямазаки, Шунпей (2016). Физика и технология кристаллического оксидного полупроводника CAAC-IGZO: Основы . Джон Вили и сыновья. п. 217. ISBN. 9781119247401.
  2. ^ a b Каницкий, Ежи (1992). Аморфные и микрокристаллические полупроводниковые приборы Том II: Физика материалов и устройств . ISBN Artech House, Inc. 0-89006-379-6.
  3. Перейти ↑ Brody, T. Peter (ноябрь 1984). «Тонкопленочный транзистор - поздний расцвет». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 31 (11): 1614–1628. DOI : 10,1109 / Т-ED.1984.21762 .
  4. Перейти ↑ Brody, T. Peter (1996). «Рождение и раннее детство активной матрицы - личные воспоминания». Журнал SID . 4/3 : 113–127.
  5. ^ a b Ставка, Джон. Инженеры OSU создают первый в мире прозрачный транзистор. Архивировано 15 сентября 2007 г. в Wayback Machine . Инженерный колледж, Государственный университет Орегона, Корваллис, Орегон: OSU News & Communication, 2003. 29 июля 2007 г.
  6. ↑ Чун, Юн Су; Чанг, Сонпил; Ли, Сан Ёль (2011). «Влияние изоляторов затвора на характеристики a-IGZO TFT, изготовленного при комнатной температуре». Микроэлектронная инженерия . 88 (7): 1590–1593. DOI : 10.1016 / j.mee.2011.01.076 . ISSN 0167-9317 . 
  7. ^ Фортунато, EMC; Баркинья, ЧВК; Пиментел, АКМБГ; Гонсалвеш, AMF; Marques, AJS; Перейра, LMN; Мартинс, RFP (март 2005 г.). «Полностью прозрачный ZnO-тонкопленочный транзистор, произведенный при комнатной температуре». Современные материалы . 17 (5): 590–594. DOI : 10.1002 / adma.200400368 .
  8. ^ Fortunato, E .; Correia, N .; Barquinha, P .; Pereira, L .; Goncalves, G .; Мартинс, Р. (сентябрь 2008 г.). «Высокопроизводительные гибкие гибридные полевые транзисторы на основе бумаги из целлюлозного волокна» (PDF) . Письма об электронных устройствах IEEE . 29 (9): 988–990. DOI : 10,1109 / LED.2008.2001549 .
  9. ^ "V-TECHNOLOGY CO., LTD. - Инспекция FPD | Продукты и услуги | V-TECHNOLOGY CO., LTD" . www.vtec.co.jp .
  10. ^ Бротертон, SD (2013). Введение в тонкопленочные транзисторы: физика и технология тонкопленочных транзисторов . Springer Science & Business Media . п. 74. ISBN 9783319000022.
  11. ^ Вудалл, Джерри М. (2010). Основы полупроводниковых МОП-транзисторов III-V . Springer Science & Business Media . С. 2–3. ISBN 9781441915474.
  12. ^ Brody, TP; Куниг, HE (октябрь 1966 г.). «ТОНКОПЛЕННЫЙ ТРАНЗИСТОР InAs с высоким коэффициентом усиления». Письма по прикладной физике . 9 (7): 259–260. DOI : 10.1063 / 1.1754740 . ISSN 0003-6951 . 
  13. ^ Веймер, Пол К. (июнь 1962 г.). «Новый тонкопленочный транзистор TFT». Труды ИРЭ . 50 (6): 1462–1469. DOI : 10.1109 / JRPROC.1962.288190 . ISSN 0096-8390 . 
  14. ^ Б с д е е Kuo, Yue (1 января 2013 года). «Технология тонкопленочных транзисторов - прошлое, настоящее и будущее» (PDF) . Интерфейс электрохимического общества . 22 (1): 55–61. DOI : 10.1149 / 2.F06131if . ISSN 1064-8208 .  
  15. ^ Lojek, Бо (2007). История полупроводниковой техники . Springer Science & Business Media. С. 322–324. ISBN 978-3540342588.
  16. ^ Ричард Аронс (2012). «Промышленные исследования в области микросхем в RCA: первые годы, 1953–1963». 12 (1). IEEE Annals of the History of Computing: 60–73. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  17. ^ а б в г Кавамото, Х. (2012). «Изобретатели ЖК-дисплея с активной матрицей TFT получили медаль IEEE Nishizawa 2011». Журнал дисплейных технологий . 8 (1): 3–4. DOI : 10.1109 / JDT.2011.2177740 . ISSN 1551-319X . 
  18. ^ Кастеллано, Джозеф А. (2005). Жидкое золото: история жидкокристаллических дисплеев и создания индустрии . World Scientific . С. 41–2. ISBN 9789812389565.
  19. ^ Броуди, Т. Питер ; Asars, JA; Диксон, Дж. Д. (ноябрь 1973 г.). «Жидкокристаллический дисплей размером 6 × 6 дюймов с разрешением 20 строк на дюйм». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 20 (11): 995–1001. DOI : 10,1109 / Т-ED.1973.17780 . ISSN 0018-9383 . 
  20. ^ a b c d Сук, июнь; Морозуми, Синдзи; Ло, Фанг-Чен; Бита, Ион (2018). Плоские дисплеи Производство . Джон Вили и сыновья . С. 2–3. ISBN 9781119161356.
  21. ^ Comber, PG le; Копье, МЫ; Гейт, А. (1979). «Полевой прибор на аморфном кремнии и возможности его применения». Письма об электронике . 15 (6): 179–181. DOI : 10.1049 / эл: 19790126 . ISSN 0013-5194 . 
  22. ^ a b Кастеллано, Джозеф А. (2005). Жидкое золото: история жидкокристаллических дисплеев и создания индустрии . World Scientific . С. 180, 181, 188. ISBN 9789812565846.
  23. ^ Morozumi, Синдзи; Огучи, Коити (12 октября 1982 г.). «Текущее состояние развития ЖК-телевизоров в Японии». Молекулярные кристаллы и жидкие кристаллы . 94 (1-2): 43-59. DOI : 10.1080 / 00268948308084246 . ISSN 0026-8941 . 
  24. ^ "ET-10" . Epson . Проверено 29 июля 2019 года .
  25. ^ Mimura Акио; Oohayashi, M .; Ohue, M .; Ohwada, J .; Хосокава Ю. (1986). «SOI TFT с прямым контактом с ITO». Письма об электронных устройствах IEEE . 7 (2): 134–136. DOI : 10.1109 / EDL.1986.26319 . ISSN 0741-3106 . 
  26. ^ Суната, Т .; Юкава, Т .; Miyake, K .; Matsushita, Y .; Murakami, Y .; Ugai, Y .; Tamamura, J .; Аоки, С. (1986). «Большой цветной ЖК-дисплей с высокой разрешающей способностью и активной матрицей, управляемый тонкопленочными транзисторами на основе a-Si». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 33 (8): 1212–1217. DOI : 10,1109 / Т-ED.1986.22644 . ISSN 0018-9383 . 
  27. ^ Суната, Т .; Miyake, K .; Ясуи, М .; Murakami, Y .; Ugai, Y .; Tamamura, J .; Аоки, С. (1986). «ЖК-дисплей с активной матрицей 640 × 400 пикселей, использующий тонкопленочные транзисторы Si». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 33 (8): 1218–1221. DOI : 10,1109 / Т-ED.1986.22645 . ISSN 0018-9383 . 
  28. ^ Нагаясу, Т .; Окетани, Т .; Hirobe, T .; Kato, H .; Mizushima, S .; Возьми, H .; Яно, К .; Hijikigawa, M .; Васидзука И. (октябрь 1988 г.). «Полноцветный ЖК-дисплей на основе тонкопленочного транзистора с диагональю 14 дюймов». Отчет о Международной научно-исследовательской конференции по дисплеям 1988 года : 56–58. DOI : 10,1109 / DISPL.1988.11274 .
  29. ↑ Орланд, Кайл (8 августа 2019 г.). «Что будет означать дисплейная технология Sharp IGZO для Nintendo Switch» . Ars Technica .
  30. ^ «Технология отображения IGZO - Sharp» . www.sharpsma.com .