TFT：薄膜晶体管

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介绍

薄膜晶体管（TFT）是一种场效应晶体管，通常用于液晶显示器（LCD）。TFTs以矩阵形式排列，因此被称为“有源矩阵”TFT。这种类型的显示器中，每个像素都配备了一个TFT。它们充当开关，使像素能够快速改变状态，从而使其相对快速地打开和关闭。

它们的用途广泛，从数字放射成像探测器到日常使用的显示器。这些晶体管是平板显示器的驱动力，例如台式电脑屏幕、笔记本电脑、高清电视甚至智能手机。

设计与制造

设计

TFTs是通过在基板上叠加半导体和介电活性层制成的。它们通常还包括金属触点，例如源材料、漏极金属和栅极层。

• 基板通常由玻璃和塑料制成。

• 半导体由硅、硒化镉或其他金属氧化物组成。

• 介电活性层由无机材料组成，例如氧化硅和氮化硅。

• 栅极电极由多晶硅、TiN、WN或TaN制造。

  有四种不同的方法来叠加组件，这些方法会改变薄膜晶体管的性能。

• 顶栅极，底接触

• 顶栅极，顶接触

• 底栅极，底接触

• 顶栅极，底接触

上图中的颜色表示如下：

制造

薄膜是在真空室中的沉积过程之后创建的，主要用于TFT的制造。

制造TFT的方法有很多，但最常用的方法是化学气相沉积和物理气相沉积。

历史上，由于硅在地球上含量丰富且在工业中广泛使用，因此在TFT中采用非晶态或多晶硅薄膜作为半导体。然而，科学家发现非晶硅的低迁移率使其不适合TFT，因此需要使用替代半导体。

为了制造TFT，必须使用非常特殊的方法将半导体沉积到基板上。例如，TFT非常容易受到工艺温度的影响。由于许多常见的基板在高温下会熔化，因此制造必须在低温环境下进行。

制造商可以使用几种特殊的方法来沉积半导体。最常用的方法是印刷、化学气相沉积、原子层沉积和喷涂。基于溶液的技术可以提供更复杂的材料，可用于柔性电子产品。由于薄膜晶体管的制造工艺非常特殊，因此实验室中用于开发这些晶体管的材料和设备也必须是特殊的。

Korvus HEX系列薄膜沉积设备提供了制造薄膜所需的通用性、精度和功率。HEX系统支持多种薄膜沉积方法和工艺，使其在实验室或研究环境中具有灵活性。系统中的附加模块允许定制功能。

使用正确的系统可以确保TFT具有其预期应用所需的电气性能、阈值电压、运行稳定性、通道宽度和传输曲线。

应用

• 数字显示器是薄膜晶体管的主要应用。例如，用于AMOLED（有源矩阵有机发光二极管）屏幕的TFT层是使用低成本、低温方法生产的。

• TFT现在经常出现在各种数字探测器中。它用于医学放射摄影中使用的数字放射成像探测器的图像接收器中。TFT也用于传感器，包括温度、气体和生物传感器。

• 平视显示器（HUD）对于驾驶和飞行至关重要，可以使用透明TFT。使用平视显示器的用户可以在不改变视线的情况下查看信息。

TFT显示器的结构

TFT LCD的结构由三个主要层组成。玻璃基板构成两个夹层；其中一层带有TFT，另一层带有RGB（红、绿、蓝）彩色滤光片。液晶层位于玻璃层之间。

历史

薄膜晶体管早于传统的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。

1957年，美国无线电公司（RCA）的约翰·沃尔马克使用氧化锗作为栅极电介质制造出薄膜MOSFET。1962年，保罗·K·魏默成功研制出第一块薄膜晶体管。第一块薄膜晶体管（TFT）是用一层薄的硒化镉和硫化镉半导体制成的。

结论

薄膜晶体管是数字显示器的关键部件。在本文中，我们学习了基于TFT显示器的设计、制造和基本结构。由于TFT能够很好地处理和管理像素，因此其在显示器中的应用范围很广。

常见问题解答

Q1：什么是MOSFET？

答：MOSFET是金属氧化物半导体场效应晶体管。它通常用于控制导电性，即漏极和源极之间的电流有多少。

Q2：什么是化学气相沉积？

答：化学气相沉积（CVD）是一种技术，其中将基板暴露于一种或多种挥发性前驱体，然后这些前驱体在基板表面反应或分解，形成所需的薄膜沉积物。

Q3：什么是晶体管？

答：晶体管是一种微小的半导体器件，除了产生、放大和充当电信号的开关或门之外，还可以调节或控制电流或电压的流动。