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氧化物薄膜晶體管
鎖定
- 中文名
- 氧化物薄膜晶體管
- 外文名
- oxide thin-film transistor
- 屬 性
- 電氣工程術語
- 分 類
- 場效應管
- 相 關
- 半導體
目錄
- 1 簡介
- 2 高遷移率氧化物半導體材料的開發
氧化物薄膜晶體管簡介
氧化物薄膜晶體管和非晶硅薄膜晶體管的主要區別是電子通道的材料是氧化物而不是非晶硅。常用的襯底為二氧化硅。薄膜晶體管主要應用於液晶顯示器(LCD)和有機發光半導體(OLED)中。在傳統的晶體管中,半導體材料為襯底,如晶圓。
薄膜晶體管(thin film transistor, TFT)是平板顯示的核心器件,不論AMLCD顯示還是AMOLED顯示,其每一個像素都依賴TFT進行開關和驅動。根據TFT有源層半導體材料的不同,當前主流的TFT技術可分為氫化非晶硅(a-Si:H)TFT、低温多晶硅(low-temperature poly-Si, LTPS。TFT和非晶氧化物(AOS)TFT。
其中,a-Si:HTFT和poly-Si TFT已經在平板顯示面板工藝中實現了大面積產業化。然而,a-Si:H TFT較低的遷移率(<1cm2/Vs)不能滿足下一代平板顯示的驅動要求,而poly-Si TFT較差的大面積均勻性使其主要面向小尺寸顯示的應用中。
氧化物薄膜晶體管高遷移率氧化物半導體材料的開發
近年來,在消費者更好的觀看體驗要求的驅動下,對顯示器畫質的要求越來越高。對顯示器而言,分辨率和幀頻是其主要參數,其中分辨率代表顯示器像素的多少,幀頻則表示顯示器在每一秒內顯示的圖像的數量。顯然,高分辨率、高幀頻下更易獲得更好的觀看體驗。分辨率為1024×768的AMLCD像素,以行掃描方式為例,在每一幀內某一行像素的選通階段內,TFT器件需對像素電容完成充電。
因此,隨着分辨率的提高,選通時間減少,這就要求TFT能提供更大的驅動電流以完成對電容的充電。同樣,隨着幀頻的提高,對TFT的電流驅動能力要求也越來越高。遷移率是衡量TFT電流驅動能力的關鍵參數,不同分辨率和幀頻下各TFT技術可滿足顯示要求的情況
[1]
。
以非晶銦鎵鋅氧(a-IGZO)為代表的主流金屬氧化物TFT遷移率(一般< 30cm2/Vs)雖然可以滿足4K×2K等高清顯示器的要求,但是隨着分辨率和幀頻的不斷提高,更高遷移率(> 30cm2/Vs)的新型氧化物半導體材料的開發將成為必須。
氧化物薄膜晶體管器件製備工藝的優化
氧化物TFT通常採用底柵交錯結構,具體的製備工藝又可分為背溝道刻蝕工藝(BCE)和刻蝕阻擋層工藝(ESL)。其中,BCE工藝通過直接刻蝕源/漏導電薄膜圖形化形成源/漏電極,研究發現不論採用幹法刻蝕還是濕法刻蝕,源/漏直接圖形化過程中的過刻蝕步驟將會對氧化物半導體有源層帶來影響,進而造成器件特性變差。
而ESL工藝則通過在有源層之上澱積刻蝕阻擋層使得有源層不受源/漏圖形化所帶來的影響,因此易得到較好的器件特性。但是刻蝕阻擋層的澱積和圖形化將增加器件製備工藝的複雜度,此外對準誤差的考慮還使得ESL工藝製備的器件溝道長度無法很短,同時柵電極和源/漏電極之間較大的交疊量將引入較大的寄生電容因而限制器件在高速電路中的應用。