薄膜晶体管原理及应用显示与图像传感器件底层单元 _经验知识

提到TFT器件。一般都会认为是平板显示器的一种技术。其实TFT器件是很多半导体器件的基础结构。是很多信号输入驱动与传感器接收转换线路的底层设计单元。
TFT=Thin-FilmTransistor=薄膜晶体管。是平板显示驱动线路和平板接收传感器线路的核心线路器件工艺。即可以通过放大外部信号。形成驱动电极波形。也可以接受外部光电转换器生成电信号成为传感器信号源处理单元。有TFT显示驱动背板和TFT图像传感器两大类。有CMOS（驱动部分电路为n–MOS和p–MOS构成）和PMOS（驱动部分电路为p–MOS构成）两种技术。
据AIOT大数据了解。根据制作电子电路的材料类型不同分类。几乎所有的金属和绝大部分半导体材料都能制作成TFT器件。常用的主要有a-Si TFT（非晶硅）、LTPS TFT（低温多晶硅）、HTPS TFT（高温多晶硅）、LTPO TFT(低温多晶氧化物)、IGZO TFT(氧化铟镓锌-金属氧化物)等几大类。
TFT应用
非晶硅薄膜晶体管（a-Si：H TFT）
薄膜晶体管（TFT）是平板显示器制造行业的核心技术。其价值相当于硅芯片对计算机行业的影响。
在20世纪60年代发明液晶显示技术的初期。使用简单的X-Y电极寻址方式对液晶显示器像素进行寻址。显示图像存在大量的串扰。即一个像素会被邻近像素的变化所干扰；后来提出了在每一个X-Y电极的交叉点设计一个具有开关作用的TFT薄膜晶体管和一个电容。用电容来存储和保持施加在该像素液晶上的电压。最早都是使用CdSe作为 TFT的有源层。1980年前后开始研究使用非晶硅材料做有源层的TFT特性。相比纯非晶硅。氢化非晶硅（a-Si：H）能通过施主和受主掺杂来分别形成N型和P型半导体材料。氢能钝化在非晶硅散乱网格中的由位于禁带中的大量悬挂键引起的缺陷态。钝化过程使得非晶硅具有类似晶体硅的特性。
尽管CdSe比a-Si：H的迁移率更高。但它是一种多晶态化合物半导体。它的特性受晶粒尺寸、晶界界面态和化学计量比等因素影响。且对周围的水汽和氧气敏感。a-Si：H无晶界、通过氢的钝化作用既不改变本体特性。又提高了其电学特性。a-Si：H TFT由于具有优良的电学特性、可在玻璃基板上制作。能部分集成周边驱动电路等特点。目前已经是应用最广、工艺最稳定、适合于批量生产的TFT技术。
氢化非晶硅薄膜晶体管根据有源层、栅极和漏极的位置可以划分为交错型、共面性、反交错型和反共面型。如下图所示。

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a-Si：TFT的典型结构形式
不同的结构形式。制作方法和电学性能也各不相同。目前。最常用的是反交错型结构。栅极和源极、漏极位于半导体层的两侧。这种结构也称为底栅TFT 。首先在玻璃衬底上沉积栅极金属层。然后依次沉积绝缘层、a-Si：H层、n+a-Si：H和源极、漏极金属层。薄膜晶体管的工作状态和开关作用如下图所示。

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a)控制电压

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b)开关作用：信号读取

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c)控制电压

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d)开关作用：信号收集
a-si:H TFT薄膜晶体管也是一种绝缘栅场效应晶体管。它的工作原理跟单晶硅 MOSFET工作原理基本相同。所不同的是MOSFET是以晶体硅做为基体和耗尽层。而a：si TFT是以玻璃为基体、非晶硅为耗尽层。
a-si TFT只是一个受控于栅电极的开关阵列。可以连接任何阵列式像素以实现对像素的控制功能。
低温多晶硅LTPS TFTLTPS：低温多晶硅技术LTPS（Low Temperature Poly-silicon）最初是日本北美的技术企业为了降低Note-PC显示屏的能耗。令Note-PC显得更薄更轻而研发的技术。大约在九十年代中期这项技术开始走向试用阶段。由LTPS衍生的新一代有机发光面板OLED也于1998年正式走上实用阶段。它的最大优势在于超薄、重量轻、低耗电。可以提供更艳丽的色彩和更清晰的影像。
据AIOT大数据了解。随后由于性能改进。也跨界到TFT传感器件的制作领域。但由于信号数据均匀性较差。没有得到想象中的推广应用。