（3）1962年，第一个 MOSFET实验室实现.
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1970s始，由于LCD平板显示技术的应 用需求，推动TFT技术的快速发展！ （4）1973年实现第一个CdSe TFT-LCD显示屏. ----TFT的迁移率20 cm2/vs,Ioff=100 nA.但不稳定。 （5）1975年，实现基于非晶硅-TFT-LCD. ----迁移率＜1 cm2/vs,但空气（H2O,O2)中相对稳定. （6）80年代,基于CdSe,非晶硅TFT性能改进的同时，实 现了多晶硅TFT，电子迁移率从50提升至400. ---由于多晶硅TFT工艺复杂，成本高。而a-Si TFT因低 温、低成本，成为LCD有源驱动的主流技术.
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图8 JFET的结构图
TFT与MOSFET的发明同步，然而TFT 发展速度及应用远不及MOSFET?! （2） 1962年第一次在实验室研制出TFT器件 器件参数：跨导gm=25 mA/V,载流子迁移率150 cm2/vs, 最大振荡频率为20 MHz.
图9 第一个TFT的结构和电特性
5、器件图形加工技术-----光刻、打印
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硅基、氧化物TFT制备工艺流程 硅片氧化 光刻栅电极 栅氧化
非晶硅（多晶硅、ZnO 等）生长及金属化
光刻形成源漏接触
Intrinsic a-Si (p-Si) S/D contacts
刻蚀背面氧化层
简单的底栅顶结构TFT的制备流程
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主频为10 GHz
2011年6月IBM研制的首款石墨烯集成电路
驱动芯片 高迁移率的TFT可用于制作平板显示屏的外围信号处理和驱动芯片
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敏感元件（如： 气敏、光敏、PH值测定）
N2O气体环境
N2O Gas Sensors原理图
Phototransistor结构图 溶液PH值测定原理图
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顶栅底接触
底栅顶接触
顶栅顶接触 双栅结构
底栅底接触
图3 TFT的主要器件结构示意图
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TFT的工作原理
关态
图4 TFT的工作原理示意图
工作原理：与MOSFET相似,TFT也是通过栅 电压来调节沟道电阻，从而实现对漏极电 流的有效控制. 与MOSFET不同的是：MOSFET通常工作强反 型状态,而大多数TFT器件工作于积累状态。
优点：节能、辐射低、 易大面积。 缺点：可视角度小、影像 拖尾 、亮度和对比度稍差、 色彩和灰度表现力弱。
无源驱动产生串扰，影响对比度。
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无源驱动阵列
TFT-LCD显示屏
高速度、高亮度、 高对比度、色彩更 逼真 。
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以TFT-LCD为代表的平板显示产业是电子信息领域的“核 心支柱产业”之一，年产值超过千亿美元，融合了光电子、 微电子、化学、制造装备和材料等多个学科，具有产业链长、 多领域交叉的特点。我国与显示技术相关的产品产值约占信 息产业总产值的30%，彩电制造能力已占全球彩电产业总加工 能力的47%，我国已成为新型显示相关产品的制造大国，已具 备跨越式发展的技术和产业基础。
时，给我们带来美的享受。
色彩好、寿命长；耗电大。
CRT----- Cathode Ray Tube
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PDP------Plasma Display Panel
优点：高亮度、大视角、
全彩色和高对比度。
缺点：高能耗、高价格。
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LCD------Liquid Crystal Display
薄膜晶体管（TFT）技术
主讲 刘玉荣
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内 容 提 要
1. TFT技术的基础知识 2. TFT技术的发展历程 3. TFT技术的应用领域 4. TFT的制造技术
5. TFT技术的研究领域
6. TFT技术所涉及的课程
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人是视觉动物，眼睛接收信息，感受世界；
而显示技术在提供变换灵活的视觉信息的同
平板显示技术总体趋势将朝着高画质高临场感、互 动式多功能一体化、节能降耗和健康环保的发展。
高性能TFT技术将给平板显示产业带来新希望的技术。
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一. TFT技术的基础知识
TFT的基本结构
图1 单晶硅MOSFET的结构示意图
图2 薄膜晶体管的结构示意图
TFT是指用半导体薄膜充当半导 体有源层的一种场效应晶体管。
硅片氧化 光刻栅电极
本征p-Si n+ p-Si S/D contacts
栅氧化 多晶硅生长及金属化 刻蚀金属形成源漏接触
刻蚀晶体管分离
刻蚀S/D之外的n+ P-Si
完整的底栅顶接触型p-Si TFT 制备的工艺流程
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a-Si 、ZnO薄膜制备技术
射频溅射(RF: Radio-Frequency Sputtering)
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“中国造”全球最大

ZnO-TFT-LCD平板显示面板驱动技术
非晶硅TFT驱动的1920×1080像素 IGZO TFT驱动的3840×2160像素 与非晶硅TFT驱动液晶面板相比,，IGZO TFT驱动液晶面板， 可提高以下三方面的性能：（1）高精细化（缩小至1/4）、
（2）低耗电量化（降至1/5-1/10）、（3）触摸面板高性能化。
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1947年，肖克利研究组巴丁创造性提出，失败的原因是因为
锗表面存在大量的表面缺陷态。为了改善场效应器件特性必须 弄清楚锗的表面态问题。在研究锗表面态的过程导致了点接触 型双极晶体管（1947年）和结型双极晶体管（1948年）的发明。
晶体管是20 世纪在电子技术方面最伟大的发明，推动了信息革 命，带动了产业革命，改变了人类社会工作方式和生活方式。 1950s，由于双极晶体管的发明导 致场效应器件的研究活动很少， 然而1952年肖克利提出一种结型 场效应晶体管（JFET）结构。
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OTFT-OLED平板显示的有源驱动
一个像素器件结构
柔性、超薄、无视角
2007年10月，索尼推出了一款11英寸仅3毫米厚的OLED电视机。
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ZnO-TFT-OLED平板显示面板驱动技术
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基于TFT的数字逻辑IC
主要性能指标： RF频率：915 MHz 编码调制方式：脉宽调制 数据速率：70.18 kbits/s CPU时钟：1.12 MHz ROM: 4 kB, RAM: 512 B 工艺指标：
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集成传感器
8×8集成柔性超声面阵
集成超声换能器阵元结构
TFT面板光电探测成像
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四. TFT技术的制造技术
1、衬底材料的选择及制备 硅、ITO玻璃、塑料等 2、栅绝缘层薄膜的制备
热氧化、阳极氧化、溅射、CVD、ALD等
3、半导体有源层薄膜的制备 溅射、CVD、ALD、旋涂、打印等 4、金属电极薄膜的制备 真空蒸镀、溅射
3. 计算机显示：笔记本电脑、监视器等；
4．家电和办公室显示：电视、互联网络终端、 电子报纸等。
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显示屏生产线的分代方法：基板尺寸(毫米)
第3代： 370×470 2-7英寸 手机、PDA用液晶屏幕
第3.5代： 550×650 - 中小型监控设备以及笔记本电脑液晶屏
第4代： 600×720 -14.1英寸 笔记本电脑液晶屏 第4.5代 ：730×920 -15、17英寸 笔记本电脑液晶屏以及液晶显示器 第5代： 1100×1250- 17、19英寸 液晶显示器 第6代： 1500×1850 – 32-37英寸液晶显示器以及中小屏幕液晶电视 第7代： 1870×2200 -32、40、46英寸 大屏幕液晶电视 第8代：2160×2460- 46-52英寸大屏幕液晶电视 2012年TCL华星光电利用8.5代 线制造出110寸3D液晶显示屏
1939年肖克利基于对肖特基二 极管的理解（金属-半导体接触 中，半导体表面的电荷受外加电 压调控），构建出MESFET器件。 然而该结构器件直到六十年代才 真正实现。 图7 MESFET的结构图 二战后，肖克利并没有回到MESFET结构的老路，而是构 建出一种新型绝缘栅结构FET器件，并采用锗薄膜替代化合 物半导体薄膜作半导体层。然而半导体薄膜中的电导随栅电 压的变化远比理论值小（基于电容器原理）。
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本世纪开始，上世纪三十年代 TFT的星星之火已成燎原之势！ （7）1990s以后，a-Si,p-Si TFT的性能不断改进，特 印度电子科学家Organic ID公司创始人Ananth 别关注低温多晶硅TFT制备技术.----非晶硅固相晶化技 Dodabalapur曾回忆道：那时候我还在贝尔实验室从事无 术.多晶硅因高迁移在高性能显示屏技术有明显优势。 机半导体的研究。1991年的一天，我在《自然》杂志封面 （ 8）1990s始，由于有机半导体薄膜的发明，基于有机 上看到一幅柔性聚合物 LED的照片时。我边看边对自己说 材料的 TFT成为新的研究方向和热点。---柔性显示 “这对器件物理学而言简直就是一座富饶的金矿！” （9）2002年始，基于宽能隙氧化物TFT被认为是最希望 的下一代TFT显示驱动技术。---高迁移率、透明性 （10）2006年始，石墨烯TFT被认为是下一代IC技术。 ---超高迁移率（电子、空穴迁移率达2*105 cm2/V.s）
(V d V g V th)
…….（1） …….（2）
TFT的种类
按采用半导体材料不同分为： 硅基:非晶Si-TFT,多晶硅-TFT 无机TFT 氧化物:ZnO-TFT 石墨烯TFT 基于小分子TFT 有机TFT 基于高分子聚合物TFT 无/有机复合型TFT：采用无机纳米颗粒与聚合 物共混制备半导体活性层