薄膜技术在显示领域的发展.ppt

薄膜技术在显示领域的发展 纵观信息时代迅猛发展的各项技术 不论网络技术与软件 还是通信技术 计算机技术 如果没有TFT LCD 薄膜晶体管阵列 为代表的平板显示技术做人机交互界面 就构不成现在的信息社会 显示器件作为信息产业的重要组成部分正加速发展 传统的阴极射线 CRT 显示器件技术早己成熟 性能较好 价格越来越便宜 但因体积大 重量大 功耗大 对人的身体辐射较强等方面 限制了在更广泛的领域中应用 目前液晶显示器 LCD 以低电压 低功耗 适宜于电路集成 轻巧便携等优点而受到广泛研究与应用 液晶显示技术的发展经历了扭曲向列 TN LCD 超扭曲向列 STN LCD 和薄膜晶体管阵列 TFT LCD 三个重要的发展阶段 进入20世纪90年代后 LCD技术发展开始进入高画质彩色图像显示的新阶段 有源矩阵的TFT液晶显示技术的性能取得了飞速发展 克服了STN液晶显示器件在响应速度 视角 灰度调制等方面存在的不足 技术性能接近于CRT 薄膜晶体管 TFT 发展历史及现状 历史人类对TFT的研究工作已经有很长的历史 早在1925年 JuliusEdgerLilienfeld首次提出结型场效应晶体管 FET 的基本定律 开辟了对固态放大器的研究 1933年 Lilienfeld又将绝缘栅结构引进场效应晶体管 后来被称为MISFET 1962年 Weimer用多晶CaS薄膜做成TFT 随后 又涌现了用CdSe InSb Ge等半导体材料做成的TFT器件 二十世纪六十年代 基于低费用 大阵列显示的实际需求 TFT的研究广为兴起 1973年 Brody等人首次研制出有源矩阵液晶显示 AMLCD 并用CdSeTFT作为开关单元 1986年Tsumura等人首次用聚噻吩为半导体材料制备了有机薄膜晶体管 OTFT OTFT技术从此开始得到发展 九十年代 以有机半导体材料作为活性层成为新的研究热点 由于在制造工艺和成本上的优势 OTFT被认为将来极可能应用在LCD OLED的驱动中 近年来 OTFT的研究取得了突破性的进展 1996年 飞利浦公司采用多层薄膜叠合法制作了一块15微克变成码发生器 PCG 即使当薄膜严重扭曲 仍能正常工作 现状 最近几年 随着透明氧化物研究的深入 以ZnO ZIO等半导体材料作为活性层制作薄膜晶体管 因性能改进显著也吸引了越来越多的兴趣 器件制备工艺很广泛 比如 MBE CVD PLD等 均有研究 ZnO TFT技术也取得了突破性进展 2003年 Nomura等人使用单晶InGaO3 ZnO 5获得了迁移率为80cm2V 1s 1的TFT器件 美国杜邦公司采用真空蒸镀和掩膜挡板技术在聚酰亚铵柔性衬底上开发了ZnO TFT 电子迁移率为50cm2V 1s 1 这是在聚酰亚铵柔性衬底上首次研制成功了高迁移率的ZnO TFT 这预示着在氧化物TFT领域新竞争的开始 2005年 ChiangHQ等人利用ZIO作为活性层制得开比为10 7薄膜晶体管 2006年 ChengHC等人利用CBD方法制得开关比为105 迁移率为0 248cm2V 1s 1的TFT 这也显示出实际应用的可能 氧化物代表 Al2O3的制备工艺与性能 按磁控溅射中使用的离子源不同 磁控溅射方法有以下几种 直流反应磁控溅射 脉冲磁控溅射 射频磁控溅射 微波 ECR等离子体增强磁控溅射 交流反应磁控溅射等 用这种技术制备Al2O3膜时一般都以纯铝为靶材 溅射用的惰性气体通常选择氩气 Ar 因为它的溅射率最高 用氩离子轰击铝靶并通入氧气 溅射出的铝离子和电离得到的氧离子沉积到基片上从而得到Al2O3膜 磁控溅射沉积 目前国际上最广泛使用的是脉冲非平衡磁控溅射方法 这主要是因为传统磁控系统中存在制备大面积 多组分 致密 高质量薄膜的困难问题 而利用非平衡磁控系统就可有效解决此问题 同时利用脉冲离子源克服了磁控溅射工艺中存在的沉积速率低而不利于商业生产的缺陷 此外 利用脉冲离子源可有效地解决制备高绝缘膜如Al2O3膜时产生放电效应而使薄膜存在缺陷的问题 这种方法使得制备高质量的可用于工业生产的薄膜成为可能 因此受到人们的重视 Al2O3薄膜机械强度高 硬度高 Mohs9 耐磨抗蚀 高温稳定性好 T Al2O3熔点为2015 化学惰性强 性能 研究热点 有机薄膜晶体管 OTFT 有机薄膜晶体管以有机半导体材料充当栅绝缘层 半导体活性层 它是在无机薄膜晶体管基础之上发展起来的 两者结构相似 OTFT相对无机TFT有两个突出的优点 一是制作温度低 二是成本低 而且OTFT还具有比硅晶体管更好的柔韧性 适合于有源矩阵显示器 智能卡 大面积传感阵列等应用领域 因此在全世界范围内引起了广泛的关注 由于近年来高迁移率有机半导体材料 薄膜物理和器件工程等方面研究的快速发展 OTFT迁移率 开关电流比等性能已达到或超过非晶硅晶体管的水平 使它的实际应用成为可能 未来TFT技术将会以高密度 高分辨率 节能化 轻便化 集成化为发展主流 从本文论述的薄膜晶体管发展历史以及对典型TFT器件性能分析来看 虽然新型OTFT ZnO TFT的研究已经揭示出优良的特性 甚至有的已经开始使用化 但实现大规模的商业化以及进一步降低成本等方面 还需要很多努力 因此在很长一段时间内将会与硅基材料器件并存 我国大陆的显示技术处于刚开始阶段 对新型TFT器件的研发以及显示技术的应用带来了重大的机遇和挑战 相信在不久的将来 以OTFT和ZnO TFT等新型器件为基础的产品会推动下一代光电子学的突飞猛进