Низкотемпературный поликристаллический кремний
Низкотемпературный поликристаллический кремний ( НТПС ) — это поликристаллический кремний , синтезированный при относительно низких температурах (~650 °С и ниже) по сравнению с традиционными методами (выше 900 °С). LTPS важен для индустрии дисплеев , поскольку использование больших стеклянных панелей предотвращает воздействие деформирующих высоких температур. В частности, использование поликристаллического кремния в тонкопленочных транзисторах (LTPS-TFT) имеет высокий потенциал для крупномасштабного производства электронных устройств, таких как плоские ЖК - дисплеи или датчики изображения. [1]
Разработка поликристаллического кремния
[ редактировать ]Поликристаллический кремний (p-Si) представляет собой чистую и проводящую форму элемента, состоящую из множества кристаллитов или зерен высокоупорядоченной кристаллической решетки . В 1984 году исследования показали, что аморфный кремний (a-Si) является отличным предшественником для формирования пленок p-Si со стабильной структурой и низкой шероховатостью поверхности. [2] Кремниевая пленка синтезируется методом химического осаждения из паровой фазы при низком давлении (LPCVD) для минимизации шероховатости поверхности. Сначала аморфный кремний осаждается при температуре 560–640 °С. Затем его термически отжигают (перекристаллизовывают) при температуре 950–1000 °С. Начиная с аморфной пленки, а не непосредственно осаждая кристаллы, можно получить продукт с превосходной структурой и желаемой гладкостью. [3] [4] В 1988 году исследователи обнаружили, что дальнейшее снижение температуры во время отжига в сочетании с усовершенствованным плазмохимическим осаждением из паровой фазы (PECVD) может способствовать еще более высокой степени проводимости. Эти методы оказали глубокое влияние на микроэлектронику, фотоэлектрическую промышленность и индустрию улучшения дисплеев.
Использование в жидкокристаллическом дисплее.
[ редактировать ]
Аморфные кремниевые TFT широко используются в плоских жидкокристаллических дисплеях (ЖК-дисплеях), поскольку их можно собирать в сложные сильноточные схемы драйверов. Аморфные электроды Si-TFT управляют выравниванием кристаллов в ЖК-дисплеях. Переход к LTPS-TFT может иметь множество преимуществ, таких как более высокое разрешение устройства, более низкая температура синтеза и снижение цен на основные подложки. [5] Однако LTPS-TFT также имеют несколько недостатков. Например, площадь TFT в традиционных устройствах a-Si велика, что приводит к небольшой светосиле (объему площади, которая не блокируется непрозрачным TFT и, таким образом, пропускает свет). Несовместимость различных коэффициентов апертуры препятствует интеграции сложных схем и драйверов на основе LTPS в материал a-Si. [6] Кроме того, качество LTPS со временем снижается из-за повышения температуры при включении транзистора, что ухудшает качество пленки за счет разрыва связей Si-H в материале. Это может привести к выходу устройства из строя и утечке тока. [7] особенно в маленьких и тонких транзисторах, которые плохо рассеивают тепло. [8]
Обработка лазерным отжигом
[ редактировать ]
Эксимер-лазерный отжиг XeCl (ELA) — первый ключевой метод производства p-Si путем плавления материала a-Si посредством лазерного облучения. Аналог a-Si, поликристаллический кремний, который можно синтезировать из аморфного кремния с помощью определенных процедур, имеет ряд преимуществ перед широко используемым a-Si TFT:
- Высокая скорость подвижности электронов ;
- Высокое разрешение и светосила;
- Доступен для высокой интеграции схем. [9]
XeCl-ELA позволяет кристаллизовать a-Si (толщина 500–10 000 Å) в p-Si без нагрева подложек. [10] Поликристаллическая форма имеет более крупные зерна, которые обеспечивают лучшую подвижность TFT из-за меньшего рассеяния на границах зерен. [11] [12] [13] Этот метод приводит к успешной интеграции сложных схем в ЖК-дисплеи. [14]
Разработка устройств LTPS-TFT
[ редактировать ]
Помимо совершенствования самих TFT, успешное применение LTPS для графического дисплея также зависит от инновационных схем. Один из недавних методов включает в себя пиксельную схему, в которой выходной ток транзистора не зависит от порогового напряжения, что обеспечивает равномерную яркость. [15] [16] LTPS-TFT обычно используется для управления дисплеями на органических светодиодах (OLED), поскольку он имеет высокое разрешение и подходит для больших панелей. Однако изменения в структуре LTPS приведут к неравномерному пороговому напряжению для сигналов и неравномерной яркости при использовании традиционных схем. Новая пиксельная схема включает в себя четыре n-типа TFT , один TFT p-типа , конденсатор и элемент управления для управления разрешением изображения. [16] Повышение производительности и микролитографии TFT важно для продвижения LTPS OLED с активной матрицей.Эти многочисленные важные методы позволили подвижности кристаллической пленки достичь 13 см2/Вс и помогли наладить массовое производство светодиодов и ЖК-дисплеев с разрешением более 500 пикселей на дюйм. [10]
| Характеристика | Аморфный Si | Поликристаллический кремний |
|---|---|---|
| Мобильность (см^2 /(В*с)) | 0.5 | >500 |
| Метод осаждения | ПЭЦВД | ОНА |
| Температура осаждения | 350 °С | 600 °С |
| Интеграция драйверов | Только частичное | Система на стекле |
| Разрешение | Низкий | >500 пикселей на дюйм |
| Расходы | Низкий | Относительно выше |
ЛТПО
[ редактировать ]Низкотемпературный поликристаллический оксид ( LTPO ) — это тип технологии объединительной платы OLED-дисплея, разработанной Apple , которая сочетает в себе как LTPS TFT, так и оксидные TFT ( оксид индия, галлия, цинка , или IGZO). В LTPO в схемах переключения используется LTPS, а в управляющих TFT — материалы IGZO. [17] LTPO позволяет более эффективно использовать электроэнергию за счет динамической регулировки частоты обновления экрана в зависимости от отображаемого контента. Это означает, что экран может работать с низкой частотой обновления при отображении статических изображений или текста, но может увеличиваться до более высокой частоты обновления при отображении динамического контента, такого как видео или игры. Дисплеи LTPO известны своим увеличенным временем автономной работы, их можно найти в некоторых смартфонах , умных часах и других мобильных устройствах. [18]
Хотя основная технология LTPO разработана Apple, у Samsung также есть собственная технология для панелей LTPO AMOLED , использующая комбинацию LTPS TFT и гибридного оксида и поликристаллического кремния (HOP). [19]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фонаш, Стивен. «Низкотемпературная кристаллизация и формирование рисунка пленки аморфного кремния на электроизоляционных подложках». Патент США (1994 г.). Распечатать.
- ^ Харбеке, Г., Л. Краусбауэр, Э.Ф. Штайгмерьер и А.Е. Видмер. «Рост и физические свойства пленок поликристаллического кремния LPCVD». Журнал Электрохимического общества (1984): 675. Печать.
- ^ Хаталис, Милтиадис К. и Дэвид В. Греве. «Крупнозернистый поликристаллический кремний, полученный путем низкотемпературного отжига пленок аморфного кремния, осажденных из химической паровой фазы под низким давлением». Прикладная физика 63.07 (1988): 2266. Печать.
- ^ Хаталис, МК и Д.В. Греве. «Высокоэффективные тонкопленочные транзисторы в пленках низкотемпературного кристаллизованного аморфного кремния LPCVD». Письма об электронных устройствах IEEE 08 (1987): 361–64. Распечатать.
- ^ Чжиго, Мэн, Минсян Ван и Ман Вонг. «Высокоэффективные низкотемпературные тонкопленочные транзисторы из поликристаллического кремния с односторонней кристаллизацией, индуцированные металлами, для применения в системах на панели». Транзакции IEEE на электронных устройствах 47.02 (2000 г.). Распечатать.
- ^ Иноуэ, Сатоши, Хироюки Осима и Тацуя Симода. «Анализ явления деградации, вызванного самонагревом в тонкопленочных транзисторах из поликристаллического кремния, обработанных при низкой температуре». Японский журнал прикладной физики 41 (2002): 6313-319. ИОП наук. Веб. 2 марта 2015 г.
- ^ Луи, Бэзил; Куинн, MJ; Тэм, юго-запад Б.; Браун, ТМ; Мильорато, П.; Осима, Х. (1998). «Исследование механизма тока утечки слабого поля в поликремниевых TFT» . Транзакции IEEE на электронных устройствах . 45 (1): 213–217. дои : 10.1109/16.658833 . ISSN 1557-9646 .
- ^ Г. А. Бхат, З. Джин, Х. С. Квок и М. Вонг, «Влияние интерфейса MIC/MILC на производительность MILC-TFT», в Dig. 56-летие. Конференция по исследованию устройств, 22–24 июня 1998 г., стр. 110–111.
- ^ Куо, Юэ. «Технология тонкопленочных транзисторов — прошлое, настоящее и будущее». Интерфейс электрохимического общества (2013). Интерфейс электрохимического общества. Веб. 1 марта 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Самешима Т., С. Усуи и М. Секия. «Лазерный отжиг XeClExcimer, используемый при изготовлении поли-кремниевых TFT». Письма об электронных устройствах IEEE 07.05 (1986): 276-78. IEEE Эксплор. Веб. 2 марта 2015 г.
- ^ Кимура, Муцуми; Иноуэ, Сатоши; Симода, Тацуя; Тэм, Саймон В.-Б.; Луи, Бэзил; Мильорато, Пьеро; Нодзава, Рёичи (15 марта 2002 г.). «Извлечение ловушечных состояний в тонкопленочных транзисторах из поликристаллического кремния, кристаллизованных лазером, и анализ деградации за счет самонагрева» . Журнал прикладной физики . 91 (6): 3855–3858. дои : 10.1063/1.1446238 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Луи, Бэзил; Тэм, юго-запад Б.; Мильорато, П.; Симода, Т. (1 июня 2001 г.). «Метод определения объемной и интерфейсной плотности состояний тонкопленочных транзисторов» . Журнал прикладной физики . 89 (11): 6453–6458. дои : 10.1063/1.1361244 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Кимура, Муцуми; Иноуэ, Сатоши; Симода, Тацуя; Луи, Бэзил; Френч, Уильям; Камохара, Итару; Мильорато, Пьеро (2001). «Разработка моделей поли-Si TFT для моделирования устройств: модель ловушки в плоскости и модель термоэлектронной эмиссии» . Протокол конференции SID Международной конференции по исследованию дисплеев (на японском языке): 423–426. ISSN 1083-1312 .
- ^ Учикога, Шуичи. «Технологии низкотемпературных тонкопленочных транзисторов из поликристаллического кремния для системных дисплеев на стекле». Бюллетень MRS (2002): 881-86. Google Академик. Вестник МРС. Веб. 2 марта 2015 г.
- ^ Бангер, К.К., Ю. Ямасита, К. Мори, Р.Л. Петерсон, Т. Лидхэм, Дж. Рикард и Х. Сиррингхаус. «Низкотемпературные, высокопроизводительные тонкопленочные металлооксидные транзисторы, изготовленные в растворе, изготовленные методом золь-гель на кристалле». Природные материалы (2010): 45–50. Природные материалы. Веб. 2 марта 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Тай, Ю.-Х., Б.-Т. Чен, Ю.-Дж. Куо, К.-К. Цай, К.-Ю. Чан, Ю.-Дж. Вэй и Х.-К. Ченг. «Новая пиксельная схема для управления органическим светоизлучающим диодом с помощью низкотемпературных тонкопленочных транзисторов из поликристаллического кремния». Журнал Display Technology 01.01 (2015): 100-104. IEEE Эксплор. Веб. 2 марта 2015 г.
- ^ Мертенс, Рон (10 февраля 2019 г.). «Технология объединительной платы LTPO – введение и новости» . Информация об OLED . Проверено 24 февраля 2023 г.
- ^ Мур-Колайер, Роланд (2 апреля 2021 г.). «Что такое LTPO? Как эта технология обеспечивает потрясающие дисплеи телефонов» . Путеводитель Тома . Проверено 24 февраля 2023 г.
- ^ «Технология LTPO компании Samsung Display называется HOP» . THE ELEC, Корейские СМИ электронной промышленности . 16.06.2020 . Проверено 24 февраля 2023 г.