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低温多晶硅

二月 05, 2023

低温多晶硅（Low-temperature polycrystalline silicon，LTPS）是一种与传统方法（900°C以上）相比，在相对较低的温度（~650°C及更低）合成的多晶硅。LTPS对显示行业很重要，因为大型玻璃面板暴露在高温下易变形。更具体地说，薄膜晶体管（LTPS-TFT）中使用多晶硅具有大规模生产平板液晶显示器或图像传感器等电子设备的巨大潜力。[1]

多晶硅的发展

多晶硅（p-Si）是由许多晶体或高有序晶格颗粒组成的纯导电元素形式。1984年，研究表明，非晶硅（a-Si）是形成结构稳定、表面粗糙度低的p-Si薄膜的绝佳前体。[2]硅薄膜采用低压化学气相沉积（LPCVD）合成，以尽量减少表面粗糙度。首先，非晶硅沉积在560-640°C。然后在950-100°C进行热退火（再结晶）。从无定形薄膜开始，而不是直接沉积晶体，生产出具有优越结构和所需光滑度的产品。[3][4]1988年，研究人员发现，退火期间进一步降低温度，加上先进的等离子体增强化学气相沉积（PECVD），可以促进更高的电导率。这些技术对微电子、光伏和显示增强行业产生了深远的影响。

用于液晶显示器

 
液晶显示器示意图。当电流施加到晶体管上时，液晶对齐，不再旋转入射偏振光。这会导致无法通过第二个偏振器传输，从而产生暗像素。

非晶硅TFT由于可以组装成复杂的大电流驱动电路，因此在液晶显示器（LCD）平板上得到了广泛应用。无定形Si-TFT电极驱动液晶显示器中晶体的对齐。向LTPS-TFT的演变可以带来许多好处，例如更高的设备分辨率、更低的合成温度和降低基板的价格。[5]然而，LTPS-TFT也有几个缺点。例如，传统a-Si器件中TFT的面积较大，导致孔径比较小（即不透明TFT阻断的面积，从而允许光线）。不同孔径比的不兼容性阻止了基于LTPS的复杂电路和驱动器集成到a-Si材料中。[6]此外，由于晶体管打开时温度升高，LTPS的质量随着时间的推移而下降，晶体管通过打破材料中的Si-H键来降解薄膜。这将导致设备出现漏水故障和电流泄漏，特别是在细小晶体管中，它们散热不良。

激光退火处理

 
虽然非晶硅缺乏晶体结构，但多晶硅由各种晶体或晶粒组成，每个晶格都有组织晶格。

XeCl准分子-激光退火（ELA）是通过激光辐照熔化a-Si材料产生p-Si的第一个关键方法。与a-Si相对应的多晶硅，可以通过某些程序从非晶硅合成，与广泛使用的a-Si TFT相比有几个优势：

  1. 高电子迁移率；
  2. 高分辨率和孔径比；
  3. 适用于电路的高度集成度。[7]

XeCl-ELA成功地将a-Si（厚度在500-10000A之间）结晶为p-Si，而无需加热基板。[8]多晶形式具有较大的晶粒，由于晶界的散射减少，TFT的流动性更好。这项技术成功地集成了液晶显示器中的复杂电路。 [9]

LTPS-TFT设备的发展

 
用于驱动OLED的LTPS-TFT示意图

除了TFT本身的改进外，LTPS能否成功应用于图形显示，还取决于电路的创新。最近的一项技术涉及像素电路，其中晶体管的出电流与阈值电压无关，从而产生均匀的亮度。[10][11] LTPS-TFT通常用于驱动有机发光二极管（OLED）显示器，因为它具有高分辨率和大型面板的适应性。然而，LTPS结构的变化会导致信号阈值电压不均匀，使用传统电路的亮度不均匀。新的像素电路包括四个n型TFT，一个p型TFT，一个电容器和一个控制图像分辨率的控制元件。[11] 提高TFT的性能和微平版印刷对于推进LTPS有源矩阵OLED很重要。这些许多重要技术使晶体薄膜的迁移率达到13cm2/Vs，并有助于大规模生产分辨率超过500ppi的LED和液晶显示器。[8]

特性 无定形硅 多晶硅
迁移率 (cm^2 /(V*s)) 0.5 >500
沉积方法 PECVD ELA
沉积温度 350 °C 600 °C
显示驱动集成 仅部分 System-on-glass
分辨率 低 >500 ppi
成本 低 相对较高

参见


参考资料

  1. ^ Fonash, Stephen. "Low Temperature Crystallization and Patterning of Amorphous Silicon Film On Electrically Insulating Substrates." United States Patent (1994). Print.
  2. ^ Harbeke, G., L. Krausbauer, E.F. Steigmerier, and A.E. Widmer. "Growth and Physical Properties of LPCVD Polycrystalline Silicon Films." Journal of the Electrochemical Society (1984): 675. Print.
  3. ^ Hatalis, Miltiadis K., and David W. Greve. "Large Grain Polycrystalline Silicon By Low-Temperature Annealing Of Low-Pressure Chemical Vapor Deposited Amorphous Silicon Films." Applied Physics 63.07 (1988): 2266. Print.
  4. ^ Hatalis, M.K., and D.W. Greve. "High-Performance Thin-Film Transistors In Low-Temperature Crystallized LPCVD Amorphous Silicon Films." IEEE Electron Device Letters 08 (1987): 361–64. Print.
  5. ^ Zhiguo, Meng, Mingxiang Wang, and Man Wong. "High Performance Low Temperature Metal-Induced Unilaterally Crystallized Polycrystalline Silicon Thin Film Transistors for System-on-Panel Application." IEEE Transactions On Electron Devices 47.02 (2000). Print.
  6. ^ Inoue, Satoshi, Hiroyuki Ohshima, and Tatsuya Shimoda. "Analysis of Degradation Phenomenon Caused by Self-Heating in Low-Temperature-Processed Polycrystalline Silicon Thin Film Transistors." Japanese Journal of Applied Physics 41 (2002): 6313-319. IOP Sciences. Web. 2 Mar. 2015.
  7. ^ Kuo, Yue. "Thin Film Transistor Technology—Past, Present, and Future." The Electrochemical Society Interface (2013). Electrochemical Society Interface. Web. 1 Mar. 2015.
  8. ^ 8.0 8.1 Sameshima, T., S. Usui, and M. Sekiya. "XeClExcimer Laser Annealing Used in the Fabrication of Poly-Si TFT's." IEEE Electron Device Letters 07.05 (1986): 276-78. IEEE Xplore. Web. 2 Mar. 2015.
  9. ^ Uchikoga, Shuichi. "Low-Temperature Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistor Technologies for System-on-Glass Displays." MRS Bulletin (2002): 881-86. Google Scholar. MRS Bulletin. Web. 2 Mar. 2015.
  10. ^ Banger, K. K., Y. Yamashita, K. Mori, R. L. Peterson, T. Leedham, J. Rickard, and H. Sirringhaus. "Low-temperature, High-performance Solution-processed Metal Oxide Thin-film Transistors Formed by a ‘sol–gel on Chip’ Process." Nature Materials (2010): 45–50. Nature Materials. Web. 2 Mar. 2015.
  11. ^ 11.0 11.1 Tai, Y.-H., B.-T. Chen, Y.-J. Kuo, C.-C. Tsai, K.-Y. Chiang, Y.-J. Wei, and H.-C. Cheng. "A New Pixel Circuit for Driving Organic Light-Emitting Diode With Low Temperature Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistors." Journal of Display Technology 01.01 (2015): 100-104. IEEE Xplore. Web. 2 Mar. 2015.

二月 05, 2023
低温多晶硅, 此條目需要精通或熟悉多晶矽的编者参与及协助编辑, 2021年2月1日, 請邀請適合的人士改善本条目, 更多的細節與詳情請參见討論頁, 另見其他需要多晶矽專家關注的頁面, temperature, polycrystalline, silicon, ltps, 是一种与传统方法, c以上, 相比, 在相对较低的温度, c及更低, 合成的多晶硅, ltps对显示行业很重要, 因为大型玻璃面板暴露在高温下易变形, 更具体地说, 薄膜晶体管, ltps, 中使用多晶硅具有大规模生产平板液晶显示器或图像传感器等. 此條目需要精通或熟悉多晶矽的编者参与及协助编辑 2021年2月1日 請邀請適合的人士改善本条目 更多的細節與詳情請參见討論頁 另見其他需要多晶矽專家關注的頁面 低温多晶硅 Low temperature polycrystalline silicon LTPS 是一种与传统方法 900 C以上 相比 在相对较低的温度 650 C及更低 合成的多晶硅 LTPS对显示行业很重要 因为大型玻璃面板暴露在高温下易变形 更具体地说 薄膜晶体管 LTPS TFT 中使用多晶硅具有大规模生产平板液晶显示器或图像传感器等电子设备的巨大潜力 1 目录 1 多晶硅的发展 2 用于液晶显示器 3 激光退火处理 4 LTPS TFT设备的发展 5 参见 6 参考资料多晶硅的发展 编辑多晶硅 p Si 是由许多晶体或高有序晶格颗粒组成的纯导电元素形式 1984年 研究表明 非晶硅 a Si 是形成结构稳定 表面粗糙度低的p Si薄膜的绝佳前体 2 硅薄膜采用低压化学气相沉积 LPCVD 合成 以尽量减少表面粗糙度 首先 非晶硅沉积在560 640 C 然后在950 100 C进行热退火 再结晶 从无定形薄膜开始 而不是直接沉积晶体 生产出具有优越结构和所需光滑度的产品 3 4 1988年 研究人员发现 退火期间进一步降低温度 加上先进的等离子体增强化学气相沉积 PECVD 可以促进更高的电导率 这些技术对微电子 光伏和显示增强行业产生了深远的影响 用于液晶显示器 编辑 液晶显示器示意图 当电流施加到晶体管上时 液晶对齐 不再旋转入射偏振光 这会导致无法通过第二个偏振器传输 从而产生暗像素 非晶硅TFT由于可以组装成复杂的大电流驱动电路 因此在液晶显示器 LCD 平板上得到了广泛应用 无定形Si TFT电极驱动液晶显示器中晶体的对齐 向LTPS TFT的演变可以带来许多好处 例如更高的设备分辨率 更低的合成温度和降低基板的价格 5 然而 LTPS TFT也有几个缺点 例如 传统a Si器件中TFT的面积较大 导致孔径比较小 即不透明TFT阻断的面积 从而允许光线 不同孔径比的不兼容性阻止了基于LTPS的复杂电路和驱动器集成到a Si材料中 6 此外 由于晶体管打开时温度升高 LTPS的质量随着时间的推移而下降 晶体管通过打破材料中的Si H键来降解薄膜 这将导致设备出现漏水故障和电流泄漏 特别是在细小晶体管中 它们散热不良 激光退火处理 编辑 虽然非晶硅缺乏晶体结构 但多晶硅由各种晶体或晶粒组成 每个晶格都有组织晶格 XeCl准分子 激光退火 ELA 是通过激光辐照熔化a Si材料产生p Si的第一个关键方法 与a Si相对应的多晶硅 可以通过某些程序从非晶硅合成 与广泛使用的a Si TFT相比有几个优势 高电子迁移率 高分辨率和孔径比 适用于电路的高度集成度 7 XeCl ELA成功地将a Si 厚度在500 10000A之间 结晶为p Si 而无需加热基板 8 多晶形式具有较大的晶粒 由于晶界的散射减少 TFT的流动性更好 这项技术成功地集成了液晶显示器中的复杂电路 9 LTPS TFT设备的发展 编辑 用于驱动OLED的LTPS TFT示意图 除了TFT本身的改进外 LTPS能否成功应用于图形显示 还取决于电路的创新 最近的一项技术涉及像素电路 其中晶体管的出电流与阈值电压无关 从而产生均匀的亮度 10 11 LTPS TFT通常用于驱动有机发光二极管 OLED 显示器 因为它具有高分辨率和大型面板的适应性 然而 LTPS结构的变化会导致信号阈值电压不均匀 使用传统电路的亮度不均匀 新的像素电路包括四个n型TFT 一个p型TFT 一个电容器和一个控制图像分辨率的控制元件 11 提高TFT的性能和微平版印刷对于推进LTPS有源矩阵OLED很重要 这些许多重要技术使晶体薄膜的迁移率达到13cm2 Vs 并有助于大规模生产分辨率超过500ppi的LED和液晶显示器 8 特性 无定形硅 多晶硅迁移率 cm 2 V s 0 5 gt 500沉积方法 PECVD ELA沉积温度 350 C 600 C显示驱动集成 仅部分 System on glass分辨率 低 gt 500 ppi成本 低 相对较高参见 编辑非晶硅 多晶硅 单晶硅 晶圆 光伏 发光二极管 液晶显示器参考资料 编辑 Fonash Stephen Low Temperature Crystallization and Patterning of Amorphous Silicon Film On Electrically Insulating Substrates United States Patent 1994 Print Harbeke G L Krausbauer E F Steigmerier and A E Widmer Growth and Physical Properties of LPCVD Polycrystalline Silicon Films Journal of the Electrochemical Society 1984 675 Print Hatalis Miltiadis K and David W Greve Large Grain Polycrystalline Silicon By Low Temperature Annealing Of Low Pressure Chemical Vapor Deposited Amorphous Silicon Films Applied Physics 63 07 1988 2266 Print Hatalis M K and D W Greve High Performance Thin Film Transistors In Low Temperature Crystallized LPCVD Amorphous Silicon Films IEEE Electron Device Letters 08 1987 361 64 Print Zhiguo Meng Mingxiang Wang and Man Wong High Performance Low Temperature Metal Induced Unilaterally Crystallized Polycrystalline Silicon Thin Film Transistors for System on Panel Application IEEE Transactions On Electron Devices 47 02 2000 Print Inoue Satoshi Hiroyuki Ohshima and Tatsuya Shimoda Analysis of Degradation Phenomenon Caused by Self Heating in Low Temperature Processed Polycrystalline Silicon Thin Film Transistors Japanese Journal of Applied Physics 41 2002 6313 319 IOP Sciences Web 2 Mar 2015 Kuo Yue Thin Film Transistor Technology Past Present and Future The Electrochemical Society Interface 2013 Electrochemical Society Interface Web 1 Mar 2015 8 0 8 1 Sameshima T S Usui and M Sekiya XeClExcimer Laser Annealing Used in the Fabrication of Poly Si TFT s IEEE Electron Device Letters 07 05 1986 276 78 IEEE Xplore Web 2 Mar 2015 Uchikoga Shuichi Low Temperature Polycrystalline Silicon Thin Film Transistor Technologies for System on Glass Displays MRS Bulletin 2002 881 86 Google Scholar MRS Bulletin Web 2 Mar 2015 Banger K K Y Yamashita K Mori R L Peterson T Leedham J Rickard and H Sirringhaus Low temperature High performance Solution processed Metal Oxide Thin film Transistors Formed by a sol gel on Chip Process Nature Materials 2010 45 50 Nature Materials Web 2 Mar 2015 11 0 11 1 Tai Y H B T Chen Y J Kuo C C Tsai K Y Chiang Y J Wei and H C Cheng A New Pixel Circuit for Driving Organic Light Emitting Diode With Low Temperature Polycrystalline Silicon Thin Film Transistors Journal of Display Technology 01 01 2015 100 104 IEEE Xplore Web 2 Mar 2015 取自 https zh wikipedia org w index php title 低温多晶硅 amp oldid 64047682, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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