stringtranslate.com

Тонкопленочный оксидный транзистор

Поперечный разрез типичного тонкопленочного транзистора на основе оксида металла. В данном случае «оксид» относится к полупроводниковому слою между электродами истока и стока.

Тонкопленочный транзистор на основе оксида ( оксидный TFT ) или тонкопленочный транзистор на основе оксида металла — это тип тонкопленочного транзистора , в котором полупроводником является соединение оксида металла . Оксидный TFT отличается от полевого транзистора на основе оксида металла ( MOSFET ), в котором слово «оксид» относится к изолирующему диэлектрику затвора (обычно диоксиду кремния ). В оксидном TFT слово «оксид» относится к полупроводнику. Оксидные TFT применяются в качестве усилителей для подачи тока на излучатели в объединительных панелях дисплеев.

История

Первый транзистор, использующий оксид металла в качестве полупроводника, был описан в 1964 году Класенсом и Коелмансом из Philips Research Laboratories. [1] Однако оксидные TFT редко рассматривались снова в течение нескольких десятилетий после этого. Только в начале 2000-х годов Хидео Хосоно , изучавший прозрачные проводящие оксиды , [2] обнаружил, что оксисульфиды [3] и оксид индия-галлия-цинка [4] [5] могут использоваться в качестве полупроводников в TFT. Вскоре после этого Джон Уэйджер из Университета штата Орегон сообщил об оксидных TFT, использующих бинарный оксид цинка в качестве полупроводника. [6]

Характеристики

Оксиды обладают несколькими свойствами, которые делают их более предпочтительными по сравнению с гидрогенизированным аморфным кремнием (a-Si:H), который был действующей технологией TFT в начале 2000-х годов. [7] Во-первых, подвижность электронов примерно в 100 раз выше в оксидных TFT. [8] Поскольку ток исток-сток в транзисторах линейно пропорционален подвижности электронов, [9] то же самое касается и свойств усиления. Результатом этого является то, что для обеспечения того же тока можно использовать транзисторы меньшего размера. В дисплее это означает, что возможны более высокое разрешение и скорость переключения.

a-Si:H также страдает от проблем с экологической стабильностью, таких как эффект Стеблера-Вронского . [10] Поскольку оксиды уже окислены, они, как правило, более экологически стабильны, однако они испытывают явление, называемое отрицательным смещением под действием освещения (NBIS), когда пороговое напряжение изменяется при постоянном освещении. [11]

Большинство оксидных TFT n-типа (переносящих электроны) используют полупроводники с широкой запрещенной зоной ; обычно более 3 эВ . По этой причине они привлекательны для использования в полностью прозрачной электронике. Их широкая запрещенная зона также означает, что они имеют низкий ток выключения и, следовательно, высокое отношение включено/выключено; желательное свойство для четко определенных состояний включено и выключено.

Одним из существенных недостатков оксидных TFT является то, что существует очень мало металлооксидных полупроводников p-типа ( переносящих дырки ). [12] Хотя это и не является существенной проблемой при обеспечении усиления для излучателей, это означает, что оксидные полупроводники менее подходят для комплементарной логики и, следовательно, обработки информации .

Рост

Металлооксидные полупроводники обычно осаждаются с помощью распыления , вакуумной технологии роста, приводящей к аморфному или поликристаллическому слою. Оксиды также могут быть осаждены из раствора, например, с помощью центрифугирования или распыления покрытия. [13]

Коммерческое использование

Несколько компаний приняли оксидные TFT в качестве платформы для драйверов дисплеев. В частности, Sharp в 2012 году [14] и Apple в 2013 году [15].

Ссылки

  1. ^ Класенс, HA; Коелманс, H. (1964-09-01). "Полевой транзистор на основе оксида олова". Solid-State Electronics . 7 (9): 701–702. Bibcode : 1964SSEle...7..701K. doi : 10.1016/0038-1101(64)90057-7. ISSN  0038-1101.
  2. ^ Хосоно, Хидео; Ясукава, Масахиро; Кавазое, Хироши (1996-08-01). «Новые оксидно-аморфные полупроводники: прозрачные проводящие аморфные оксиды». Журнал некристаллических твердых тел . 203 : 334–344. Bibcode : 1996JNCS..203..334H. doi : 10.1016/0022-3093(96)00367-5. ISSN  0022-3093.
  3. ^ Ueda, K.; Inoue, S.; Hirose, S.; Kawazoe, H.; Hosono, H. (2000-10-16). "Прозрачный полупроводник p-типа: слоистый оксисульфид LaCuOS". Applied Physics Letters . 77 (17): 2701–2703. Bibcode : 2000ApPhL..77.2701U. doi : 10.1063/1.1319507. ISSN  0003-6951.
  4. ^ Номура, Кэндзи; Охта, Хиромичи; Уэда, Казусигэ; Камия, Тосио; Хирано, Масахиро; Хосоно, Хидео (2003-05-23). ​​«Тонкопленочный транзистор, изготовленный из однокристаллического прозрачного оксидного полупроводника». Science . 300 (5623): 1269–1272. Bibcode :2003Sci...300.1269N. doi :10.1126/science.1083212. ISSN  0036-8075. PMID  12764192. S2CID  20791905.
  5. ^ Хосоно, Хидео (июль 2018 г.). «Как мы сделали транзистор IGZO». Nature Electronics . 1 (7): 428. doi : 10.1038/s41928-018-0106-0 . ISSN  2520-1131.
  6. ^ Хоффман, Р. Л.; Норрис, Б. Дж.; Вейджер, Дж. Ф. (28.01.2003). «Прозрачные тонкопленочные транзисторы на основе ZnO». Applied Physics Letters . 82 (5): 733–735. Bibcode : 2003ApPhL..82..733H. doi : 10.1063/1.1542677. ISSN  0003-6951.
  7. ^ Brotherton, SD (2013). Введение в тонкопленочные транзисторы: физика и технология TFT. Springer International Publishing. ISBN 978-3-319-00001-5.
  8. ^ Камия, Тосио; Номура, Кэндзи; Хосоно, Хидео (2010-02-01). "Современное состояние тонкопленочных транзисторов на основе аморфного In–Ga–Zn–O". Наука и технология передовых материалов . 11 (4): 044305. doi :10.1088/1468-6996/11/4/044305. ISSN  1468-6996. PMC 5090337. PMID 27877346  . 
  9. ^ Sze, SM; Ng, Kwok K. (2006-04-10). Физика полупроводниковых приборов. doi :10.1002/0470068329. ISBN 9780470068328.
  10. ^ Staebler, DL; Wronski, CR (1977-08-15). «Обратимые изменения проводимости в аморфном Si, полученном разрядом». Applied Physics Letters . 31 (4): 292–294. Bibcode : 1977ApPhL..31..292S. doi : 10.1063/1.89674. ISSN  0003-6951.
  11. ^ Номура, Кэндзи; Камия, Тосио; Хосоно, Хидео (2010). «Интерфейсные и объемные эффекты для нестабильности смещения—света-освещения в тонкопленочных транзисторах на основе аморфного In—Ga—Zn—O». Журнал Общества по отображению информации . 18 (10): 789–795. doi :10.1889/JSID18.10.789. ISSN  1938-3657. S2CID  62712554.
  12. ^ Ван, Чжэньвэй; Наяк, Прадипта К.; Каравео-Фрескас, Хесус А.; Альшариф, Хусам Н. (2016). «Последние разработки в области оксидно-полупроводниковых материалов и устройств p-типа». Advanced Materials . 28 (20): 3831–3892. doi :10.1002/adma.201503080. hdl : 10754/600277 . ISSN  1521-4095. PMID  26879813. S2CID  205263052.
  13. ^ Томас, Стюарт Р.; Паттанасаттаявонг, Пичая; Антопулос, Томас Д. (2013-07-22). «Металлические оксидные полупроводники, пригодные для обработки в растворе, для тонкопленочных транзисторов». Обзоры химического общества . 42 (16): 6910–6923. doi :10.1039/C3CS35402D. ISSN  1460-4744. PMID  23770615.
  14. ^ "Sharp начинает производить ЖК-дисплеи на основе оксидных TFT (IGZO) | OLED-Info". www.oled-info.com . Получено 27.08.2021 .
  15. ^ "Технология дисплеев IGZO наконец-то выходит на массовый рынок: iPad Air уже сейчас, скоро дисплей высокого разрешения для настольных ПК - ExtremeTech". www.extremetech.com . Получено 27.08.2021 .