Поскольку TFT выращиваются на инертных подложках, а не на пластинах, полупроводник должен быть осажден в специальном процессе. Для осаждения полупроводников в TFT используются различные методы. К ним относятся химическое осаждение из паровой фазы (CVD), атомно-слоевое осаждение (ALD) и распыление . Полупроводник также может быть осажден из раствора, [12] с помощью таких методов, как печать [13] или напыление покрытия. [14] Предполагается, что методы на основе раствора приведут к созданию недорогой, механически гибкой электроники. [15] Поскольку типичные подложки будут деформироваться или плавиться при высоких температурах, процесс осаждения должен проводиться при относительно низких температурах по сравнению с традиционной обработкой электронных материалов. [16]
Некоторые широкозонные полупроводники, наиболее известные оксиды металлов, являются оптически прозрачными. [17] Используя также прозрачные подложки, такие как стекло, и прозрачные электроды , такие как оксид индия и олова (ITO), некоторые устройства TFT могут быть спроектированы так, чтобы быть полностью оптически прозрачными. [18] Такие прозрачные TFT (TTFT) могут использоваться для включения дисплеев на лобовом стекле автомобиля. Первые TTFT, обработанные раствором, на основе оксида цинка , были сообщены в 2003 году исследователями из Университета штата Орегон . [19] Португальская лаборатория CENIMAT в Университете Нового Лиссабона произвела первый в мире полностью прозрачный TFT при комнатной температуре. [20] CENIMAT также разработала первый бумажный транзистор, [21] который может привести к таким приложениям, как журналы и страницы журналов с движущимися изображениями.
Начиная с 2008 года [обновлять]многие цветные ЖК-телевизоры и мониторы используют эту технологию. TFT-панели часто используются в приложениях цифровой радиографии в общей рентгенографии. TFT используется как в прямом, так и в непрямом захвате [ жаргон ] в качестве основы для приемника изображения в медицинской рентгенографии .
Самым полезным аспектом технологии TFT является использование отдельного транзистора для каждого пикселя на дисплее. Поскольку каждый транзистор мал, количество заряда, необходимое для его управления, также мало. Это позволяет очень быстро перерисовывать дисплей.
В феврале 1957 года Джон Уоллмарк из RCA подал патент на тонкопленочный МОП-транзистор, в котором в качестве диэлектрика затвора использовался монооксид германия. Пол К. Ваймер , также из RCA, реализовал идеи Уоллмарка и разработал тонкопленочный транзистор (TFT) в 1962 году, тип МОП-транзистора, отличный от стандартного объемного МОП-транзистора. Он был изготовлен с использованием тонких пленок селенида кадмия и сульфида кадмия . В 1966 году TP Brody и HE Kunig из Westinghouse Electric изготовили МОП-транзисторы на основе арсенида индия (InAs) как в режиме обеднения, так и в режиме усиления . [28] [29] [30] [31] [32] [33]
Идея жидкокристаллического дисплея (ЖКД) на основе TFT была задумана Бернардом Дж. Лехнером из RCA Laboratories в 1968 году. [34] Лехнер, Ф. Дж. Марлоу, Э. О. Нестер и Дж. Тултс продемонстрировали концепцию в 1968 году с матрицей 18x2 с динамическим рассеянием ЖКД, в которой использовались стандартные дискретные МОП-транзисторы, поскольку производительность ТФТ в то время была недостаточной. [35] В 1973 году Т. Питер Броди , Дж. А. Асарс и Г. Д. Диксон из Westinghouse Research Laboratories разработали ТФТ на основе CdSe (селенида кадмия), который они использовали для демонстрации первого жидкокристаллического дисплея на тонкопленочных транзисторах CdSe (ЖКД на ТФТ). [31] [36] Группа Westinghouse также сообщила о рабочей электролюминесценции (ЭЛ) ТФТ в 1973 году с использованием CdSe. [37] Броди и Фан-Чен Ло продемонстрировали первый плоский жидкокристаллический дисплей с активной матрицей (AM LCD) с использованием CdSe в 1974 году, а затем Броди ввел термин «активная матрица» в 1975 году. [34] Однако массовое производство этого устройства так и не было реализовано из-за сложностей в контроле свойств тонкопленочного материала полупроводникового соединения и надежности устройства на больших площадях. [31]
Прорыв в исследованиях TFT произошел с разработкой аморфного кремниевого (a-Si) TFT PG le Comber, WE Spear и A. Ghaith в Университете Данди в 1979 году. Они сообщили о первом функциональном TFT, изготовленном из гидрогенизированного a-Si с затвором из нитрида кремния . [31] [38] A-Si TFT вскоре был признан более подходящим для AM LCD большой площади. [31] Это привело к коммерческим исследованиям и разработкам (НИОКР) AM LCD панелей на основе a-Si TFT в Японии. [39]
Первым коммерческим продуктом AM LCD на основе TFT был 2,1-дюймовый Epson [41] [42] [43] ET-10 [37] (Epson Elf), первый цветной карманный ЖК-телевизор, выпущенный в 1984 году. [44] В 1986 году исследовательская группа Hitachi под руководством Акио Мимуры продемонстрировала низкотемпературный поликристаллический кремниевый (LTPS) процесс изготовления n-канальных TFT на кремнии на изоляторе (SOI) при относительно низкой температуре 200 °C. [45] Исследовательская группа Hosiden под руководством Т. Сунаты в 1986 году использовала a-Si TFT для разработки 7-дюймовой цветной AM LCD панели, [46] и 9-дюймовой AM LCD панели. [47] В конце 1980-х годов Hosiden поставляла монохромные TFT LCD панели для Apple Computer . [31] В 1988 году исследовательская группа Sharp под руководством инженера Т. Нагаясу использовала гидрогенизированные a-Si TFT для демонстрации 14-дюймового полноцветного ЖК-дисплея, [34] [48] который убедил электронную промышленность в том, что ЖК-дисплей в конечном итоге заменит электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) в качестве стандартной технологии телевизионных дисплеев . [34] В том же году Sharp выпустила панели TFT LCD для ноутбуков . [37] В 1992 году Toshiba и IBM Japan представили 12,1-дюймовую цветную панель SVGA для первого коммерческого цветного ноутбука IBM . [37]
TFT также могут быть изготовлены из оксида индия-галлия-цинка ( IGZO ). TFT-LCD с транзисторами IGZO впервые появились в 2012 году и были впервые изготовлены корпорацией Sharp. IGZO обеспечивает более высокую частоту обновления и более низкое энергопотребление. [49] [50] В 2021 году был изготовлен первый гибкий 32-битный микропроцессор с использованием технологии IGZO TFT на полиимидной подложке. [51]
^ Sze, SM; Ng, Kwok K. (2006-04-10). Физика полупроводниковых приборов. doi :10.1002/0470068329. ISBN 9780470068328.
^ Powell, MJ (1989). «Физика тонкопленочных транзисторов на основе аморфного кремния». IEEE Transactions on Electron Devices . 36 (12): 2753–2763. Bibcode : 1989ITED...36.2753P. doi : 10.1109/16.40933. ISSN 1557-9646.
^ Рана, В.; Ишихара, Р.; Хиросима, И.; Абэ, Д.; Иноуэ, С.; Шимода, Т.; Метселаар, В.; Бинаккер, К. (2005). «Зависимость характеристик монокристаллического кремниевого TFT от положения канала внутри зерна с контролируемым местоположением». IEEE Transactions on Electron Devices . 52 (12): 2622–2628. Bibcode : 2005ITED...52.2622R. doi : 10.1109/TED.2005.859689. ISSN 1557-9646. S2CID 12660547.
^ Кимура, Муцуми; Нозава, Рёити; Иноуэ, Сатоши; Симода, Тацуя; Луи, Бэзил; Там, Саймон Винг-Бун; Мильорато, Пьеро (2001-09-01). "Извлечение ловушечных состояний на интерфейсе оксид-кремний и границе зерен для тонкопленочных транзисторов из поликристаллического кремния". Японский журнал прикладной физики . 40 (9R): 5227. Bibcode : 2001JaJAP..40.5227K. doi : 10.1143/jjap.40.5227. ISSN 0021-4922. S2CID 250837849.
^ Луи, Бэзил; Там, SW-B.; Мильорато, П.; Шимода, Т. (2001-06-01). «Метод определения объемной и интерфейсной плотности состояний в тонкопленочных транзисторах». Журнал прикладной физики . 89 (11): 6453–6458. Bibcode : 2001JAP....89.6453L. doi : 10.1063/1.1361244. ISSN 0021-8979.
^ Броди, Т. Питер (ноябрь 1984 г.). «Тонкопленочный транзистор — позднее цветение». Труды IEEE по электронным приборам . 31 (11): 1614–1628. Bibcode : 1984ITED...31.1614B. doi : 10.1109/T-ED.1984.21762. S2CID 35904114.
^ Броди, Т. Питер (1996). «Рождение и раннее детство активной матрицы — личные воспоминания». Журнал SID . 4/3 : 113–127.
^ Лампорт, Захари А.; Ханиф, Хамна Ф.; Ананд, Саджант; Уолдрип, Мэтью; Джурческу, Оана Д. (17.08.2018). «Учебное пособие: Органические полевые транзисторы: материалы, структура и работа». Журнал прикладной физики . 124 (7): 071101. Bibcode : 2018JAP...124g1101L. doi : 10.1063/1.5042255. ISSN 0021-8979. S2CID 116392919.
^ Jariwala, Deep; Sangwan, Vinod K.; Lauhon, Lincoln J.; Marks, Tobin J.; Hersam, Mark C. (2013-03-11). «Углеродные наноматериалы для электроники, оптоэлектроники, фотоэлектрики и датчиков». Chemical Society Reviews . 42 (7): 2824–2860. arXiv : 1402.0046 . doi : 10.1039/C2CS35335K. ISSN 1460-4744. PMID 23124307. S2CID 26123051.
^ Лин, Йен-Хунг; Паттанасаттаявонг, Пичая; Антопулос, Томас Д. (2017). «Металл-галогенные перовскитные транзисторы для печатной электроники: проблемы и возможности». Advanced Materials . 29 (46): 1702838. Bibcode : 2017AdM....2902838L. doi : 10.1002/adma.201702838. hdl : 10754/625882 . ISSN 1521-4095. PMID 29024040. S2CID 205281664.
^ 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.
^ Тейхлер, Анке; Перелаер, Йолке; Шуберт, Ульрих С. (14.02.2013). «Струйная печать органической электроники – сравнение методов осаждения и современных разработок». Журнал химии материалов C. 1 ( 10): 1910–1925. doi :10.1039/C2TC00255H. ISSN 2050-7534.
^ Башир, Аника; Вёбкенберг, Пол Х.; Смит, Джереми; Болл, Джеймс М.; Адамопулос, Джордж; Брэдли, Донал Д.К.; Антопулос, Томас Д. (2009). «Высокопроизводительные транзисторы и схемы из оксида цинка, изготовленные методом распылительного пиролиза в окружающей атмосфере». Advanced Materials . 21 (21): 2226–2231. Bibcode :2009AdM....21.2226B. doi :10.1002/adma.200803584. hdl : 10044/1/18897 . ISSN 1521-4095. S2CID 137260075.
^ Уэйджер, Джон. Инженеры OSU создали первый в мире прозрачный транзистор. Архивировано 15 сентября 2007 г. в Wayback Machine . Инженерный колледж, Университет штата Орегон, Корваллис, штат Орегон: Новости и коммуникации OSU, 2003. 29 июля 2007 г.
^ Фортунато, Э.; Коррейя, Н.; Баркинья, П.; Перейра, Л.; Гонсалвес, Г.; Мартинс, Р. (сентябрь 2008 г.). «Высокопроизводительные гибкие гибридные полевые транзисторы на основе целлюлозной волокнистой бумаги» (PDF) . IEEE Electron Device Letters . 29 (9): 988–990. Bibcode :2008IEDL...29..988F. doi :10.1109/LED.2008.2001549. hdl : 10362/3242 . S2CID 26919164.
^ Чанг, Тин-Куо; Линь, Чин-Вэй; Чанг, Шихчан (2019). «39-3: Приглашенный доклад: Технология LTPO TFT для AMOLED†». Сборник технических документов симпозиума Sid . 50 : 545–548. doi :10.1002/sdtp.12978. S2CID 191192447.
^ Чен, Цянь; Су, Юэ; Ши, Сювэнь; Лю, Дунъян; Гун, Юйсинь; Дуань, Синьлв; Джи, Хансай; Гэн, Ди; Ли, Линг; Лю, Мин (2019). «P-1.1: Новая пиксельная схема компенсации с LTPO TFTS». Сборник технических статей симпозиума Сида . 50 : 638–639. дои : 10.1002/sdtp.13595. S2CID 210522411.
^ Луо, Хаоцзюнь; Ван, Шаовэнь; Кан, Цзяхао; Ван, Ю-Минь; Чжао, Цзиган; Цонг, Тина; Лу, Пин; Гупта, Амит; Ху, Вэньбин; У, Хуанда; Чжан, Шэнву; Ким, Цзиха; Чиу, Чан Мин; Ли, Бонг-Гым; Юань, Зе; Ю, Сяоцзюнь (2020). «24-3: Комплементарная технология LTPO, пиксельные схемы и интегрированные драйверы затворов для дисплеев AMOLED, поддерживающих переменную частоту обновления». Сборник технических документов симпозиума Sid . 51 : 351–354. doi :10.1002/sdtp.13876. S2CID 225488161.
^ Вейджер, Джон Ф. «Достижения и возможности для улучшения» (PDF) .
^ Достижения в области полупроводниковых технологий: избранные темы за пределами традиционных КМОП. John Wiley & Sons. 11 октября 2022 г. ISBN978-1-119-86958-0.
^ Броди, TP; Куниг, HE (октябрь 1966 г.). "Высокоэффективный тонкопленочный транзистор InAs". Applied Physics Letters . 9 (7): 259–260. Bibcode : 1966ApPhL...9..259B. doi : 10.1063/1.1754740 . ISSN 0003-6951.
^ Ваймер, Пол К. (июнь 1962 г.). «TFT — новый тонкопленочный транзистор». Труды IRE . 50 (6): 1462–9. doi :10.1109/JRPROC.1962.288190. ISSN 0096-8390. S2CID 51650159.
^ abcdef Куо, Юэ (1 января 2013 г.). «Технология тонкопленочных транзисторов — прошлое, настоящее и будущее» (PDF) . Интерфейс Электрохимического общества . 22 (1): 55–61. Bibcode :2013ECSIn..22a..55K. doi : 10.1149/2.F06131if . ISSN 1064-8208.
^ Lojek, Bo (2007). История полупроводниковой инженерии . Springer. стр. 322–4. ISBN978-3540342588.
^ Ричард Аронс (2012). «Промышленные исследования в области микросхемотехники в RCA: ранние годы, 1953–1963». IEEE Annals of the History of Computing . 12 (1): 60–73.
^ abcd Кавамото, Х. (2012). «Изобретатели ЖК-дисплеев с активной матрицей TFT получили медаль Нисидзавы IEEE 2011 года». Журнал Display Technology . 8 (1): 3–4. Bibcode : 2012JDisT...8....3K. doi : 10.1109/JDT.2011.2177740. ISSN 1551-319X.
^ Кастеллано, Джозеф А. (2005). Жидкое золото: история жидкокристаллических дисплеев и создание отрасли. World Scientific . стр. 41–2. ISBN9789812389565.
^ Броди, Т. Питер ; Асарс, JA; Диксон, GD (ноябрь 1973 г.). «Жидкокристаллическая дисплейная панель размером 6 × 6 дюймов с 20 строками на дюйм». IEEE Transactions on Electron Devices . 20 (11): 995–1001. Bibcode : 1973ITED...20..995B. doi : 10.1109/T-ED.1973.17780. ISSN 0018-9383.
^ abcd Сук, Джун; Морозуми, Синдзи; Ло, Фан-Чен; Бита, Ион (2018). Производство плоских дисплеев. Wiley. С. 2–3. ISBN9781119161356.
^ Comber, PG le; Spear, WE; Ghaith, A. (1979). «Аморфно-кремниевый полевой прибор и его возможное применение». Electronics Letters . 15 (6): 179–181. Bibcode : 1979ElL....15..179L. doi : 10.1049/el:19790126. ISSN 0013-5194.
^ ab Кастеллано, Джозеф А. (2005). Жидкое золото: история жидкокристаллических дисплеев и создание отрасли. World Scientific . стр. 180, 181, 188. ISBN9789812565846.
^ Морозуми, Синдзи; Огучи, Коичи (12 октября 1982 г.). «Текущее состояние развития ЖК-телевизоров в Японии». Молекулярные кристаллы и жидкие кристаллы . 94 (1–2): 43–59. дои : 10.1080/00268948308084246. ISSN 0026-8941.
^ US6580129B2, Луи, Бэзил; Мильорато, Пьеро и Юдасака, Ичио и др., «Тонкопленочный транзистор и метод его изготовления», выпущено 17 июня 2003 г.
^ US6548356B2, Луи, Бэзил; Мильорато, Пьеро и Юдасака, Ичио и др., «Тонкопленочный транзистор», выпущено 15 апреля 2003 г.
^ Кимура, Муцуми; Иноуэ, Сатоши; Симода, Тацуя; Луи, Бэзил; Френч, Уильям; Камохара, Итару; Мильорато, Пьеро (2001). «Разработка моделей поликремниевых TFT для моделирования устройств: модель ловушки в плоскости и модель термоионной эмиссии». SID Conference Record of the International Display Research Conference (на японском языке): 423–426. ISSN 1083-1312.
^ Mimura, Akio; Oohayashi, M.; Ohue, M.; Ohwada, J.; Hosokawa, Y. (1986). «SOI TFT с прямым контактом ITO». IEEE Electron Device Letters . 7 (2): 134–6. Bibcode : 1986IEDL....7..134M. doi : 10.1109/EDL.1986.26319. ISSN 0741-3106. S2CID 36089445.
^ Sunata, T.; Yukawa, T.; Miyake, K.; Matsushita, Y.; Murakami, Y.; Ugai, Y.; Tamamura, J.; Aoki, S. (1986). "Цветной ЖК-дисплей с активной матрицей большой площади и высоким разрешением, адресуемый с помощью a-Si TFT". IEEE Transactions on Electron Devices . 33 (8): 1212–1217. Bibcode : 1986ITED...33.1212S. doi : 10.1109/T-ED.1986.22644. ISSN 0018-9383. S2CID 44190988.
^ Sunata, T.; Miyake, K.; Yasui, M.; Murakami, Y.; Ugai, Y.; Tamamura, J.; Aoki, S. (1986). "ЖК-дисплей с активной матрицей размером 640 × 400 пикселей, использующий a-Si TFT". IEEE Transactions on Electron Devices . 33 (8): 1218–21. Bibcode : 1986ITED...33.1218S. doi : 10.1109/T-ED.1986.22645. ISSN 0018-9383. S2CID 6356531.
^ Нагаясу, Т.; Окетани, Т.; Хиробе, Т.; Като, Х.; Мидзусима, С.; Возьми, Х.; Яно, К.; Хидзикигава, М.; Васизука, И. (октябрь 1988 г.). «Полноцветный ЖК-дисплей a-Si TFT с диагональю 14 дюймов». Протокол конференции Международной конференции по исследованию дисплеев 1988 года . стр. 56–58. дои : 10.1109/DISPL.1988.11274. S2CID 20817375.
^ Орланд, Кайл (8 августа 2019 г.). «Что технология отображения IGZO от Sharp будет означать для Nintendo Switch». Ars Technica .
^ Биггс, Джон и др. (21 июля 2021 г.). «Гибкий 32-битный микропроцессор Arm». Nature . 595 (7868): 532–6. Bibcode :2021Natur.595..532B. doi : 10.1038/s41586-021-03625-w . PMID 34290427.