stringtranslate.com

Низкотемпературный поликристаллический кремний

Низкотемпературный поликристаллический кремний ( LTPS ) — это поликристаллический кремний , синтезированный при относительно низких температурах (~650 °C и ниже) по сравнению с традиционными методами (выше 900 °C). LTPS важен для индустрии дисплеев , поскольку использование больших стеклянных панелей исключает воздействие деформирующих высоких температур. Более конкретно, 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

Поликристаллический кремний (p-Si) — это чистая и проводящая форма элемента, состоящая из множества кристаллитов или зерен высокоупорядоченной кристаллической решетки . В 1984 году исследования показали, что аморфный кремний (a-Si) является отличным прекурсором 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 °C. Затем он термически отжигается (перекристаллизовывается) при температуре 950–1000 °C. Начиная с аморфной пленки, а не напрямую осаждая кристаллы, получается продукт с превосходной структурой и желаемой гладкостью. [3] [4] В 1988 году исследователи обнаружили, что дальнейшее снижение температуры во время отжига вместе с усовершенствованным плазменно-усиленным химическим осаждением из паровой фазы (PECVD) может способствовать еще более высокой степени проводимости. Эти технологии оказали глубокое влияние на отрасли микроэлектроники, фотоэлектричества и улучшения дисплеев.

Использование в жидкокристаллических дисплеях

Схема жидкокристаллического дисплея. При подаче тока на транзистор жидкие кристаллы выравниваются и больше не вращают падающий поляризованный свет. Это приводит к отсутствию прохождения через второй поляризатор, создавая темный пиксель.

Аморфные кремниевые TFT широко используются в плоских жидкокристаллических дисплеях (ЖК-дисплеях), поскольку их можно собирать в сложные схемы драйверов с высоким током. Аморфные кремниевые электроды TFT управляют выравниванием кристаллов в ЖК-дисплеях. Развитие LTPS-TFT может иметь много преимуществ, таких как более высокое разрешение устройства, более низкая температура синтеза и более низкая стоимость основных подложек. [5] Однако LTPS-TFT также имеют несколько недостатков. Например, площадь TFT в традиционных устройствах a-Si велика, что приводит к малому коэффициенту апертуры (количество площади, которая не блокируется непрозрачным TFT и, таким образом, пропускает свет). Несовместимость различных коэффициентов апертуры не позволяет интегрировать сложные схемы и драйверы на основе LTPS в материал a-Si. [6] Кроме того, качество LTPS со временем ухудшается из-за повышения температуры при включении транзистора, что ухудшает пленку, разрывая связи Si-H в материале. Это может привести к тому, что устройство будет страдать от пробоя стока и утечки тока [7], особенно в небольших и тонких транзисторах, которые плохо рассеивают тепло. [8]

Обработка лазерным отжигом

В то время как аморфный кремний не имеет кристаллической структуры, поликристаллический кремний состоит из различных кристаллитов или зерен, каждое из которых имеет организованную решетку.

XeCl Excimer-Laser Annealing (ELA) является первым ключевым методом производства p-Si путем плавления материала a-Si посредством лазерного облучения. Аналог a-Si, поликристаллический кремний, который может быть синтезирован из аморфного кремния с помощью определенных процедур, имеет несколько преимуществ по сравнению с широко используемым a-Si TFT:

  1. Высокая скорость подвижности электронов ;
  2. Высокое разрешение и светосила;
  3. Доступно для высокой интеграции схем. [9]

XeCl-ELA успешно кристаллизует a-Si (толщина варьируется от 500 до 10000Å) в p-Si без нагрева подложек. [10] Поликристаллическая форма имеет более крупные зерна, что обеспечивает лучшую подвижность для TFT из-за уменьшения рассеяния на границах зерен. [11] [12] [13] Эта технология приводит к успешной интеграции сложных схем в ЖК-дисплеи. [14]


Разработка устройств LTPS-TFT

Схема LTPS-TFT, используемая для управления OLED

Помимо усовершенствования самих TFT, успешное применение LTPS для графического отображения также зависит от инновационных схем. Одна из последних технологий включает в себя схему пикселя, в которой исходящий ток от 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 схема пикселя включает в себя четыре TFT n-типа , один TFT p-типа , конденсатор и элемент управления для управления разрешением изображения. [16] Повышение производительности и микролитографии для TFT важно для продвижения LTPS-активных матричных OLED. Эти многочисленные важные методы позволили достичь подвижности кристаллической пленки до 13 см2/В·с, и они помогли массово производить светодиоды и ЖК-дисплеи с разрешением более 500 ppi. [10]

ЛТПО

Низкотемпературный поликристаллический оксид ( LTPO ) — это тип технологии задней панели OLED-дисплея, разработанный Apple , который объединяет как LTPS TFT, так и оксидные TFT ( оксид индия-галлия-цинка или IGZO). В LTPO схемы переключения используют LTPS, в то время как управляющие TFT используют материалы IGZO. [17] LTPO позволяет более эффективно использовать энергию 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 увеличивать частоту обновления при отображении динамического контента, такого как видео или игры. Дисплеи LTPO известны своим улучшенным сроком службы батареи и могут быть найдены 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]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Фонаш, Стивен. «Низкотемпературная кристаллизация и формирование рисунка аморфной кремниевой пленки на электроизолирующих подложках». Патент США (1994). Печать.
  2. ^ Харбеке, Г., Л. Краусбауэр, Э. Ф. Штайгмерьер и А. Е. Видмер. «Рост и физические свойства поликристаллических кремниевых пленок LPCVD». Журнал Электрохимического общества (1984): 675. Печать.
  3. ^ Хаталис, Мильтиадис К. и Дэвид В. Греве. «Крупнозернистый поликристаллический кремний, полученный путем низкотемпературного отжига пленок аморфного кремния, осажденных химическим паром низкого давления». Прикладная физика 63.07 (1988): 2266. Печать.
  4. ^ Хаталис, МК и Д. В. Греве. «Высокопроизводительные тонкопленочные транзисторы в низкотемпературных кристаллизованных пленках аморфного кремния LPCVD». IEEE Electron Device Letters 08 (1987): 361–64. Печать.
  5. ^ Zhiguo, Meng, Mingxiang Wang и Man Wong. «Высокопроизводительные низкотемпературные металл-индуцированные односторонне кристаллизованные поликристаллические кремниевые тонкопленочные транзисторы для систем-на-панели». IEEE Transactions On Electron Devices 47.02 (2000). Печать.
  6. ^ Иноуэ, Сатоши, Хироюки Ошима 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. IOP Sciences. Веб-сайт. 2 марта 2015 г.
  7. ^ Луи, Бэзил; Куинн, М.Дж.; Там, С.В.-Б.; Браун, Т.М.; Мильорато, П.; Ошима, Х. (1998). «Исследование механизма тока утечки низкого поля в поликремниевых TFT». IEEE Transactions on Electron Devices . 45 (1): 213–217. doi :10.1109/16.658833. ISSN  1557-9646.
  8. ^ GA Bhat, Z. Jin, HS Kwok и M. Wong, «Влияние интерфейса MIC/MILC на производительность MILC-TFT», в Dig. 56th Annu. Device Research Conf., 22–24 июня 1998 г., стр. 110–111.
  9. ^ Куо, Юэ. «Технология тонкопленочных транзисторов — прошлое, настоящее и будущее». Интерфейс электрохимического общества (2013). Интерфейс электрохимического общества. Веб. 1 марта 2015 г.
  10. ^ ab Sameshima, T., S. Usui и 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 марта 2015 г.
  11. ^ Кимура, Муцуми; Иноуэ, Сатоши; Симода, Тацуя; Там, Саймон В.-Б.; Луи, Базиль; Мильорато, Пьеро; Нозава, Рёичи (2002-03-15). «Извлечение ловушечных состояний в тонкопленочных транзисторах из поликристаллического кремния, кристаллизованных лазером, и анализ деградации при самонагреве». Журнал прикладной физики . 91 (6): 3855–3858. doi :10.1063/1.1446238. ISSN  0021-8979.
  12. ^ 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. doi :10.1063/1.1361244. ISSN  0021-8979.
  13. ^ 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.
  14. ^ Uchikoga, Shuichi. «Технологии тонкопленочных транзисторов на основе поликристаллического кремния с низкой температурой для дисплеев System-on-Glass». MRS Bulletin (2002): 881-86. Google Scholar. MRS Bulletin. Web. 2 марта 2015 г.
  15. ^ Banger, KK, Y. Yamashita, K. Mori, RL Peterson, T. Leedham, J. Rickard и H. Sirringhaus. «Низкотемпературные, высокопроизводительные тонкопленочные транзисторы на основе оксида металла, обработанные в растворе, сформированные с помощью процесса „золь–гель на кристалле“». Nature Materials (2010): 45–50. Nature Materials. Web. 2 марта 2015 г.
  16. ^ ab Tai, Y.-H., B.-T. Chen, Y.-J. Kuo, C.-C. Tsai, K.-Y. Chiang, Y.-J. Wei и H.-C. Cheng. "Новая пиксельная схема для управления органическим светоизлучающим диодом с низкотемпературными тонкопленочными транзисторами из поликристаллического кремния". Journal of Display Technology 01.01 (2015): 100-104. IEEE Xplore. Web. 2 марта 2015 г.
  17. ^ Мертенс, Рон (2019-02-10). "Технология объединительной платы LTPO - введение и новости". OLED Info . Получено 2023-02-24 .
  18. ^ Мур-Колайер, Роланд (2021-04-02). «Что такое LTPO? Как эта технология обеспечивает потрясающие дисплеи для телефонов». Tom's Guide . Получено 24.02.2023 .
  19. ^ "Технология LTPO от Samsung Display называется HOP". THE ELEC, Korea Electronics Industry Media . 2020-06-16 . Получено 2023-02-24 .