TFT全稱為Thin Film Transistor(薄膜晶體管)，是場效應晶體管的種類之一，大緻的制作方式是在基闆上沉積各種不同的薄膜，如半導體主動層、介電層和金屬電極層。

圖1

人類對 TFT 的研究工作已經有很長的曆史。早在 1925 年，Julius Edger Lilienfeld 首次提出結型場效應晶體管 (FET) 的基本定律，開辟了對固态放大器的研究。1933 年，Lilienfeld 又将絕緣栅結構引進場效應晶體管(後來被稱為 MISFET)。1962 年，Weimer 用多晶 CaS 薄膜做成 TFT；随後，又湧現了用 CdSe，InSb，Ge 等半導體材料做成的 TFT 器件。二十世紀六十年代，基于低費用，大陣列顯示的實際需求，TFT 的研究廣為興起。1973 年，Brody 等人首次研制出有源矩陣液晶顯示(AMLCD) ，并用 CdSe TFT 作為開關單元。随着多晶矽摻雜工藝的發展，1979 年 後來許多實驗室都進行了将 AMLCD LeComber，Spear 和 Ghaith 用 a-Si:H 做有源層，做成如圖 1 所示的 TFT 器件。以玻璃為襯底的研究.二十世紀八十年代，矽基 TFT 在 AMLCD 中有着極重要的地位,所做成的産品占據了市場絕 大部分份額。1986 年 Tsumura 等人首次用聚噻吩為半導體材料制備了有機薄膜晶體管(OTFT)，OTFT 技術從此開始得到發展。九十年代，以有機半導體材料作為活性層成為新的研究熱點。由于在制造工藝和成本上的優勢，OTFT 被認為将來極可能應用在 LCD，OLED 的驅動中。近年來，OTFT 的研究取得了突破性的進展。1996 年，飛利浦公司采用多層薄膜疊合法制作了一塊 15 微克變成碼發生器(PCG)；即使當薄膜嚴重扭曲，仍能正常工作。1998 年，的無定型金屬氧化物锆酸鋇作為并五苯有機薄膜晶體管的栅絕。IBM公司用一種新型的具有更高的介電常數 緣層，使該器件的驅動電壓降低了 4V，遷移率達到 0.38cm2V-1 s-1。1999 年，Bell實驗室的 Katz 和他的研究小組制得了在室溫下空氣中能穩定存在的噻吩薄膜，并使器件的遷移率達到 0.1 cm2V-1 s-1。Bell 實驗室用并五苯單晶制得這向有機集成 了一種雙極型有機薄膜晶體管， 該器件對電子和空穴的遷移率分别達到 2.7 cm2V-1 s-1 和 1.7 cm2V-1 s-1，電路的實際應用邁出了重要的一步。最近幾年，随着透明氧化物研究的深入，以 ZnO，ZIO 等半導體材料作為活性層制作薄膜晶體管,，因性能改進顯着也吸引了越來越多的興趣。器件制備工藝很廣泛，比如：MBE，CVD，PLD 等，均有研究。ZnO-TFT 技術也取得了突破性進展。2003 年，Nomura等人使用單晶 InGaO3 (ZnO)5 獲得了遷移率為 80 cm2V-1 s-1 的 TFT 器件。美國杜邦公司采用真空蒸鍍和掩膜擋闆技術在聚酰亞铵柔性襯底上開發了 ZnO-TFT，這是在聚酰亞铵柔性襯底上首次研制成功了高遷移率的 ZnO-TFT,，這預示着在氧化物 TFT 子遷移率為 50 cm2V-1 s-1。2005 年， Chiang H Q 等人利用 ZIO 作為活性層制得開關比為 107 薄膜晶體管。H C等人利用 CBD 方法制得開關比為 105 ，遷移率為 0.248cm2V-1s-1 的 TFT，這也顯示出實際應用的可能。

TFT（薄膜晶體管）是一種絕緣栅場效應晶體管。它的工作狀态可以利用 Weimer 表征的單晶矽 MOSFET 工作原理來描述。以 n 溝道 MOSFET 為例,物理結構如下圖 ：

當栅極施以正電壓時，栅壓在栅絕緣層中産生電場，電力線由栅電極指向半導體表面，并在表面處産生感應電 荷。随着栅電壓增加，半導體表面将由耗盡層轉變為電子積累層，形成反型層。當達到強反型時(即達到開啟電壓 時) ，源、漏間加上電壓就會有載流子通過溝道。當源漏電壓很小時，導電溝道近似為一恒定電阻，漏電流随源漏電壓增加而線性增大。當源漏電壓很大時，它會對栅電壓産生影響，使得栅絕緣層中電場由源端到漏端逐漸減弱，半導體表面反型層中電子由源端到漏端逐漸減小，溝道電阻随着源漏電壓增大而增加。漏電流增加變得緩慢，對應線性區向飽和區過渡。當源漏電壓增到一定程度，漏端反型層厚度減為零，電壓在增加，器件進入飽和區。在實際 LCD 生産中，主要利用 a-Si:H TFT 的開态(大于開啟電壓)對像素電容快速充電，利用關态來保持像素電容的電壓，從而實現快速響應和良好存儲的統一。

根據制作晶體管的半導體材料，可以分為a-Si TFT（非晶矽）、LTPS TFT（低溫多晶矽），HTPS(高溫多晶矽) ，IGZO TFT（Oxide TFT）：

a-Si TFT（非晶矽）

非晶矽薄膜晶體管（a-Si:H TFT--amorphous silicon thin film transistor）溝道采用非晶矽材料制成，非晶矽薄膜晶體管在結構和工作原理上和一般的MOSFET相似。具有MOS結構，并且也是場效應晶體管。栅極在非晶矽中感應溝道，并在源漏偏壓下導電。

LTPS TFT（低溫多晶矽）

低溫多晶矽LTPS是Low Temperature Ploy Silicon的縮寫，一般情況下低溫多晶矽的制程溫度應低于攝氏600度，尤其對LTPS區别于a-Si制造的制造程序“激光退火”（laser anneal）要求更是如此。與a-Si相比，LTPS的電子移動速度要比a-Si快100倍，這個特點可以解釋兩個問題：首先，每個LTPS PANEL 都比a-Si PANEL反應速度快；其次，LTPS PANEL 外觀尺寸都比a-Si PANEL小。

LTPS與a-Si 相比所持有的顯著優點：

1、 把驅動IC的外圍電路集成到面闆基闆上的可行性更強；

2、 反應速度更快，外觀尺寸更小，聯結和組件更少；

3、 面闆系統設計更簡單；

4、 面闆的穩定性更強；

5、 解析度更高，

激光退火：

p-Si 與 a-Si的顯著區别是LTPS TFT在制造過程中應用了激光照射。LTPS制造過程中在a-Si層上進行了激光照射以使a-Si結晶。由于封裝過程中要在基闆上完成多晶矽的轉化，LTPS必須利用激光的能量把非結晶矽轉化成多晶矽，這個過程叫做激光照射。

電子移動性：

a-Si TFT的電子移動速率低于1 cm2/V.sec，同時驅動IC需要較高的運算速率來驅動電路。這就是為什麼a-Si TFT不易将驅動IC集成到基闆上。相比之下，p-Si電子的移動速率可以達到100 cm2/V.sec，同時也更容易将驅動IC集成到基闆上。結果是，首先由于将驅動IC、PCB和聯結器集成到基闆上而降低了生産成本，其次使産品重量更輕、厚度更薄。

解析度：

由于p-Si TFT 比傳統的a-Si小，所以解析度可以更高。

穩定性：

p-Si TFT的驅動IC合成在玻璃基闆上有兩點好處：首先，與玻璃基闆相連接的連接器數量減少，模塊的制造成本降低；其次，模塊的穩定性将得以戲劇性的升高。

HTPS(高溫多晶矽)

HTPS是High Temperature Poly-Silicon（高溫多晶矽）的簡稱，它是有源矩陣驅動方式的透過型LCD。 具有小型、高精細、高對比度、驅動器可内置等特點。制造方法與半導體大緻相同，由于經過高溫處理，容易實現細微化（多像素、高 開口率 ）；同時，由于能夠在基闆上生成驅動器，因此具有小型、高可靠性的特點。 HTPS的應用領域，通常都是用來做為放大型的顯示産品。例如液晶投影機、背投影電視等。一般來說，手機或是計算機的LCD屏幕，都是屬于直視型，也就是使用者可以直接觀看屏幕并讀取信息。HTPS雖然也是TFT的一種，但無法直接用于手機或計算機屏幕等用途。

HTPS LCD的應用大緻分為下列三種：OHD（Over Head Display）、Helmet及LV（Light Valve）。其主要用途介紹如下：

OHD：擡頭顯示器，将影像投影在擋風玻璃上（或是透明玻璃），用在汽車或是飛機上，在許多空戰片當中可以一窺其面貌；

Helmet：此處是指專門用在虛拟幻境（Virtual Reality）頭盔裡之顯像；

LV：可翻譯成光閥。當HTPS在液晶投影機中動作的時候，由于所有的光線都會透過HTPS，并由HTPS來決定光穿透的程度，因此，它被稱為“光之閥門”。

IGZO TFT（Oxide TFT）

IGZO的全稱是indium gallium zinc oxide，中文名叫氧化铟镓鋅。它是一種新型半導體材料，有着比非晶矽更高的電子遷移率。IGZO用在新一代高性能薄膜晶體管（TFT）中作為溝道材料，從而提高顯示面闆分辨率。研究發現一系列的金屬氧化物有着類似的性能，因此統稱為Oxide TFT。

彎曲的IGZO屏幕

IGZO屏解決了傳統TFT的缺陷，晶體尺寸更小，可以使設備更輕薄，全透明，對可見光不敏感，能夠大大增加元件的開口率，提高亮度，降低功耗。此外，電子遷移率方面，IGZO大約為10cm2/Vs，臨界電壓飄移幾乎一緻，比傳統材料提升了20到50倍，效果非常明顯。因此在面闆的主要性能參數上，IGZO面闆比傳統TFT面闆有了全面的提升。不過IGZO對液晶面闆的NTSC色域、可視角度、顯示色彩數量沒有太多影響，這是由光源以及液晶分子排列特性決定的。目前市場上大家熟悉的4k，5k高分辨顯示屏，還有ipad都使用了該技術。

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