TFT技術及其發(fā)展

一、TFT簡介

TFT是薄膜晶體管(Thin Film Transistor)英文首字母的簡寫形式。它具有晶體管的“有源性(開關、放大)”和“薄膜”的“薄”的雙重特性，與平板顯示屏(例如LCD、OLED等)組合，構成當今的平板電視(TFT-LCD、TFT-OLED)，TFT是其中關鍵核心部件之一。

通常TFT有源材料是硅薄膜，根據(jù)硅薄膜結構不同，晶體管分為非晶硅TFT(a-Si TFT)、多晶硅(p-Si TFT)和單晶硅MOSFET(c-Si MOSFET)。此外采用有機材料制備的TFT，稱為有機TFT(或者OTFT)。

薄膜晶體管自上世紀60年代發(fā)明開始, 已經(jīng)得到了非常廣泛的推廣和應用, 發(fā)展速度之快超乎想象。從非晶硅TFT 到多晶硅TFT, 從高溫多晶硅TFT 到低溫多晶硅TFT, 技術越來越成熟, 應用的對象也從只是驅(qū)動LCD 發(fā)展到既可以驅(qū)動LCD 也可以驅(qū)動OLED、甚至電子紙。隨著半導體工藝的水平的不斷提高，像素尺寸不斷減小, 顯示屏的分辨率也越來越高。

TFT尋址的液晶顯示器以其大容量、高清晰度和全彩色的視頻顯示成為液晶乃至整個平板顯示的主導技術，相關的高技術產(chǎn)業(yè)也成為目前的主要投資方向。TFT制造技術在以其尋址的液晶顯示器中處于關鍵地位，它的研發(fā)歷來是研究中的重點。

二、顯示器的驅(qū)動方式

無論是液晶顯示還是OLED顯示都分為主動顯示和被動顯示兩大類。對于 LCD顯示，分成 無源(被動)驅(qū)動顯示LCD，如：Color-STN-LCD顯示器，STN-LCD,TN-LCD等;有源(主動)驅(qū)動顯示LCD，如：TFT-LCD。對于OLED顯示，分成 無源(被動)驅(qū)動顯示OLED(PMOLED)和 有源(主動)驅(qū)動顯示OLED(AMOLED)。

無源(被動)驅(qū)動顯示OLED或LCD通常只能同時顯示200行以下，因此要顯示更多的行數(shù)以達到高清晰度，就要采用有源(主動)驅(qū)動顯示方式，即TFT-LCD、AMOLED。有源(主動)驅(qū)動顯示方式包含TFT制作技術。

三、TFT薄膜技術

1.非晶硅薄膜。非晶硅薄膜晶體管技術是70年代提出的。經(jīng)過各國科學家近30年的不懈努力， 如今第七代以上液晶顯示器(LCD)生產(chǎn)線已全部實現(xiàn)自動化，工業(yè)生產(chǎn)技術相當成熟。已經(jīng)發(fā)展成為當今世界液晶顯示器的主流產(chǎn)品，未來發(fā)展的目標是更大的屏幕尺寸和更低的生產(chǎn)成本。非晶硅TFT技術，其優(yōu)點是制備工藝成熟，相對簡單，成品率高，適合于大面積生產(chǎn)。其缺點是TFT只有N型器件，遷移率只有0.5-1.0cm2/Vs。因此，采用非晶硅TFT工藝，很難制備高性能、全集成的超薄型結構緊湊的顯示器模塊。非晶硅TFT技術不能用于高分辨率的有源驅(qū)動OLED顯示屏。

2.多晶硅薄膜(poly-Si)。多晶硅薄膜工藝主要分為兩大類：

(1)高溫工藝，指整個加工過程中溫度高于900℃。高溫工藝只能以昂貴的石英為襯底，TFT性能好，高溫工藝只適用于中小尺寸的顯示屏或投影屏系列。

(2)低溫工藝，整個加工過程中溫度低于600℃。采用低溫工藝可在廉價玻璃襯底上制作較大的顯示屏。低溫多晶硅(LTPS)TFT由于其低功耗、輕便、薄型、提供大電流和系統(tǒng)集成性而被廣泛地應用于有源(主動)驅(qū)動顯示TFT-LCD和AMOLED中。多晶硅TFT的工藝關鍵是如何低成本地、大面積制備優(yōu)良的多晶硅薄膜。目前，制備多晶硅材料的方法有快速退火(RTA)、準分子激光晶化(ELC)、固相晶化(SPC)、連續(xù)橫向晶化(SLS)和金屬誘導低溫多晶硅 (MIC)技術等。

低溫多晶硅LTPS TFT技術可完全解決非晶硅TFT技術不能解決的問題。特別是2000 年以后，由于a-Si TFT產(chǎn)能過剩，日、韓、臺廠商積極投入LTPS TFT，才使LTPS TFT在未來數(shù)年內(nèi)有了更多的發(fā)展機會。特別是最近中小尺寸面板市場的快速增長，多晶硅TFT發(fā)展開始步入黃金時期。LTPS TFT很早就被視為下一代LCD必備的技術。

3.有機薄膜TFT。有機TFT的出現(xiàn)，將對現(xiàn)有非晶硅TFT形成有力的競爭是不言而喻的。它將是新一代柔性顯示的核心技術，使用柔性顯示技術制造的顯示屏可以像畫布一樣卷曲，并可能像液晶顯示器一樣成為未來顯示器世界的重要一員。

由于使用有機材料，具有可彎曲顯示的特點，因此不但耐沖擊，而且重量輕、體積小。不僅改變了顯示器的外觀，應用環(huán)境也因此大為擴展且多樣化。采用類似于報紙印刷工藝的卷帶工藝將顯示器印刷在塑料薄膜片上，可極大地降低生產(chǎn)成本。

國際上開展OTFT研究已近20年，但如何設計與加工高性能的器件、如何降低加工成本、如何合成兼具高遷移率與環(huán)境穩(wěn)定性的有機半導體材料等，一直是研究和技術瓶頸，目前尚沒有取得實質(zhì)性突破。就整體而言，國際上在柔性電子領域的研究尚處在起步階段，擁有極大的技術突破和專利申請空間。

四、TFT顯示器的應用(主要是下面的四大類)

1. 便攜式顯示：可視頻移動電話、可視頻PDA、可視頻電子書等;

2. 車載顯示：GPS、安全駕駛顯示、多媒體顯示等;

3. 計算機顯示：筆記本電腦、監(jiān)視器等;

4.家電和辦公室顯示：電視、互聯(lián)網(wǎng)絡終端、電子報紙等。

總之，TFT技術在平板顯示產(chǎn)業(yè)中處于核心地位，具有資金密集、人才密集、技術密集的特點，面板產(chǎn)值高，產(chǎn)業(yè)集聚效應明顯。TFT技術雖然成熟，還在迅速發(fā)展中，通過改善薄膜材料和制備工藝還有不斷降低生產(chǎn)成本的空間，同時提高面板性能。