TFT全称为Thin Film Transistor(薄膜晶体管)，是场效应晶体管的种类之一，大致的制作方式是在基板上沉积各种不同的薄膜，如半导体主动层、介电层和金属电极层。

图1

TFT的历史

人类对 TFT 的研究工作已经有很长的历史。早在 1925 年，Julius Edger Lilienfeld 首次提出结型场效应晶体管 (FET) 的基本定律，开辟了对固态放大器的研究。1933 年，Lilienfeld 又将绝缘栅结构引进场效应晶体管(后来被称为 MISFET)。1962 年，Weimer 用多晶 CaS 薄膜做成 TFT；随后，又涌现了用 CdSe，InSb，Ge 等半导体材料做成的 TFT 器件。二十世纪六十年代，基于低费用，大阵列显示的实际需求，TFT 的研究广为兴起。1973 年，Brody 等人首次研制出有源矩阵液晶显示(AMLCD) ，并用 CdSe TFT 作为开关单元。随着多晶硅掺杂工艺的发展，1979 年 后来许多实验室都进行了将 AMLCD LeComber，Spear 和 Ghaith 用 a-Si:H 做有源层，做成如图 1 所示的 TFT 器件。以玻璃为衬底的研究.二十世纪八十年代，硅基 TFT 在 AMLCD 中有着极重要的地位,所做成的产品占据了市场绝 大部分份额。1986 年 Tsumura 等人首次用聚噻吩为半导体材料制备了有机薄膜晶体管(OTFT)，OTFT 技术从此开始得到发展。九十年代，以有机半导体材料作为活性层成为新的研究热点。由于在制造工艺和成本上的优势，OTFT 被认为将来极可能应用在 LCD，OLED 的驱动中。近年来，OTFT 的研究取得了突破性的进展。1996 年，飞利浦公司采用多层薄膜叠合法制作了一块 15 微克变成码发生器(PCG)；即使当薄膜严重扭曲，仍能正常工作。1998 年，的无定型金属氧化物锆酸钡作为并五苯有机薄膜晶体管的栅绝。IBM公司用一种新型的具有更高的介电常数 缘层，使该器件的驱动电压降低了 4V，迁移率达到 0.38cm2V-1 s-1。1999 年，Bell实验室的 Katz 和他的研究小组制得了在室温下空气中能稳定存在的噻吩薄膜，并使器件的迁移率达到 0.1 cm2V-1 s-1。Bell 实验室用并五苯单晶制得这向有机集成 了一种双极型有机薄膜晶体管， 该器件对电子和空穴的迁移率分别达到 2.7 cm2V-1 s-1 和 1.7 cm2V-1 s-1，电路的实际应用迈出了重要的一步。最近几年，随着透明氧化物研究的深入，以 ZnO，ZIO 等半导体材料作为活性层制作薄膜晶体管,，因性能改进显着也吸引了越来越多的兴趣。器件制备工艺很广泛，比如：MBE，CVD，PLD 等，均有研究。ZnO-TFT 技术也取得了突破性进展。2003 年，Nomura等人使用单晶 InGaO3 (ZnO)5 获得了迁移率为 80 cm2V-1 s-1 的 TFT 器件。美国杜邦公司采用真空蒸镀和掩膜挡板技术在聚酰亚铵柔性衬底上开发了 ZnO-TFT，这是在聚酰亚铵柔性衬底上首次研制成功了高迁移率的 ZnO-TFT,，这预示着在氧化物 TFT 子迁移率为 50 cm2V-1 s-1。2005 年， Chiang H Q 等人利用 ZIO 作为活性层制得开关比为 107 薄膜晶体管。H C等人利用 CBD 方法制得开关比为 105 ，迁移率为 0.248cm2V-1s-1 的 TFT，这也显示出实际应用的可能。

TFT的原理

TFT（薄膜晶体管）是一种绝缘栅场效应晶体管。它的工作状态可以利用 Weimer 表征的单晶硅 MOSFET 工作原理来描述。以 n 沟道 MOSFET 为例,物理结构如下图 ：

当栅极施以正电压时，栅压在栅绝缘层中产生电场，电力线由栅电极指向半导体表面，并在表面处产生感应电 荷。随着栅电压增加，半导体表面将由耗尽层转变为电子积累层，形成反型层。当达到强反型时(即达到开启电压 时) ，源、漏间加上电压就会有载流子通过沟道。当源漏电压很小时，导电沟道近似为一恒定电阻，漏电流随源漏电压增加而线性增大。当源漏电压很大时，它会对栅电压产生影响，使得栅绝缘层中电场由源端到漏端逐渐减弱，半导体表面反型层中电子由源端到漏端逐渐减小，沟道电阻随着源漏电压增大而增加。漏电流增加变得缓慢，对应线性区向饱和区过渡。当源漏电压增到一定程度，漏端反型层厚度减为零，电压在增加，器件进入饱和区。在实际 LCD 生产中，主要利用 a-Si:H TFT 的开态(大于开启电压)对像素电容快速充电，利用关态来保持像素电容的电压，从而实现快速响应和良好存储的统一。

TFT的分类

根据制作晶体管的半导体材料，可以分为a-Si TFT（非晶硅）、LTPS TFT（低温多晶硅），HTPS(高温多晶硅) ，IGZO TFT（Oxide TFT）：

a-Si TFT（非晶硅）

非晶硅薄膜晶体管（a-Si:H TFT–amorphous silicon thin film transistor）沟道采用非晶硅材料制成，非晶硅薄膜晶体管在结构和工作原理上和一般的MOSFET相似。具有MOS结构，并且也是场效应晶体管。栅极在非晶硅中感应沟道，并在源漏偏压下导电。

LTPS TFT（低温多晶硅）

低温多晶硅LTPS是Low Temperature Ploy Silicon的缩写，一般情况下低温多晶硅的制程温度应低于摄氏600度，尤其对LTPS区别于a-Si制造的制造程序“激光退火”（laser anneal）要求更是如此。与a-Si相比，LTPS的电子移动速度要比a-Si快100倍，这个特点可以解释两个问题：首先，每个LTPS PANEL 都比a-Si PANEL反应速度快；其次，LTPS PANEL 外观尺寸都比a-Si PANEL小。

LTPS与a-Si 相比所持有的显著优点：

1、 把驱动IC的外围电路集成到面板基板上的可行性更强；

2、 反应速度更快，外观尺寸更小，联结和组件更少；

3、 面板系统设计更简单；

4、 面板的稳定性更强；

5、 解析度更高，

激光退火：

p-Si 与 a-Si的显著区别是LTPS TFT在制造过程中应用了激光照射。LTPS制造过程中在a-Si层上进行了激光照射以使a-Si结晶。由于封装过程中要在基板上完成多晶硅的转化，LTPS必须利用激光的能量把非结晶硅转化成多晶硅，这个过程叫做激光照射。

电子移动性：

a-Si TFT的电子移动速率低于1 cm2/V.sec，同时驱动IC需要较高的运算速率来驱动电路。这就是为什么a-Si TFT不易将驱动IC集成到基板上。相比之下，p-Si电子的移动速率可以达到100 cm2/V.sec，同时也更容易将驱动IC集成到基板上。结果是，首先由于将驱动IC、PCB和联结器集成到基板上而降低了生产成本，其次使产品重量更轻、厚度更薄。

解析度：

由于p-Si TFT 比传统的a-Si小，所以解析度可以更高。

稳定性：

p-Si TFT的驱动IC合成在玻璃基板上有两点好处：首先，与玻璃基板相连接的连接器数量减少，模块的制造成本降低；其次，模块的稳定性将得以戏剧性的升高。

HTPS(高温多晶硅)

HTPS是High Temperature Poly-Silicon（高温多晶硅）的简称，它是有源矩阵驱动方式的透过型LCD。 具有小型、高精细、高对比度、驱动器可内置等特点。制造方法与半导体大致相同，由于经过高温处理，容易实现细微化（多像素、高开口率）；同时，由于能够在基板上生成驱动器，因此具有小型、高可靠性的特点。HTPS的应用领域，通常都是用来做为放大型的显示产品。例如液晶投影机、背投影电视等。一般来说，手机或是计算机的LCD屏幕，都是属于直视型，也就是使用者可以直接观看屏幕并读取信息。HTPS虽然也是TFT的一种，但无法直接用于手机或计算机屏幕等用途。

HTPS LCD的应用大致分为下列三种：OHD（Over Head Display）、Helmet及LV（Light Valve）。其主要用途介绍如下：

OHD：抬头显示器，将影像投影在挡风玻璃上（或是透明玻璃），用在汽车或是飞机上，在许多空战片当中可以一窥其面貌；

Helmet：此处是指专门用在虚拟幻境（Virtual Reality）头盔里之显像；

LV：可翻译成光阀。当HTPS在液晶投影机中动作的时候，由于所有的光线都会透过HTPS，并由HTPS来决定光穿透的程度，因此，它被称为“光之阀门”。

IGZO TFT（Oxide TFT）

IGZO的全称是indium gallium zinc oxide，中文名叫氧化铟镓锌。它是一种新型半导体材料，有着比非晶硅更高的电子迁移率。IGZO用在新一代高性能薄膜晶体管（TFT）中作为沟道材料，从而提高显示面板分辨率。研究发现一系列的金属氧化物有着类似的性能，因此统称为Oxide TFT。

弯曲的IGZO屏幕

IGZO屏解决了传统TFT的缺陷，晶体尺寸更小，可以使设备更轻薄，全透明，对可见光不敏感，能够大大增加元件的开口率，提高亮度，降低功耗。此外，电子迁移率方面，IGZO大约为10cm2/Vs，临界电压飘移几乎一致，比传统材料提升了20到50倍，效果非常明显。因此在面板的主要性能参数上，IGZO面板比传统TFT面板有了全面的提升。不过IGZO对液晶面板的NTSC色域、可视角度、显示色彩数量没有太多影响，这是由光源以及液晶分子排列特性决定的。目前市场上大家熟悉的4k，5k高分辨显示屏，还有ipad都使用了该技术。