薄膜晶體管（TFT）是一種金屬-絕緣層-半導(dǎo)體場效應(yīng)管，迄今已經(jīng)歷了60年的發(fā)展，在原理與技術(shù)方面的創(chuàng)新層出不窮�！侗∧ぞw管原理與技術(shù)》首先概述TFT的物理基礎(chǔ)及典型薄膜工藝原理；接著以氫化非晶硅、低溫多晶硅、金屬氧化物和有機TFT為主，系統(tǒng)介紹TFT相關(guān)的材料、器件及制備技術(shù)；再以有源驅(qū)動液晶顯示和有機發(fā)光顯示兩種顯示技術(shù)為主，介紹TFT面板驅(qū)動原理及集成制造工藝技術(shù)；最后介紹柔性TFT在材料、器件及制造工藝等方面的進展及所面臨的挑戰(zhàn)。每章后附有知識點和思考題，思考題可供課后作業(yè)或課堂討論使用。
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目錄
第1章 MIS場效應(yīng)晶體管基礎(chǔ) 1
1.1 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)與載流子 1
1.1.1 半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)與能帶形成 1
1.1.2 半導(dǎo)體中的載流子 2
1.1.3 半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計分布 3
1.2 載流子的傳輸 5
1.3 pn結(jié)和金屬-半導(dǎo)體接觸 8
1.3.1 pn結(jié) 9
1.3.2 金屬-半導(dǎo)體接觸 10
1.4 金屬-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 13
1.4.1 理想MIS結(jié)構(gòu)及其工作狀態(tài) 13
1.4.2 理想MIS結(jié)構(gòu)的空間電荷分布 14
1.4.3 理想MIS結(jié)構(gòu)的閾值電壓 16
1.4.4 實際MIS結(jié)構(gòu) 16
1.4.5 MIS結(jié)構(gòu)的電容-電壓特性 17
1.5 MIS場效應(yīng)晶體管 19
1.5.1 MISFET的結(jié)構(gòu) 19
1.5.2 MOSFET的工作原理 21
1.5.3 MISFET的最簡模型 22
1.5.4 MOSFET的亞閾值電流 24
1.5.5 MISFET特性參數(shù)提取方法 26
知識點 28
思考題 29
參考文獻 29
第2章 薄膜技術(shù) 30
2.1 真空熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù) 30
2.1.1 真空熱蒸發(fā)鍍膜的原理 31
2.1.2 真空熱蒸發(fā)鍍膜的方式及特點 32
2.2 濺射鍍膜技術(shù) 34
2.2.1 氣體放電原理 34
2.2.2 濺射現(xiàn)象 36
2.2.3 濺射鍍膜技術(shù)分類及特點 37
2.3 化學(xué)氣相沉積技術(shù) 41
2.3.1 化學(xué)氣相沉積原理 41
2.3.2 化學(xué)氣相沉積技術(shù)種類及特點 42
2.4 光刻技術(shù) 45
2.4.1 光刻原理 45
2.4.2 光刻工藝概述 46
2.4.3 光刻膠 47
2.4.4 對位與曝光 49
2.4.5 顯影 52
2.5 刻蝕 53
2.5.1 刻蝕工藝的品質(zhì)因數(shù) 54
2.5.2 濕法刻蝕 54
2.5.3 干法刻蝕 55
知識點 57
思考題 57
參考文獻 58
第3章 氫化非晶硅薄膜晶體管 59
3.1 α-Si:H半導(dǎo)體的物理基礎(chǔ) 59
3.1.1 α-Si:H的原子結(jié)構(gòu) 59
3.1.2 α-Si:H的電子態(tài)和能帶模型 61
3.1.3 α-Si:H的光學(xué)特性 65
3.1.4 α-Si:H中的替位摻雜 67
3.1.5 α-Si:H中的載流子傳輸 68
3.2 α-Si:H TFT的工作原理與特性 71
3.2.1 α-Si:H TFT的典型結(jié)構(gòu) 71
3.2.2 α-Si:H TFT中的界面空間電荷 72
3.2.3 α-Si:H TFT的特性 73
3.3 α-Si:H TFT中的關(guān)鍵材料 80
3.3.1 α-Si:H薄膜 80
3.3.2 α-SiNx:H薄膜 86
3.4 α-Si:H TFT電性能的穩(wěn)定性 88
3.4.1 直流柵偏壓穩(wěn)定性 88
3.4.2 其他偏壓穩(wěn)定性 95
知識點 96
思考題 97
參考文獻 97
第4章 低溫多晶硅薄膜晶體管 99
4.1 多晶硅半導(dǎo)體的物理基礎(chǔ) 100
4.1.1 多晶硅薄膜結(jié)構(gòu)與形貌 100
4.1.2 多晶硅的簡化能帶結(jié)構(gòu) 100
4.1.3 多晶硅薄膜中載流子的傳輸 101
4.1.4 多晶硅薄膜中的態(tài)密度分布 103
4.2 LTPS TFT的工作原理與特性 104
4.2.1 LTPS TFT的基本結(jié)構(gòu) 104
4.2.2 LTPS TFT的關(guān)態(tài)電流 105
4.2.3 熱載流子效應(yīng) 107
4.2.4 駝峰(Hump)效應(yīng) 108
4.2.5 浮體效應(yīng) 109
4.2.6 柵偏壓穩(wěn)定性 110
4.3 LTPS TFT中的關(guān)鍵材料技術(shù) 111
4.3.1 多晶硅薄膜制備技術(shù) 111
4.3.2 絕緣層技術(shù) 112
4.3.3 摻雜 114
4.4 非晶硅晶化技術(shù) 118
4.4.1 固相晶化 119
4.4.2 準分子激光退火 122
4.4.3 人工控制晶粒超級橫向生長 126
4.4.4 順序橫向晶化 128
4.4.5 固體激光晶化 129
4.4.6 選擇擴大激光晶化 132
4.5 LTPS TFT結(jié)構(gòu)、制造工藝與性能 132
4.5.1 源漏偏移結(jié)構(gòu) 133
4.5.2 輕摻雜漏結(jié)構(gòu) 133
4.5.3 柵覆蓋輕摻雜漏結(jié)構(gòu) 135
4.5.4 場致漏結(jié)構(gòu) 137
4.5.5 多柵結(jié)構(gòu) 138
知識點 139
思考題 140
參考文獻 140
第5章 金屬氧化物薄膜晶體管 143
5.1 IGZO金屬氧化物半導(dǎo)體的物理基礎(chǔ) 143
5.1.1 IGZO的結(jié)構(gòu)與能帶 143
5.1.2 α-IGZO中的電子態(tài) 145
5.1.3 CAAC-IGZO中的電子態(tài) 146
5.1.4 IGZO中載流子的傳輸機制 147
5.2 IGZO TFT的工作原理與特性 151
5.2.1 IGZO TFT的典型結(jié)構(gòu)與工作原理 151
5.2.2 α-IGZO TFT的特性 152
5.2.3 CAAC-IGZO TFT的特性 155
5.3 金屬氧化物TFT中的關(guān)鍵材料 158
5.3.1 金屬氧化物半導(dǎo)體材料 158
5.3.2 柵絕緣層材料 163
5.3.3 鈍化層/刻蝕阻擋層材料 164
5.3.4 電極材料 165
5.4 金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜的制備工藝 165
5.4.1 磁控濺射法 166
5.4.2 溶液法 169
5.5 金屬氧化物TFT結(jié)構(gòu)、制造工藝與性能 173
5.5.1 底柵結(jié)構(gòu) 173
5.5.2 頂柵結(jié)構(gòu) 174
5.5.3 垂直結(jié)構(gòu) 175
5.5.4 高遷移率結(jié)構(gòu) 175
5.6 非晶金屬氧化物TFT的穩(wěn)定性 177
5.6.1 光照穩(wěn)定性 178
5.6.2 偏壓穩(wěn)定性 179
5.6.3 偏壓-光照穩(wěn)定性 180
5.6.4 環(huán)境穩(wěn)定性 182
5.6.5 提高金屬氧化物TFT穩(wěn)定性的方法 183
知識點 184
思考題 185
參考文獻 185
第6章 有機薄膜晶體管 189
6.1 有機半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)與載流子 189
6.1.1 有機半導(dǎo)體的分子結(jié)構(gòu) 190
6.1.2 有機半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 191
6.1.3 有機半導(dǎo)體中的載流子 193
6.2 載流子的注入與傳輸機理 193
6.2.1 載流子的注入機理 193
6.2.2 有機晶體中的能帶傳輸 196
6.2.3 無序有機半導(dǎo)體中的載流子傳輸 197
6.2.4 有機半導(dǎo)體載流子遷移率的測試方法 200
6.3 OTFT的結(jié)構(gòu)、原理與特性 203
6.3.1 OTFT的典型結(jié)構(gòu)與工作原理 203
6.3.2 OTFT的源漏接觸電阻 204
6.3.3 OTFT的電流-電壓特性 208
6.3.4 遲滯效應(yīng) 210
6.3.5 載流子遷移率 211
6.3.6 雙極性O(shè)TFT中的載流子注入與傳輸 213
6.3.7 OTFT的柵偏壓穩(wěn)定性 214
6.3.8 其他OTFT結(jié)構(gòu)與特性 215
6.4 OTFT中的關(guān)鍵材料 218
6.4.1 高性能有機半導(dǎo)體材料 218
6.4.2 柵絕緣層材料 222
6.4.3 電極材料 229
6.5 有機半導(dǎo)體材料的成膜技術(shù) 231
6.5.1 真空熱蒸發(fā)技術(shù) 231
6.5.2 有機氣相沉積技術(shù) 232
6.5.3 溶液法成膜技術(shù) 232
6.6 OTFT中的摻雜 234
6.6.1 有機半導(dǎo)體的摻雜機制 234
6.6.2 有機半導(dǎo)體中的摻雜技術(shù) 235
6.6.3 摻雜對OTFT性能的影響 236
6.7 OTFT中的圖形化技術(shù) 238
6.7.1 機械掩膜圖形化技術(shù) 238
6.7.2 基于曝光的圖形化技術(shù) 240
6.7.3 壓印技術(shù) 242
6.7.4 打印技術(shù) 243
知識點 249
思考題 250
參考文獻 250
第7章 TFT-LCD顯示技術(shù) 255
7.1 平板顯示器的幾何構(gòu)成與性能參數(shù) 255
7.1.1 平板顯示器的幾何構(gòu)成 255
7.1.2 平板顯示器的性能參數(shù) 256
7.2 液晶的電光響應(yīng)特性 259
7.3 TFT-LCD像素架構(gòu) 262
7.3.1 TFT-LCD單元像素架構(gòu) 262
7.3.2 TFT-LCD像素陣列架構(gòu) 263
7.4 TFT-LCD的像素級驅(qū)動原理 266
7.4.1 像素等效電路 266
7.4.2 數(shù)據(jù)信號的寫入 267
7.4.3 數(shù)據(jù)信號的保持 268
7.4.4 像素中的電容對像素電壓的影響 269
7.4.5 信號延遲 272
7.5 TFT-LCD的驅(qū)動系統(tǒng) 274
7.6 α-Si:H TFT背板制造技術(shù) 278
7.6.1 五次光刻工藝技術(shù) 279
7.6.2 導(dǎo)電層工藝技術(shù) 280
7.6.3 掩膜技術(shù) 282
7.7 LTPS TFT-LCD中的集成技術(shù) 284
7.7.1 濾色器與TFT陣列基板集成 284
7.7.2 嵌入式觸摸屏 285
7.7.3 顯示驅(qū)動電路集成 286
7.8 低功耗TFT-LCD 288
7.9 LTPS TFT背板制造技術(shù) 290
知識點 292
思考題 292
參考文獻 292
第8章 有機發(fā)光顯示技術(shù) 294
8.1 OLED基礎(chǔ) 294
8.1.1 OLED的結(jié)構(gòu)與發(fā)光機理 294
8.1.2 OLED的器件特性 296
8.1.3 OLED的彩色化 298
8.2 OLED顯示器的有源驅(qū)動技術(shù) 299
8.2.1 PMOLED的驅(qū)動原理 299
8.2.2 AMOLED的驅(qū)動原理 300
8.2.3 OLED與驅(qū)動TFT的集成 303
8.3 有機發(fā)光晶體管 304
8.3.1 水平結(jié)構(gòu)OLET 305
8.3.2 垂直結(jié)構(gòu)OLET 307
8.4 AMOLED像素補償電路 307
8.4.1 電流驅(qū)動型補償電路 308
8.4.2 電壓驅(qū)動型補償電路 309
8.4.3 其他閾值電壓補償技術(shù) 312
8.5 AMOLED背板制造技術(shù) 314
8.5.1 LTPS TFT背板制造技術(shù) 314
8.5.2 α-IGZO TFT背板制造技術(shù) 315
8.5.3 基于IGZO TFT的超高分辨率顯示面板技術(shù) 316
知識點 318
思考題 318
參考文獻 319
第9章 柔性薄膜晶體管技術(shù) 321
9.1 柔性基板技術(shù) 321
9.1.1 玻璃基板 321
9.1.2 超薄玻璃 323
9.1.3 超薄金屬箔片 324
9.1.4 塑料基板 325
9.2 薄膜封裝技術(shù) 327
9.2.1 薄膜封裝的意義與性能要求 327
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