平板顯示技術(shù)：第四章01TFT液晶顯示器的結(jié)構(gòu)與制備

第四章TFT液晶顯示器的

結(jié)構(gòu)與制備TFT-LCD的結(jié)構(gòu)薄膜晶體管TFTTFT-LCD的制備TFT-LCD用其他配件12華星光電34TFT-LCD各世代面板尺寸5各世代廠房的差別就在于玻璃基板的尺寸674.1薄膜晶體管液晶結(jié)構(gòu)有源矩陣液晶顯示AMLCD是在每個液晶像素上配置一個二端或三端的有源器件，這樣每個像素的控制都是相對獨立的，從而去除了像素間的交叉效應(yīng)，實現(xiàn)高質(zhì)量圖像顯示。根據(jù)采用的有源器件的不同可分為三端的晶體管和二端的非線性元件驅(qū)動兩大類。利用晶體管的三端有源驅(qū)動方式包括使用單晶硅MOS和薄膜場效應(yīng)晶體管TFT。薄膜晶體管液晶顯示器TFT-LCD多為TN型工作方式。玻璃基板與普通LCD不同。在下基板上要光刻出行掃描線和列尋址線，構(gòu)成一個矩陣，在其交點上制作出TFT有源器件和像素電極。8TFT-LCD的顯示彩色濾光片上偏光片下偏光片光源TFT基板液晶910TFT-LCD的基本構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)背光板(BACKLIGHT)下偏光片(DOWNPOLARIZER)薄膜基板(TFTSUBSTRATE)液晶(LIQUIDCRYSTAL)彩色濾光片(COLORFILTER)上偏光片(UPPOLARIZER)11TFT-LCD液晶屏實物圖液晶板在未通電情況下呈半透明狀態(tài)可彎曲的柔性印刷板起到信號傳輸?shù)淖饔?，并且通過異向性導(dǎo)電膠與印刷電路板（藍(lán)色PCB板的部分）壓和，使兩者連接相通12微觀液晶面板，會看到紅綠藍(lán)為一組三原色，一般一組或兩組為一個像素13AMLCD的種類TFT是有源矩陣液晶顯示器件（AMLCD）中的一個非常重要半導(dǎo)體器件，依據(jù)其半導(dǎo)體層所使用的材料不同，AMLCD可分為：單晶硅SiMOSFET、多晶硅p-Si、非晶硅a-Si以及非硅材料類TFT-AMLCD。單晶硅：能夠利用成熟的集成電路工藝直接將顯示矩陣制作在單晶硅片上，易于實現(xiàn)高分辨率和小型化的顯示基板。不過大面積無缺陷的單晶硅片制備困難，難于做成大尺寸的顯示屏。非硅類：CdSe和Te，材料的穩(wěn)定性和均勻性差。144.1.1TFT型液晶顯示器TFT器件的工作原理類似于MOSFET，TFT陣列工藝流程也類似于在硅片上制備MOSFET的過程，只不過襯底變?yōu)椴ＡЩ?，器件結(jié)構(gòu)采用了薄膜形式。在玻璃基片上沉積一層硅,通過印刷光刻等工序做成晶體管陣列,每個像素都設(shè)有一個半導(dǎo)體開關(guān)，其加工工藝類似于大規(guī)模集成電路。再把TN液晶灌注在兩片玻璃之間.由于每個像素都可以通過點脈沖直接控制，因而，每個節(jié)點都相對獨立，并且可以進(jìn)行連續(xù)控制，這樣的設(shè)計不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時可以精確控制顯示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼真.把三種顏色分成獨立的三個點，各自擁有不同的灰階變化，然后把臨近的三個RGB顯示的點當(dāng)作一個像素。15TFT-LCD結(jié)構(gòu)1617TFTAMLCD是在兩塊玻璃之間封入TN型液晶構(gòu)成的。下基板制備有作為像素開關(guān)的TFT器件、顯示用的透明像素電極、存儲電容、控制TFT柵極的掃描線（行）、控制TFT源端的信號線（列）等。上基板制備彩色濾色膜和遮光用的黑矩陣，并在其上制備透明的公共電極。在兩片玻璃基板的內(nèi)側(cè)制備取向?qū)?，使液晶分子定向排列。兩片玻璃之間灌注液晶，并通過封框膠粘結(jié)，同時起到密封的作用。在基板上均勻散布一些襯墊（spacer），保證間隙的均勻性。為了將上基板的公共電極引到下基板以便和外圍的集成電路相連，需在兩片玻璃之間采用銀點膠制備連接點（contact）。兩片玻璃基板的外側(cè)分別貼有偏振片。此外，非晶硅TFT的柵線和信號線需要與外部的驅(qū)動集成電路和PCB電路板相連，下基板比上基板略大，其邊緣制備有壓焊點。18透射式TFTLCD側(cè)視圖PrintedcircuitboardPrismsheet偏光板TFT框膠TABDriverLSI擴(kuò)散板Spacer間隙粒子分光片反射板側(cè)光偏光板像素電極存儲電容液晶配向膜共通電極Overcoat保護(hù)膜ColorfilterBlackmatrix玻璃基板19204.1.2TFT陣列面板TFTLCD是通過調(diào)整薄膜晶體管上的電壓,以控制液晶轉(zhuǎn)向來產(chǎn)生灰階.上下兩層玻璃間,夾著液晶,形成平板電容器，大小約為0.1pF。以一般60Hz的畫面更新頻率,需要保持約16ms。但實際無法將電壓保持這么久,造成電壓出現(xiàn)變化,所顯示的灰階就會不正確.因此在面板設(shè)計上,會再加一個儲存電容CS(storagecapacitor，約為0.5pF),以便讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫面的時候.可以說，TFT本身只是一個使用晶體管制作的開關(guān)。它主要的工作是決定LCDgatedriver上的電壓是不是要充到這個點來，至于該點要充到多高的電壓,以便顯示出怎樣的灰階，都由外面的LCDsourcedriver來決定.常用的TFT是三端器件。一般在玻璃基板上制作半導(dǎo)體層，在其兩端有與之相連接的源極和漏極。并通過柵極絕緣膜，與半導(dǎo)體相對置，設(shè)有柵極。利用施加于柵極的電壓來控制源、漏電極間的電流。

21G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1SnSource線儲存電容Gate線液晶電容TFTArray面板說明comITOCLC22G1G2G3GmGm-2Gm-1S1S2S3Sn-2Sn-1SnArray面板示意圖23TFT顯示像素單元由TFT晶體管、存儲電容、透明像素電極、掃描電極與信號電極構(gòu)成一個完整的像素單元。完全相同的像素單元重復(fù)排列構(gòu)成有源矩陣液晶顯示。24（1）1934年第一個TFT的發(fā)明專利問世-----設(shè)想.（2）TFT的真正開始----1962年，由Weimer第一次實現(xiàn).

特點：器件采用頂柵結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體活性層為CdS薄膜.柵介質(zhì)層為SiO,除柵介質(zhì)層外都采用蒸鍍技術(shù).

器件參數(shù)：跨導(dǎo)gm=25mA/V,載流子遷移率150cm2/vs,最大振蕩頻率為20MHz.CdSe----遷移率達(dá)200cm2/vsTFT與MOSFET的發(fā)明同步，然而TFT發(fā)展速度及應(yīng)用遠(yuǎn)不及MOSFET?!4.2薄膜晶體管

TFT

4.2.1TFT發(fā)展歷程25（3）1962年，第一個MOSFET實驗室實現(xiàn).（4）1973年，實現(xiàn)第一個CdSe

TFT-LCD(6*6)顯示屏.-----TFT的遷移率20cm2/vs,Ioff=100nA.之后幾年下降到1nA.（5）1975年，實現(xiàn)了基于非晶硅-TFT.隨后實現(xiàn)驅(qū)動LCD顯示.----遷移率＜1cm2/vs,但空氣（H2O,O2)中相對穩(wěn)定.（6）80年代,基于CdSe,非晶硅TFT研究繼續(xù)推進(jìn).另外，實現(xiàn)了基于多晶硅TFT，并通過工藝改進(jìn)電子遷移率從50提升至400.---當(dāng)時p-SiTFT制備需要高溫沉積或高溫退火.---a-SiTFT因低溫、低成本，成為LCD有源驅(qū)動的主流.26（7）90年代后，繼續(xù)改進(jìn)a-Si,p-SiTFT的性能，特別關(guān)注低溫多晶硅TFT制備技術(shù).----非晶硅固相晶化技術(shù).有機(jī)TFT、氧化物TFT亦成為研究熱點.---有機(jī)TFT具有柔性可彎曲、大面積等優(yōu)勢.TFT發(fā)展過程中遭遇的關(guān)鍵技術(shù)問題？低載流子遷移率穩(wěn)定性和可靠性低溫高性能半導(dǎo)體薄膜技術(shù)低成本、大面積沉膜挑戰(zhàn)：在玻璃或塑料基底上生長出單晶半導(dǎo)體薄膜！27TFT的種類按采用半導(dǎo)體材料不同分為：無機(jī)TFT有機(jī)TFT化合物:CdS-TFT,CdSe-TFT氧化物:ZnO-TFT硅基:非晶Si-TFT,多晶硅-TFT基于小分子TFT基于高分子聚合物TFT無/有機(jī)復(fù)合型TFT：采用無機(jī)納米顆粒與聚合物共混制備半導(dǎo)體活性層28TFT的主要應(yīng)用1.LCD、OLED顯示有源驅(qū)動的關(guān)鍵器件右圖為簡單的兩管組成的模擬驅(qū)動方式，通過調(diào)制驅(qū)動管T2的柵極電流來控制流過OLED的電流，從而達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)光亮度的目的。T1管為尋址管。寫信號時，掃描線處于低電位，T1導(dǎo)通態(tài)，數(shù)據(jù)信號存到電容C1上；顯示時，掃描線處于高電位，T2受存儲電容C1上的電壓控制，使OLED發(fā)光.OTFT-OLED單元29TFT陣列面板的微觀形貌30柔性基底上制備的超高頻RFCPU芯片主要性能指標(biāo)：工藝指標(biāo)：2.基于TFT的數(shù)字邏輯集成電路RF頻率：915MHz編碼調(diào)制方式：脈寬調(diào)制數(shù)據(jù)速率：70.18kbits/sCPU時鐘：1.12MHzROM:4kB,RAM:512B0.8m多晶硅TFT工藝晶體管數(shù)目：144k芯片面積：10.5*8.9mm231基于有機(jī)TFT的全打印7階環(huán)形振蕩器電路323.敏感元件，如：氣敏、光敏、PH值測定N2O氣體環(huán)境N2OGasSensors原理圖溶液PH值測定原理圖Phototransistor結(jié)構(gòu)圖33TFT的常用器件結(jié)構(gòu)雙柵薄膜晶體管結(jié)構(gòu)薄膜晶體管的器件結(jié)構(gòu)錯列反向錯列

共面依據(jù)漏極/源極與柵極處在同一平面還是在相對的兩側(cè)344.2.2TFTArray工作原理TFTArray用來控制每個液晶單元是否偏扭轉(zhuǎn)(導(dǎo)通與否)及偏轉(zhuǎn)的角度大小(導(dǎo)通電壓決定).對于顯示屏來說，每個像素從結(jié)構(gòu)上可以簡化看作為像素電極和共同電極之間夾一層液晶。導(dǎo)通時液晶分子排列狀態(tài)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這樣通過遮光和透光來達(dá)到顯示的目的。同時TFT具有電容效應(yīng)，能夠保持電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態(tài)，直到電極下一次再加電改變其排列方式。要對j行i列的像素P（i,j）充電，就要把開關(guān)T（i,j）導(dǎo)通，對信號線D（i）施加目標(biāo)電壓。當(dāng)像素電極被充分充電后，即使開關(guān)斷開，電容中的電荷也得到保存，電極間的液晶層分子繼續(xù)有電壓施加場作用。數(shù)據(jù)（列）驅(qū)動器的作用是對信號線施加目標(biāo)電壓，而柵極（行）驅(qū)動器的作用是起開關(guān)的導(dǎo)通和斷開。

35TFT的工作原理：輸入信號通過TFT元件對液晶電容進(jìn)行充放電加保持電容，使液晶電容上的信息保持到下次新畫面保持電容TFT元件加入電壓液晶0.5pF0.1pF36SwitchOn時信號寫入液晶電容，此時，TFT組件成低阻抗(RON)，當(dāng)OFF時TFT組件成高阻抗(ROFF)，可防止信號線數(shù)據(jù)的泄漏。一般RON與ROFF電阻比至少約為105以上。不論TFT板的設(shè)計如何的變化,其結(jié)構(gòu)一定需具備TFTdevice和控制液晶區(qū)域.TFTdevice是一個開關(guān)器，其功能就是控制電子跑到ITO區(qū)域的數(shù)量，當(dāng)ITO區(qū)域流進(jìn)去的電子數(shù)量達(dá)到我們想要的數(shù)值后，再將TFTdevice關(guān)掉，此時就將電子整個關(guān)(Keep)在ITO區(qū)域。掃描線信號線RONROFF液晶保持電容GDS37TFT-LCD電路結(jié)構(gòu)上玻璃板是一共用電極；下玻璃基板上要放置掃描線和尋址線（行、列線），在交點上再制作上TFT有源器件和像素電極。顯示矩陣和驅(qū)動電路封裝在一起形成一個液晶顯示模塊LCM?？刂芓FT柵極的稱為掃描線，與該行上所有TFT的柵極相連；控制TFT源端的稱為信號線，與該行上所有TFT的源極相連；TFT的漏端與液晶像素單元的一端相連，液晶像素單元的另一端接在一起形成公共電極。液晶像素可等效成一個電容。通常在TFT的漏端接一存儲電容，提高單元的存儲能力。38TFT單元的等效電路dataline:數(shù)據(jù)線，進(jìn)行資料的傳輸。

scanline:掃描線，控制TFT的開關(guān)。

控制TFT上的電晶體是on/off。On時，資料可以傳

輸；off時，資料不能傳輸。掃描線信號線液晶存儲電容GDS3940TFTArrayTFT的作用：作為一個開關(guān)柵極控制開關(guān)的通斷源極控制對液晶電容充電電壓的大小DSGGDSDSG41

場效應(yīng)晶體管是一種電壓控制器件，用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件，僅由一種載流子參與導(dǎo)電。從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。MOSFET基本上是一種左右對稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是在P型半導(dǎo)體上生成一層SiO2薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個高摻雜的N型區(qū)，從N型區(qū)引出電極，分別是漏極D和源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬作為柵極G。P型半導(dǎo)體稱為襯底，用符號B表示。MOS晶體管工作原理42工作原理：與MOSFET相似,TFT也是通過柵電壓來調(diào)節(jié)溝道電阻，從而實現(xiàn)對漏極電流的有效控制.與MOSFET不同的是：MOSFET通常工作強(qiáng)反型狀態(tài),而TFT根據(jù)半導(dǎo)體活性層種類不同,工作狀態(tài)有兩種模式：對于a-SiTFT、OTFT、氧化物TFT通常工作于積累狀態(tài).

對于p-SiTFT工作于強(qiáng)反型狀態(tài).工作于積累狀態(tài)下原理示意圖TFT的工作原理43TFT的特性44TFT元件的運作原理(1)Vgs>Vth：信號讀取DSGGDSCLCcomGDSVGS>VthVSDDSGTFT元件在柵極

(G)給予適當(dāng)電壓(VGS>閾值電壓Vth),使通道(a-Si)感應(yīng)出電子而使得源極

(S)漏極(D)導(dǎo)通。45S極D極電流GATE極正電壓玻璃基板Gate極D極即漏極S極即源極46(2)Vgs<Vth：信號保持DSGGDSCLCcomGGDSVGS〈VthVSDDS1.TFT元件在柵極(G)給予適當(dāng)電壓。當(dāng)VGS小于閾值電壓沒有感應(yīng)出載流子，則通道成斷路。

2.故TFT元件可看成開關(guān),當(dāng)VGS>Vth則ON,

當(dāng)VGS<Vth則OFF。474.2.3TFT-LCD的顯示過程TFT的柵極G接掃描電壓，源極S接信號電壓，漏極D接ITO像素電極，與液晶像素串聯(lián)。逐行在TFT的柵極上加正偏壓，使該行的TFT同時導(dǎo)通；同時把對應(yīng)行上所要顯示的圖像信號送到各個信號極上，實現(xiàn)液晶顯示。信號電壓被存儲在像素電容和存儲電容上。行掃描信號結(jié)束后，TFT隨即關(guān)斷，被存儲的信號電壓將保持并持續(xù)驅(qū)動像素液晶，直到下幀掃描信號的到來。其它未選中行的TFT始終處于關(guān)斷狀態(tài)?？梢姡瑨呙栊盘栔患釉赥FT的柵上，通過控制TFT的導(dǎo)通，起到尋址顯示像素單元的作用；而驅(qū)動液晶顯示的圖像信號是通過導(dǎo)通的TFT對像素電容和存儲電容充電后，存儲在這兩個電容上的，在像素電極和公共電極之間形成的電位差的大小決定驅(qū)動液晶顯示的電壓的大小。48先開啟第一行，其余關(guān)閉。TFT玻璃電極DataLineScanLineONOFFOFFOFFTFTLCD的顯示方式49接著關(guān)閉第一行，電壓已經(jīng)固定，所以顯示顏色也已固定。開啟第二行，其余仍保持關(guān)閉。依此類推，可完成整個畫面顯示。當(dāng)柵線從第一行像素到依次選通到最后一行，即整個畫面選通完成后構(gòu)成一個畫面，為1幀。ONOFFOFFOFF50當(dāng)?shù)谝恍袞啪€加上掃描信號時，第一行上的所有TFT成為導(dǎo)電狀態(tài)（有源層的電子由價帶躍遷到導(dǎo)帶，形成可以自由移動的電子），使得數(shù)據(jù)線加上數(shù)據(jù)信號（自由移動的電子可以沿著電場方向移動形成電流），通過TFT加到像素電容和存儲電容上，并由各自的數(shù)據(jù)信號電壓充電。掃描下一個柵線時，第一行柵線所選擇的所有的像素，從數(shù)據(jù)線上斷電。由像素電容和存儲電容來保持，保持的電荷可以儲存到最后一行掃描結(jié)束。反復(fù)進(jìn)行同樣的動作，完成1幀的驅(qū)動。1.行電極逐行選通2.列電極同時施加時序信號3.信號電壓對液晶像素電容和存儲電容充電4.存儲電容放電維持畫面顯示5.完成一幀后，重復(fù)上述過程51FrameTimeGateG1G2G3GN1H從Gate1~GateN，依次打開高電平。每個高電平出現(xiàn)時，則對應(yīng)該行的點在該時間通電顯示。從Gate1~GateN為一個時間周期——幀頻。以1024x768分辨率屏幕為例,gate走線768條,source走線1024條,設(shè)更新頻率為60Hz,則:

每一個畫面的顯示時間約為:Tf=1/60=16.67ms

每一條gate走線的開關(guān)時間約為:Ton/off=16.67ms/768=21.7μs

TFT的掃描方式52對TFT的要求：高質(zhì)量的顯示要求TFT的開態(tài)電流盡可能高，而關(guān)態(tài)電流盡可能低。較高的開關(guān)比，一般需105。為了與驅(qū)動液晶顯示的外圍電路相匹配，-Si:HTFT的驅(qū)動電壓應(yīng)小于15V。漏極總線的極性每場變化一次，柵極總線的極性不能改變，但是TFT漏源間加不同極性電壓后其輸出特性是不一樣的。解決辦法是交替使用峰值不同的脈沖，或適當(dāng)加一個偏壓。

TFT的開關(guān)速度必須能滿足圖象顯示的要求，即從斷態(tài)到通態(tài)的電流上升要陡。

TFT應(yīng)有合適的導(dǎo)電溝道寬長比W/L。53531.臨界電壓：Vth2.電子遷移率：un3.Ion/Ioff4.開口率(ApertureRatio) (1)TFT；(2)Gate&Source線；(3)Cst；

(4)上下基板對位誤差；(5)DisclinationofLC5.DCVoltageOffset6.信號傳輸時的時間延遲及失真(Distortion)TFT-LCD關(guān)于Array重要參數(shù)54開口率55單元像素的大小APERTURERATIO=APERTURE/PIXELAREA*100%564.2.4TFT的種類

(1)α-SiTFT一般由柵電極、柵絕緣層（SiNx或SiOx）、有源層（a-Si：H層）、歐姆接觸層（n+a-Si：H）以及源漏電極等幾個主要部分組成。工藝簡單，玻璃基板成本低，導(dǎo)通比大，可靠性高，容易大面積化。柵絕緣層膜1膜2源漏溝道T1T2Tfm+VDa-Sixyz圖12簡化的底柵型a-SiTFT構(gòu)造簡化的底柵型a-SiTFT的結(jié)構(gòu)57溝道保護(hù)膜漏極象素電極單元a-Si

TFT的斷面保護(hù)膜源極N+a-Sia-Si柵極絕緣膜玻璃基板58-SiFET的工作原理：有源層是a-Si

:H，即氫化a-Si，屬弱n型非晶半導(dǎo)體材料。通過Si-H鍵有效減少了a-Si中的懸掛鍵。當(dāng)柵極加正電壓，表面形成電子的累積，源漏加電壓后，形成導(dǎo)電溝道。在源極和漏極之間加一恒定電壓，響應(yīng)的電流為源漏電流。加在柵極上的可變直流電壓，柵壓的作用就是在半導(dǎo)體表面引入一個垂直電場，使能帶在此按多數(shù)載流子密度升高的方式彎曲，形成導(dǎo)電溝道。溝道的產(chǎn)生和消失，以及溝道中載流子密度的高低都由柵壓來控制。5959a-SiTFT的結(jié)構(gòu)倒柵型（底柵型）分為：背溝道刻蝕型和背溝道阻擋型。背溝道刻蝕型的半導(dǎo)體層a-Si層的厚度是200~300nm；刻蝕n+a-Si層時a-Si層也被刻蝕，由于刻蝕的選擇比小，所以a-Si層相應(yīng)要厚，工藝難度大，生產(chǎn)率不高。背溝道阻擋型的半導(dǎo)層a-Si層的厚度是30~50nm；刻蝕n+a-Si層時SiN也被刻蝕，由于刻蝕選擇比大a-Si層可以做得薄，工藝簡單；a-Si層薄，P-CVD的生產(chǎn)性好。正柵型（頂柵型）：通過改進(jìn)光刻有大幅度改善的可能性，即可能降低成本彩晶的10.4寸和16.1寸采用的是背溝道阻擋型結(jié)構(gòu)；6.5采用的是背溝道刻蝕型結(jié)構(gòu)60a-SiTFT的結(jié)構(gòu)（1）背溝道阻擋型存儲電容柵電極源漏電級MoALMoMoW象素電極ITO玻璃基板歐姆接觸n+a-Si有緣層a-SiI/sSiN阻擋層鈍化層SiNg-SiN絕緣層2層SiO1PEP2PEP3PEP4PEP6PEP7PEP1PEP2PEP2PEP2PEP61a-SiTFT的結(jié)構(gòu)（2）背溝道刻蝕型象素電極ITO絕緣層SiN歐姆接觸n+a-Si有緣層a-Si源漏電級MoALMo鈍化層SiN絕緣層SiN或SiO柵電極MoW玻璃基板存儲電容1PEP2PEP3PEP4PEP5PEP2PEP2PEP2PEP2PEPPEP:photoetchingprocess62a-SiTFT的結(jié)構(gòu)遮光膜絕緣層漏電級源電極柵絕緣膜n+a-Sia-Si柵極（3）頂柵結(jié)構(gòu)玻璃基板63-SiFET的優(yōu)點：因為不摻雜或輕摻雜的-Si具有很高的電阻率，故器件不需p-n結(jié)構(gòu)的特別隔離工藝，可以采用簡單的結(jié)構(gòu)；-SiFET具有高的開態(tài)與關(guān)態(tài)電流比；器件的所有制作過程可以用傳統(tǒng)的光刻工藝，所以可能實現(xiàn)高集成度；

器件在低于350C的低溫過程中制造，因此可以采用大面積、廉價的平板玻璃作襯底。缺點：

電子遷移率低（-Si缺陷多，俘獲低能量載流子多）6464（2）多晶硅薄膜晶體管有源矩陣高溫多晶硅（HTPS）HTPS要求特殊的基片材料，以防止在約1000C處理溫度下熔化，通常采用昂貴的石英晶體。HTPS制作方法：激光退火法、熔區(qū)再結(jié)晶法。低溫多晶硅（LTPS）首先在玻璃基片上形成一層-Si，然后采用激光熱處理工藝將-Si層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑀-Si層，生成較大和較不均勻的晶粒結(jié)構(gòu)。激光熱處理在生產(chǎn)環(huán)境中很難控制，必須精確控制激光功率、波形和發(fā)射的連續(xù)時間。6565低溫多晶硅（LTPS）低溫多晶硅TFT早期制程以半導(dǎo)體設(shè)備方式進(jìn)行，采用SPC(SolidPhaseCrystallization)制程，但高達(dá)1000度C的高溫制程下，必需采用熔點較高的石英基板，由于石英基板成本比玻璃基板貴10倍以上，且在基板尺寸的限制下，面板大約僅有2至3吋，只能發(fā)展小型面板；之后由于激光的發(fā)展，以激光結(jié)晶化(LaserCrystallization)或稱激光退火(LaserAnnealing，簡稱LA)的制程方式來降低溫度，運用此方式可將溫度降到500度的低溫，所以一般TFT-LCD所用的玻璃基板能被采用，因此大型化面板尺寸才得以實現(xiàn)。66低溫多晶硅自1991年就開始有研究樣品，直到1996年低溫多晶硅TFT-LCD才真正進(jìn)入量產(chǎn)。Sharp、SONY的生產(chǎn)線為320mmx400mm基板。大型、高精細(xì)低溫多晶硅TFT問世，是由SeikoEpson在1995年所試作的10.4吋面板，而最初的SystemOnGlass技術(shù)是由東芝于1997年為量產(chǎn)所試作的12.1吋面板。所謂的低溫，是指制程溫度在600℃以下，利用準(zhǔn)分子激光作為熱源，產(chǎn)生能量均勻分布的激光束，投射于非晶硅結(jié)構(gòu)的玻璃基板上。當(dāng)非晶硅薄膜吸收能量後，原子重新排列，形成多晶硅結(jié)構(gòu)，減少缺陷，進(jìn)而得到高電子遷移率（200cm2/VS)，因此可使TFT組件制作更小，增加開口率，在相同的分辨率及顯示面積下變輕、變薄、變窄，并且能提高面板透光度，降低消耗功率。67*由于電子遷移率增加，可以將部分驅(qū)動電路隨同TFT制程同時制造于玻璃基板上，大幅降低接線數(shù)目，并藉此大幅提升液晶顯示面板的特性及可靠度，使得面板制造成本大幅降低。*該項技術(shù)亦可與有機(jī)發(fā)光顯示器相結(jié)合于玻璃或塑料基板上制作。*PMOS或CMOS制程技術(shù)都可制作出LTPSTFT液晶顯示器；然而，成本及合格率的考慮之下，愈來愈多的公司與研究單位投入于P型LTPSTFT制程技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用。*LGPhilip首先于1998年率先提出P型TFT制程技術(shù)制作，包含面板周邊的驅(qū)動電路及畫素陣列(Pixelarray)。68LTPS的優(yōu)點：（1）采用普通玻璃做基片，有可能做出20英寸以上的廉價高質(zhì)量顯示器；（2）LTPS的電子遷移率很大，可達(dá)100cm2/Vs，因此可以在形成有源FET矩陣的同時，直接在玻璃基片上制作行-列驅(qū)動電路，使液晶片與外電路的連接線大大減少；（3）驅(qū)動電路是直接裝在玻璃上，不存在驅(qū)動器IC芯片連接中斷，所以LTPSLCD屏可靠性大大提高；（4）LTPS的電磁輻射比-Si顯示器減少5dB，在系統(tǒng)設(shè)計中控制電磁輻射是較容易的；（5）LTPS顯示器比-Si屏更薄、更輕；（6）LTPS顯示器中全部驅(qū)動掃描線都只從顯示器一邊引出，所以顯示器設(shè)計簡單。6969非晶硅LCD與低溫多晶硅LCD技術(shù)

70TFTLCD特性比較

71TFT器件典型性能參數(shù)及特點比較注:表中數(shù)據(jù)僅為典型值.72p-SiTFT的電特性TFT電特性測試裝置p-Si高摻雜p-Si73p-SiTFF器件典型的輸出和轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性反映TFT的開關(guān)特性,VG對ID的控制能力.輸出特性反映TFT的飽和行為.特性參數(shù)：遷移率、開關(guān)電流比、關(guān)態(tài)電流、閾值電壓、跨導(dǎo)74p-SiTFF的改性技術(shù)（1）非晶硅薄膜晶化技術(shù)-----更低的溫度、更大的晶粒,進(jìn)一步提高載流子遷移率.（3）采用高k柵介質(zhì)----降低閾值電壓和工作電壓.（2）除氫技術(shù)----改善穩(wěn)定性.（4）基于玻璃或塑料基底的低溫工藝技術(shù)(<350oC).754.3TFT-LCD的制造TFT-LCD的整個制程一般可分為三個階段：TFT陣列基板形成階段,TFT-LCD形成階段及LCD模塊形成階段

TFTarray之制作主要包括清洗,成膜,而后黃光制板,后再經(jīng)蝕刻制程形成所要的圖樣,然后依光罩?jǐn)?shù)而作循環(huán)制程。在TFT-LCD玻璃完成所有制程后,再配合上另一層具有紅,綠,藍(lán)彩色濾光膜的玻璃,先刷配向膜,間隔物的涂布及上框膠之后再進(jìn)行兩片玻璃上下封組,切割裂片磨邊導(dǎo)角,清洗,再進(jìn)行液晶注入及封口,最后再目檢及電測。LCD模塊形成階段包括芯片玻璃基板的連接,可燒式印刷電路,壓著,封膠,機(jī)殼與背光源組裝及檢測.76

生產(chǎn)流程7778ArrayProcess（陣列制程）

79CFProcess（彩膜制程）80CellProcess（成盒制程）81ModuleProcess（模組制程）82制造過程ArrayProcessCellProcessModuleProcess834.3.1TFTArray制程清洗

成膜

黃光蝕刻

去光阻841.陣列電路設(shè)計工程2.光罩制作工程

3.透明玻璃基板加工工程

4.洗凈工程

5.硅薄膜形成工程

6.微影曝光工程7.蝕刻工程

8.柵極形成工程

9.激光退火結(jié)晶化技術(shù)10.摻雜工程11.金屬電極膜形成工程12.氫化工程13.透明電極形成工程薄膜晶體管液晶顯示器的標(biāo)準(zhǔn)化制造過程:8586TFT結(jié)構(gòu)及工藝87工藝實現(xiàn)88陣列工藝概述GlassfilmPRGlassGlassGlassfilm成膜涂膠曝光顯影刻蝕Glass去膠鍍下一層膜3PEP源漏電極4PEP鈍化及過孔玻璃1PEP柵極2PEP有源島5PEP像素電極制屏清洗89*洗凈工程技術(shù)可分為:陣列工程前、液晶胞（cell）工程前、液晶胞工程后90*洗凈方式可分為:化學(xué)式以及物理式91薄膜工藝：濺射與CVD92CVD濺射93光刻工藝柵線薄膜玻璃基板光刻膠涂膠曝光顯影柵極紫外光掩膜版94涂膠：就是在基板上涂上一層光刻膠（樹脂、感光劑、添加劑、溶劑）。涂膠的方式是旋轉(zhuǎn)基板，用滴管從中間滴下光刻膠，并同時吹入N2，滴下的光刻膠從中間向四周散布涂敷整個基板的過程。涂膠的方法主要有旋涂、刮涂加旋涂、和刮涂三種。涂膠95曝光刻蝕顯影去膠96O/S檢查：是柵線形成之后的短路和斷路檢查，以便第一次光刻后的基板經(jīng)淘汰和添補(bǔ)之后，形成一LOT完好無缺的基板。陣列終檢：是整個陣列的最后一道工序，對陣列的成品進(jìn)行檢查及修復(fù)的過程。檢查97

例：底柵背溝道刻蝕工藝流程，5次光刻形成TFT圖形GateMetalSputterDepositonGateMetalPatterningUsing1stMASKDepositionofnta-Si/a-SVSiNx3-LayerUsingPECVDMethodPatterningofa-SiislandsUsing2ndMASKPixelITOSputerDepositionPixelITOPatterningUsing3rdMASK98以玻璃為基板。第一次光刻形成柵線原料為Cr。第二次光刻形成“硅島”——SiNx，a-Si，n+-a-Si層，第三次光刻形成ITO導(dǎo)電膜，第四次光刻形成源極漏極，材料為Cr，并進(jìn)行n+切斷，基本形成TFT。最后第五次光刻形成SiNx保護(hù)膜。DataBusLineandS/DMetalSputteringDataBusLineandS/DPatterningUsing4thMASKEtch-Backofn+a-SiUsingS/DLayerasaMASKPassivationSiNxDepositionUsingPECVDPassivationSiNxEtchUsingRIE99100p-SiTFT制備中的關(guān)鍵工藝技術(shù)1、LTPSTFTLCDs技術(shù)水平2002年2005年2009年（320＊240）（640＊480）（刷新頻率）（1024＊768）（50~60）（60~120）1012002年2005年2009年TEOS:正硅酸乙酯1022、p-SiTFT制備中的摻雜及雜質(zhì)激活摻雜工藝離子注入汽相沉積（CVD）雜質(zhì)源:P+,As+,B+等雜質(zhì)源:POCl3,PH3,B2H6雜質(zhì)激活方法熱退火快速熱退火激光退火固相擴(kuò)散（TFT制備中基本不采用）（TFT制備中基本不采用）（TFT制備中采用）（TFT制備中采用）103與VLSI摻雜技術(shù)相比，p-Si摻雜特點：(a)、襯底的低熱導(dǎo)率要求“溫和”的摻雜工藝以緩解對光阻的熱損傷；(b)、注入能量適合于有掩蔽層（或掩蔽層）時薄膜（＜100nm)的摻雜；(c)、設(shè)備簡單（低成本），且能對大面積基底實現(xiàn)高產(chǎn)率；(d)、摻雜工藝與低溫雜質(zhì)激活工藝兼容（通常＜650oC,對于塑料基底＜200oC）.104TFT陣列的缺陷105TFT陣列工藝中常見缺陷TFT特性不良ITO-自信號線短路ITO-次信號線短路ITO-柵線短路ITO-CS短路過剩電荷IOFFLowVg在TFT陣列最終檢查中，點缺陷有：ITO-自數(shù)據(jù)線短路、ITO-次數(shù)據(jù)線短路、ITO-CS短路、過剩電荷、ITO-柵線短路、IOFF、LowVg，及其它的缺陷。106107TFT陣列工藝中常見缺陷刻蝕中的倒角（b）倒角現(xiàn)象2（b）倒角現(xiàn)象1（a）坡度角接觸電極ITO鈍化層SiNx絕緣層SiNx柵線電極刻蝕中出現(xiàn)倒角現(xiàn)象，就會出現(xiàn)跨斷現(xiàn)象。如上面的接觸電極ITO不能與下面柵線電極接觸上。108靜電擊穿靜電擊穿是指由于靜電導(dǎo)致絕緣層與半導(dǎo)體層被擊穿，柵極層與信號層直接相連而發(fā)生短路。比較容易發(fā)生在短路環(huán)或基板邊緣。靜電擊穿發(fā)生部位設(shè)備放電異常109TFT-LCDCell段製造流程4.3.2液晶單元的制程110液晶單元制程(1)111清洗112PICoating?CF&TFT淡黃色800~1200?APR:AsahiPhotosensitiveResin113液晶單元制程(2)114SealPrinting(1)115SealPrinting(2)SCREENMASKDISPENSER通常使用的兩種方法：116SpacerSpray制程：將間隙粒子均勻地分布在基板上，以作為TFT與CF間的支撐，使整個面板擁有均勻的間隙。分濕法和干法。Spacerspray(1)

117Attachment118Alignment119HotPressure一次可壓20片CF和TFT之間的距離GAP:4.85um120finishedCell121液晶單元制程3122Scribing&Breaking1231STCUTTING2NDCUTTINGCuttingMethod124E.g.第1代面板125E.g.第3.5代面板126液晶的注入將容器抽真空將裝有LC的容器上升與PANEL的注入端接觸，此時LC通過毛細(xì)現(xiàn)象上升。過一段時間后充入潔凈的空氣或氮氣破真空至常壓。通過真空差壓的原理，LC經(jīng)過一段時間后充滿PANEL。127EndSeal目的：將灌好LC的PANEL封口。128Bev