박막 트랜지스터

Thin-film transistor
이 기사는 TFT 기술에 관한 것입니다.박막 트랜지스터 액정 디스플레이에 대해서는, TFT LCD 를 참조해 주세요.

박막 트랜지스터(TFT)는 트랜지스터가 디바이스 [1]평면에 비해 얇은 특수한 전계효과 트랜지스터(FET)입니다.TFT는 지지(비전도성) 기판 위에서 성장합니다.일반적인 기판은 유리다. 왜냐하면 TFT는 전통적으로 액정 디스플레이(LCD)에 적용되기 때문이다.이는 반도체 재료가 실리콘 [2]웨이퍼와 같은 기판인 기존의 벌크 메탈 산화물 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)와는 다릅니다.

설계 및 제조

TFT는 다양한 반도체 재료로 제작할 수 있다.천연적으로 풍부하고 잘 알려져 있기 때문에 역사적으로 반도체층으로는 비정질 또는 다결정 실리콘이 사용되었습니다.그러나 비정질[3] 실리콘의 이동성이 낮고 다결정 [4]실리콘에서 발견되는 장치 간 변화가 크기 때문에 TFT에 사용되는 다른 재료들이 연구되어 왔습니다.여기에는 카드뮴 셀렌화물,[5][6] 산화인듐 아연(IGZO) 또는 [7]산화아연과 같은 금속 산화물, 유기 반도체,[8] 카본 나노튜브 [9]또는 할로겐화 [10]페로브스카이트가 포함됩니다.

4개의 일반적인 박막 트랜지스터 구조의 단면도

TFT는 웨이퍼가 아닌 불활성 기판에서 성장하기 때문에 전용 공정으로 반도체를 증착해야 한다.반도체를 TFT에 퇴적시키는 데는 다양한 기술이 사용된다.여기에는 화학기상증착(CVD), 원자층증착(ALD), 스패터링이 포함됩니다.이 반도체는 인쇄 또는 스프레이 [13]코팅과 같은[12] 기술을 통해 용액에서 [11]증착될 수도 있습니다.솔루션 기반 기술은 저비용의 유연한 전자제품으로 [14]이어질 것으로 기대됩니다.일반적인 기판은 고온에서 변형되거나 녹기 때문에 증착 공정은 기존의 전자 재료 가공에 [1]비해 상대적으로 낮은 온도에서 진행되어야 합니다.

금속 산화물인 광대역 갭 반도체는 광학적으로 [15]투명합니다.또한 유리와 같은 투명기판과 산화인듐(ITO)과 같은 투명전극을 사용함으로써 일부 TFT디바이스는 완전히 광학적으로 [16]투명하도록 설계할 수 있다.이러한 투명 TFT(Transparent TFT)는 헤드업 디스플레이(예: 자동차 윈드실드)를 활성화하기 위해 사용될 수 있습니다.산화 아연을 기반으로 한 최초의 용액 처리 TTFT는 2003년 오리건 주립 대학의 [17]연구자들에 의해 보고되었다.노바 데 리스보아 대학의 포르투갈 실험실 CENIMAT는 세계 최초로 상온에서 [18]완전히 투명한 TFT를 생산했다.CENIMAT는 또한 최초의 종이 트랜지스터를 [19]개발했는데, 이는 동영상 첨부 잡지 및 저널 페이지와 같은 애플리케이션으로 이어질 수 있다.

적용들

박막 트랜지스터의 가장 잘 알려진 적용 분야는 액정 디스플레이 기술의 구현인 TFT LCD입니다.트랜지스터는 패널 자체에 내장되어 있어 픽셀 간의 크로스톡을 줄이고 이미지 안정성을 향상시킵니다.

2008년 현재, 많은 컬러 LCD TV와 모니터가 이 기술을 사용하고 있습니다.TFT 패널은 일반 방사선 촬영의 디지털 방사선 촬영 애플리케이션에서 자주 사용됩니다.TFT는 의료용 방사선 촬영에서 화상 수용체용 베이스로서 직간접[jargon] 캡처 모두에서 사용된다.

2013년 현재, 모든 현대 고해상도 및 고품질 전자 시각 디스플레이 장치는 TFT 기반 액티브 [20]매트릭스 디스플레이를 사용합니다.

AMOLED 디스플레이는 또한 개별 유기발광 다이오드의 액티브 매트릭스 픽셀 어드레싱을 위한 TFT층을 포함한다.

TFT 기술의 가장 큰 장점은 디스플레이 상의 각 픽셀마다 별도의 트랜지스터를 사용하는 것입니다.각 트랜지스터는 작기 때문에 제어에 필요한 전하량도 적다.이것에 의해, 디스플레이를 매우 빠르게 다시 그릴 수 있습니다.

TFT 디스플레이 매트릭스 구조

이 그림에는 실제 광원(일반적으로 냉음극 형광등 또는 흰색 LED)이 포함되어 있지 않고 TFT 디스플레이 매트릭스만 포함되어 있습니다.

역사

1957년 2월 RCA의 존 월마크는 게이트 유전체로 일산화 게르마늄을 사용한 박막 MOSFET 특허를 출원했다.폴 K. Weimer는 또한 RCA의 일원으로 Wallmark의 아이디어를 구현하고 1962년에 표준 벌크 MOSFET와 다른 MOSFET의 일종인 박막 트랜지스터(TFT)를 개발했습니다.그것은 셀렌화 카드뮴과 황화 카드뮴의 얇은 막으로 만들어졌다.1966년 Westinghouse Electric의 T.P. Brody와 H.E. Kunig는 고갈 [21][22][23][24][25][26]모드와 확장 모드 모두에서 비소화 인듐(InAs) MOS TFT를 제작했습니다.

TFT 기반의 액정 디스플레이(LCD)의 아이디어는 1968년 [27]RCA 연구소의 Bernard J. Lechner에 의해 고안되었다.레치너, F.J. 말로, E.O. 네스터, J.Tults는 1968년 [28]TFT 성능이 충분하지 않았기 때문에 표준 이산 MOSFET를 사용한 18x2 매트릭스 동적 산란 LCD를 사용하여 이 개념을 시연했습니다.1973년 Westinghouse Research Laboraties의 T. Peter Brody, J. A. A. A. Asars 및 G. D. Dixon은 CdSe(카드뮴 셀레나이드) TFT를 개발하여 최초의 CdSe 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT LCD)[24][29]를 시연했습니다.Westinghouse 그룹은 1973년 [30]CdSe를 사용하여 TFT 일렉트로루미네센스(EL)에 대해서도 보고했습니다.브로디와 팡첸뤄는 1974년 CdSe를 사용한 최초의 평면 액티브 매트릭스 액정 디스플레이(AM LCD)를 시연했고,[27] 브로디는 1975년 액티브 매트릭스라는 용어를 만들었다.그러나 이 장치의 양산은 화합물 반도체 박막 재료 특성 제어의 복잡성과 넓은 [24]면적에 걸친 장치 신뢰성으로 인해 실현되지 못했다.

TFT 연구의 비약적 발전은 P.G. le Comber, W.E. Spear 및 A.에 의한 비정질 실리콘(a-Si) TFT의 개발로 이루어졌다.1979년 던디 대학의 가이트.그들은 수소화된 a-Si와 실리콘 질화 게이트 유전체로 만들어진 [24][31]최초의 기능성 TFT를 보고했다.a-Si TFT는 곧 대면적 [24]AM LCD에 더 적합하다는 것을 알게 되었다.이는 일본에서 [32]a-Si TFT 기반 AM LCD 패널 상용 연구개발(R&D)로 이어졌다.

1982년까지 AM LCD 기술을 기반으로 한 포켓 TV가 일본에서 [33]개발되었습니다.1982년에는 후지쯔의 S. Kawai가 a-Si 도트 매트릭스 디스플레이를, 캐논의 Y를 제작했다.오쿠보는 a-Si 트위스트 네매틱(TN)과 게스트 호스트 LCD 패널을 제작했다.1983년 도시바의 K. 스즈키는 캐논의 M인 CMOS 집적회로(IC)와 호환되는 a-Si TFT 어레이를 생산했다.스가타 사장은 a-Si 컬러 LCD 패널과 야마사키 미쓰히로, 스히부치 S, Y 등 산요와 산리쓰의 공동팀을 제작했다.사사키씨는 3인치 a-SI 컬러 LCD [32]TV를 제작했다.

최초의 시판용 TFT 기반 AM LCD 제품은 1984년 [34]출시된 최초의 컬러 액정표시장치(LCD) 포켓 TV인 2.1인치 엡손 ET-10[30](엡손 엘프)이다.1986년 미무라 아키오(Mimura Akio)가 이끄는 히타치 연구팀은 200°[35]C의 비교적 낮은 온도에서 실리콘 온 인슐레이터(SOI)의 n채널 TFT를 제작하는 저온 다결정 실리콘(LTPS) 공정을 시연했습니다.T가 이끄는 호시덴 연구팀.1986년 수나타는 a-Si TFT를 사용하여 7인치 컬러 [37]AM LCD [36]패널과 9인치 AM LCD 패널을 개발했습니다.호시덴은 1980년대 후반 애플컴퓨터에 [24]단색 TFT LCD 패널을 공급했다.1988년 엔지니어 T 나가야스가 이끄는 샤프 연구팀은 수소화 a-Si TFT를 이용해 14인치 풀컬러 LCD 디스플레이를 [27][38]시연했고, 이는 결국 LCD가 브라운관(CRT)을 대체해 표준 TV 디스플레이 [27]기술이 될 것이라고 전자업계에 확신시켰다.같은 해 샤프는 노트북용 [30]TFT LCD 패널을 출시했다.1992년 도시바와 IBM Japan은 IBM의 [30]첫 상용 컬러 노트북용 12.1인치 컬러 SVGA 패널을 출시했습니다.

TFT는 또한 산화인듐 아연(IGZO)으로 만들 수 있다.IGZO 트랜지스터를 탑재한 TFT-LCD는 2012년 샤프사가 처음 제작했다.IGZO를 통해 리프레시 레이트를 높이고 [39][40]소비전력을 낮출 수 있습니다.2021년 최초의 플렉시블 32비트 마이크로프로세서가 폴리이미드 [41]기판 위에 IGZO TFT 기술을 사용하여 제조되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Brotherton, S. D. (2013). Introduction to Thin Film Transistors: Physics and Technology of TFTs. Springer International Publishing. ISBN 978-3-319-00001-5.
  2. ^ Sze, S.M.; Ng, Kwok K. (2006-04-10). Physics of Semiconductor Devices. doi:10.1002/0470068329. ISBN 9780470068328.
  3. ^ Powell, M.J. (1989). "The physics of amorphous-silicon thin-film transistors". IEEE Transactions on Electron Devices. 36 (12): 2753–2763. doi:10.1109/16.40933. ISSN 1557-9646.
  4. ^ Rana, V.; Ishihara, R.; Hiroshima, Y.; Abe, D.; Inoue, S.; Shimoda, T.; Metselaar, W.; Beenakker, K. (2005). "Dependence of single-crystalline Si TFT characteristics on the channel position inside a location-controlled grain". IEEE Transactions on Electron Devices. 52 (12): 2622–2628. doi:10.1109/TED.2005.859689. ISSN 1557-9646. S2CID 12660547.
  5. ^ Brody, T. Peter (November 1984). "The Thin Film Transistor - A Late Flowering Bloom". IEEE Transactions on Electron Devices. 31 (11): 1614–1628. doi:10.1109/T-ED.1984.21762. S2CID 35904114.
  6. ^ Brody, T. Peter (1996). "The birth and early childhood of active matrix - a personal memoir". Journal of the SID. 4/3: 113–127.
  7. ^ Petti, Luisa; Münzenrieder, Niko; Vogt, Christian; Faber, Hendrik; Büthe, Lars; Cantarella, Giuseppe; Bottacchi, Francesca; Anthopoulos, Thomas D.; Tröster, Gerhard (2016-06-01). "Metal oxide semiconductor thin-film transistors for flexible electronics". Applied Physics Reviews. 3 (2): 021303. doi:10.1063/1.4953034.
  8. ^ Lamport, Zachary A.; Haneef, Hamna F.; Anand, Sajant; Waldrip, Matthew; Jurchescu, Oana D. (2018-08-17). "Tutorial: Organic field-effect transistors: Materials, structure and operation". Journal of Applied Physics. 124 (7): 071101. doi:10.1063/1.5042255. ISSN 0021-8979. S2CID 116392919.
  9. ^ Jariwala, Deep; Sangwan, Vinod K.; Lauhon, Lincoln J.; Marks, Tobin J.; Hersam, Mark C. (2013-03-11). "Carbon nanomaterials for electronics, optoelectronics, photovoltaics, and sensing". Chemical Society Reviews. 42 (7): 2824–2860. arXiv:1402.0046. doi:10.1039/C2CS35335K. ISSN 1460-4744. PMID 23124307. S2CID 26123051.
  10. ^ Lin, Yen-Hung; Pattanasattayavong, Pichaya; Anthopoulos, Thomas D. (2017). "Metal-Halide Perovskite Transistors for Printed Electronics: Challenges and Opportunities". Advanced Materials. 29 (46): 1702838. doi:10.1002/adma.201702838. hdl:10754/625882. ISSN 1521-4095. PMID 29024040.
  11. ^ Thomas, Stuart R.; Pattanasattayavong, Pichaya; Anthopoulos, Thomas D. (2013-07-22). "Solution-processable metal oxide semiconductors for thin-film transistor applications". Chemical Society Reviews. 42 (16): 6910–6923. doi:10.1039/C3CS35402D. ISSN 1460-4744. PMID 23770615.
  12. ^ Teichler, Anke; Perelaer, Jolke; Schubert, Ulrich S. (2013-02-14). "Inkjet printing of organic electronics – comparison of deposition techniques and state-of-the-art developments". Journal of Materials Chemistry C. 1 (10): 1910–1925. doi:10.1039/C2TC00255H. ISSN 2050-7534.
  13. ^ Bashir, Aneeqa; Wöbkenberg, Paul H.; Smith, Jeremy; Ball, James M.; Adamopoulos, George; Bradley, Donal D. C.; Anthopoulos, Thomas D. (2009). "High-Performance Zinc Oxide Transistors and Circuits Fabricated by Spray Pyrolysis in Ambient Atmosphere". Advanced Materials. 21 (21): 2226–2231. doi:10.1002/adma.200803584. ISSN 1521-4095.
  14. ^ Bonnassieux, Yvan; Brabec, Christoph J.; Cao, Yong; Carmichael, Tricia Breen; Chabinyc, Michael L.; Cheng, Kwang-Ting; Cho, Gyoujin; Chung, Anjung; Cobb, Corie L.; Distler, Andreas; Egelhaaf, Hans-Joachim (2021). "The 2021 flexible and printed electronics roadmap". Flexible and Printed Electronics. 6 (2): 023001. doi:10.1088/2058-8585/abf986. hdl:10754/669780. ISSN 2058-8585. S2CID 235288433.
  15. ^ Kamiya, Toshio; Hosono, Hideo (2010). "Material characteristics and applications of transparent amorphous oxide semiconductors". NPG Asia Materials. 2 (1): 15–22. doi:10.1038/asiamat.2010.5. ISSN 1884-4057.
  16. ^ Nomura, Kenji; Ohta, Hiromichi; Ueda, Kazushige; Kamiya, Toshio; Hirano, Masahiro; Hosono, Hideo (2003-05-23). "Thin-Film Transistor Fabricated in Single-Crystalline Transparent Oxide Semiconductor". Science. 300 (5623): 1269–1272. doi:10.1126/science.1083212. PMID 12764192. S2CID 20791905.
  17. ^ 내기를 해, 존.OSU 엔지니어, 2007-09-15년에 세계 최초로 Wayback Machine에서 투명 트랜지스터를 작성.오리건 주립대학교 공과대학, Corvallis, 또는 OR: OSU News & Communications, 2003. 2007년 7월 29일.
  18. ^ Fortunato, E. M. C.; Barquinha, P. M. C.; Pimentel, A. C. M. B. G.; Gonçalves, A. M. F.; Marques, A. J. S.; Pereira, L. M. N.; Martins, R. F. P. (March 2005). "Fully Transparent ZnO Thin-Film Transistor Produced at Room Temperature". Advanced Materials. 17 (5): 590–594. doi:10.1002/adma.200400368.
  19. ^ Fortunato, E.; Correia, N.; Barquinha, P.; Pereira, L.; Goncalves, G.; Martins, R. (September 2008). "High-Performance Flexible Hybrid Field-Effect Transistors Based on Cellulose Fiber Paper" (PDF). IEEE Electron Device Letters. 29 (9): 988–990. doi:10.1109/LED.2008.2001549. hdl:10362/3242. S2CID 26919164.
  20. ^ Brotherton, S. D. (2013). Introduction to Thin Film Transistors: Physics and Technology of TFTs. Springer Science & Business Media. p. 74. ISBN 9783319000022.
  21. ^ Woodall, Jerry M. (2010). Fundamentals of III-V Semiconductor MOSFETs. Springer Science & Business Media. pp. 2–3. ISBN 9781441915474.
  22. ^ Brody, T. P.; Kunig, H. E. (October 1966). "A HIGH‐GAIN InAs THIN‐FILM TRANSISTOR". Applied Physics Letters. 9 (7): 259–260. doi:10.1063/1.1754740. ISSN 0003-6951.
  23. ^ Weimer, Paul K. (June 1962). "The TFT A New Thin-Film Transistor". Proceedings of the IRE. 50 (6): 1462–1469. doi:10.1109/JRPROC.1962.288190. ISSN 0096-8390. S2CID 51650159.
  24. ^ a b c d e f Kuo, Yue (1 January 2013). "Thin Film Transistor Technology—Past, Present, and Future" (PDF). The Electrochemical Society Interface. 22 (1): 55–61. doi:10.1149/2.F06131if. ISSN 1064-8208.
  25. ^ Lojek, Bo (2007). History of Semiconductor Engineering. Springer Science & Business Media. pp. 322–324. ISBN 978-3540342588.
  26. ^ Richard Ahrons (2012). "Industrial Research in Microcircuitry at RCA: The Early Years, 1953–1963". 12 (1). IEEE Annals of the History of Computing: 60–73. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  27. ^ a b c d Kawamoto, H. (2012). "The Inventors of TFT Active-Matrix LCD Receive the 2011 IEEE Nishizawa Medal". Journal of Display Technology. 8 (1): 3–4. doi:10.1109/JDT.2011.2177740. ISSN 1551-319X.
  28. ^ Castellano, Joseph A. (2005). Liquid Gold: The Story of Liquid Crystal Displays and the Creation of an Industry. World Scientific. pp. 41–2. ISBN 9789812389565.
  29. ^ Brody, T. Peter; Asars, J. A.; Dixon, G. D. (November 1973). "A 6 × 6 inch 20 lines-per-inch liquid-crystal display panel". IEEE Transactions on Electron Devices. 20 (11): 995–1001. doi:10.1109/T-ED.1973.17780. ISSN 0018-9383.
  30. ^ a b c d Souk, Jun; Morozumi, Shinji; Luo, Fang-Chen; Bita, Ion (2018). Flat Panel Display Manufacturing. John Wiley & Sons. pp. 2–3. ISBN 9781119161356.
  31. ^ Comber, P. G. le; Spear, W. E.; Ghaith, A. (1979). "Amorphous-silicon field-effect device and possible application". Electronics Letters. 15 (6): 179–181. doi:10.1049/el:19790126. ISSN 0013-5194.
  32. ^ a b Castellano, Joseph A. (2005). Liquid Gold: The Story of Liquid Crystal Displays and the Creation of an Industry. World Scientific. pp. 180, 181, 188. ISBN 9789812565846.
  33. ^ Morozumi, Shinji; Oguchi, Kouichi (12 October 1982). "Current Status of LCD-TV Development in Japan". Molecular Crystals and Liquid Crystals. 94 (1–2): 43–59. doi:10.1080/00268948308084246. ISSN 0026-8941.
  34. ^ "ET-10". Epson. Retrieved 29 July 2019.
  35. ^ Mimura, Akio; Oohayashi, M.; Ohue, M.; Ohwada, J.; Hosokawa, Y. (1986). "SOI TFT's with directly contacted ITO". IEEE Electron Device Letters. 7 (2): 134–136. doi:10.1109/EDL.1986.26319. ISSN 0741-3106. S2CID 36089445.
  36. ^ Sunata, T.; Yukawa, T.; Miyake, K.; Matsushita, Y.; Murakami, Y.; Ugai, Y.; Tamamura, J.; Aoki, S. (1986). "A large-area high-resolution active-matrix color LCD addressed by a-Si TFT's". IEEE Transactions on Electron Devices. 33 (8): 1212–1217. doi:10.1109/T-ED.1986.22644. ISSN 0018-9383. S2CID 44190988.
  37. ^ Sunata, T.; Miyake, K.; Yasui, M.; Murakami, Y.; Ugai, Y.; Tamamura, J.; Aoki, S. (1986). "A 640 × 400 pixel active-matrix LCD using a-Si TFT's". IEEE Transactions on Electron Devices. 33 (8): 1218–1221. doi:10.1109/T-ED.1986.22645. ISSN 0018-9383. S2CID 6356531.
  38. ^ Nagayasu, T.; Oketani, T.; Hirobe, T.; Kato, H.; Mizushima, S.; Take, H.; Yano, K.; Hijikigawa, M.; Washizuka, I. (October 1988). "A 14-in.-diagonal full-color a-Si TFT LCD". Conference Record of the 1988 International Display Research Conference: 56–58. doi:10.1109/DISPL.1988.11274. S2CID 20817375.
  39. ^ Orland, Kyle (August 8, 2019). "What Sharp's IGZO display technology will mean for the Nintendo Switch". Ars Technica.
  40. ^ "IGZO Display Technology - Sharp". www.sharpsma.com.
  41. ^ Biggs, John; et al. (July 21, 2021). "A natively flexible 32-bit Arm microprocessor". Nature. 595 (7868): 532–536. doi:10.1038/s41586-021-03625-w. PMID 34290427.