تحليل تقنية TFT وتطبيقها

1. مقدمة إلى TFT

TFT هو اختصار للأحرف الإنجليزية الأولى من ترانزستور الأغشية الرقيقة. إنه يتمتع بالخصائص المزدوجة "النشط (التبديل، التضخيم)" للترانزستور و"الرفيع" لـ "الفيلم الرقيق". يتم دمجها مع شاشة عرض مسطحة (مثل LCD وOLED وما إلى ذلك) لتشكيل تلفزيون بشاشة مسطحة اليوم (TFT-LCD وTFT -OLED)، وتعد TFT أحد المكونات الأساسية الرئيسية.

عادةً ما تكون المادة الفعالة لـ TFT هي فيلم السيليكون. وفقًا للبنية المختلفة لفيلم السيليكون، تنقسم الترانزستورات إلى السيليكون غير المتبلور TFT (a-Si TFT)، والسيليكون متعدد البلورات (p-Si TFT) والسيليكون أحادي البلورة MOSFET (c-Si MOSFET). بالإضافة إلى ذلك، تُسمى TFTs المصنوعة من مواد عضوية بـ TFTs العضوية (أو OTFTs).

منذ اختراعها في ستينيات القرن العشرين، تم الترويج للترانزستورات ذات الأغشية الرقيقة وتطبيقها على نطاق واسع، وكانت سرعة تطويرها تفوق الخيال. من السيليكون غير المتبلور TFT إلى السيليكون متعدد البلورات TFT، ومن السيليكون متعدد البلورات عالي الحرارة TFT إلى السيليكون متعدد البلورات TFT ذو درجة الحرارة المنخفضة، أصبحت التكنولوجيا أكثر نضجًا، وقد تطور كائن التطبيق أيضًا من مجرد تشغيل شاشات الكريستال السائل إلى تشغيل شاشات الكريستال السائل، OLED، وحتى الورق الإلكتروني. ومع استمرار تحسن مستوى تكنولوجيا أشباه الموصلات، يستمر حجم البكسل في الانخفاض، وتصبح دقة شاشة العرض أعلى فأعلى.

أصبحت شاشات LCD التي تتناول TFT هي التكنولوجيا السائدة في شاشات LCD وحتى شاشات العرض المسطحة ذات السعة الكبيرة والوضوح العالي وشاشة الفيديو بالألوان الكاملة، كما أصبحت صناعات التكنولوجيا الفائقة ذات الصلة هي الاتجاه الاستثماري الرئيسي الحالي. تلعب تكنولوجيا تصنيع TFT دورًا رئيسيًا في شاشات الكريستال السائل التي تعالج TFT، وكان البحث والتطوير الخاص بها دائمًا محور البحث.

2. عرض طريقة القيادة

تنقسم شاشات LCD وشاشات OLED إلى فئتين: العرض النشط والعرض السلبي. بالنسبة لشاشة LCD، يتم تقسيمها إلى شاشة LCD لمحرك الأقراص السلبي (السلبي)، مثل: شاشة Color-STN-LCD، وSTN-LCD، وTN-LCD، وما إلى ذلك؛ شاشة عرض القيادة النشطة (النشيطة) LCD، مثل: TFT-LCD. بالنسبة لشاشة OLED، فهي مقسمة إلى شاشة عرض القيادة السلبية (السلبية) OLED (PMOLED) وشاشة القيادة النشطة (النشيطة) OLED (AMOLED).

شاشة عرض القيادة السلبية (السلبية) يمكن لـ OLED أو LCD عادةً عرض أقل من 200 سطر في نفس الوقت. لذلك، لعرض المزيد من الخطوط لتحقيق دقة عالية، يتم استخدام طريقة عرض محرك الأقراص النشط (النشيط)، أي، تفت-إل سي دي، أموليد. تشتمل طرق عرض محرك الأقراص النشط (النشط) على تقنية إنتاج TFT.

3. تكنولوجيا فيلم TFT

1． فيلم السيليكون غير متبلور. تم اقتراح تقنية ترانزستور الأغشية الرقيقة المصنوعة من السيليكون غير المتبلور في السبعينيات. بعد ما يقرب من 30 عامًا من الجهود المتواصلة التي بذلها علماء من مختلف البلدان، أصبحت الآن جميع خطوط إنتاج شاشات الكريستال السائل من الجيل السابع (LCD) مؤتمتة، وأصبحت تكنولوجيا الإنتاج الصناعي ناضجة تمامًا. لقد تطورت إلى المنتج السائد لشاشات LCD في العالم اليوم، والهدف من التطوير المستقبلي هو حجم شاشة أكبر وتكلفة إنتاج أقل. تتمثل ميزة تقنية TFT المصنوعة من السيليكون غير المتبلور في أن عملية التحضير ناضجة وبسيطة نسبيًا ولها إنتاجية عالية، مما يجعلها مناسبة لإنتاج مساحة كبيرة. العيب هو أن TFT يحتوي فقط على أجهزة من النوع N وأن حركته تبلغ 0.5-1.0 سم2/V فقط. لذلك، من الصعب إعداد وحدات عرض عالية الأداء ومتكاملة تمامًا ورقيقة للغاية ومدمجة باستخدام عملية TFT السيليكونية غير المتبلورة. لا يمكن استخدام تقنية TFT السيليكونية غير المتبلورة لشاشات OLED النشطة عالية الدقة.

2. فيلم السيليكون متعدد البلورات (بولي سي). تنقسم عمليات الأغشية الرقيقة المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات بشكل أساسي إلى فئتين:

(1) تشير عملية درجة الحرارة العالية إلى أن درجة الحرارة أعلى من 900 درجة مئوية أثناء عملية المعالجة بأكملها. لا يمكن لعملية درجات الحرارة المرتفعة إلا استخدام الكوارتز باهظ الثمن كركيزة، وأداء TFT جيد. عملية درجة الحرارة العالية مناسبة فقط لشاشات العرض الصغيرة والمتوسطة الحجم أو سلسلة شاشات العرض.

(2) عملية ذات درجة حرارة منخفضة، تكون درجة الحرارة أثناء عملية المعالجة بأكملها أقل من 600 درجة مئوية. ويمكن تصنيع شاشات أكبر حجمًا على ركائز زجاجية رخيصة الثمن باستخدام عمليات ذات درجات حرارة منخفضة. تُستخدم شاشات TFT من البولي سيليكون (LTPS) ذات درجة الحرارة المنخفضة على نطاق واسع في شاشات TFT-LCD وAMOLED لعرض محرك الأقراص النشط (النشيط) نظرًا لانخفاض استهلاكها للطاقة وخفة الوزن والنحافة وإمدادات التيار الكبيرة وتكامل النظام. إن مفتاح عملية TFT للسيليكون متعدد البلورات هو كيفية تحضير أغشية رقيقة من السيليكون متعدد البلورات عالية الجودة في مساحة كبيرة وبتكلفة منخفضة. حاليًا، تتضمن طرق تحضير مواد البولي سيليكون التلدين السريع (RTA)، وبلورة ليزر الإكسيمر (ELC)، وبلورة الطور الصلب (SPC)، والتبلور الجانبي المستمر (SLS)، وتكنولوجيا البولي سيليكون ذات درجة الحرارة المنخفضة (MIC) المستحثة بالمعادن.

يمكن لتقنية البولي سيليكون ذات درجة الحرارة المنخفضة LTPS TFT أن تحل تمامًا المشكلات التي لا تستطيع تقنية TFT المصنوعة من السيليكون غير المتبلور حلها. خاصة بعد عام 2000، وبسبب الطاقة الزائدة لـ A-Si TFT، استثمر المصنعون اليابانيون والكوريون والتايوانيون بنشاط في LTPS TFT، مما أعطى LTPS TFT المزيد من فرص التطوير في السنوات القليلة المقبلة. خاصة مع النمو السريع الأخير لسوق اللوحات الصغيرة والمتوسطة الحجم، بدأ تطوير البولي سيليكون TFT في الدخول في فترة ذهبية. لطالما اعتبرت تقنية LTPS TFT بمثابة تقنية ضرورية للجيل القادم من شاشات الكريستال السائل.

3． غشاء رقيق عضوي TFT. من الواضح أن ظهور TFTs العضوية سيشكل منافسة قوية على TFTs السيليكون غير المتبلور الموجود. ستكون التكنولوجيا الأساسية لجيل جديد من شاشات العرض المرنة. يمكن لف شاشات العرض المصنوعة باستخدام تقنية العرض المرنة مثل لوحة قماشية وقد تصبح لاعبًا مهمًا في عالم العرض المستقبلي مثل شاشات LCD.

بسبب استخدام المواد العضوية، فهو يتميز بخصائص العرض المرنة، لذلك فهو ليس مقاومًا للصدمات فحسب، بل أيضًا خفيف الوزن وصغير الحجم. لم يتم تغيير مظهر الشاشة فحسب، بل تم أيضًا توسيع وتنوع بيئة التطبيق بشكل كبير. يمكن أن تؤدي طباعة العروض على صفائح الأفلام البلاستيكية باستخدام عملية الشريط والبكرة المشابهة لعملية طباعة الصحف إلى تقليل تكاليف الإنتاج بشكل كبير.

تم إجراء أبحاث OTFT دوليًا منذ ما يقرب من 20 عامًا، ولكن كيفية تصميم ومعالجة الأجهزة عالية الأداء، وكيفية تقليل تكاليف المعالجة، وكيفية تصنيع مواد أشباه الموصلات العضوية ذات القدرة العالية على الحركة والاستقرار البيئي، كانت دائمًا بمثابة اختناقات بحثية وفنية. . وفي الوقت الحاضر، لم يتم تحقيق تقدم كبير حتى الآن. وبشكل عام، لا تزال الأبحاث الدولية في مجال الإلكترونيات المرنة في بداياتها، وهناك مجال كبير لتحقيق اختراقات تكنولوجية وطلبات براءات الاختراع.

4. تطبيقات شاشات TFT (الفئات الأربع التالية بشكل أساسي)

1. شاشة محمولة: هاتف محمول قادر على تشغيل الفيديو، ومساعد رقمي شخصي قادر على الفيديو، وكتاب إلكتروني قادر على تشغيل الفيديو، وما إلى ذلك؛

2. شاشة مثبتة على المركبة: نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، شاشة القيادة الآمنة، شاشة عرض الوسائط المتعددة، وما إلى ذلك؛

3. شاشة الكمبيوتر: الكمبيوتر المحمول، الشاشة، وما إلى ذلك؛

4. الأجهزة المنزلية وشاشات العرض المكتبية: أجهزة التلفاز، ومحطات الإنترنت، والصحف الإلكترونية، وغيرها.

باختصار، تحتل تقنية TFT موقعًا أساسيًا في صناعة شاشات العرض المسطحة. إنها كثيفة رأس المال، كثيفة المواهب، كثيفة التكنولوجيا. قيمة إخراج اللوحة عالية وتأثير تكتل الصناعة واضح.