|
有关薄膜晶体管方向的研究可追溯至上世纪初叶，场效应晶体管的概念及初步定义是由德裔美国物理学家 Julius Edger Lilienfeld于 1925 年提出，并在1930 年申请该项专利。在 1940 年代，贝尔实验室成立了一个半导体研究小组，该研究小组工作领域的其中一项就是探索半导体以及与半导体有关的技术，例如制备可调节半导体通道中电流的器件。 1947 年，贝尔半导体研究小组成员巴丁（John Bardeen）和布列坦（Walter H. Brattain）两人在实验室内成功制备出了点接触型晶体管，一种用于放大电信号的半导体放大器。之后，肖克利（WilliamShockley）于 1948 年初在巴丁和布列坦的研究基础上发明了双极性晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）和结型场效应晶体管（Junction Field-Effect Transistor，JFET）。三位研究人员因其在半导体领域的突出贡献，于 1956 年被授予诺贝尔物理学奖。因为受到当时薄膜晶体管制备工艺的限制，美国无线电公司实验室的 Weimer 在 1962 年使用多晶 CdS 薄膜作为沟道层成功制备了第一个真正的薄膜晶体管，Weimer 制备的 TFT 器件结构为顶栅底接触，选择用 SiO2 材料作为 TFT 绝缘层，Au 作为栅极和源、漏电极，以玻璃为基底。1968 年，RCA 实验室的乔治·海尔迈耶（George Heilmeier）成功研发了世界上第一块液晶面板（Liquid Crystal Display, LCD），但该液晶面板仍存在部分较为严重的问题，尚无法直接投入显示器领域。此时，控制面板上使用的显示方法是电极交叉阵列显示，改变一个像素会影响其他相邻单元，从而导致图像失真扭曲。1971 年，为了有效解决这一技术难题，Lechner 等人首次尝试将 TFT 与LCD 相结合，该实验从寻址电路的复杂性，显示器的寿命和功耗方面入手，使用 2×18 液晶显示矩阵来测试，点矩阵显示电路的电极的交叉点连接到非线性电路，该结构由薄膜晶体管和电容器单元组成，并且除了起到开关的作用外，还可以保持像素单元的电压。显著提高了液晶面板图像的显示质量。从那时起，TFT 显示出其真正的商业实用价值。紧接着在 20 世纪 70 年代初，日本声宝公司研制生产的一款全新的电子计算器首次采用了上述液晶显示面板，大大鼓舞了研究人员对 TFT 的研究热情，自此 TFT 的研究正式步入高潮阶段。 [4] 1979 年，Le Comber 等人首次采用氢化非晶硅（a-Si:H）作为沟道层材料，成功制备 a-Si:H TFT。1990 年，Gamier 发表了一篇关于以六噻吩作为有源层材料的 OTFT 报道，OTFT 的载流子迁移率能够达到非晶硅的水平。该领域部分研究人员对于 OTFT 可以应用于柔性基板持乐观态度，并且认为 OTFT 将会在更轻便、坚固的柔性显示器领域发挥更大的作用，也因如此，有机薄膜晶体管得以兴起。1991 年，Thomas 团队制备的薄膜晶体管关态电流为 0.1 pA，开关比超过 108，载流子迁移率大于 20 cm2V-1s-1 的 TFT。1996 年，Prins 等人制备了以氧化锡掺锑作沟道层的 TFT 。2004 年，Nomura 团队第一次采用非晶金属氧化物半导体材料作为 TFT 的沟道层材料，制备了 a-IGZO TFT。2005 年，Dehuff 等人制备了透明的 TFT。从此，基于氧化物的 TFT 发展成为重要的研究方向。TFT 金属氧化物具有出色的性能，较高的透光率和简单的制备工艺，并且适用于柔性衬底，引起了许多研究人员的关注。近年来，TFT仍然是许多国内外研究者的研究热点，并且已经报道了许多与 TFT 相关的新材料和新工艺。 研究人员在材料，工艺和结构等方面做了大量工作，推动 TFT 朝着更好的性能和更低的价格迈进。 [5]
|
|
