[01565909]全透明薄膜晶体管及其电路

薄膜晶体管（thin film transistor, TFT）本质上是一种场效应晶体管，其电性质与传统的MOS场效应管一样，都是利用垂直于导电沟道的电场强度来控制沟道的导电能力来实现系统放大，这被称为电导率调制或场效应原理。同时它也是良好的开关元件，当栅源电压小于阈值电压时器件截止，反之导通。场效应管是通过改变输入电压来控制输出电流的，它是电压控制器件，不吸收信号源电流，不消耗信号源功率，因此它的输入阻抗很高，它还具有很好的温度特性、抗干扰能力强、便于集成等优点。目前市场上作为LCD有源驱动的TFTs主要有非晶硅薄膜晶体管(a-Si:H TFTs)和多晶硅薄膜晶体管(p-Si TFTs)。其中非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)具有制备工艺简单，容易大面积制作等特点，是有源矩阵寻址液晶显示器件中应用最广、发展最快、工艺最为成熟的一种显示器件。但是，非晶硅材料的迁移率较低，漏极电流比较小，不能满足显示器件高速、高亮度的要求，而且不能适应于OLED等电流驱动显示器。低温多晶硅技术制备的P-Si TFT虽具有较高的电子迁移率(30～100cm2/(VS))，但是需要激光晶化处理等复杂工艺。尽管硅材料的薄膜晶体管已经应用于成品成为主流，但是金属氧化物半导体场效应晶体管，以其高度透明的光学特性却在显示应用领域找到一片天地。自从2002年，用透明导电氧化物半导体来制造透明薄膜晶体管（TTFT, transparent thin-film transistor）的概念被提出来以后，透明薄膜晶体管和纳米结构场效应晶体管的研制得到了迅速地发展。　　与硅材料相比，ZnO薄膜材料的禁带宽度大、透明等优异的半导体特性，使得ZnO-TFT可能替代a-Si TFT成为平板显示器件的像素开关。若使用ZnO-TFT作为有源矩阵驱动的开关元件有以下明显优势：(1) ZnO为宽禁带半导体材料，可以避免可见光照射对器件性能的影响，保证显示器的清晰度不受太阳光照的影响； (2) 提高开口率，提高显示器的亮度，进而可以降低功耗； (3) 如果存储电容也用透明材料制备，制备全透明显示器件便成为可能； (4) 对衬底要求不高。ZnO薄膜的生长温度较低，即使室温条件下也可以生长高质量ZnO薄膜，因此衬底可以选择廉价的玻璃或者柔韧性塑料等，这又是柔性显示器成为可能； (5) ZnO具有很好的载流子迁移率，使得ZnO-TFT既具有很高的开态电流，又有效的抑制关态电流的增加； 研究ZnO-TFT的另一个重要意义在于推动透明电子学的研究。ZnO-TFT的实现对透明电子学来说是一个富有成效的进展，具有里程碑的意义，为制造透明电路和系统创造了条件。值得注意的是，这种场效应晶体管制备温度较低，对衬底材料要求不高，可以制作成全透明的薄膜晶体管，而且饱和漏极电流大，因而预期在有源平板显示器尤其在TFT-OLED等电流驱动显示器中会有更加出色的表现。