內容簡介

本書以顯示麵闆設計和製造過程中的經驗為依據，詳細分析並闡述瞭TFT的器件物理、製造工藝以及SPICE建模的相關內容。全書分為6章。第1章闡述瞭TFT用於平闆顯示的技術原理，以及針對TFT進行SPICE建模前所需要掌握的基礎知識。第2章、第3章內容主要是針對a-Si TFT進行的分析和闡述。其中，第2章分析瞭目前産業界常用的a-Si TFT的結構、相關的工藝過程、材料以及器件的物理性質。第3章則詳細分析瞭a-Si TFT的SPICE模型，並對每個模型參數的物理意義及其在TFT特性麯綫上的作用進行瞭分析。第4章、第5章分析瞭LTPS TFT的器件物理、工藝及SPICE模型。第6章針對目前新型的IGZO工藝進行瞭闡述，主要介紹瞭IGZO材料及器件的物理性質，以及業界廣泛采用的IGZO TFT的結構和工藝過程。

作者簡介

　　　　雷東，內濛古包頭市人，畢業於浙江大學材料係矽材料國傢重點實驗室，研究領域為半導體矽材料。

目錄

第1章 薄膜晶體管（TFT）用於平闆顯示 1
1．1 TFT用於液晶平闆顯示 1
1．1．1 LCD顯示技術原理 1
1．1．2 矩陣顯示 6
1．1．3 AMLCD顯示技術對TFT特性的要求 9
1．2 TFT用於OLED平闆顯示 11
1．2．1 有機發光二極管（OLED） 11
1．2．2 OLED顯示 13
1．2．3 AMOLED顯示對TFT特性的要求 15
1．3 TFT的SPICE建模與仿真 16
1．3．1 SPICE仿真與建模 16
1．3．2 TFT的SPICE建模 18
1．3．3 模型的質量驗證 24
參考文獻 25
第2章 a-Si：H TFT的結構、工藝與器件物理 26
2．1 平闆顯示用a-Si：H TFT的結構與工藝 26
2．1．1 平闆顯示用a-Si TFT的常見結構 26
2．1．2 柵極（Gate）金屬 27
2．1．3 a-SiNx：H薄膜 27
2．1．4 a-Si：H薄膜 30
2．1．5 n+ a-Si：H薄膜 36
2．1．6 源漏（S/D）極金屬 37
2．1．7 鈍化層 37
2．2 a-Si：H TFT器件的電學特性 38
2．2．1 柵極（Gate）正嚮偏置 38
2．2．2 a-Si：H TFT的漏電流 44
參考文獻 45
第3章 a-Si：H TFT的SPICE模型 47
3．1 DC模型 47
3．1．1 a-Si：H TFT開啓前 47
3．1．2 a-Si：H TFT開啓後 53
3．1．3 漏電流區 63
3．1．4 DC溫度模型 65
3．2 AC模型 66
參考文獻 68
第4章 低溫多晶矽（LTPS）TFT的結構、工藝與器件物理 70
4．1 緩衝層以及a-Si層 71
4．1．1 薄膜的沉積 71
4．1．2 去氫 72
4．2 LTPS層 74
4．2．1 準分子激光退火（ELA） 74
4．2．2 LTPS薄膜的錶麵 77
4．3 LTPS薄膜的電學特性 78
4．3．1 晶界簡介 78
4．3．2 晶界勢壘 80
4．3．3 載流子的輸運 82
4．4 傳統的固相結晶技術（SPC） 84
4．5 金屬誘導結晶（MIC） 85
4．6 TFT溝道與N-TFT源/漏的形成 86
4．7 柵絕緣（GI）層 87
4．8 p型TFT源/漏與n型TFT LDD的形成 90
4．8．1 輕摻雜漏極 (Lightly Doped Drain，LDD) 90
4．8．2 注入離子的活化 91
4．9 層間介質層（Interlayer Dielectric Film，ILD） 92
4．10 信號綫（Data line） 92
4．11 LTPS TFT器件的電學性質 93
4．11．1 柵極正嚮偏置 93
4．11．2 LTPS TFT的漏電流 98
參考文獻 99
第5章 LTPS TFT的SPICE模型 102
5．1 DC模型 102
5．1．1 TFT有效開啓電壓的錶達式 102
5．1．2 亞閾值區 107
5．1．3 輸齣電流 110
5．1．4 遷移率模型 112
5．1．5 漏電流模型 117
5．1．6 Kink效應 122
5．1．7 溝道長度調製效應 125
5．1．8 方程的統一 126
5．1．9 DC溫度模型 131
5．2 AC模型 132
參考文獻 135
第6章 IGZO TFT的結構、工藝與器件物理 136
6．1 IGZO工藝概述 136
6．2 平闆顯示用IGZO TFT的結構 137
6．2．1 柵極（Gate）金屬 137
6．2．2 柵絕緣層（GI） 138
6．2．3 IGZO薄膜材料 139
6．2．4 刻蝕阻擋層（ESL） 149
6．2．5 S/D金屬 150
6．3 IGZO TFT的電學特性 150
6．3．1 柵極正嚮偏置 150
6．3．2 IGZO TFT的漏電流 152
參考文獻 152

前言/序言

序 言

目前，平闆顯示技術是信息産業中最為活躍的技術領域之一。從近年來麵闆廠在中國大陸乃至全球範圍內的擴張速度便可感知一二。

平闆顯示技術中，最具代錶性、應用最為廣泛的當屬TFT-LCD和TFT-OLED技術。從電視機，到各種移動顯示終端，再到可穿戴式顯示設備，無不體現著這一技術廣闊的市場。TFT作為像素驅動以及構成周邊電路的核心半導體器件，其結構、製造工藝及器件特性對整個顯示麵闆的質量和生産良率有著十分關鍵的影響。除此之外，對於麵闆設計人員來講，基於器件特性所建立的TFT模型的準確性和可靠性以及模型的仿真結果，將在很大程度上決定所設計産品的質量。所以，從事麵闆相關行業的工程技術人員，對以上內容的深入理解和科學運用，已變得十分重要。

本書是作者在平闆顯示領域多年的從業經驗基礎之上完成的。書中有針對性地闡述瞭目前平闆顯示領域主要用到的a-Si TFT、LTPS TFT和IGZO TFT的物理特性、工藝原理及SPICE模型，並針對TFT的RPI模型中的每個模型參數在器件特性麯綫上的作用區域和作用效果，做瞭基於器件物理層麵的詳細分析。

該書基本概念和原理描述深入淺齣、通俗易懂，能夠幫助從事相關領域的工程師和研究生快速、有效地掌握TFT建模技術，並運用到實踐中去。這一類型的專業書籍在平闆顯示領域並不多見。本書的齣版，將對平闆顯示領域從業人員的專業知識和技術能力的進一步提升做齣很好的貢獻。這也是作者本人所期望看到的。

張盛東 教授

北京大學信息工程學院執行院長

深圳TFT與先進顯示重點實驗室主任

北京大學有源顯示研究中心副主任

2016年6月

前 言

信息數據的可視化、圖像化交互，使信息交流變得生動、有效。高分辨率、高質量的顯示器對於圖像信息的傳遞至關重要。因此，平闆顯示（FPD）領域的科學傢和工程師們，在不斷地改善平闆顯示器的設計和生産過程中各環節的品質，以實現更高的分辨率和更好的圖像顯示質量。

薄膜晶體管（TFT）作為驅動像素的基本半導體器件單元，對整個顯示産品的質量以及産品的良率十分關鍵。在麵闆的設計過程中，要對相關的器件和電路進行SPICE仿真，以確認産品設計的閤理性和可靠性。因此，TFT器件SPICE建模的準確性，直接決定著麵闆設計過程中相關仿真的準確性和可靠性。在麵闆製造過程中，TFT的結構以及工藝過程的優劣，直接決定著TFT器件特性的好壞，從而影響麵闆製造的良品率。從事相關工作的工程師和研究人員，有必要深入瞭解TFT製造過程中的每一個工藝環節，以及所涉及的各種材料的物理和化學性質。

本書以顯示麵闆設計和製造過程中的經驗為依據，詳細分析並闡述瞭TFT的器件物理、製造工藝以及SPICE建模的相關內容。全書分為6章。第1章闡述瞭TFT用於平闆顯示的技術原理，以及針對TFT進行SPICE建模前，所需要掌握的基礎知識。第2章、第3章中的內容，主要是針對a-Si TFT進行的分析和闡述。其中第2章分析瞭目前産業界常用的a-Si TFT的結構，相關的工藝過程，材料以及器件的物理性質。第3章則詳細分析瞭a-Si TFT的SPICE模型，並對每一個模型參數的物理意義及其在TFT特性麯綫上的作用進行瞭分析。第4章、第5章分析瞭LTPS TFT的器件物理、工藝以及SPICE模型。第6章針對目前新型的IGZO工藝進行瞭闡述，主要介紹瞭IGZO材料及器件的物理性質，以及業界廣泛采用的IGZO TFT的結構和工藝過程。

在本書的撰寫和齣版過程中，北京大學信息工程學院的張盛東教授審閱瞭全部書稿，提齣瞭許多寶貴意見，並為本書作序。張盛東老師在TFT先進顯示技術領域有著長期的學術研究和産業化經驗，張老師的指導增加瞭本書在技術上的深度與廣度。此外，作者還要藉此機會嚮Silvaco韓國公司的技術總監Won seok Lee先生錶示感謝，感謝他能夠花費寶貴的時間和我進行技術上的許多交流和討論，並分享瞭不少韓國TFT顯示産業領域的珍貴經驗。本書的寫作初衷，得到瞭香港Vendorchain國際有限公司羅晶先生的鼓勵和大力支持。作者在這裏嚮三位前輩錶示衷心的感謝。最後，嚮所有支持和關心本書齣版的同仁們說一聲“謝謝”。

限於作者水平有限，書中若有不妥之處，還請各位同行多多批評指正。

雷 東

2016年6月

很好的的的的的的的的一本書

很好的一本書，當教材很好！

還不錯，算是TFT模型這塊比較好的參考書瞭

專業書籍，希望讀完有收獲

還行！

很不錯的一本書，尤其是對於建模方麵

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