薄膜晶體管
關注創建者：CINNO 創建時間：2023-02-21
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薄膜晶體管的實例教程
這種方法制作的有機-無機混合介電層，可以極大降低薄膜晶體管驅動時的漏電流，因此它能夠支持顯示器以低功率驅動。此外，這種具有優良物理特性的介電層，它的制造并不復雜，可以使用一些常見解決方案。綜合來看，這意味著這種新方案可以極大降低薄膜晶體管制造成本。另一方面，這種材料還因為支持低溫熱處理工藝，能夠讓制造商在柔性基板上制造薄膜晶體管。
這項研究的首席研究員鐘教授解釋道：“我們開發的這種具有高效穩定性的薄膜晶體管能夠將為下一代柔性電子器件（如可穿戴設備等）提供支持。未來，這種新型氧化物半導體材料有望為存儲器、顯示器和其他行業的基礎技術發展做出貢獻。”
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展開 非晶InGaZnO薄膜晶體管雖然具有比非晶硅更好的器件性能，但因其In屬于稀有元素，且價格昂貴，制約了其大規模的工業應用。在此基礎上，科學家開發出了以Sn元素代替In的方式，有望解決這一成本問題。在前期的研究中，人們發現，Ga的存在使得薄膜的晶體質量下降，同時高溫退火處理也與目前柔性電子學不相容。
復旦大學材料科學與工程學院張群教授課題組以乙二醇單甲醚為溶劑，采用旋涂法制備了GaSnO半導體薄膜，研究了不同Ga摻雜含量和退火溫度條件下薄膜的晶體結構、光學性質、化學價態和表面形貌信息，同時研究了GaSnO薄膜晶體管的電學性質。
圖1 GaSnO TFT器件及其性能
作者采用高
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值的Al2O3薄膜作為介質層，將上述優化好的GaSnO薄膜作為溝道層，制備了GaSnO/Al2O3薄膜晶體管。實驗研究發現，器件的性能得到了顯著的提升，工作電壓僅為
2?V，
最大場效應遷移率為
69?cm2?V?1?s?1，
閾值電壓為
0.67?V，
電流開關比為1.8×107。
溶液法制備的非晶GaSnO薄膜晶體管可能會促進高性能無銦TFT器件以及低功耗、低成本電子器件的開發。
該研究成果最近發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9380-8。
展開 導讀
近日，中國山東大學與英國曼徹斯特大學的研究人員在柔性電子領域取得一項重要進展，他們開發出超高速的新型柔性納米晶體管。它由氧化物半導體制成，能以1GHz 的基準速度運行。
背景
傳統電子產品，往往會給我們一種“僵硬”的印象，它們無法經受彎曲、扭曲和拉伸。然而，新興的柔性電子產品卻彌補了傳統電子產品的這些不足。特別是對于可穿戴設備來說，柔性電子技術的發展大大改善了用戶的佩戴體驗，更加適應人體的自由運動。
之前，筆者曾介紹過許多柔性電子產品，例如：柔性電池、柔性液晶屏、柔性可穿戴傳感器、柔性的有機閃存、柔性超級電容、柔性微處理器、柔性觸控傳感器、柔性天線、柔性電子紙張等等。為了讓大家有一個更直觀的認識，下面通過圖片進行展示：
（圖片來源：加州大學圣地亞哥分校）
（圖片來源：日本東北大學）
（圖片來源：佛羅里達州立大學）
（圖片來源：KAIST）
（圖片來源：曼徹斯特大學）
（圖片來源：英屬哥倫比亞大學）
（圖片來源：Graphene Flagship）
（圖片來源： Mats Tiborn）
創新
近日，在柔性電子領域又出現一項重要研究進展。中國山東大學（ Shandong University）與英國曼徹斯特大學（University of Manchester ）的研究人員合作開發出一種新型超高速的柔性納米晶體管，也稱為“薄膜晶體管”（TFT）。它由氧化物半導體制成，能以1GHz 的基準速度運行。
技術
TFT 是一種通常應用于液晶顯示屏（LCD）中的晶體管。具有LCD顯示屏的大多數現代電子設備，例如智能手機、平板電腦和高清電視，都具有TFT。
TFT是如何工作的呢？
展開 圖2 共軛聚合物聚集行為的調控與大面積加工聚合物單分子層：a，共軛聚合物的化學結構；b，混合溶劑調控下的聚合物溶液的吸收光譜；c，可晶圓級加工聚合物薄膜的提拉裝置；d，混合溶劑與提拉速度調控的聚合物薄膜形貌；e，不同提拉速度下聚合物薄膜的吸收光譜； f，不同提拉速度下聚合物薄膜的吸光度與厚度；g，4英寸晶圓級的聚合物單分子層薄膜。
圖3 薄膜晶體管器件：a，4英寸晶圓級薄膜晶體管實物圖與器件結構示意圖；b，晶體管轉移特性曲線；c，晶體管輸出特性曲線；d，晶體管開關穩定性測試；e，晶體管轉移特性曲線；f，單分子層與多分子層的電子遷移率比較；g，n型聚合物單分子層晶體管性能比較。
研究人員利用該聚合物組裝策略，在4英寸晶圓上加工了聚合物單分子層網絡，形貌、高度與器件性能均表現出了很好的均勻性（圖3）。基于聚合物單分子薄膜的場效應晶體管在空氣下表現出穩定的電子傳輸性能，在持續開關1500 s后仍保持基本不變。相比于傳統的旋涂薄膜（18 nm），聚合物單分子層（4 nm）保持了相似的電子傳輸性能，最高電子遷移率可達1.88 cm?2V?1s?1，是目前報道中聚合物單分子層最高的電子遷移率。隨后，他們結合了多種實驗手段觀測到了聚合物在稀溶液中的組裝結構，為一維蠕蟲狀結構。隨著濃度的提高，聚合物的組裝體逐漸生長為網絡狀結構。
此工作利用共軛聚合物的多級組裝策略形成特定的聚合物固相形貌，為相關科研工作者提供了清晰明確的“分子間相互作用—溶液相組裝結構—薄膜微觀結構—功能器件性能”的研究策略。他們獲得的聚合物單分子層表現出優異的電荷傳輸性能，有望應用于加工制備大面積的高性能聚合物集成電路。
該研究工作發表在材料與工程科學領域頂級期刊《Advanced Materials》上，論文的第一作者為北京大學化學與分子工程學院博士生姚澤凡。
來源：高分子科學前沿
展開 利用Li摻雜的ZnO薄膜制備了一種高空間分辨率的面內應變傳感器陣列。
【圖文導讀】
圖1.薄膜壓電晶體管陣列的電鏡與XRD表征。
（a）ZnO連續薄膜壓電晶體管陣列的示意圖;（b）傳感器陣列的微結構;（c）RF濺射ZnO膜的表面和柱結構的頂視圖和截面圖;（d）顯示ZnO生長的XRD光譜沿c軸。
圖2. 薄膜壓電晶體管陣列的電學與力學性能。
（a）當ZnO/Au界面為肖特基接觸時，各種應變下Li摻雜薄膜的I-V特性，插入是界面為歐姆接觸時的I-V特性;（b）在單個Au/ZnO/=Au單元的應變下的帶結構變化。這里使用的壓電常數是“d31”;（c）＆（d）摻雜和未摻雜薄膜在肖特基界面上的電流變化，在10V的固定反向偏壓下應變，（c）的插圖是作為壓力函數的電流的歸一化對數圖。
圖3. 單個傳感單元周圍電流密度分布的數值模擬。
超高電流濃度說明了相鄰單元的量可以忽略的串擾。（a）有限元模型;（c）潛在分配;（d）電流密度分布。
圖4. 薄膜壓電晶體管陣列的電學與力學性能。
（a）在均勻拉伸載荷期間40×40單元的當前演變：應變映射，單元的電流變化由不同顏色描述。（b）卸載時總共1600個單位的當前統計數據。
圖5. 非均勻變形映射。
（a）采用商業DIC方法測試;（b）通過薄膜壓電式晶體管陣列測試
【總結】
總之，基于薄膜的柔性壓電傳感器陣列被證明用于面內應變分布映射。將元素Li摻雜到ZnO薄膜中以增強薄膜的壓電效應。
展開 
薄膜晶體管的最新內容
為了適應不斷縮小的子像素尺寸，對高度緊湊、節能且復雜的薄膜晶體管（TFT）驅動器的需求正在增加。子像素包含了在顯示器中創建顏色所需的RGB元素，因此TFT必須快速準確地控制每個像素，
以避免在生產的任何階段可能出現的缺陷。即使是制造過程本身，也仍然可能產生死像素，因此必須對這些問題加以考慮。
MicroLED與其他LED技術有何不同？
作為全球首款采用塑料基板上的有機薄膜晶體管（OTFT）技術構建的電子紙顯示屏，DKE FLEX可驅動所有單色及彩色E Ink基板，兼具無與倫比的柔韌性與堅固性，支持小半徑彎曲與動態彎曲，可廣泛覆蓋從智能卡、可穿戴設備到可折疊電子閱讀器的多元應用場景，該技術更斬獲國際信息顯示學會2025年度最佳組件大獎，為電子紙技術的應用拓展打開了全新維度。
這一全新類別的電子紙顯示屏是全球首款采用塑料基板上的有機薄膜晶體管（OTFT）技術構建，并能驅動所有單色及彩色的E Ink基板。
該顯示模組提供了無與倫比的柔韌性與堅固性，既支持小半徑彎曲，也支持動態彎曲，應用范圍涵蓋從智能卡到可折疊電子閱讀器。
這項由DKE獨家應用于電子紙顯示器的技術，已贏得業界廣泛認可，一舉斬獲國際信息顯示學會頒發的2025年度最佳組件大獎。
但現有AR-HUD的PGU技術路線均存在明顯短板：
數字光投影（DLP）技術：被德州儀器壟斷，成本高，且依賴投影燈泡與色輪，系統體積大[2]；
薄膜晶體管液晶顯示（TFT-LCD）技術：自發光亮度不足（難以滿足日間室外需求），虛像清晰度易受環境光影響[3]；
激光掃描投影：對溫度敏感，穩定性差，不適合車載復雜工況[4]。
主要研究方向為薄膜晶體管器件、半導體顯示與傳感、面板級集成與先進封裝。在國際主流期刊和會議上以第一通信作者發表論文超過100篇，受邀國際學術會議報告超過20次。擔任中國真空學會理事、IEEE TED/IEEE J-EDS等學術期刊編委、IEEE EDS理事會(BoG)委員、SID技術委員會委員等。
值得注意的是，三星顯示從友達光電購入的專利中也包括了薄膜晶體管（TFT）技術。
在簽署大規模的專利轉讓協議時，除了核心專利外，往往還會附帶一些非核心的專利。這些非核心專利的轉讓主要是為了提升整個交易的價值。對于競爭對手而言，大量專利的轉讓將迫使他們花費大量時間來分析這些專利的真正價值和背景。三星顯示從友達光電購買的大多數美國專利的到期日期約為2030年前后。
論文中介紹了通過開發高效OLED元件、改善薄膜晶體管(TFT)背面平面穩定性等方法來提高OLED性能的研究。另外還包括利用AI和機器學習在制造工藝上的革新成果，包括通過數據實時分析提高生產效率，以及基于AI的顯示器設計優化等。
【上海交通大學 集成電路學院 常務副院長 教授 郭小軍】
郭小軍教授詳細闡述了柔性顯示技術與薄膜晶體管(TFT)技術的現狀與挑戰，包括LTPS TFT、非晶氧化物(AOS) TFT和有機半導體TFT的技術方案和應用。
CINNO Research產業資訊，POSTECH(浦項工業大學)化學工業專業盧勇英教授、Liu Ao博士、Zhu Huihui博士(均為浦項工業大學博士后研究員)研究團隊，以及韓國標準科學研究院金勇成博士，通過與浦項加速器研究所金敏奎博士的聯合研究，研發出碲硒(Tellurium-Selenium)復合氧化物半導體材料，成功實現了高性能、高穩定性p型薄膜晶體管(以下簡稱TFT)。
2023年9月公開發布的蘋果Apple Watch9系列(來源：蘋果)
根據9日業界消息，蘋果計劃在今年下半年推出的Apple Watch 10系列用OLED屏上搭載新型低溫多晶氧化物(LTPO)薄膜晶體管(TFT)技術。
