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高像质非晶硅薄膜晶体管液晶显示器的研究

钱祥忠  
【摘要】:非晶硅薄膜晶体管液晶显示器(a-Si TFT-LCD)现已成为笔记本电脑、液晶电视等高像质显示终端的主导技术,目前,它的制造技术在国外已比较成熟,国内比较落后,特别在大尺寸、成品率和显示性能方面落后更多。本文根据国内的现有技术水平,侧重高成品率和高显示性能a-Si TFT-LCD器件的设计和制备。主要工作包括高光电性能a-Si TFT功能膜的制备、高成品率高显示性能a-Si TFT阵列的设计与制备、高成品率高显示性能a-Si TFT-LCD器件的设计与制备等。 用a-Si TFT作为开关元件的a-Si TFT-LCD,是利用a-Si TFT的开态对像素电容快速充电来实现对信号的响应,利用a-Si TFT的关态保持像素电容上的电荷来完成对信号的存储,a-Si TFT起到消除行间串扰和对电荷的高保持作用。 a-Si TFT由多层材料、厚度及性能不同的功能膜组成,本文用溅射法制备ITO和Al/Cr薄膜,用PECVD法制备SiNx、a-Si和n+a-Si薄膜,利用H处理提高a-Si的迁移率。这些功能膜的性能和制备条件参数满足高像质a-Si TFT-LCD器件的要求。 利用已制备的功能膜的光电性能和现有的技术水平设计出3英寸320×240 TFT阵列的结构参数为:像素面积为166μm×166μm、开口率约55%、开关比为106。其中栅绝缘层为厚度不同的双层SiNx膜、电极为低电阻率厚度不同Al/Cr双层金属膜、半导体活性层为单层a-Si膜、存储电容CS共栅安装。对功能膜的厚度、沟道宽长比、电极宽度和厚度及液晶材料参数选取等进行了优化设计。本设计的a-Si TFT中采用低阻双层栅线,减少了栅断线缺陷,降低了栅延迟的影响;采用双层SiNx绝缘层,减少了偏置线的交叉电容和短路缺陷,提高了击穿电压;存储电容采用共栅技术,扩大了开口率,也有利于提高像素电荷保持率和减少寄生电容的影响。在a-Si TFT 阵列制备中,本设计采用自对准技术和传统曝光技术相结合的方式,用自对准技术制备TFT岛,用传统曝光技术制备像素电极和源漏电极,只需要四次光刻,比传统光刻次数减少2~3次,从而使成品率提高约1/3,这种制备法还克服了简化自对准技术中省略CS及产生较大寄生电容的缺点。对设计的a-Si TFT-LCD器件用SPICE 软件进行了计算机模拟。 在选择腐蚀工艺中,对单膜经过多次实验,确定最佳腐蚀液配比比例和腐蚀条件及选择比。本课题中模板采用铬板,光刻胶采用邻-重叠氮醌类正胶,SiNx、a-Si和n+a-Si选用硝酸、磷酸和氢氟酸配比腐蚀液,Al/Cr和ITO选用盐酸、磷酸、硝酸和水配比腐蚀液。对制备的器件进行了性能测量,与设计参量基本相符。


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