薄膜晶体管：结构、工作、制造工艺、如何连接及其应用

RCA（美国无线电公司）花了多年时间试验和开发晶体管。尽管第一个薄膜专利是由RCA的一名成员，即John Wallmar，于1957年开发的。此后，微电子和半导体领域的一系列发展，TFT或薄膜晶体管于1962年出现。TFT用于液晶显示器，以提高图像质量，如对比度和可寻址性。TFT是MOSFET的改进版，因为它使用薄膜。本文讨论了薄膜晶体管或TFT–与应用程序一起工作。

什么是薄膜晶体管？

薄膜晶体管的定义是：；一种FET或场效应晶体管，用于LCD（液晶显示器）的每个单独像素，以高对比度、高亮度和高速显示屏幕信息。薄膜晶体管符号如下所示。

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薄膜晶体管工作原理

这些薄膜晶体管像一个单独的开关一样工作，允许像素快速调整位置，使其更快地打开和关闭。这些晶体管是LCD内的有源元件，以矩阵形式排列，使得LCD可以显示信息。这些被用于商业显示应用，如数字射线照相探测器、平视显示器等。

薄膜晶体管结构

TFT是一种特殊类型的场效应晶体管，它是通过简单地在称为衬底的柔性材料上沉积有源半导体层薄膜、介电层和栅电极层而制成的。薄膜晶体管的结构如下所示。

TFT包括通过使用不同材料制成的不同层。因此，下面将讨论每一层中使用的材料。

TFT的第一层是一个柔性基板，由几微米厚的玻璃、金属和聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚合物制成。该层充当电子设备构造的基底。

第二层是栅极电极，其根据应用由铝、金或铬制成。该栅极电极向薄膜半导体提供信号，该信号触发源极和漏极之间的接触。

第三层是绝缘体，用于避免半导体层和栅电极等两层之间的电短路。

第四层是电极层，它由银、铬、铝或金等不同的导体制成，并简单地沉积在半导体表面上。即使用于源极和漏极的导电涂层，也使用铟锡氧化物（ITO）。整个装置被封装在陶瓷或聚合物材料中。

薄膜晶体管制造工艺

下面将讨论TFT制造的不同层。

• 首先，用所需的酸或碱对基材进行化学清洁，以消除其表面的所有污染物。
• 之后，通过热蒸发程序将金属栅电极简单地沉积在衬底上。陶瓷/聚合物电极通过喷墨打印/浸涂程序进行沉积。
• 绝缘涂层通过化学气相沉积（CVD）或等离子体增强化学气相淀积（PECVD）工艺简单地沉积在栅极上。
• 如果是喷涂或聚合物涂层，则半导体层简单地用浸涂法沉积。源极和漏极都类似于栅电极程序——根据合适的掩模层的要求进行喷涂/浸涂或热蒸发。

如何连接薄膜晶体管？

薄膜晶体管的连接图如下所示。该示例使用p型半导体材料。如果它使用n型材料，那么极性将相反。当晶体管通过在漏极和源极接触（VDS）之间施加负电压而被偏置时，晶体管工作。

当晶体管关断时，在源极和漏极触点之间将不会累积电荷。因此，没有电流可以在源极和漏极触点之间流动。为了导通晶体管，向栅极端子（VGS）施加负偏置电压。因此，像半导体中的空穴这样的电荷载流子将积累到栅极绝缘层，从而形成一个沟道，使电流（ID）从漏极流到源极。

差分b/w薄膜晶体管与Mosfet

薄膜晶体管和mosfet之间的区别包括以下几点。

薄膜晶体管	MOSFET晶体管
TFT代表薄膜晶体管。	MOSFET代表金属氧化物半导体场效应晶体管。
一种场效应晶体管，通过在电介质衬底上放置薄膜来形成导电层。	一种在栅极和沟道之间设置有薄氧化硅层的场效应晶体管。
为了制造TFT，使用了不同的半导体材料，如硒化镉、氧化锌和硅。	用于制造MOSFET的材料有：；碳化硅、多晶硅和高k电介质。
TFT被用作LCD中的单独开关，允许像素快速改变条件，使其快速打开和关闭。	MOSFET用于切换或放大电路内的电压。
TFT主要用于液晶显示器。	这些应用于汽车、工业和通信系统。

薄膜晶体管与普通晶体管有何不同？

薄膜晶体管与普通晶体管相比是不同的，因为；大多数普通晶体管由非常纯的Si（硅）和Ge（锗）制成，有时还使用一些其他半导体材料。薄膜晶体管（TFT）由不同种类的半导体材料制成，如硅、氧化锌或硒化镉。TFT包括三个端子，如源极、栅极和漏极，而普通晶体管包括基极、发射极和集电极。

这些晶体管起到开关的作用，允许像素快速调整状态，使其快速导通和截止。普通晶体管充当开关或放大器。

优点和缺点

这个薄膜晶体管的优点包括以下内容。

• 它们消耗的电力更少。
• 它们的反应时间更快。
• TFT在数字显示行业中发挥着关键作用。
• 薄膜晶体管是在经济基板上实现的柔性电子器件的关键元件
• 它们具有快速、更高和准确的响应率。
• 基于TFT的显示器具有清晰的可视性。
• 基于TFT的显示器的物理设计非常出色。
• 它可以减少眼睛疲劳。

这个薄膜晶体管的缺点包括以下内容。

• 它们依靠背光来提供亮度，而不是产生自己的光，因此，它们需要在背光布置中内置LED。
• 由于玻璃镶板的原因，实用性受到限制。
• TFT的模块只能在LED点亮后才能读取。
• TFT会很快耗尽电池电量。
• 与典型的单色显示器相比，TFT LCD是昂贵的。

应用

这个薄膜晶体管的应用包括以下内容。

• 薄膜晶体管广泛应用于智能手机、电脑、平板显示器、个人数字助理和视频游戏系统。
• 最著名的薄膜晶体管应用是在TFT-LCD中，
• 这些晶体管在目前的材料化学和数字显示器中发挥着重要作用。
• TFT在国外的应用范围很广，如有机LED、平板显示器和其他电子设备。
• TFT被广泛用作X射线探测器中的传感器。
• TFT器件存在于各种传感应用中。
• TFT液晶显示器用于视频游戏系统、投影仪、导航系统、手持设备、电视、个人数字助理和汽车仪表板。

因此，这是对在当前数字显示器中发挥重要作用的薄膜晶体管或TFT的概述。这些是先进的传统MOSFET，因此它提供了快速的响应时间，也能够保持电荷。这些在液晶显示器中有着广泛的应用，目前研究人员正专注于开发新型薄膜晶体管器件。这里有一个问题要问你，什么是FET？