文章來源：學(xué)習(xí)那些事

原文作者：小陳婆婆

導(dǎo)語薄膜晶體管（TFT）作為平板顯示技術(shù)的核心驅(qū)動(dòng)元件，通過材料創(chuàng)新與工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)非晶硅向氧化物半導(dǎo)體、柔性電子的技術(shù)跨越。

本文聚焦分享薄膜晶體管制造技術(shù)與前沿發(fā)展，分述如下：

• 薄膜晶體管技術(shù)架構(gòu)與主流工藝路線
• 先進(jìn)制造技術(shù)的突破性進(jìn)展
• 產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與前沿趨勢

薄膜晶體管技術(shù)架構(gòu)與核心原理

一、薄膜晶體管基礎(chǔ)架構(gòu)與特性

薄膜晶體管（TFT）作為現(xiàn)代顯示技術(shù)的基石，其技術(shù)架構(gòu)可拆解為三個(gè)核心維度：材料體系、器件結(jié)構(gòu)與制造工藝。

在材料創(chuàng)新層面，IGZO（銦鎵鋅氧化物）的突破尤為關(guān)鍵，其通過調(diào)控In、Ga、Zn的原子配比，在非晶態(tài)下實(shí)現(xiàn)10-30 cm2/V·s的電子遷移率，較傳統(tǒng)非晶硅提升20-50倍，同時(shí)保持90%以上的可見光透過率。這種材料特性使其在2025年已成為8K超高清顯示、Micro-LED背板驅(qū)動(dòng)等高端領(lǐng)域的首選方案。

器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)多元化演進(jìn)趨勢。頂柵共平面式結(jié)構(gòu)通過源漏電極與柵極的共面布局，將寄生電容降低，使開關(guān)比突破10?，滿足OLED像素驅(qū)動(dòng)的嚴(yán)苛要求。而倒柵錯(cuò)位式結(jié)構(gòu)憑借4道光刻工序的極簡工藝，在大尺寸液晶面板制造中占據(jù)成本優(yōu)勢。最新研發(fā)的垂直溝道TFT（VCT）更通過三維結(jié)構(gòu)將有效溝道長度縮短至50nm以下，驅(qū)動(dòng)電流密度大幅提升。

圖1 TFT器件基本結(jié)構(gòu)和平板顯示中的應(yīng)用

制造工藝方面，低溫多晶硅（LTPS）技術(shù)通過準(zhǔn)分子激光退火（ELA）實(shí)現(xiàn)硅晶粒的受控生長，晶粒尺寸分布系數(shù)（GSD）已優(yōu)化至1.2以下，確保了驅(qū)動(dòng)電路的均一性。在柔性顯示領(lǐng)域，聚酰亞胺（PI）襯底上的IGZO-TFT陣列已實(shí)現(xiàn)1.5mm彎曲半徑下的性能穩(wěn)定，彎折壽命突破20萬次。

二、主流工藝路線對比

根據(jù)柵極位置與材料體系，形成三種典型工藝方案：

倒柵錯(cuò)位式a-Si:H TFT

工藝流程：柵金屬（Cr）→ 柵絕緣層（SiNx）→ 非晶硅層 → n+摻雜層 → 源漏金屬（Al）。

圖2 主流工藝路線示意圖

特點(diǎn)：工藝溫度<350℃，良率>99%，適用于Gen10.5超大尺寸LCD（成本<$100/m2）。

頂柵共面式p-Si TFT

工藝流程：p-Si外延（ELA準(zhǔn)分子激光晶化）→ 柵絕緣層→ 柵金屬（Mo）→ 源漏自對準(zhǔn)注入（B ^+^ ）。

性能：遷移率80cm2/V·s，閾值電壓漂移<0.5V/10年，驅(qū)動(dòng)4K AMOLED（刷新率120Hz）。

氧化物半導(dǎo)體TFT（IGZO）

材料優(yōu)勢：電子遷移率10-30cm2/V·s，關(guān)態(tài)電流<1fA/μm，可見光透過率>90%。

工藝創(chuàng)新：原子層沉積（ALD）生長IGZO薄膜（厚度20nm），氧分壓控制實(shí)現(xiàn)載流子濃度調(diào)控。

先進(jìn)制造技術(shù)的突破性進(jìn)展

一、IGZO技術(shù)深化應(yīng)用

2025年IGZO技術(shù)已進(jìn)化至3.0代，通過雙層絕緣柵結(jié)構(gòu)將亞閾值擺幅（SS）壓縮至0.15V/decade，靜態(tài)功耗降低。在京東方成都B17產(chǎn)線，IGZO-TFT背板已實(shí)現(xiàn)3000×2000分辨率的8K面板量產(chǎn)，開口率達(dá)68%。

二、有機(jī)半導(dǎo)體材料突破

現(xiàn)有的FlexiOM材料體系采用并五苯衍生物與氰基聚合物復(fù)合，載流子遷移率突破1.2 cm2/V·s，在100℃以下制程中實(shí)現(xiàn)。該材料已應(yīng)用于Ledger Stax的180度曲面電子紙顯示屏，對比度達(dá)40:1，響應(yīng)時(shí)間縮短至15ms。國內(nèi)福州大學(xué)研發(fā)的紅熒烯基OTFT在-40℃至100℃溫度范圍內(nèi)保持性能穩(wěn)定，遷移率衰減率控制在15%以內(nèi)。

三、三維集成技術(shù)

三星顯示開發(fā)的堆疊式TFT（Stacked TFT）架構(gòu)，通過垂直互連通道（VIA）實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)層與像素層的解耦，將充電率提升至95%。該技術(shù)在120Hz刷新率的240Hz VR顯示中，有效抑制動(dòng)態(tài)模糊。