高品质低温多晶硅薄膜晶体管的制作与周边一体化设计

论文摘要

平板显示器的后起之秀OLED的有源驱动显示技术的发展以及显示器周边驱动电路的集成一体化强烈依赖于LTPS TFT技术的发展，而制备高品质的LTPSTFT的关键是高品质多晶硅薄膜的低温制备技术。 本文首先讨论了紫外辅助晶化法和金属诱导晶化法低温制备多晶硅薄膜的方法及工艺条件，并且利用XRD、SEM、Raman光谱等分析测试手段对制备的多晶硅薄膜的品质进行分析。还提出了一种新的多晶硅薄膜的低温制备方法，即金属诱导一双次激光退火晶化法（MI bi-ELA）。 金属诱导晶化法是一种很有前景的大晶粒多晶硅薄膜的低温制备技术，本文详细讨论了Ni金属诱导晶化的机理，并且建立了横向晶化的一维数学模型，为金属诱导晶化制备多晶硅薄膜的晶化长度、晶化速率提供了估算方法以及选择退火温度、时间的参考。 本文介绍了p-Si TFT的电学特性，总结出了器件的重要参数的测试和提取办法；介绍了AIM-Spice关于多晶硅TFT的仿真模型及其建立，并且给出了模型的改进方案。应用仿真器不仅可以模拟p-Si TFT的器件特性，还能为设计制作p-Si TFT及其构成的电路提供参考。 OLED与LTPS TFT的结合以及显示部与周边驱动IC集成一体化是平板显示的发展趋势。本文设计并仿真分析了基于低温多晶硅的OLED象素驱动电路；并且首次对基于LTPS TFT的基本逻辑单元、简单的灰度显示用周边驱动电路进行设计仿真。 本工作的主要目的是研究低温制备多晶硅薄膜的方法、工艺条件及制备机理，从而能够制备出高品质的LTPS TFT；通过建模、仿真分析LTPS TFT器件及其组建的电路评价器件的性能，为进一步研究集成一体化技术奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 平板显示器件的发展
• 1.1.1 TFT-LCD仍占据主流地位
• 1.1.2 OLED开始冲击小尺寸显示应用
• 1.2 低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS TFT）技术的发展
• 1.2.1 LTPS TFT的特点
• 1.2.2 低温多晶硅的制备技术
• 1.3 本论文的研究内容及意义
• 参考文献
• 2 多晶硅薄膜材料的低温制备
• 2.1 多晶硅薄膜材料的表征手段
• 2.2 紫外辅助晶化（UV-assisted Crystallization）
• 2.2.1 紫外辅助晶化设备
• 2.2.2 紫外辅助晶化非晶硅薄膜
• 2.2.3 紫外辅助晶化制备的多晶硅薄膜的表征
• 2.3 金属诱导晶化（MIC/MILC）
• 2.3.1 金属诱导晶化非晶硅薄膜
• 2.3.2 金属诱导晶化法低温制备多晶硅薄膜的表征
• 2.4 金属诱导与激光退火晶化相结合（MIC/MILC+ELA）
• 2.4.1 激光退火MIC/MILC多晶硅
• 2.4.2 金属诱导—双次激光退火晶化（MI bi-ELA）
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 3 金属诱导晶化非晶硅薄膜的机理和模型
• 3.1 非晶硅薄膜的金属诱导晶化机理
• 3.2 金属诱导晶化非晶硅薄膜的模型
• 3.2.1 一维假设
• 2的宽度'>3.2.2 MILC晶粒生长与NiSi₂的宽度
• 3.2.3 扩散控制生长阶段
• 3.2.4 表面反应控制生长阶段
• 3.2.5 理论结果
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 4 Poly-Si TFTs 的电学特性与模型
• 4.1 概述
• 4.1.1 多晶硅薄膜中的缺陷
• 4.1.2 晶粒结构对载流子输运的影响
• 4.1.3 器件参数及其实验提取
• 4.2 Poly-Si TFT模型
• 4.2.1 Poly-Si TFT模型参数
• 4.2.2 I-V模型
• 4.2.3 阈值电压模型
• 4.2.4 C-V模型
• 4.3 Poly-Si TFT模型改进
• 4.3.1 Poly-Si TFT模型改进
• 4.3.2 参数提取
• 4.3.3 仿真结果与实验数据对比
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 5 基于LTPS TFT的AMOLED象素与周边集成设计与仿真
• 5.1 AMOLED象素电路及工作原理
• 5.1.1 2-TFT OLED电压型象素驱动电路
• 5.1.2 电流型OLED象素驱动电路
• 5.1.3 AMOLED象素电路仿真分析
• 5.2 基于LTPS TFT的周边驱动电路设计与仿真
• 5.2.1 基本逻辑单元
• 5.2.2 栅驱动电路设计与仿真
• 5.2.3 源驱动电路设计与仿真
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 6 总结
• 附录
• 个人简历
• 在攻读博士学位期间发表的论文目录
• 致谢