TFTLCD工艺设计培训.ppt

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1、TFT工艺设计培训,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,2,TFT是什么呢？,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,3,认识TFT,G,D,S,1、TFT（Thin Film Transistor）薄膜晶体管，为一三端子元件。、在LCD应用上可视为一个开关。、采用底栅型结构。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,4,TFT元件的运作原理,TFT元件在栅极(G)给予适当电压(VGS其始电压Vth,注),使通道(a-Si)感应出载子(电子)而使得源极(S)漏极(D)導通。【注】：Vth 为感应出载子所需要的最小电压。,（1）VGSVth：读信号,202

2、3/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,5,TFT元件的运作原理,(2)VgsVth：信号保持,1.TFT元件在栅极(G)给予适当电压。当VGS小小于其始电压时没有感应出 载子则沟道断路。2.故TFT元件可看成开关,当VGSVth则ON,当VGSVth则OFF。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,6,1.V的大小关系如下:CGD:栅极与漏极间电容 CLC:液晶电容 CST:存储电容2.此下降电压V与影像信号的极性 无关，永远比像素电位Vp 下降此一 电压值。因此，只要將彩色滤光片的共用电极电位VCOM设定成相对于信号线的中心电压VC 低一偏移值V，便可以使加在像素电极上

3、的电压成为正负对称的波形，使直流位准的电压降误差到最小值。,TFT元件工作示意图,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,7,存储电容,目的：降低TFT关闭時，因Cgs所引起的像素电压变化(Voltage Offset)。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,8,1.VG为扫描线电压，VID为信号线电压，分別加在TFT的栅极，源极。2.在T1时域(水平选择期间)TFT ON，像素电极电位VP会被充电至信号电位VID。在T2 时域(非选择期间)TFT OFF，在OFF的瞬間，VP会下降V，此V的大小与TFT元件的栅极与漏极间的寄生电容CGD有关，因此在设计与制作元件时

4、尽量避免寄生电容的产生。,驱动波形,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,9,TFT特性,1、A-Si TFT断开电流约为110-12A左右，导通/断开之比高于1106。2、迁移率一般为0.21.0 cm2/Vs，Vth为24V。迁移率低是因为膜中缺陷多。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,10,Array 面板信号传输说明,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,11,TFT-LCD面板构造,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,12,Array 面板说明,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,13,单一像素结构,202

5、3/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,14,Array面板示意图（480*234）,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,15,A-Si TFT的设计,A-Si TFT器件的设计TFT阵列单元像素设计TFT阵列设计阵列基板的布局和配线,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,16,A-Si TFT器件的设计（1）,a-Si TFT是TFT-LCD显示屏阵列电路中最重要的部分，其器件性能的优劣将直接影响到a-Si TFT-LCD图象质量。因此，a-Si TFT器件结构参数的合理设计以及材料参数的优化选择是a-Si TFT-LCD优化设计的基础。a-Si TFT-

6、LCD要求作为有源开关的TFT器件具有较高的开关比，即较高的开态电流和相对低的关态电流。从对a-Si TFT器件模拟的结果可知，选择合适的TFT器件宽长比W/L，适当减小绝缘层的厚度，优化制备工艺条件以改善a-Si材料性能及a-Si/SiNx界面特性，有利于提高开态电流。另外，减小有源层的厚度，制备具有较低暗态电导率的a-Si材料是降低关态电流的有效手段。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,17,在a-Si TFT器件设计过程中，栅与源、漏电极交叠大小也是影响a-Si TFT-LCD图象显示品质的一个重要参数。寄生电容Cgd会引起加在液晶象素上的信号电压变化，从而造成显示图象

7、的闪烁现象及显示灰度级的错乱。另外，a-Si TFT器件各层薄膜厚度的设计是影响a-Si TFT-LCD 阵列成品率的关键因素，过厚或过薄的膜厚都将引起电极之间的短路或断路缺陷。,A-Si TFT器件的设计（2）,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,18,TFT阵列单元像素设计,a-Si TFT-LCD单元象素主要包括a-Si TFT器件、象素电极、存储电容和栅电极及源电极的引线等几个部分。在对a-Si TFT器件优化设计的基础上，阵列单元象素的设计主要集中在对存贮电容结构和大小的设计、栅线和信号线的结构设计以及单元象素各个部分的合理配合。引入存贮电容的目的是为了提高TFT-L

8、CD信号电压的保持时间，避免引起闪烁现象，存贮电容的大小将影响到a-Si TFT-LCD的显示品质。同时由栅源交叠电容产生的跳变电压Vp的表达式可知，存贮电容的引入可减小跳变电压Vp，从而有效抑制由Vp引起的图象闪烁和残象现象。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,19,TFT阵列设计,a-Si TFT-LCD的阵列设计是把经过优化设计的单元象素在行、列方向上分别重复M、N次，即可得到所需要的MN象素数的TFT矩阵。需要注意的是Delta排列时情况较为复杂，需要根据具体驱动要求进行单元设计。另外，黑矩阵的设计将对a-Si TFT-LCD的亮度产生严重影响。黑矩阵设计主要包括黑矩

9、阵方式和大小的设计，以及黑矩阵材料的选取。黑矩阵方式的选择和大小的设计关系到TFT-LCD开口率的大小，是提高TFT-LCD开口率和亮度的着手点之一，而黑矩阵材料的选取则是改善TFT-LCD对比度的关键。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,20,像素的Delta排列,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,21,阵列基板的布局和配线,配线主要分两部分：a 阵列中Source线与Gate线引出点至IC输出端子的走线 要求是调整线宽使每条走线的电阻相同，以使电路的延时相同。b FPC端子至IC输入端子的走线 目标是减少延时，可以把线宽做的较大。不特别要求电阻相同。注意

10、电源线、地线都应该做的较宽，电压差较大的走线之间要增大间距，以减少电蚀现象的发生。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,22,Gate金属设计规则,上图中红色的为Source金属，绿色的为Gate金属 a 为Gate的宽度，a的最小值aMIN6m；b 为Gate金属之间的距离，b的最小值bMIN5m；c 为Source金属和Gate金属之间的距离，c的最小值cMIN3m；,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,23,Gate金属设计规则,上图中，红色为Source金属，绿色的为Gate金属，黄色的为ITO。d 为Source金属和ITO之间的距离，d的最小值dMI

11、N4m；e 为Gate金属和ITO之间的距离，e的最小值eMIN3m。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,24,Si岛的规则,a为Si自身的宽度，a的最小值aMIN6m；b为Si与Si之间的距离，TEG时使用，b的最小值bMIN5m；c为Si与Source金属重叠部分的长度（下图），c的最小值cMIN6m；,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,25,Si岛的规则,上图中，红色为Source金属，绿色为Gate金属，褐色为Si岛。,d 为Gate金属与Source金属之间的距离，d的最小值dMIN3m；e为Si岛与Gate金属之间应该留有的余度，e的最小值eMI

12、N3m；f为Source金属（沟道）与Gate金属之间的距离，f的最小值fMIN4m；g为沟道的长度，g的最小值gMIN5m；h为Source金属与Si岛之间的距离，h的最小值hMIN2m。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,26,接触孔设计规则,上图中，红色的为Source金属，草绿色的为接触孔，黄色代表其他金属。a 为接触孔的尺寸，a的最小值aMIN6m；b 为接触孔之间的距离，b的最小值bMIN10m；c 为接触孔和其他金属之间的距离，c的最小值cMIN3m。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,27,TFT工艺实现,2023/2/14,南京新华日液晶显

13、示技术有限公司,28,制作工艺技术,成膜技术光刻技术刻蚀技术,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,29,成膜技术,1、真空技术2、等离子体技术3、化学气相沉积技术4、溅射成膜,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,30,真空技术,真空术语（）真空的定义（）真空度（）真空单位：1Torr=1/760atm=1mmHg 1Torr=133.322Pa or 1Pa=7.5*10-3Torr（）极限真空度,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,31,真空技术,真空区域划分,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,32,真空测量,(1)热电偶真空

14、计(2)电离真空计(3)其它真空计,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,33,等离子基础知识,1、什么是等离子？它是一种能维持中性的导电流体，被称为物质的第四态。2、等离子的组成 带电粒子、受激粒子、中性粒子,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,34,等离子的主要特性,(1)是一种导电流体，但能维持中性；(2)此聚集态物质间存在库仑力，其运动行为受到电场的影响和支配,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,35,化学气相沉积技术（CVD）,什么是CVD?CVD：Chemical Vapor Deposition(化学气相沉积)在一定的温度下，利用化学

15、反应方式,将反应物(混合气体)生成固态产物,并沉积在基体表面以形成涂层和薄膜的一种沉积技术。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,36,影响CVD成膜的关键因素,1、反应系2、气体组成3、温度4、压强5、RF功率6、成膜灰尘,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,37,1、溅射现象（SPUTTER）用带有几十电子伏以上动能的粒子或粒子束照射固体表面，靠近固体表面的原子会获得入射粒子所带能量的一部分进而在真空中放出，这种现象称为溅射。由于离子易于在电磁场中加速或偏转，所以荷能粒子一般为离子，这种溅射称为离子溅射。溅射现象广泛用于样而表面的刻蚀及表面镀膜等。相应于每一

16、个入射离子所放出的样品原子数定义为溅射产额。2、离子溅射成膜原理 在一定真空条件下，通过外加电、磁场的作用，将介质气体电离，气体离子在电场作用下加速并轰击靶材，靶材表面粒子获得能量后飞溅到真空中，沉积到基板表面形成一层沉积膜。,溅射成膜(PVD),2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,38,影响溅射成膜的因素,溅射压力背压溅射功率溅射温度气体流量,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,39,光刻技术（1）,紫外光源,反射镜,光罩,光刻胶,Cr膜,玻璃基板,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,40,光刻技术（2）,1PEP：GM（GATE 电极形成）,

17、Cr,Glass,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,41,光刻技术（3）,Cr,Glass,G-SiNx,A-Si,N+a-Si,2PEP：SI（Silicon island）硅岛的形成,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,42,光刻技术（4）,3PEP：CH(Contact Hole)栅线接触空形成,Contact Hole,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,43,光刻技术（5）,Source line,G-SiNX,4PEP：SL（Source Line）信号线形成,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,44,光刻技术（6）

18、,5PEP：TH（Touch Hole）接触孔形成,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,45,光刻技术（7）,6PEP：IT（ITO电极的形成）,Glass,G-SiNx,Cr,A-Si,N+a-Si,P-SiNx,Cr,ITO,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,46,刻蚀技术,干法刻蚀（Dry Etching）湿法刻蚀（Wet Etching）,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,47,干法刻蚀技术,对电极加高频电压时由于极间的放电作用使刻蚀气体分解，严生离子、电子、中性游离基等，它们呈活化状态。这样，具有高反应性的气体与样品很容易反应，反应产物变成气体被排出反应室外从而完成刻蚀。,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,48,刻蚀参数,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,49,湿法刻蚀技术,湿法刻蚀流程示意图：,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,50,湿法刻蚀技术,Cr刻蚀液成分,ITO刻蚀液成分,2023/2/14,南京新华日液晶显示技术有限公司,51,谢谢大家！2005-7-15,