3.1 TFT技术概述

TFT器件的研究始于20世纪60年代初。Brody在1973年利用硒化镉半导体（CdSe）TFT实现了首个有源矩阵液晶显示（Active Matrix Liquid Crystal Display，AMLCD）。20 世纪 70 年代中期，英国 Dundee 大学的 Spear 和LeComber通过掺氢降低非晶硅（amorphous Silicon，a-Si）薄膜的缺陷态密度，解决了所制备TFT难以通过栅极电压调控形成导电沟道的问题，并于1981年发表了第一篇基于掺氢a-Si（a-Si：H）TFT的AMLCD显示论文。该研究工作促进了 a-Si：H TFT 技术相关的基础研究，推动了其在有源矩阵显示中的大规模应用。从20世纪80年代末建立的1代线，发展到目前的10/11代线，a-Si：H TFT背板以其大面积制造成本低、性能一致性好的优势，成为产业规模最大的显示背板。柔性显示的早期研究主要采用a-Si：H TFT背板。然而，a-Si：H TFT存在迁移率低、稳定性差的问题，难以满足高信息容量、高刷新率显示及电流型发光显示的驱动需求。因此，a-Si：H TFT目前主要应用于对背板驱动能力要求较低的电子纸类的柔性显示。

针对 a-Si：H TFT 的问题，大量的研究工作瞄准基于准分子激光退火（Excimer Laser Annealing，ELA）的低温晶化技术。ELA能够将预先沉积的a-Si薄膜在较低的衬底温度（＜450℃）下高效地转化为多晶硅，所制备的LTPS TFT具有迁移率高、稳定性好及可实现N型/P型器件互补集成等优势。1996年，基于LTPS TFT的AMLCD实现量产。随着显示对分辨率和刷新率要求的提升及OLED显示的发展，LTPS TFT背板已经成为小尺寸高端显示屏（包括柔性AMOLED显示）的主流背板。然而，LTPS TFT背板由于需要ELA和离子注入工艺，面向高于 6 代线的大面积制造存在挑战，而且工艺温度高，因此，基于LTPS TFT背板的柔性衬底制造面临很大的技术挑战。不同TFT技术的比较如表3-1所示。

表3-1 不同TFT技术的比较

以氧化铟镓锌（Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO）为代表的非晶氧化物（Amorphous Oxide Semiconductors，AOS）可在较低的工艺温度下获得较高的迁移率，而且其非晶的特性有利于实现大面积的性能一致性。同时，AOS TFT具备亚阈值摆幅陡峭、漏电流低的优势。因此，自2000年初日本东京工业大学Hideo Hosono课题组报道AOS TFT以来，学术界和工业界对AOS TFT技术表现出极大兴趣，围绕相关材料、器件、工艺和显示应用开展了大量的研究工作。AOS TFT具有低工艺温度、低成本大面积制造的优势，成为柔性大尺寸 AMOLED 显示的最佳选择。随着迁移率和稳定性的提升，AOS TFT 具备了在中小尺寸高分辨率显示中应用的潜力。同时，出于AOS TFT低漏电流的特性，其在低刷新率、低功耗显示方面有重要的应用价值。

面向形态化、低成本和易于定制化等多元化显示应用的需求，基于有机半导体和聚合物介电材料的有机TFT（Organic TFT，OTFT）技术获得关注。基于低温工艺及与塑料衬底良好的热力学特性的匹配，OTFT背板可以采用耐高温性差的塑料衬底进行制造，并且具有较好的本征抗弯曲能力。OTFT背板的有源层和介电层通过溶液法涂布工艺成膜，有利于大大降低制造设备的投入和维护的成本。然而，OTFT背板在器件性能和制造工艺的成熟度方面还有很大的不足。短期内，基于优于a-Si：H TFT背板的性能，OTFT背板在柔性电子纸和AMLCD方面具有一定应用的优势。长期来看，如果OTFT背板的制造能够很好地解决与现有生产线工艺兼容的问题，在器件性能上接近AOS TFT背板的水平，将有望用于发展柔性的AMOLED显示，避免复杂的热应力和机械应力管理。此外，学术界进行了大量的研究工作探索各种纳米结构的半导体材料应用于制备柔性 TFT 器件，包括一维碳纳米管及二维半导体材料（如二硫化钼等），这些材料显示出较高的迁移率特性。然而，面向显示应用，在兼容大面积制造工艺的基础上，TFT 器件需要满足综合的性能指标（包括迁移率、开关比、阈值电压、亚阈值摆幅和稳定性等），而且这些性能的测试需要满足一定的电学偏压要求。因此，虽然这些纳米结构半导体材料展示出用于构筑柔性 TFT 器件的一定的优势，但面向显示应用还有很多挑战性的问题需要解决。