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了解TFT

2024-07-17 16:24| 来源: 网络整理| 查看: 265

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 一、定义与简介  

二、TFT的结构与操作原理

1、关键部分:

2、操作原理:

三、TFT的电流-电压特性

一、定义与简介  

         薄膜晶体管(Thin Film Transistor,简称TFT)是一种特殊的晶体管,其特点是使用薄层技术在基板上沉积半导体材料及其他材料形成晶体管。TFT技术主要应用于液晶显示(LCD)领域,是现代显示技术的核心组成部分之一。在LCD显示面板中,每个像素点都配有一个TFT,用来控制通过像素的光线量。这种主动控制机制使得TFT LCD能够提供高分辨率、高对比度、快速响应时间和良好的色彩再现,从而成为电视、电脑显示器、手机屏幕以及其他便携式电子设备的首选显示技术。

        TFT的工作原理基于电场效应,与金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管类似。当栅极施加电压时,会改变沟道区域的电导率,从而控制源极和漏极之间的电流流动,这个电流进而控制像素点的明暗变化,实现图像的显示。TFT有多种结构设计,包括底栅结构(BG)、顶栅结构(TG)和双栅结构(DG),每种结构都有其特定的应用优势。随着技术的发展,TFT技术也在不断演进,比如低温多晶硅(LTPS)TFT和氧化物TFT(如IGZO),它们能够提供更高的电子迁移率,从而支持更高分辨率的显示和更低的功耗。除了在显示技术中的应用,TFT还因其轻薄、可大面积制备的特点,在有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示、电子纸、以及各种光电器件和传感器中有所应用。

二、TFT的结构与操作原理 1、关键部分:

薄膜晶体管(TFT)的基本结构通常包括以下几个关键部分:

基板:TFT可以构建在不同类型的基板上,如玻璃(用于LCD屏幕)或柔性材料(如塑料,用于可弯曲显示技术)。基板的选择会影响显示的性能和应用场景。栅极电极(Gate Electrode):位于最底层,当电压施加到栅极时,会产生一个电场穿过栅极绝缘层。栅极绝缘层(Gate Insulator):防止电流直接从栅极流向源极和漏极,同时允许电场作用于半导体层。半导体层(Semiconductor Layer):通常由非晶硅(a-Si)、微晶硅(poly-Si)或氧化物材料(如IGZO)构成,负责传输由栅极产生的电场效应,控制沟道区域的电导状态。源极(Source Electrode)和漏极(Drain Electrode):这两个电极定义了电流的流入和流出通道,与半导体层接触。保护层和接触孔:保护层覆盖半导体层并留下接触孔,使得源极和漏极可以与上层的像素电极连接。 2、操作原理:

TFT的操作基于场效应原理,具体过程如下:

非导通状态:未施加电压时,半导体层的沟道不导电,源极和漏极之间没有电流流通,像素处于关闭状态,不透光。导通状态:当对栅极施加正电压时,电场穿透栅极绝缘层,改变了半导体层下方区域的电荷分布,形成了一个导电沟道,使得源极和漏极之间可以有电流流通。这个电流的大小取决于栅极电压的高低,从而可以精确控制通过像素的电流强度。控制像素亮度:在LCD中,TFT连接到每个像素单元,通过调节通过像素的电流大小,控制液晶分子的排列,进而改变该像素透过的光量,实现灰阶或色彩的变化。因此,TFT不仅作为开关,还能进行不同程度的电流调制,以达到高精度的图像显示效果。

        TFT的这一主动控制机制,相比被动矩阵显示技术(如早期的TN-LCD),大大提高了显示的响应速度、对比度和色彩饱和度,是现代高分辨率显示技术的基础。

TFT的结构 三、TFT的电流-电压特性

        TFT(Thin Film Transistor),薄膜晶体管,在LCD显示技术中起到开关像素点的作用,其电流-电压特性是理解TFT如何控制像素显示的基础。TFT的电流-电压(I-V)特性主要涉及以下几个方面:

栅极电压控制:TFT类似于一个场效应晶体管(FET),尤其是绝缘层上的硅(TFT通常使用a-Si或LTPS等材料),其工作原理基于栅电压(VG)对沟道导电性的影响。当栅极施加一个正电压时,会在绝缘层下产生电场,吸引或排斥沟道区的电荷载流子,从而改变沟道的导电能力。这种控制机制使得TFT能够以低电压操作,并且具有良好的开关性能。阈值电压(Vth):TFT开始导电所需的最小栅极电压称为阈值电压。当VG大于Vth时,TFT进入导通状态,允许源极(Source)和漏极(Drain)间有电流流动;反之,TFT处于截止状态,几乎无电流通过。亚阈值导电:即使栅极电压低于阈值电压,也会有微小的亚阈值电流存在,这影响了TFT的关断状态下的漏电流,是评估TFT性能的一个重要指标。饱和区与线性区:如同MOSFET,当TFT工作在饱和区时,电流与栅极电压呈平方关系(ID ∝ (VG - Vth)^2),而在线性区,电流与栅极电压呈线性关系(ID ∝ (VG - Vth))。TFT的设计和操作通常倾向于使其工作在饱和区,以获得更好的电流控制和稳定性。迁移率与驱动能力:迁移率决定了载流子在电场作用下的移动速度,从而影响TFT的电流输出能力。高迁移率材料可以提高TFT的响应速度和亮度控制精度。稳定性和可靠性:长期工作下,TFT的电流-电压特性可能会发生变化,比如阈值电压漂移,这会影响显示质量和TFT的使用寿命。VCOM电压:在TFT-LCD中,VCOM(Common Voltage)电压用于设置液晶分子的偏置电压,影响显示的灰度和对比度。虽然VCOM不是直接描述TFT I-V特性的参数,但它与TFT的工作状态密切相关,特别是通过影响像素电压进而影响通过TFT的电流。

        TFT的电流-电压特性分析对于优化显示质量、提高开关速度和降低功耗等方面至关重要。在实际应用中,这些特性需要通过精确的制造工艺控制和电路设计来实现最佳表现。

TFT 的电流 - 电压特性

         本章为探讨TFT-LCD的前提基础认识,谢谢。



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