《薄膜晶体管原理及应用》
作者:fpdwin 日期:2016年03月11日 来源:视界之窗

导读:作为薄膜晶体管(TFT)技术的入门教材,本书以非晶硅薄膜晶体管(aSi TFT)和多晶硅薄膜晶体管(pSi TFT)为例详细讲解了与TFT技术相关的材料物理、器件物理和制备工艺原理及其在平板显示中的应用原理等。 本书共分7章。第1章简单介绍了薄膜晶体管的发展简史; 第2章详细阐述了TFT在平板显示有源矩阵驱动中的应用原理; 第3章深入讲解了薄膜晶体管相关的半导体、绝缘体和电极材料物理; 第4章详细阐述了非晶硅TFT和多晶硅TFT器件物理的相关基础知识; 第5章系统介绍了TFT制备的单项工艺原理; 第6章仔细讲解了非晶硅TFT阵列和多晶硅TFT阵列工艺整合原理; 第7章简单总结全书并展望了以aIGZO TFT为代表的非晶氧化物薄膜晶体管技术的发展趋势。每章后附有习题,可供课堂练习或课后作业使用。 本书适合于作为大学本科生和研究生相关课程的教材,也适合针对从事TFT技术相关工作的工程技术人员作为技术培训和在职进修的教材或参考书籍。

 

内容介绍
     作为薄膜晶体管(TFT)技术的入门教材,本书以非晶硅薄膜晶体管(aSi TFT)和多晶硅薄膜晶体管(pSi TFT)为例详细讲解了与TFT技术相关的材料物理、器件物理和制备工艺原理及其在平板显示中的应用原理等。
      本书共分7章。第1章简单介绍了薄膜晶体管的发展简史; 第2章详细阐述了TFT在平板显示有源矩阵驱动中的应用原理; 第3章深入讲解了薄膜晶体管相关的半导体、绝缘体和电极材料物理; 第4章详细阐述了非晶硅TFT和多晶硅TFT器件物理的相关基础知识; 第5章系统介绍了TFT制备的单项工艺原理; 第6章仔细讲解了非晶硅TFT阵列和多晶硅TFT阵列工艺整合原理; 第7章简单总结全书并展望了以aIGZO TFT为代表的非晶氧化物薄膜晶体管技术的发展趋势。每章后附有习题,可供课堂练习或课后作业使用。
      本书适合于作为大学本科生和研究生相关课程的教材,也适合针对从事TFT技术相关工作的工程技术人员作为技术培训和在职进修的教材或参考书籍。

前言
   本书缘起于2008年年底,是时本书作者刚离开奋斗了五年的平板显示产业界并加入到上海交通大学电子工程系。在着手开展氧化物TFT相关科研工作的同时,我也决心在上海交通大学开设与薄膜晶体管技术相关的本科和研究生课程。事实上,当时国内的大学几乎没有类似课程的设置。作者之所以产生这样想法的主要依据是自己在平板显示产业界多年实际工作的切身体会。众所周知,我国的TFTLCD产业大约起步于2003年,以上广电和京东方几乎同时投建第5代液晶生产线为主要标志。作为上海光电NEC液晶显示器有限公司最早的工程师之一,本人也曾赴日学习过TFT工艺技术,后来又参与了国内第一条TFTLCD第五代生产线的启动工作。2006年离开SVANEC后我又先后在昆山龙腾光电有限公司和上海天马微电子有限公司从事过TFTLCD产品设计和新技术开发的工作。值得一提的是,在上述这些平板显示公司工作时,本人也不时负责一些针对年轻工程师的技术培训工作,虽然尽心尽力去做,但培训效果总是难以令人满意。经过思考,我认为这主要源于学员TFT基础知识的严重不足。事实上,当时在国内的大学基本上没有专门开设与薄膜晶体管相关的课程,这导致几乎所有在产业界从事TFT技术相关工作的工程师都要从零开始学起。我们都知道,产业界针对员工的技术培训通常都非常注重时效性,所以对基础知识的讲解多有忽略。这样导致的后果便是国内大多数从事TFT技术相关工作的工程师在薄膜晶体管原理方面的掌握都不够扎实,而这势必会对产业相关技术水平的提升造成非常不利的影响。究其根源,可能还是在于国内大学本科生和研究生教育中缺乏设置这方面课程的缘故。如果国内大学中开设了与薄膜晶体管技术相关的课程,一方面部分产业界新晋工程师可能已经具备了这方面知识基础,另一方面其他未修过这些课程的新晋工程师也能以此为依据通过自修(或在职进修)而夯实自身的相关理论基础。上述设想如能实现无疑将对我国平板显示这一特大产业的可持续发展多有助益。这正是本人当初计划开课的初衷所在。
      从2009年至今,作者先后在上海交通大学电子工程系开设了“显示电子学”(研究生选修课)、“薄膜晶体管原理及应用”(本科生必修课)和“薄膜晶体管技术”(工程硕士必修课)等几门与TFT技术相关的课程。开课伊始,我们便碰到了一个非常严重的问题: 没有合适的教材!事实上,随着国内平板显示产业的蓬勃发展,产业界人士(如作者原来的同事谷至华、申智源和马群刚等)也陆续出版了几本与TFT技术相关的书籍,但都偏于实际生产相关知识的总结和介绍,对基础和原理的讲解颇有不足,因此这些书比较适合已有相当经验的在职工程师群体,并不太适合大专院校的学生或毫无经验的新晋工程师。另一方面,国外大学教授(如Yue Kuo和Cherie R. Kagan等)也曾组织专家学者编辑出版过数本专门讲述TFT技术的书籍,但这些由多领域专家合写的专著比较侧重于各自研究成果的发表,基础性和原理性方面的阐述也多有欠缺,所以也不太适合直接用来作为课程教材。迫于无奈之下,本人一边自编讲义上课,一边多方积累资料准备亲自撰写一本与薄膜晶体管技术相关的教材。这便是本书的由来。
      综上所述,本书的内容定位是讲解和阐述与薄膜晶体管技术相关的最基础原理,包括材料物理、器件物理、工艺原理和实际应用原理等。本书的读者定位是大专院校的本科生和研究生以及平板显示产业界无相关基础的工程师等; 实际上,只要对电子电路和半导体器件方面具有一定基础的人员都能够学习并掌握本书的主要内容。本书可以作为大学本科生或研究生课程的教材,也可以供企业培训或工程师自学使用。基于上述定位,本书主要阐述和讲解在知识体系上相对比较成熟的非晶硅TFT和多晶硅TFT技术相关原理。当然,其中一些总体性原理对其他TFT技术也应适用。另外,结合本人近年来针对TFT技术的教学实际经验,本书在内容讲解顺序上另辟蹊径,即按照从应用原理到器件物理再到工艺原理的顺序阐述。大家都知道,TFT技术与平板显示产业密不可分,而这也正是TFT技术的重要性之所在。因此本书从薄膜晶体管在平板显示的有源矩阵中的应用原理讲起,并由此引出实际应用对TFT器件特性的基本要求,为后续TFT器件物理的讲解打下基础。接着便详细阐述了薄膜晶体管相关的材料物理和器件物理,其中非晶硅/多晶硅禁带缺陷态的产生机理和分布特点以及TFT器件的理论模型和特性参数提取方法等内容为着重阐述之处。在此基础上,我们又重点讲解了薄膜晶体管阵列的单项工艺原理和工艺整合原理,其中非晶硅TFT的5MASK工艺流程和多晶硅TFT的6MASK工艺流程正是当前产业界的首选技术。虽然本书把比较成熟的非晶硅TFT和多晶硅TFT技术作为主要的阐述和讲解对象,在本书的结尾处作者也结合自身的研究经验对当前比较热门的以aIGZO TFT为代表的非晶氧化物薄膜晶体管(AOS TFT)技术发展作了简单的现状总结和趋势展望。在本人看来,AOS TFT极有可能在不远的将来取代非晶硅TFT而成为平板显示有源矩阵驱动电子器件的主流。作者也希望将来能有机会将该部分内容扩充为另外一本书。
      本书每章后都附有习题,这些习题可供教师在讲课时作为例题和课堂练习题使用,也可以作为学生(员)的课后作业。另外,作为教材,本书的资料来源众多,作者在每章后都尽力列出了主要参考文献,有些图片的来源也在其下方一一写明。如有遗漏之处敬请谅解。
      三人行,必有吾师焉。仅以本书献给所有在专业技术领域对我有所教益的老师、同学、同事、同行和学生们。

 

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