薄膜晶体管（TFT）是一种金属-绝缘层-半导体场效应管，迄今已经历了60年的发展，在原理与技术方面的创新层出不穷。本书首先概述TFT的物理基础及典型薄膜工艺原理；接着以氢化非晶硅、低温多晶硅、金属氧化物和有机TFT为主，系统介绍TFT相关的材料、器件及制备技术；再以有源驱动液晶显示和有机发光显示两种显示技术为主，介绍TFT面板驱动原理及集成制造工艺技术；最后介绍柔性TFT在材料、器件及制造工艺等方面的进展及所面临的挑战。每章后附有知识点和思考题，思考题可供课后作业或课堂讨论使用。
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第1章 MIS场效应晶体管基础 1
1.1 半导体中的电子状态与载流子 1
1.1.1 半导体材料的结构与能带形成 1
1.1.2 半导体中的载流子 2
1.1.3 半导体中载流子的统计分布 3
1.2 载流子的传输 5
1.3 pn结和金属-半导体接触 8
1.3.1 pn结 9
1.3.2 金属-半导体接触 10
1.4 金属-绝缘层-半导体结构 13
1.4.1 理想MIS结构及其工作状态 13
1.4.2 理想MIS结构的空间电荷分布 14
1.4.3 理想MIS结构的阈值电压 16
1.4.4 实际MIS结构 16
1.4.5 MIS结构的电容-电压特性 17
1.5 MIS场效应晶体管 19
1.5.1 MISFET的结构 19
1.5.2 MOSFET的工作原理 21
1.5.3 MISFET的最简模型 22
1.5.4 MOSFET的亚阈值电流 24
1.5.5 MISFET特性参数提取方法 26
知识点 28
思考题 29
参考文献 29
第2章 薄膜技术 30
2.1 真空热蒸发镀膜技术 30
2.1.1 真空热蒸发镀膜的原理 31
2.1.2 真空热蒸发镀膜的方式及特点 32
2.2 溅射镀膜技术 34
2.2.1 气体放电原理 34
2.2.2 溅射现象 36
2.2.3 溅射镀膜技术分类及特点 37
2.3 化学气相沉积技术 41
2.3.1 化学气相沉积原理 41
2.3.2 化学气相沉积技术种类及特点 42
2.4 光刻技术 45
2.4.1 光刻原理 45
2.4.2 光刻工艺概述 46
2.4.3 光刻胶 47
2.4.4 对位与曝光 49
2.4.5 显影 52
2.5 刻蚀 53
2.5.1 刻蚀工艺的品质因数 54
2.5.2 湿法刻蚀 54
2.5.3 干法刻蚀 55
知识点 57
思考题 57
参考文献 58
第3章 氢化非晶硅薄膜晶体管 59
3.1 α-Si:H半导体的物理基础 59
3.1.1 α-Si:H的原子结构 59
3.1.2 α-Si:H的电子态和能带模型 61
3.1.3 α-Si:H的光学特性 65
3.1.4 α-Si:H中的替位掺杂 67
3.1.5 α-Si:H中的载流子传输 68
3.2 α-Si:H TFT的工作原理与特性 71
3.2.1 α-Si:H TFT的典型结构 71
3.2.2 α-Si:H TFT中的界面空间电荷 72
3.2.3 α-Si:H TFT的特性 73
3.3 α-Si:H TFT中的关键材料 80
3.3.1 α-Si:H薄膜 80
3.3.2 α-SiNx:H薄膜 86
3.4 α-Si:H TFT电性能的稳定性 88
3.4.1 直流栅偏压稳定性 88
3.4.2 其他偏压稳定性 95
知识点 96
思考题 97
参考文献 97
第4章 低温多晶硅薄膜晶体管 99
4.1 多晶硅半导体的物理基础 100
4.1.1 多晶硅薄膜结构与形貌 100
4.1.2 多晶硅的简化能带结构 100
4.1.3 多晶硅薄膜中载流子的传输 101
4.1.4 多晶硅薄膜中的态密度分布 103
4.2 LTPS TFT的工作原理与特性 104
4.2.1 LTPS TFT的基本结构 104
4.2.2 LTPS TFT的关态电流 105
4.2.3 热载流子效应 107
4.2.4 驼峰(Hump)效应 108
4.2.5 浮体效应 109
4.2.6 栅偏压稳定性 110
4.3 LTPS TFT中的关键材料技术 111
4.3.1 多晶硅薄膜制备技术 111
4.3.2 绝缘层技术 112
4.3.3 掺杂 114
4.4 非晶硅晶化技术 118
4.4.1 固相晶化 119
4.4.2 准分子激光退火 122
4.4.3 人工控制晶粒超级横向生长 126
4.4.4 顺序横向晶化 128
4.4.5 固体激光晶化 129
4.4.6 选择扩大激光晶化 132
4.5 LTPS TFT结构、制造工艺与性能 132
4.5.1 源漏偏移结构 133
4.5.2 轻掺杂漏结构 133
4.5.3 栅覆盖轻掺杂漏结构 135
4.5.4 场致漏结构 137
4.5.5 多栅结构 138
知识点 139
思考题 140
参考文献 140
第5章 金属氧化物薄膜晶体管 143
5.1 IGZO金属氧化物半导体的物理基础 143
5.1.1 IGZO的结构与能带 143
5.1.2 α-IGZO中的电子态 145
5.1.3 CAAC-IGZO中的电子态 146
5.1.4 IGZO中载流子的传输机制 147
5.2 IGZO TFT的工作原理与特性 151
5.2.1 IGZO TFT的典型结构与工作原理 151
5.2.2 α-IGZO TFT的特性 152
5.2.3 CAAC-IGZO TFT的特性 155
5.3 金属氧化物TFT中的关键材料 158
5.3.1 金属氧化物半导体材料 158
5.3.2 栅绝缘层材料 163
5.3.3 钝化层/刻蚀阻挡层材料 164
5.3.4 电极材料 165
5.4 金属氧化物半导体薄膜的制备工艺 165
5.4.1 磁控溅射法 166
5.4.2 溶液法 169
5.5 金属氧化物TFT结构、制造工艺与性能 173
5.5.1 底栅结构 173
5.5.2 顶栅结构 174
5.5.3 垂直结构 175
5.5.4 高迁移率结构 175
5.6 非晶金属氧化物TFT的稳定性 177
5.6.1 光照稳定性 178
5.6.2 偏压稳定性 179
5.6.3 偏压-光照稳定性 180
5.6.4 环境稳定性 182
5.6.5 提高金属氧化物TFT稳定性的方法 183
知识点 184
思考题 185
参考文献 185
第6章 有机薄膜晶体管 189
6.1 有机半导体中的电子状态与载流子 189
6.1.1 有机半导体的分子结构 190
6.1.2 有机半导体的能带结构 191
6.1.3 有机半导体中的载流子 193
6.2 载流子的注入与传输机理 193
6.2.1 载流子的注入机理 193
6.2.2 有机晶体中的能带传输 196
6.2.3 无序有机半导体中的载流子传输 197
6.2.4 有机半导体载流子迁移率的测试方法 200
6.3 OTFT的结构、原理与特性 203
6.3.1 OTFT的典型结构与工作原理 203
6.3.2 OTFT的源漏接触电阻 204
6.3.3 OTFT的电流-电压特性 208
6.3.4 迟滞效应 210
6.3.5 载流子迁移率 211
6.3.6 双极性OTFT中的载流子注入与传输 213
6.3.7 OTFT的栅偏压稳定性 214
6.3.8 其他OTFT结构与特性 215
6.4 OTFT中的关键材料 218
6.4.1 高性能有机半导体材料 218
6.4.2 栅绝缘层材料 222
6.4.3 电极材料 229
6.5 有机半导体材料的成膜技术 231
6.5.1 真空热蒸发技术 231
6.5.2 有机气相沉积技术 232
6.5.3 溶液法成膜技术 232
6.6 OTFT中的掺杂 234
6.6.1 有机半导体的掺杂机制 234
6.6.2 有机半导体中的掺杂技术 235
6.6.3 掺杂对OTFT性能的影响 236
6.7 OTFT中的图形化技术 238
6.7.1 机械掩膜图形化技术 238
6.7.2 基于曝光的图形化技术 240
6.7.3 压印技术 242
6.7.4 打印技术 243
知识点 249
思考题 250
参考文献 250
第7章 TFT-LCD显示技术 255
7.1 平板显示器的几何构成与性能参数 255
7.1.1 平板显示器的几何构成 255
7.1.2 平板显示器的性能参数 256
7.2 液晶的电光响应特性 259
7.3 TFT-LCD像素架构 262
7.3.1 TFT-LCD单元像素架构 262
7.3.2 TFT-LCD像素阵列架构 263
7.4 TFT-LCD的像素级驱动原理 266
7.4.1 像素等效电路 266
7.4.2 数据信号的写入 267
7.4.3 数据信号的保持 268
7.4.4 像素中的电容对像素电压的影响 269
7.4.5 信号延迟 272
7.5 TFT-LCD的驱动系统 274
7.6 α-Si:H TFT背板制造技术 278
7.6.1 五次光刻工艺技术 279
7.6.2 导电层工艺技术 280
7.6.3 掩膜技术 282
7.7 LTPS TFT-LCD中的集成技术 284
7.7.1 滤色器与TFT阵列基板集成 284
7.7.2 嵌入式触摸屏 285
7.7.3 显示驱动电路集成 286
7.8 低功耗TFT-LCD 288
7.9 LTPS TFT背板制造技术 290
知识点 292
思考题 292
参考文献 292
第8章 有机发光显示技术 294
8.1 OLED基础 294
8.1.1 OLED的结构与发光机理 294
8.1.2 OLED的器件特性 296
8.1.3 OLED的彩色化 298
8.2 OLED显示器的有源驱动技术 299
8.2.1 PMOLED的驱动原理 299
8.2.2 AMOLED的驱动原理 300
8.2.3 OLED与驱动TFT的集成 303
8.3 有机发光晶体管 304
8.3.1 水平结构OLET 305
8.3.2 垂直结构OLET 307
8.4 AMOLED像素补偿电路 307
8.4.1 电流驱动型补偿电路 308
8.4.2 电压驱动型补偿电路 309
8.4.3 其他阈值电压补偿技术 312
8.5 AMOLED背板制造技术 314
8.5.1 LTPS TFT背板制造技术 314
8.5.2 α-IGZO TFT背板制造技术 315
8.5.3 基于IGZO TFT的超高分辨率显示面板技术 316
知识点 318
思考题 318
参考文献 319
第9章 柔性薄膜晶体管技术 321
9.1 柔性基板技术 321
9.1.1 玻璃基板 321
9.1.2 超薄玻璃 323
9.1.3 超薄金属箔片 324
9.1.4 塑料基板 325
9.2 薄膜封装技术 327
9.2.1 薄膜封装的意义与性能要求 327
9.2.2 薄膜封装材料、结构和工艺 328
9.2.3 薄膜封装的渗透率表征 332
9.2.4 薄膜封装机理 333
9.3 柔性TFT的特性 335
9.3.1 柔性TFT的力学特性 335
9.3.2 柔性基板上TFT的自热特性 341
9.4 柔性TFT的制造技术 342
9.4.1 柔性TFT转移制造技术 343
9.4.2 塑料基板上的TFT直接制造技术 345
9.4.3 R2R制造技术 351
知识点 354
思考题 354
参考文献 355
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