半导体器件(薄膜晶体管TFT培训教材)

第二章TFT操作原理TFT（薄膜晶体管）液晶操作原理是一种新型的显示技术，它采用了薄膜晶体管作为控制元件，通过调节薄膜晶体管的通断来控制液晶分子的排列状态，从而实现显示效果。

TFT液晶显示屏由若干个像素点组成，每个像素点由红、绿、蓝三个分色器件组成。

每个分色器件由一个薄膜晶体管和一个液晶分子层组成。

液晶分子分为两种状态：平行状态和垂直状态。

当薄膜晶体管通电时，液晶分子会转变为平行状态，从而允许光线穿过。

当薄膜晶体管断电时，液晶分子会转变为垂直状态，从而阻止光线穿过。

TFT液晶显示屏的操作原理可以分为两个主要步骤：扫描和刷新。

首先是扫描，也叫做行选扫描。

显示控制器会依次扫描每一行像素点，并对每一个像素点进行控制。

工作原理是：显示控制器会发送一个扫描信号到第一行像素点，该行像素点的红、绿、蓝三个分色器件分别接收到相应的信号，然后通过调节薄膜晶体管的通断来控制液晶分子的状态。

在接收到扫描信号的同时，每个像素点会记录下当前接收到的信号，以备下一次刷新时使用。

接着，显示控制器会发送一个扫描信号到第二行像素点，然后到第三行，一直循环扫描下去。

通过这种方式，显示控制器可以逐行控制每一个像素点的状态。

接下来是刷新，也叫做列选刷新。

显示控制器会依次刷新每一列像素点，并将图像信号发送到相应的像素点。

工作原理是：显示控制器会发送一个刷新信号到第一列像素点，该列像素点的红、绿、蓝三个分色器件会接收到相应的信号，并根据之前记录下的状态来控制液晶分子的状态。

通过调节薄膜晶体管的通断，液晶分子会呈现出相应的颜色。

然后，显示控制器会发送一个刷新信号到第二列像素点，然后到第三列，一直循环刷新下去。

通过这种方式，显示控制器可以逐列刷新每一个像素点的状态，最终形成完整的图像。

总结起来，TFT液晶显示屏的操作原理是利用薄膜晶体管作为控制元件，通过调节晶体管的通断，控制液晶分子的排列状态，从而实现像素点的控制和图像显示。

操作过程主要包括扫描和刷新，其中扫描通过逐行控制像素点的状态，而刷新则通过逐列发送图像信号到像素点来形成完整的图像。

第一章太阳电池的工作原理和基本特性1.1半导体物理基础1.1.1半导体的性质世界上的物体如果以导电的性能来区分，有的容易导电，有的不容易导电。

容易导电的称为导体，如金、银、铜、铝、铅、锡等各种金属；不容易导电的物体称为绝缘体，常见的有玻璃、橡胶、塑料、石英等等；导电性能介于这两者之间的物体称为半导体，主要有锗、硅、砷化镓、硫化镉等等。

众所周知，原子是由原子核及其周围的电子构成的，一些电子脱离原子核的束缚，能够自由运动时，称为自由电子。

金属之所以容易导电，是因为在金属体内有大量能够自由运动的电子，在电场的作用下，这些电子有规则地沿着电场的相反方向流动，形成了电流。

自由电子的数量越多，或者它们在电场的作用下有规则流动的平均速度越高，电流就越大。

电子流动运载的是电量，我们把这种运载电量的粒子，称为载流子。

在常温下，绝缘体内仅有极少量的自由电子，因此对外不呈现导电性。

半导体内有少量的自由电子，在一些特定条件下才能导电。

半导体可以是元素，如硅（Si）和锗（Ge），也可以是化合物，如硫化镉（OCLS）和砷化镓（GaAs），还可以是合金，如Ga x AL1-x As，其中x为0-1之间的任意数。

许多有机化合物，如蒽也是半导体。

半导体的电阻率较大（约10-5≤ρ≤107Ω⋅m），而金属的电阻率则很小（约10-8~10-6Ω⋅m），绝缘体的电阻率则很大（约ρ≥108Ω⋅m）。

半导体的电阻率对温度的反应灵敏，例如锗的温度从200C升高到300C，电阻率就要降低一半左右。

金属的电阻率随温度的变化则较小，例如铜的温度每升高1000C，ρ增加40%左右。

电阻率受杂质的影响显著。

金属中含有少量杂质时，看不出电阻率有多大的变化，但在半导体里掺入微量的杂质时，却可以引起电阻率很大的变化，例如在纯硅中掺入百万分之一的硼，硅的电阻率就从2.14⨯103Ω⋅m减小到0.004Ω⋅m左右。

金属的电阻率不受光照影响，但是半导体的电阻率在适当的光线照射下可以发生显著的变化。

关于TFTThin film transistor(TFT):薄膜晶体管原理类似于MOS 晶体管，区别在于MOS 是凭借反型层导电，TFT 凭借多子的积累导电。

常见TFT 结构：底栅结构（BG ）、顶栅结构（TG ）和双栅结构（DG ）如下图所示 源极漏极有源层栅极衬底绝缘层栅极绝缘层源极漏极有源层衬底 衬底有源层漏极栅极源极绝缘层绝缘层栅极a ） BG 结构b ）TG 结构c ）DG 结构图一.常见的TFT 结构BG 特点：金属栅极和绝缘层可同时作为光学保护层，避免产生光生载流子，影响电学稳定性，通常在最上层加一层钝化层以减少外界干扰。

TG 特点：可以通过改善光刻工艺降低成本。

但要加保护层，防止背光源照射到有源层，产生光生载流子，影响电学性能。

DG 特点：可通过调节背栅电压来调整阈值电压，增加了器件的阈值稳定性。

弥补了BG 和TG 的缺点。

有报道称和C G 成反比关系，而双栅结构的C G =C BG +C TG ，所以DG 结构有较好的阈值稳定性。

表征TFT 性能的参数：1） 阈值电压：决定了器件的功耗，阈值越小越好。

2） 迁移率：表征器件的导电能力。

3） 开关电流比I On /I Off ：表征栅极对有源层的控制能力。

4） 亚阈值摆幅S:漏极电流减小一个数量级所需的栅压变化，表征TFT 的开关能力。

TFT 的发展：主要是沟道材料的变化：氢化非晶硅多晶硅金属氧化物（ZnO 和a-IGZO ）表1为以上材料的性能对比：由表1可以看出，1.非晶Si：迁移率较低，不透明，禁带宽度低，光照下不稳定。

2.多晶Si: 有较高的迁移率，但均匀性差，难大面积制备性质均匀的薄膜。

3.金属氧化物：有较高的迁移率，可见光透过率高，禁带宽度高，稳定性好。

金属氧化物ZnO和IGZO由于较高的迁移率和透光性，成为现阶段器件中主流的沟道材料。

IGZO和ZnO的性质：纯净的金属氧化物是不导电的，ZnO和IGZO的导电是在制备过程中会产生元素空位，ZnO 中既有Zn空位，又有O空位，呈弱n型半导体性质，这一性质决定了ZnO作为沟道层时在负压下阈值有较大的偏移，而IGZO主要以氧空位为主，呈强n型半导体性质，沟道层中几乎没有空穴，这使得IGZO在负压下有较好的阈值稳定性。

薄膜晶体管原理(一)薄膜晶体管1. 引言在现代电子技术领域，薄膜晶体管（TFT）作为一种重要的电子元件，被广泛应用于显示器、平板电脑、手机等电子产品中。

本文将从原理、结构以及工作方式等方面来介绍薄膜晶体管的相关知识。

2. 原理薄膜晶体管基于晶体管的原理而设计，晶体管是一种能够放大和控制电流的半导体器件。

薄膜晶体管的核心原理是场效应，即通过控制栅极电压来改变源极和漏极之间的电流。

3. 结构薄膜晶体管由四个主要部分组成：源极、漏极、栅极和薄膜半导体。

源极和漏极是与电路连接的引脚，栅极则用于控制薄膜半导体的导电性能。

薄膜半导体通常由非晶硅或聚晶硅制成。

4. 工作方式1.栅极电压为零时，源极和漏极之间的电流无法流动，薄膜晶体管处于关闭状态。

2.当栅极电压逐渐增加时，栅极电场增强，使得薄膜半导体中形成一个导电通道。

3.当栅极电压足够高时，导电通道完全形成，源极和漏极之间的电流可以顺利流动，薄膜晶体管处于开启状态。

4.通过改变栅极电压，可以调节薄膜晶体管的导通程度，从而控制电流的大小。

5. 应用薄膜晶体管广泛应用于各种平面显示器件，如液晶显示屏和有机发光二极管（OLED）等。

在这些器件中，薄膜晶体管被用于驱动像素点，实现图像的显示。

6. 总结薄膜晶体管是一种基于场效应原理的重要电子元件，通过调节栅极电压来控制电流的通断。

其在显示器件中的应用使得现代技术产品拥有了更加优秀的显示效果。

随着科技的发展，薄膜晶体管将继续在电子领域发挥重要的作用。

以上是对薄膜晶体管的简要介绍，希望本文能为读者提供基本的了解，并激发对薄膜晶体管技术更深入的探索与研究。

7. 薄膜晶体管的优势薄膜晶体管相比于传统的晶体管和其他显示器件，具有以下几个优势：7.1 尺寸小薄膜晶体管制造工艺相对简单，可以制造非常小尺寸的晶体管。

这使得它们非常适合在小型电子设备中使用，例如手机和手表。

7.2 能耗低薄膜晶体管在工作时能耗较低。

由于控制栅极电压即可控制电流的通断，可以精确调节电流的大小，以满足不同工作需求。

一．TFT-LCD的基础知识培训1．显示器的发展概述1．1CRT：阴极射线管特点：电子枪结构，通过偏转线圈控制屏幕扫描位置，通过栅极控制电子加速。

优势：工艺成熟、性能稳定、像素可达0。

28mm以下，亮度高、RGB色彩缺点：体积大、辐射大、易老化1．2LED：发光二极管特点：采用半导体PN结的结构，形成点光源形式优势：寿命长，可靠性高，显示亮度高，可模块化拼装缺点：不能全彩色化1．3EL：电致发光显示特点：薄膜结构，有机薄膜电致发光真正的又轻又薄，优势：低功耗广视角，高响应速度，大规模工业生产的成本很低缺点：使用寿命目前只有几千小时。

1．4FED：场致发光显示特点：场发射平板显示器原理类似于CRT，CRT只有一支到三支电子枪，最多六支，而场发射显示器是采用电子枪阵列（电子发射微尖阵列，如金刚石膜尖锥），分辨率为VGA（640×480×3）的显示器需要92.16万个性能均匀一致的电子发射微尖，材料工艺都需要突破。

优势：同CRT缺点：工艺复杂1．5PDP：等离子显示特点：等离子体发光显示是通过微小的真空放电腔内的等离子放电激发腔内的发光材料形成的，发光效应低和功耗大是它的缺点（仅1.2lm/W，而灯用发光效率达80lm/W 以上，6瓦/每平方英寸显示面积），优势：在102～152cm对角线的大屏幕显示领域有很强的竞争优势。

缺点：驱动电压高1．6LCD：液晶显示特点：利用液晶在电场作用下，旋转的的特性优势：平板形，功耗低是目前唯一在亮度、对比度、功耗、寿命、体积和重量等综合性能上全面赶上和超过CRT的显示器件，它的性能优良、大规模生产特性好，自动化程度高，原材料成本低廉，发展空间广阔，将迅速成为新世纪的主流产品，是21世纪全球经济增长的一个亮点。

性能稳定、成本低、全彩色、安全，适应强，寿命长，重量轻是未来的发展性能综合评价：可视角、色调、亮度与对比度、响应与余辉、功耗与驱动电压1．7显示器基本常识配色：基色：R：红G：绿B：蓝配色：W: 白Y:黄C:青M:紫W=R+G+B Y=R+G C=G+B M=B+R三基色的深浅度、6500/7500/9300色温16位色+4位灰度32位真彩色，实现人眼可分辨的全部彩色64种彩色称为伪彩色帧：扫描行电极各施加一次扫描电压的时间帧频：单位时间扫描多少帧的频率占空比：扫描行电极选通时间与帧周期之比，等于扫描电极数N的倒数非存储型显示：施加电场时呈现显示状态存储型显示：脉冲驱动显示，撤掉外加电压，显示内容不变静态驱动显示：每个像素均有单独的电极动态驱动显示：像素电极呈矩阵方式显示分辨率Resolution # of Dot # of Pixel Aspect Ratio Remark320 x 240 76,800 230,400 4:3 Quarter VGA640 x 400 256,000 768,000 16:10 EGA640 x 480 307,200 921,600 4:3 VGA800 x 480 384,000 1,152,000 15:9 Wide VGA800 x 600 480,000 1,440,000 4:3 SVGA1024 x 600 614,400 1,843,200 17:10 Wide SVGA1024 x 768 786,432 2,359,296 4:3 XGA1280 x 1024 1,310,720 3,923,160 5:4 SXGA1400 x 1050 1,470,000 4,410,000 4:3 SXGA+1600 x 1200 1,920,000 5,760,000 4:3 UXGA1920 x 1200 2,304,000 6,912,000 16:10 Wide UXGA2048 x 1536 3,145,728 9,437,184 4:3 QXGA2560 x 2048 5,242,880 15,728,640 4:3 QSXGA3200 x 2400 7,680,000 23,040,000 4:3 GUXGAdpi：或ppi：每平方英寸的图素数DOT=3PIXEL对于一个15英寸的TFT显示器（1024×768）那么一个象素大约是0.0188英寸（相当于0.30mm），对于18.1英寸的TFT显示器而言（1280×1024），就是0.011英寸（相当于0.28mm）因此第一个特性即是亮度或明度，常以(cd / m2)为单位。