RCA (Radio Corporation of America) đã dành nhiều năm thử nghiệm và phát triển bóng bán dẫn. Mặc dù bằng sáng chế màng mỏng đầu tiên được phát triển vào năm 1957 bởi một thành viên của RCA tên là John Wallmar 1957. Sau đó, một loạt các phát triển trong lĩnh vực vi điện tử & chất bán dẫn, TFT hay Transitor màng mỏng xuất hiện vào năm 1962. TFT được sử dụng trong màn hình tinh thể lỏng để cải thiện chất lượng hình ảnh như độ tương phản và khả năng xác định địa chỉ. TFT là một phiên bản cải tiến của MOSFET bởi vì nó sử dụng màng mỏng. Bài viết này thảo luận về việc giới thiệu một bóng bán dẫn màng mỏng hoặc TFT – làm việc với các ứng dụng.
Transitor màng mỏng là gì?
Một định nghĩa bóng bán dẫn màng mỏng là; một loại FET hoặc bóng bán dẫn hiệu ứng trường được sử dụng trong từng pixel riêng lẻ của màn hình LCD ( màn hình tinh thể lỏng ) để hiển thị thông tin màn hình ở độ tương phản cao, độ sáng cao & tốc độ cao. Biểu tượng bóng bán dẫn màng mỏng được hiển thị bên dưới.
Nguyên tắc làm việc của bóng bán dẫn màng mỏng
Các bóng bán dẫn màng mỏng này hoạt động giống như một công tắc riêng lẻ cho phép các điểm ảnh điều chỉnh vị trí rất nhanh để bật và tắt chúng nhanh hơn nhiều. Các bóng bán dẫn này là các phần tử hoạt động trong LCD được sắp xếp ở dạng ma trận để LCD có thể hiển thị thông tin. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng hiển thị thương mại như máy dò chụp X quang kỹ thuật số, màn hình hiển thị head-up, v.v.
Cấu trúc bóng bán dẫn màng mỏng
TFT là một loại Transitor hiệu ứng trường đặc biệt được tạo ra bằng cách đặt các màng mỏng lớp bán dẫn hoạt động, lớp điện môi & lớp điện cực cổng lên một vật liệu dẻo được gọi là chất nền. Cấu trúc của bóng bán dẫn màng mỏng được hiển thị bên dưới.
TFT bao gồm các lớp khác nhau được tạo ra bằng cách sử dụng các vật liệu khác nhau. Vì vậy, các vật liệu được sử dụng trong mỗi lớp được thảo luận dưới đây.
Lớp đầu tiên của TFT là một chất nền linh hoạt được làm bằng thủy tinh, kim loại & polyme dày ít micron như Polyethyleneteraphalate. Lớp này hoạt động như một cơ sở nơi thiết bị điện tử được xây dựng.
Lớp thứ hai là điện cực cổng được tạo thành từ Nhôm, vàng hoặc crom tùy theo ứng dụng. Điện cực cổng này cung cấp tín hiệu cho chất bán dẫn màng mỏng kích hoạt tiếp xúc giữa nguồn và cống.
Lớp thứ ba là Chất cách điện được sử dụng để tránh hiện tượng đoản mạch giữa hai lớp như lớp bán dẫn & điện cực cổng.
Lớp thứ tư là lớp điện cực được chế tạo bằng các chất dẫn điện khác nhau như bạc, nhôm crom hoặc Vàng và được lắng đọng đơn giản trên các bề mặt bán dẫn. Ngay cả để tiến hành lớp phủ của các điện cực nguồn và cống, Indium Tin Oxide (ITO) cũng được sử dụng. Toàn bộ thiết bị được bọc trong một vật liệu gốm hoặc polyme.
Quy trình chế tạo bóng bán dẫn màng mỏng
Các lớp chế tạo TFT khác nhau được thảo luận bên dưới.
- Đầu tiên, vật liệu nền được làm sạch về mặt hóa học bằng axit hoặc bazơ cần thiết để loại bỏ tất cả các chất ngăn chặn đang giữ trên bề mặt của nó.
- Sau đó, các điện cực cổng kim loại được lắng đọng đơn giản trên đế bằng quy trình bay hơi nhiệt. Các điện cực gốm/Polyme được lắng đọng bằng quy trình in phun/phủ nhúng.
- Các lớp phủ cách điện chỉ đơn giản được lắng đọng trên một cổng bằng quy trình Lắng đọng hơi hóa học (CVD) hoặc lắng đọng hơi hóa chất tăng cường plasma (PECVD).
- Các lớp bán dẫn chỉ được lắng đọng bằng lớp phủ nhúng nếu đó là lớp phủ phun hoặc lớp phủ polyme. Cả nguồn và cống đều tương tự như quy trình điện cực cổng – phủ phun/nhúng hoặc bốc hơi nhiệt theo yêu cầu của các lớp mặt nạ phù hợp.
Làm thế nào để kết nối một bóng bán dẫn màng mỏng?
Sơ đồ kết nối của bóng bán dẫn màng mỏng được hiển thị bên dưới. Ví dụ này sử dụng vật liệu bán dẫn loại p. Nếu nó sử dụng vật liệu loại n, thì các cực sẽ ngược lại. Bóng bán dẫn hoạt động, khi bóng bán dẫn bị sai lệch bằng cách áp dụng điện áp âm giữa các tiếp điểm nguồn và nguồn (VDS).
Khi tắt bóng bán dẫn, sẽ không có điện tích nào được tích lũy giữa các tiếp điểm nguồn và cống. Vì vậy, không có dòng điện nào có thể chạy giữa các tiếp điểm nguồn và cống. Để bật bóng bán dẫn, một điện áp phân cực âm được đặt vào cực cổng (VGS). Vì vậy, các hạt mang điện như lỗ trống trong chất bán dẫn sẽ tích tụ vào lớp cách điện cổng để tạo ra một kênh cho phép dòng điện (ID) chạy từ cống đến nguồn.
Sự khác biệt b/w Transitor màng mỏng Vs Mosfet
Sự khác biệt giữa bóng bán dẫn màng mỏng và mosfet bao gồm những điều sau đây.
|
Transistor màng mỏng |
MOSFET |
| TFT là viết tắt của Thin Film Transistor. | MOSFET là viết tắt của bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại. |
| Một loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường trong đó lớp dẫn điện được hình thành bằng cách đặt một màng mỏng lên trên đế điện môi. | Một loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường có một lớp oxit silic mỏng được bố trí giữa cổng và kênh.
|
| Để tạo ra TFT, các vật liệu bán dẫn khác nhau được sử dụng như cadmium selenide, oxit kẽm & silicon. | Các vật liệu được sử dụng để chế tạo MOSFET là; cacbua silic, silic đa tinh thể & điện môi high-k. |
| Màn hình LCD được sử dụng làm công tắc riêng lẻ trong màn hình LCD bằng cách cho phép các pixel thay đổi điều kiện nhanh chóng để bật và tắt chúng rất nhanh. | MOSFET được sử dụng để chuyển đổi hoặc khuếch đại điện áp trong mạch. |
| Màn hình TFT chủ yếu được sử dụng trong màn hình LCD. | Chúng được sử dụng trong các hệ thống ô tô, công nghiệp và thông tin liên lạc. |
Transistor màng mỏng khác với Transistor bình thường như thế nào?
Bóng bán dẫn màng mỏng khác với bóng bán dẫn thông thường vì; hầu hết các bóng bán dẫn bình thường được chế tạo bằng Si (silicon) & Ge (gecmani) rất tinh khiết và đôi khi một số vật liệu bán dẫn khác được sử dụng. Bóng bán dẫn màng mỏng (TFT) được chế tạo bằng các loại vật liệu bán dẫn khác nhau như silicon, kẽm oxit hoặc cadmium selenide. TFT bao gồm ba thiết bị đầu cuối như nguồn, cổng và cống trong khi một bóng bán dẫn bình thường bao gồm một cơ sở, bộ phát và bộ thu.
Các bóng bán dẫn này hoạt động như các công tắc bằng cách cho phép các pixel điều chỉnh trạng thái nhanh chóng để bật và tắt chúng rất nhanh. Transistor bình thường hoạt động như một công tắc hoặc một bộ khuếch đại.
Ưu điểm và nhược điểm
Các Ưu điểm của bóng bán dẫn màng mỏng bao gồm những điều sau đây.
- Chúng tiêu thụ ít điện năng hơn.
- Họ có thời gian phản ứng nhanh hơn.
- TFT đóng một vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp hiển thị kỹ thuật số.
- Phim ngắn Linh kiện bán dẫn là những yếu tố chính của thiết bị điện tử linh hoạt được thực hiện trên chất nền kinh tế
- Họ có tốc độ phản hồi nhanh, cao hơn và chính xác.
- Màn hình dựa trên TFT có khả năng hiển thị sắc nét.
- Thiết kế vật lý của màn hình dựa trên TFT là tuyệt vời.
- Nó làm giảm mỏi mắt.
Các nhược điểm của bóng bán dẫn màng mỏng bao gồm những điều sau đây.
- Chúng phụ thuộc vào đèn nền để tạo độ sáng thay vì tự tạo ra ánh sáng, vì vậy, chúng cần đèn LED tích hợp trong bố trí đèn nền.
- Tiện ích hạn chế vì ốp kính.
- Các mô-đun của TFT chỉ có thể được đọc khi đèn LED BẬT.
- Màn hình TFT có thể làm cạn kiệt pin rất nhanh.
- Màn hình TFT LCD đắt tiền so với màn hình đơn sắc điển hình.
Các ứng dụng
Các ứng dụng của bóng bán dẫn màng mỏng bao gồm những điều sau đây.
- Bóng bán dẫn màng mỏng được sử dụng rộng rãi trong điện thoại thông minh, máy tính, màn hình phẳng, trợ lý kỹ thuật số cá nhân & hệ thống trò chơi điện tử.
- Ứng dụng bóng bán dẫn màng mỏng nổi tiếng nhất là trong TFT LCD,
- Những bóng bán dẫn này đóng một vai trò quan trọng trong hóa học vật liệu & màn hình kỹ thuật số hiện nay.
- TFT được sử dụng trong nhiều ứng dụng ở nước ngoài như đèn LED hữu cơ, màn hình phẳng và các thiết bị điện tử khác.
- Màn hình LCD được sử dụng rộng rãi làm cảm biến trong máy dò tia X.
- Các thiết bị TFT được tìm thấy trong các ứng dụng cảm biến khác nhau.
- TFT LCD được sử dụng trong các hệ thống trò chơi điện tử, máy chiếu, hệ thống định vị, thiết bị cầm tay, TV, trợ lý kỹ thuật số cá nhân & bảng điều khiển trong ô tô.
Như vậy, đây là tổng quan về tranzito màng mỏng hoặc TFT đóng một vai trò quan trọng trong màn hình kỹ thuật số hiện nay. Đây là những cải tiến so với MOSFET thông thường nên nó mang lại thời gian đáp ứng nhanh và cũng có khả năng duy trì điện tích. Chúng có nhiều ứng dụng trong LCD và hiện tại các nhà nghiên cứu đang tập trung phát triển các loại thiết bị bóng bán dẫn màng mỏng mới. Đây là một câu hỏi cho bạn, FET là gì?
