Разработаны сверхбыстрые тонкопленочные транзисторы для электронных устройств будущего
Приветствуем вас на страницах блога iCover! Сегодня мы остановимся на событии, знаковом для всего мира микроэлектроники, а именно – создании тонкопленочного транзистора нового поколения, срабатывающего на порядок быстрее существующих аналогов.
Чрезвычайно тонкие прозрачные тонкопленочные транзисторы – один из ключевых компонентов жидкокристаллической TFT матрицы ЖК-дисплея. Краеугольным камнем в улучшении качественных показателей матрицы остается скорость переключения транзистора, над повышением которой работают в ведущих лабораториях мира. Корейским ученым удалось создать тонкопленочный транзистор электронных устройств будущего, срабатывающий на порядок быстрее существующих.
Тонкопленочные транзисторы – не что иное как обычные полевые транзисторы, металлические контакты и полупроводниковые каналы проводимости которых представлены тонкими пленками, толщиной в 0,01 … 0, 01 мк. Будучи нанесенными на поверхность стекла или прозрачного полимерного материала, они располагаются максимально близко к подконтрольным им ячейкам-пикселям, что позволяет обеспечить стабильное контрастное и насыщенное изображение, отсутствие “хвостов” у движущихся объектов, достаточную для комфортной работы и отдыха скорость реакции матрицы.
Подвижность перемещения носителей заряда в полупроводнике равна скорости их перемещения, измеренной в сантиметрах в секунду, где на каждый сантиметр длины прилагается один вольт напряжения. Чем меньше электрическое сопротивление материала, тем быстрее способны перемещаться заряды, а значит, тем быстрее будут переключаться единичные тонкопленочные транзисторы, из которых он состоит.
Совместные исследования, проведенные специалистами компании Samsung национального университета Кореи (Korea University) и Института передовых технологий компании Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology) предложили новый тип тонкопленочного транзистора с быстродействием на порядок превышающим этот показатель у существующих аналогов. Запуск такого транзистора в серийное производство позволит значительно увеличить быстродействие ЖК дисплеев телевизоров, смартфонов и планшетных компьютеров с активной матрицей TFT(Thin Film Transistor).
Чтобы получить транзистор с подобными техническими характеристиками ученые использовали плазму из ионов инертного газа аргона. В качестве основного компонента, используемого для создания транзистора выступил оксинитрид цинка (ZnON), полученный методом магнетронного распыления.
Соединения на базе оксида цинка, как основы при создании тонкопленочных структур с высокой скоростью перемещения зарядов уже давно в зоне особого внимания ученых. Вместе с тем, основной акцент в ходе проводимых экспериментов был размещен на допировании (введении небольшого количества примесей) материала-основы катионами различных металлов – индия, галлия, гафния, циркония и лантаноидов.
Предел скорости перемещения дырок и электронов в электрическом поле полупроводника сегодня достигает 5 до 20 см2/вольт*сек, в то время как ” … Для обеспечения высокой производительности и экономичности электронных устройств будущего требуется обеспечить подвижность носителей электрического заряда свыше 100 см2/вольт*сек …” – считает профессор Сэнгун Чон (Sanghun Jeon) из национального университета Кореи. «Подвижность носителей заряда в созданных нами цинковых транзисторах, как минимум, в десять раз превышает подвижность носителей в обычных тонкопленочных транзисторах».
Описанный результат был получен, главным образом благодаря включению в технологический цикл этапа осаждения материала из смеси аргона, кислорода (О2) и смеси азота (N2). Попеременное воздействие на цинковую “подложку” перечисленными газами при постоянном давлении азота и аргона и тщательно регулируемом в заданных пределах давлении кислорода позволило сформировать тончайшую (в 50нм) пленку. Столь высокие показатели подвижности носителей заряда в оксинитриде цинка стали возможны благодаря заполнению азотом кислородных вакансий оксидной структуры. Получить такую пленку в присутствии атмосферного кислорода, в связи с низкой взаимной активностью азота и цинка, в условиях, отличных от предложенных специалистами на сегодняшний день проблематично.
Для того, чтобы свести к минимуму влияние кислорода на протекающую реакцию и повысить прочность пленки в эксперименте была использована аргоновая плазма, которая, помимо функции “барьера” стимулировала каскады столкновений атомов и ионов. Такая искусственная стимуляция позволила перераспределить энергии химических реакций и запустить процесс создания в аморфной матрице нанокристаллов — устойчивых химических соединений между азотом, цинком и кислородом.
Полученная пленка оксинитрида цинка характеризуется стабильной и равномерной поликристаллической структурой, стойкой к активным химическим веществам и излучению. В ходе тестовых испытаний инновационный пленочный транзистор и пленочный транзистор, полученный традиционным способом были подвергнуты 30-ти дневному воздействию атмосферного воздуха. По истечении срока выяснилось, что пленка оксинитрида цинка, в отличие от традиционной, практически не потеряла своих первоначальных свойств. Измерение подвижности носителей заряда показало, что этот показатель составил 138 см2/вольт*сек, что на порядок превышает подвижность носителей в пленках, полученных традиционным способом на основе окиси цинка – галлия – индия.
Таким образом, результаты эксперимента однозначно подтвердили новый абсолютный рекорд подвижности носителей электрического заряда в тонкопленочном транзисторе на основе оксинитрида цинка ZnON.
Безусловно, несмотря на блестящие результаты эксперимента, подтвердившие эффективность рассматриваемой технологии, проведение опытов в условиях лаборатории существенно ограничили возможности исследователей, как в плане получения требуемого уровня повторяемости результатов, так и в отношении проверки потенциала катионов других металлов на предмет улучшения уже достигнутых показателей.
Подробнее с результатами работы ученых можно ознакомиться на сайте Applied Physics Letters.
Уважаемые читатели, мы всегда с удовольствием встречаем и ждем вас на страницах блога iCover! Мы готовы и дальше радовать вас своими публикациями и постараемся сделать все возможное для того, чтобы проведенное с нами время доставило удовольствие и вам. И, конечно, не забывайте подписываться на наши рубрики и мы обещаем — скучно не будет!
Тонкоплёночный транзистор
Тонкоплёночный транзистор (TFT, англ. thin-film transistor ) — разновидность полевого транзистора, при которой как металлические контакты, так и полупроводниковый канал проводимости изготавливаются в виде тонких плёнок (от 1/10 до 1/100 микрона).
Изобретение датируется 1959 годом.
Дисплеи TFT
Тонкоплёночные транзисторы применяются в нескольких типах дисплеев.
Например, во многих ЖК-дисплеях используются TFT как элементы управления активной матрицей на жидких кристаллах. Однако сами тонкоплёночные транзисторы, как правило, не являются достаточно прозрачными.
В последнее время TFT стали применяться во многих OLED-дисплеях как элементы управления активной матрицей на органических светодиодах (AMOLED).
Внешние ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Тонкоплёночный транзистор» в других словарях:
тонкоплёночный транзистор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN thin film transistor … Справочник технического переводчика
тонкоплёночный транзистор — plonasluoksnis tranzistorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. thin film transistor; thin layer transistor vok. Dünnschichttransistor, m rus. тонкоплёночный транзистор, m pranc. transistor à couches minces, m … Fizikos terminų žodynas
высоковольтный тонкоплёночный транзистор — plonasluoksnis aukštosios įtampos tranzistorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. high voltage thin film transistor vok. Hochspannungsdünnschichttransistor, m rus. высоковольтный тонкоплёночный транзистор, m pranc. transistor… … Radioelektronikos terminų žodynas
тонкоплёночный полевой транзистор — plonasluoksnis lauko tranzistorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. thin film FET; thin film field effect transistor vok. Dünnschicht Feldeffekttransistor, m; Dünnschicht FET, m rus. тонкоплёночный полевой транзистор, m pranc … Radioelektronikos terminų žodynas
Баллистический транзистор — Баллистические транзисторы собирательное название электронных устройств, где носители тока движутся без диссипации энергии и длина свободного пробега носителей много больше размера канала транзистора. В теории эти транзисторы позволят создать… … Википедия
TFT — Тонкоплёночный транзистор (TFT, англ. thin film transistor) разновидность полевого транзистора, при которой как металлические контакты, так и полупроводниковый канал проводимости изготавливаются в виде тонких плёнок (от 1/10 до 1/100 микрона).… … Википедия
Хронология изобретений человечества — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия
Жидкокристаллический дисплей — Часы с ЖК дисплеем … Википедия
ЖК-монитор — Жидкокристаллический монитор (также Жидкокристаллический дисплей, ЖКД, ЖК монитор, англ. liquid crystal display, LCD, плоский индикатор) плоский монитор на основе жидких кристаллов. LCD TFT (англ. TFT thin film transistor тонкоплёночный… … Википедия
ЖК-дисплей на тонкопленочных транзисторах
СОДЕРЖАНИЕ
История [ править ]
Строительство [ править ]
Поликристаллический кремний иногда используется в дисплеях, требующих более высоких характеристик TFT. Примеры включают небольшие дисплеи с высоким разрешением, например, в проекторах или видоискателях. ТПТ на основе аморфного кремния являются наиболее распространенными из-за их более низкой стоимости производства, тогда как ТПТ из поликристаллического кремния более дороги и их гораздо сложнее производить. [12]
Типы [ править ]
Скрученный нематик (TN) [ редактировать ]
Планетарная коммутация (IPS) [ редактировать ]
Плоскостная коммутация была разработана Hitachi Ltd. в 1996 году для улучшения плохого угла обзора и плохой цветопередачи TN-панелей в то время. [15] [16] Его название происходит от основного отличия от панелей TN, что молекулы кристалла движутся параллельно плоскости панели, а не перпендикулярно ей. Это изменение уменьшает количество светорассеяния в матрице, что придает IPS характерные широкие углы обзора и хорошую цветопередачу. [17]
Первоначальные итерации технологии IPS характеризовались медленным временем отклика и низким коэффициентом контрастности, но более поздние версии значительно улучшили эти недостатки. Благодаря широкому углу обзора и точной цветопередаче (почти без отклонения цвета вне угла) IPS широко используется в высококачественных мониторах, предназначенных для профессиональных художников-графиков, хотя с недавним падением цены он стал заметен в массовом производстве. рынок тоже. Технология IPS была продана Panasonic компанией Hitachi.
Расширенное переключение периферийного поля (AFFS) [ редактировать ]
Это ЖК-технология, полученная на основе IPS корейской компании Boe-Hydis. До 2003 года [21] известное как переключение пограничного поля (FFS), усовершенствованное переключение периферийного поля представляет собой технологию, аналогичную IPS или S-IPS, предлагающую превосходные характеристики и цветовую гамму с высокой яркостью. Сдвиг и отклонение цвета, вызванные утечкой света, корректируются путем оптимизации гаммы белого, что также улучшает воспроизведение белого / серого. AFFS разработан Hydis Technologies Co., Ltd, Корея (официально Hyundai Electronics, LCD Task Force). [22]
В 2004 году Hydis Technologies Co., Ltd лицензировала свой патент AFFS для японской Hitachi Displays. Hitachi использует AFFS для производства высококачественных панелей в своей линейке продуктов. В 2006 году Hydis также передала лицензию на AFFS компании Sanyo Epson Imaging Devices Corporation.
Hydis введена AFFS + который улучшил открытую читаемость в 2007 году [ править ]
Многодоменное вертикальное выравнивание (MVA) [ редактировать ]
Он обеспечивает быструю для своего времени реакцию пикселей, широкие углы обзора и высокую контрастность за счет яркости и цветопередачи. [ необходима цитата ] Современные панели MVA могут предложить широкие углы обзора (уступающие только технологии S-IPS), хорошую глубину черного, хорошую цветопередачу и глубину, а также быстрое время отклика благодаря использованию технологий RTC ( компенсация времени отклика ). [ необходимая цитата ] Когда панели MVA рассматриваются не перпендикулярно, цвета будут сдвигаться, но намного меньше, чем для панелей TN. [ необходима цитата ]
Узорчатое вертикальное выравнивание (PVA) [ редактировать ]
Расширенный супер просмотр (ASV) [ редактировать ]
Когда поле включено, молекулы жидкого кристалла начинают наклоняться к центру подпикселей из-за электрического поля; в результате образуется непрерывная вертушка соосности (CPA); азимутальный угол непрерывно вращается на 360 градусов, что обеспечивает отличный угол обзора. Режим ASV также называется режимом CPA. [24]
Плоскостная коммутация (PLS) [ редактировать ]
Двухтранзисторный пиксель (DTP) TFT или сотовая технология [ редактировать ]
Индустрия медийной рекламы [ править ]
Из-за очень высокой стоимости строительства заводов по производству TFT существует несколько крупных производителей панелей OEM для больших дисплеев. Поставщики стеклянных панелей:
| Поставщики стеклянных ЖК-панелей | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Тип панели | Компания | Замечания | основные производители телевизоров | ||
| IPS-Pro | Panasonic | Исключительно для рынков ЖК-телевизоров и известна как IPS Alpha Technology Ltd. [26] | Panasonic, Hitachi, Toshiba | ||
| H-IPS и P-IPS | LG Дисплей | Они также производят другие типы TFT-панелей, такие как TN, для OEM-рынков, таких как мобильные, мониторные, автомобильные, портативные AV и промышленные панели. | LG, Philips, BenQ | ||
| S-IPS | Hannstar | ||||
| Chunghwa Picture Tubes, Ltd. | |||||
| A-MVA | AU Optronics | ||||
| S-MVA | Chi Mei Оптоэлектроника | ||||
| S-PVA | S-LCD ( совместное предприятие Samsung и Sony ) | Samsung, Sony | |||
| AFFS | Samsung | Для малых и средних специальных проектов. | |||
| ASV | Sharp Corporation | ЖК-телевизор и рынок мобильной связи | Sharp, Sony | ||
| МВА | Sharp Corporation | Исключительно для рынков ЖК-телевизоров со светодиодной подсветкой | Острый | ||
| HVA | CSOT | HVA и AMOLED | TCL [27] | ||
Электрический интерфейс [ править ]
С аналоговыми сигналами, такими как VGA, контроллер дисплея также должен выполнять высокоскоростное аналого-цифровое преобразование. С цифровыми входными сигналами, такими как DVI или HDMI, необходимо простое переупорядочение битов перед их подачей в устройство масштабирования, если входное разрешение не соответствует разрешению панели дисплея.
Безопасность [ править ]
Жидкие кристаллы постоянно подвергаются испытаниям на токсичность и экотоксичность на предмет потенциальной опасности. Результат таков:
Заявления применимы к Merck KGaA, а также к ее конкурентам JNC Corporation (ранее Chisso Corporation) и DIC (ранее Dainippon Ink & Chemicals). Все три производителя согласились не выпускать на рынок какие-либо остро токсичные или мутагенные жидкие кристаллы. Они занимают более 90 процентов мирового рынка жидких кристаллов. Оставшаяся рыночная доля жидких кристаллов, производимых в основном в Китае, состоит из более старых, незапатентованных веществ трех ведущих мировых производителей, которые уже прошли испытания на токсичность. В результате их также можно считать нетоксичными.
Полный отчет доступен онлайн в Merck KGaA. [29]
ЖК-дисплей на тонкопленочных транзисторах
СОДЕРЖАНИЕ
История [ править ]
Строительство [ править ]
Поликристаллический кремний иногда используется в дисплеях, требующих более высоких характеристик TFT. Примеры включают небольшие дисплеи с высоким разрешением, например, в проекторах или видоискателях. Тонкопленочные транзисторы на основе аморфного кремния являются наиболее распространенными из-за их более низкой стоимости производства, тогда как тонкопленочные транзисторы на основе поликристаллического кремния более дороги и их гораздо сложнее производить. [12]
Типы [ править ]
Скрученный нематик (TN) [ редактировать ]
Планетарная коммутация (IPS) [ редактировать ]
Плоскостная коммутация была разработана Hitachi Ltd. в 1996 году для улучшения плохого угла обзора и плохой цветопередачи TN-панелей в то время. [15] [16] Его название происходит от основного отличия от панелей TN, что молекулы кристалла движутся параллельно плоскости панели, а не перпендикулярно ей. Это изменение уменьшает количество светорассеяния в матрице, что придает IPS характерные широкие углы обзора и хорошую цветопередачу. [17]
Первоначальные итерации технологии IPS характеризовались медленным временем отклика и низким коэффициентом контрастности, но более поздние версии значительно улучшили эти недостатки. Благодаря широкому углу обзора и точной цветопередаче (почти без отклонения цвета вне угла) IPS широко используется в высококачественных мониторах, предназначенных для профессиональных художников-графиков, хотя с недавним падением цены он стал заметен в массовом производстве. рынок тоже. Технология IPS была продана Panasonic компанией Hitachi.
Расширенное переключение периферийного поля (AFFS) [ редактировать ]
Это ЖК-технология, полученная на основе IPS корейской компании Boe-Hydis. До 2003 года [21] известное как переключение пограничного поля (FFS), усовершенствованное переключение периферийного поля представляет собой технологию, аналогичную IPS или S-IPS, предлагающую превосходные характеристики и цветовую гамму с высокой яркостью. Сдвиг и отклонение цвета, вызванные утечкой света, корректируются путем оптимизации гаммы белого, что также улучшает воспроизведение белого / серого. AFFS разработан Hydis Technologies Co., Ltd, Корея (официально Hyundai Electronics, LCD Task Force). [22]
В 2004 году Hydis Technologies Co., Ltd лицензировала свой патент AFFS для японской Hitachi Displays. Hitachi использует AFFS для производства высококачественных панелей в своей линейке продуктов. В 2006 году Hydis также передала лицензию на AFFS компании Sanyo Epson Imaging Devices Corporation.
Hydis введена AFFS + который улучшил открытую читаемость в 2007 году [ править ]
Многодоменное вертикальное выравнивание (MVA) [ редактировать ]
Он достиг быстрой для своего времени реакции пикселей, широких углов обзора и высокой контрастности за счет яркости и цветопередачи. [ необходима цитата ] Современные панели MVA могут предложить широкие углы обзора (уступающие только технологии S-IPS), хорошую глубину черного, хорошее воспроизведение и глубину цвета, а также быстрое время отклика благодаря использованию технологий RTC ( компенсация времени отклика ). [ необходимая цитата ] Когда панели MVA рассматриваются не перпендикулярно, цвета будут сдвигаться, но намного меньше, чем для панелей TN. [ необходима цитата ]
Узорчатое вертикальное выравнивание (PVA) [ редактировать ]
Расширенный супер просмотр (ASV) [ редактировать ]
Когда поле включено, молекулы жидкого кристалла начинают наклоняться к центру подпикселей из-за электрического поля; в результате образуется непрерывная вертушка соосности (CPA); азимутальный угол непрерывно вращается на 360 градусов, что обеспечивает отличный угол обзора. Режим ASV также называется режимом CPA. [24]
Плоскостная коммутация (PLS) [ редактировать ]
Двухтранзисторный пиксель (DTP) TFT или сотовая технология [ редактировать ]
Индустрия медийной рекламы [ править ]
Из-за очень высокой стоимости строительства заводов по производству TFT существует несколько крупных производителей панелей OEM для больших дисплеев. Поставщики стеклянных панелей:
| Поставщики стеклянных ЖК-панелей | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Тип панели | Компания | Замечания | основные производители телевизоров | ||
| IPS-Pro | Panasonic | Исключительно для рынков ЖК-телевизоров и известна как IPS Alpha Technology Ltd. [26] | Panasonic, Hitachi, Toshiba | ||
| H-IPS и P-IPS | LG Дисплей | Они также производят другие типы TFT-панелей, такие как TN, для OEM-рынков, таких как мобильные, мониторные, автомобильные, портативные AV и промышленные панели. | LG, Philips, BenQ | ||
| S-IPS | Hannstar | ||||
| Chunghwa Picture Tubes, Ltd. | |||||
| A-MVA | AU Optronics | ||||
| S-MVA | Chi Mei Оптоэлектроника | ||||
| S-PVA | S-LCD ( совместное предприятие Samsung и Sony ) | Samsung, Sony | |||
| AFFS | Samsung | Для малых и средних специальных проектов. | |||
| ASV | Sharp Corporation | ЖК-телевизор и рынок мобильной связи | Sharp, Sony | ||
| МВА | Sharp Corporation | Исключительно для рынков ЖК-телевизоров со светодиодной подсветкой | Острый | ||
| HVA | CSOT | HVA и AMOLED | TCL [27] | ||
Электрический интерфейс [ править ]
С аналоговыми сигналами, такими как VGA, контроллер дисплея также должен выполнять высокоскоростное аналого-цифровое преобразование. С цифровыми входными сигналами, такими как DVI или HDMI, необходимо простое переупорядочение битов перед их подачей в устройство масштабирования, если входное разрешение не соответствует разрешению панели дисплея.
Безопасность [ править ]
Жидкие кристаллы постоянно подвергаются испытаниям на токсичность и экотоксичность на предмет потенциальной опасности. Результат таков:
Заявления применимы к Merck KGaA, а также к ее конкурентам JNC Corporation (ранее Chisso Corporation) и DIC (ранее Dainippon Ink & Chemicals). Все три производителя согласились не выпускать на рынок какие-либо остро токсичные или мутагенные жидкие кристаллы. Они занимают более 90 процентов мирового рынка жидких кристаллов. Оставшаяся рыночная доля жидких кристаллов, производимых в основном в Китае, состоит из более старых, незапатентованных веществ трех ведущих мировых производителей, которые уже прошли испытания на токсичность. В результате их также можно считать нетоксичными.
Полный отчет доступен онлайн в Merck KGaA. [29]
