離子注入和退火對(duì)LTPS-TFT特性的影響

文/秦心宇 羅昆明

平板顯示的主要技術(shù)便是薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，而具有源矩陣尋址的平板技術(shù)都需要薄膜場(chǎng)效晶體管來(lái)進(jìn)行控制與驅(qū)動(dòng)。而主動(dòng)型面板按照薄膜晶體管技術(shù)可劃分為高溫多晶硅、低溫多晶硅以及非晶硅三類。傳統(tǒng)的氫化非晶硅薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的載流子遷移率不高，因此無(wú)法有效驅(qū)動(dòng)尺寸龐大的AMOLED。高溫多晶硅具有工藝溫度較高的特點(diǎn)，所以不能使用熔點(diǎn)不高的玻璃作為基板，必須使用石英作為基板。但低溫多晶硅可以完美解決所有問(wèn)題，低溫多晶薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有遷移率較高的載流子，可以在面板中將驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行集成，進(jìn)而降低面板整體的體積以及重量，同時(shí)其設(shè)計(jì)規(guī)則較小，擁有較大的開(kāi)口率，可以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)畫(huà)面的同時(shí)確保其省電功能。與此同時(shí)，低溫多晶薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管被稱為未來(lái)LCD的主要技術(shù)。

1 低溫多晶薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管相關(guān)概述

現(xiàn)如今，投入使用的平板顯示器主要具有真空熒光管顯示器、薄膜晶體管液晶顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管顯示器以及等離子顯示器等。目前薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管LCD顯示器的市場(chǎng)占有率較高，可達(dá)到行業(yè)的一半以上。但目前AMOLED顯示技術(shù)被相關(guān)技術(shù)人員看做最有發(fā)展前景的顯示技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)大尺寸的柔性顯示功能。OLED是有機(jī)發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱，是一種十分新穎的有機(jī)發(fā)光器件，擁有相應(yīng)速度快、面板較薄、對(duì)比度高、功耗較低、重量較輕以及視角寬大的優(yōu)點(diǎn)，并且OLED顯示屏還可以進(jìn)行彎曲操作以及折疊操作，甚至可以被當(dāng)做一張紙貼在墻面上，可為用戶顯示所需信息。但薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管LCD顯示器以及AMOLED顯示的發(fā)展都需要薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管驅(qū)動(dòng)技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)。低溫多晶薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管是指具有金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)的晶體管，同時(shí)其功能與絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管相同，具有漏極、源極以及柵極三種。源極與柵極可形成導(dǎo)電溝道，并與源漏端產(chǎn)生歐姆基礎(chǔ)現(xiàn)象。

2 離子注入和退火對(duì)LTPS-TFT特性的影響探析

2.1 離子注入技術(shù)

將擁有一定能量的離子束發(fā)射至固體表面的過(guò)程中，固體中的原子核會(huì)與離子進(jìn)行相互作用，從而產(chǎn)生兩類物理現(xiàn)象，一種是離子束中的離子發(fā)射至固體表面中，變成注入離子。另一種是引發(fā)固體表面的離子進(jìn)行發(fā)射行為，同時(shí)使用這種方式的基本原理構(gòu)建離子束表面分析技術(shù)。使用將離子束發(fā)射至固體表面的方式可以對(duì)固體表面的功能以及性能進(jìn)行改變，從而構(gòu)建離子注入材料表面改性技術(shù)。當(dāng)離子束被發(fā)射至固體表面后，材料與荷能離子將發(fā)生以下作用：首先，通過(guò)進(jìn)行非彈性碰撞的方式，使材料表面向外發(fā)射出光子與二次電子。其次，固體材料中的電子與入射電子將會(huì)產(chǎn)生中和反應(yīng)，同時(shí)與晶格原子進(jìn)行彈性碰撞，隨后進(jìn)行反彈，這種現(xiàn)象被稱為背散射離子現(xiàn)象。第三，入射離子在發(fā)生碰撞后將產(chǎn)生較多的離位院子，而具有較高的離位院子將發(fā)生碰撞產(chǎn)生多個(gè)離位院子，而這種許多離子進(jìn)行碰撞、發(fā)展的現(xiàn)象被稱為級(jí)聯(lián)碰撞現(xiàn)象。第四，一些原子在經(jīng)過(guò)碰撞后將從材料表面的晶格空隙中溢出，產(chǎn)生濺射原子。第五，被注射的離子會(huì)在固體一定深度內(nèi)進(jìn)行停留，已知靶材、離子能量以及入射離子時(shí)，可得出其靶材分布情況。最后，在對(duì)離子進(jìn)行轟擊的過(guò)程中還將使材料發(fā)生亞穩(wěn)態(tài)、晶格損傷、表面刻蝕等現(xiàn)象。

2.2 退火對(duì)LTPS-TFT特性的影響

經(jīng)過(guò)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，氧化物薄膜晶管所擁有的器件性能會(huì)受到退火程序、退火溫度以及退火氣氛的影響。在低溫多晶薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管工藝中主要包含兩次退火技術(shù)，首先是當(dāng)非晶硅進(jìn)行沉積的過(guò)程中，會(huì)使用退火供氣對(duì)其蘊(yùn)含的氫氣進(jìn)行去除，從而使非晶硅中含有的氫氣小于百分之一，而退火工藝的使用時(shí)為了預(yù)防激光準(zhǔn)分子在進(jìn)行退火的過(guò)程中所出現(xiàn)的爆炸現(xiàn)象，可對(duì)膜層薄膜特性進(jìn)行有效改善，進(jìn)而對(duì)膜層之間的應(yīng)力進(jìn)行合理釋放。其次是完成鈍化層后氫化退火操作，其工藝目標(biāo)是使用氫原子對(duì)晶粒間界態(tài)、氧化層缺陷以及界面態(tài)缺陷進(jìn)行填補(bǔ)，從而預(yù)防不穩(wěn)定態(tài)數(shù)目的上漲。因此可使用固態(tài)擴(kuò)散氫化的方式來(lái)針對(duì)退火溫度對(duì)低溫多晶薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性產(chǎn)生的影響進(jìn)行合理研究。氯化硅薄膜大多被作為固態(tài)擴(kuò)散法氫化的來(lái)源，可使用制定的溫度對(duì)氫原子進(jìn)行烘烤，從而使其擴(kuò)散到柵氧化層以及多晶硅之內(nèi)，同時(shí)氫化的方式較為多樣化，但是具有生產(chǎn)成本較低的優(yōu)點(diǎn)，并且不需要使用額外的相關(guān)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行制作，可簡(jiǎn)化氫化的工作量，同時(shí)氯化硅屬于低溫多晶薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的界面材料，可有效減少其工藝復(fù)雜度。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的快速提高，導(dǎo)致人們的生活質(zhì)量水平快速上漲，同時(shí)其對(duì)于顯示器的需求越來(lái)越高。與此同時(shí)，AMOLED顯示器逐漸代替LCD顯示器成為市場(chǎng)中主要的顯示器。因此國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)例如維信諾、天馬、京東方以及何輝光電等都開(kāi)始注重AMOLED顯示器的研發(fā)。因此低溫多晶薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有傳統(tǒng)晶體管沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，可有效促進(jìn)先關(guān)領(lǐng)域的快速進(jìn)步。