Tenkovrstvový tranzistor: štruktúra, práca, výrobný proces, ako sa pripojiť a jeho aplikácie

RCA (Radio Corporation of America) strávila mnoho rokov experimentovaním a vývojom tranzistorov. Hoci prvý patent na tenkú vrstvu vyvinul v roku 1957 člen RCA, menovite John Wallmar v roku 1957. Potom sa v roku 1962 objavila séria vývoja v oblasti mikroelektroniky a polovodičov, TFT alebo Thin Film Transistor. TFT sa používa v displeje s tekutými kryštálmi na zlepšenie kvality obrazu, ako je kontrast a adresnosť. TFT je vylepšená verzia MOSFET pretože používa tenké vrstvy. Tento článok pojednáva o úvode do a tenkovrstvový tranzistor alebo TFT – práca s aplikáciami.

Čo je tenkovrstvový tranzistor?

Definícia tenkovrstvového tranzistora je; typ FET alebo tranzistora s efektom poľa, ktorý sa používa v každom jednotlivom pixeli LCD ( displej z tekutých kryštálov ) na zobrazenie informácií na obrazovke s vysokým kontrastom, vysokým jasom a vysokou rýchlosťou. Symbol tenkovrstvového tranzistora je zobrazený nižšie.

Pracovný princíp tenkovrstvového tranzistora

Tieto tenkovrstvové tranzistory fungujú ako samostatný spínač, ktorý umožňuje pixelom veľmi rýchlo upraviť polohu, aby sa zapínali a vypínali oveľa rýchlejšie. Tieto tranzistory sú aktívnymi prvkami v rámci LCD, ktoré sú usporiadané v maticovej forme, takže LCD môže zobrazovať informácie. Používajú sa v komerčných zobrazovacích aplikáciách, ako sú digitálne rádiografické detektory, head-up displeje a mnohé ďalšie.

Tenkovrstvová tranzistorová štruktúra

TFT je špeciálny typ tranzistora s efektom poľa, ktorý sa vyrába jednoduchým ukladaním tenkých vrstiev aktívnej polovodičovej vrstvy, dielektrickej vrstvy a vrstvy hradlovej elektródy na flexibilný materiál známy ako substrát. Štruktúra tenkovrstvového tranzistora je uvedená nižšie.

TFT obsahuje rôzne vrstvy, ktoré sú vyrobené z rôznych materiálov. Takže materiály použité v každej vrstve sú diskutované nižšie.

Prvá vrstva TFT je flexibilný substrát, ktorý je vyrobený zo skla s hrúbkou malého mikrónu, kovov a polymérov, ako je polyetyléntetrafalát. Táto vrstva slúži ako základ, kde je konštruované elektronické zariadenie.

Druhá vrstva je hradlová elektróda, ktorá je podľa aplikácie vyrobená z hliníka, zlata alebo chrómu. Táto hradlová elektróda poskytuje signál do tenkovrstvového polovodiča, ktorý spúšťa kontakt medzi zdrojom a odtokom.

Tretia vrstva je izolátor, ktorý sa používa na zabránenie elektrickému skratu medzi dvoma vrstvami, ako je polovodičová vrstva a hradlová elektróda.

Štvrtá vrstva je elektródová vrstva, ktorá je vyrobená z rôznych vodičov, ako je striebro, chróm hliník alebo zlato, a je jednoducho nanesená na polovodičové povrchy. Dokonca aj na vodivý povlak zdrojových a odvodňovacích elektród sa používa oxid india a cínu (ITO). Celé zariadenie je zapuzdrené v keramickom alebo polymérnom materiáli.

Proces výroby tenkovrstvového tranzistora

Rôzne vrstvy výroby TFT sú diskutované nižšie.

• Najprv sa materiál substrátu chemicky očistí požadovanou kyselinou alebo zásadou, aby sa odstránili všetky obaly, ktoré sa držia na jeho povrchu.
• Potom sa elektródy s kovovým hradlom jednoducho nanesú na substrát procesom tepelného odparovania. Keramické/polymérové ​​elektródy sa nanášajú atramentovou tlačou/poťahovaním ponorením.
• Izolačné nátery sa jednoducho nanesú na bránu pomocou procesov chemického nanášania z plynnej fázy (CVD) alebo plazmového nanášania z plynnej fázy (PECVD).
• Polovodičové vrstvy sa jednoducho nanášajú ponorením, ak ide o sprej alebo polymérny povlak. Zdroj aj odtok sú podobné ako pri postupe hradlovej elektródy – nanášanie striekaním/máčaním alebo tepelné odparovanie podľa požiadaviek vhodných vrstiev masky.

Ako pripojiť tenkovrstvový tranzistor?

Schéma zapojenia tenkovrstvového tranzistora je uvedená nižšie. Tento príklad používa polovodičový materiál typu p. Ak používa materiál typu n, polarity budú opačné. Tranzistor funguje, keď je tranzistor predpätý privedením záporného napätia medzi kontakty kolektora a zdroja (VDS).

Keď je tranzistor vypnutý, medzi kontaktmi zdroja a odtoku sa nebude hromadiť žiadny náboj. Takže medzi kontaktmi zdroja a odtoku nemôže prúdiť žiadny prúd. Na zapnutie tranzistora sa na svorku brány (VGS) privedie záporné predpätie. Takže nosiče náboja, ako sú diery v polovodičoch, sa budú hromadiť v izolácii brány, aby vytvorili kanál, ktorý umožní prúdu (ID) prúdiť z odtoku do zdroja.

Rozdiel čiernobiely tenkovrstvový tranzistor a mosfet

Rozdiel medzi tenkovrstvovými tranzistormi a mosfetmi zahŕňa nasledovné.

Ako sa tenkovrstvový tranzistor líši od normálneho tranzistora?

Tenkovrstvový tranzistor je odlišný v porovnaní s normálnym tranzistorom, pretože; väčšina normálnych tranzistorov je vyrobená z veľmi čistého Si (kremík) a Ge (germánium) a niekedy sa používajú aj iné polovodičové materiály. Tenkovrstvové tranzistory (TFT) sa vyrábajú z rôznych druhov polovodičových materiálov, ako je kremík, oxid zinočnatý alebo selenid kadmia. TFT obsahuje tri terminály, ako je zdroj, brána a odtok, zatiaľ čo normálny tranzistor obsahuje základňu, emitor a kolektor.

Tieto tranzistory fungujú ako spínače tým, že umožňujú pixelom rýchlo upraviť stav, aby sa veľmi rýchlo zapínali a vypínali. Normálny tranzistor funguje ako spínač alebo zosilňovač.

Výhody a nevýhody

The výhody tenkovrstvových tranzistorov zahŕňajú nasledujúce.

• Spotrebúvajú menej energie.
• Majú rýchlejší reakčný čas.
• TFT hrajú kľúčovú úlohu v priemysle digitálnych displejov.
• Tenkovrstvový tranzistory sú kľúčové prvky flexibilnej elektroniky, ktoré sú implementované na ekonomických substrátoch
• Majú rýchle, vyššie a presné miery odozvy.
• Displeje založené na TFT majú ostrú viditeľnosť.
• Fyzický dizajn displejov založených na TFT je vynikajúci.
• Znižuje namáhanie očí.

The nevýhody tenkovrstvových tranzistorov zahŕňajú nasledujúce.

• Sú závislé od podsvietenia, aby poskytovalo jas namiesto vytvárania vlastného svetla, takže v usporiadaní podsvietenia potrebujú vstavané LED diódy.
• Obmedzená užitočnosť z dôvodu skleneného obloženia.
• Moduly TFT je možné čítať len vtedy, keď sú LED diódy zapnuté.
• TFT môžu veľmi rýchlo vybiť batériu.
• TFT LCD sú drahé v porovnaní s typickými monochromatickými displejmi.

Aplikácie

The aplikácie tenkovrstvových tranzistorov zahŕňajú nasledujúce.

• Tenkovrstvový tranzistor sa široko používa v smartfónoch, počítačoch, plochých displejoch, osobných digitálnych asistentoch a videoherných systémoch.
• Najznámejšia tenkovrstvová tranzistorová aplikácia je v TFT LCD,
• Tieto tranzistory hrajú významnú úlohu v súčasnej chémii materiálov a digitálnych displejoch.
• TFT sa používajú v zahraničí v rôznych aplikáciách, ako sú organické LED diódy, ploché panely a iné elektronické zariadenia.
• TFT sa široko používajú ako senzory v rámci röntgenových detektorov.
• TFT zariadenia sa nachádzajú v rôznych aplikáciách snímania.
• TFT LCD sa používajú vo videoherných systémoch, projektoroch, navigačných systémoch, vreckových zariadeniach, televízoroch, osobných digitálnych asistentoch a prístrojových doskách v automobiloch.

Teda toto je prehľad tenkovrstvového tranzistora alebo TFT, ktorý hrá významnú úlohu v súčasných digitálnych displejoch. Tieto sú pokročilé na konvenčné MOSFETy, takže ponúkajú rýchle časy odozvy a sú tiež schopné udržať elektrický náboj. Majú širokú škálu aplikácií v LCD a v súčasnosti sa výskumníci sústreďujú na vývoj nových typov tenkovrstvových tranzistorových zariadení. Tu je otázka pre vás, čo je FET?