离子注入和退火对LTPS-TFT特性的影响

文/秦心宇 罗昆明

平板显示的主要技术便是薄膜场效应晶体管，而具有源矩阵寻址的平板技术都需要薄膜场效晶体管来进行控制与驱动。而主动型面板按照薄膜晶体管技术可划分为高温多晶硅、低温多晶硅以及非晶硅三类。传统的氢化非晶硅薄膜场效应晶体管的载流子迁移率不高，因此无法有效驱动尺寸庞大的AMOLED。高温多晶硅具有工艺温度较高的特点，所以不能使用熔点不高的玻璃作为基板，必须使用石英作为基板。但低温多晶硅可以完美解决所有问题，低温多晶薄膜场效应晶体管具有迁移率较高的载流子，可以在面板中将驱动电路进行集成，进而降低面板整体的体积以及重量，同时其设计规则较小，拥有较大的开口率，可以实现高品质画面的同时确保其省电功能。与此同时，低温多晶薄膜场效应晶体管被称为未来LCD的主要技术。

1 低温多晶薄膜场效应晶体管相关概述

现如今，投入使用的平板显示器主要具有真空荧光管显示器、薄膜晶体管液晶显示器、有机发光二极管显示器以及等离子显示器等。目前薄膜场效应晶体管LCD显示器的市场占有率较高，可达到行业的一半以上。但目前AMOLED显示技术被相关技术人员看做最有发展前景的显示技术，可以实现大尺寸的柔性显示功能。OLED是有机发光二极管的简称，是一种十分新颖的有机发光器件，拥有相应速度快、面板较薄、对比度高、功耗较低、重量较轻以及视角宽大的优点，并且OLED显示屏还可以进行弯曲操作以及折叠操作，甚至可以被当做一张纸贴在墙面上，可为用户显示所需信息。但薄膜场效应晶体管LCD显示器以及AMOLED显示的发展都需要薄膜场效应晶体管驱动技术的相关基础。低温多晶薄膜场效应晶体管是指具有金属氧化物半导体场效应的晶体管，同时其功能与绝缘栅型场效应晶体管相同，具有漏极、源极以及栅极三种。源极与栅极可形成导电沟道，并与源漏端产生欧姆基础现象。

2 离子注入和退火对LTPS-TFT特性的影响探析

2.1 离子注入技术

将拥有一定能量的离子束发射至固体表面的过程中，固体中的原子核会与离子进行相互作用，从而产生两类物理现象，一种是离子束中的离子发射至固体表面中，变成注入离子。另一种是引发固体表面的离子进行发射行为，同时使用这种方式的基本原理构建离子束表面分析技术。使用将离子束发射至固体表面的方式可以对固体表面的功能以及性能进行改变，从而构建离子注入材料表面改性技术。当离子束被发射至固体表面后，材料与荷能离子将发生以下作用：首先，通过进行非弹性碰撞的方式，使材料表面向外发射出光子与二次电子。其次，固体材料中的电子与入射电子将会产生中和反应，同时与晶格原子进行弹性碰撞，随后进行反弹，这种现象被称为背散射离子现象。第三，入射离子在发生碰撞后将产生较多的离位院子，而具有较高的离位院子将发生碰撞产生多个离位院子，而这种许多离子进行碰撞、发展的现象被称为级联碰撞现象。第四，一些原子在经过碰撞后将从材料表面的晶格空隙中溢出，产生溅射原子。第五，被注射的离子会在固体一定深度内进行停留，已知靶材、离子能量以及入射离子时，可得出其靶材分布情况。最后，在对离子进行轰击的过程中还将使材料发生亚稳态、晶格损伤、表面刻蚀等现象。

2.2 退火对LTPS-TFT特性的影响

经过相关调查研究发现，氧化物薄膜晶管所拥有的器件性能会受到退火程序、退火温度以及退火气氛的影响。在低温多晶薄膜场效应晶体管工艺中主要包含两次退火技术，首先是当非晶硅进行沉积的过程中，会使用退火供气对其蕴含的氢气进行去除，从而使非晶硅中含有的氢气小于百分之一，而退火工艺的使用时为了预防激光准分子在进行退火的过程中所出现的爆炸现象，可对膜层薄膜特性进行有效改善，进而对膜层之间的应力进行合理释放。其次是完成钝化层后氢化退火操作，其工艺目标是使用氢原子对晶粒间界态、氧化层缺陷以及界面态缺陷进行填补，从而预防不稳定态数目的上涨。因此可使用固态扩散氢化的方式来针对退火温度对低温多晶薄膜场效应晶体管特性产生的影响进行合理研究。氯化硅薄膜大多被作为固态扩散法氢化的来源，可使用制定的温度对氢原子进行烘烤，从而使其扩散到栅氧化层以及多晶硅之内，同时氢化的方式较为多样化，但是具有生产成本较低的优点，并且不需要使用额外的相关设备对其进行制作，可简化氢化的工作量，同时氯化硅属于低温多晶薄膜场效应晶体管的界面材料，可有效减少其工艺复杂度。

3 结语

近年来，随着我国社会经济的快速发展以及科学技术水平的快速提高，导致人们的生活质量水平快速上涨，同时其对于显示器的需求越来越高。与此同时，AMOLED显示器逐渐代替LCD显示器成为市场中主要的显示器。因此国内众多企业例如维信诺、天马、京东方以及何辉光电等都开始注重AMOLED显示器的研发。因此低温多晶薄膜场效应晶体管具有传统晶体管没有的优点，可有效促进先关领域的快速进步。