Тънкослоен транзистор: структура, работа, процес на производство, как да се свържете и неговите приложения

RCA (Radio Corporation of America) е прекарала много години в експериментиране и разработване на транзистори. Въпреки че първият патент за тънък филм е разработен през 1957 г. от член на RCA, а именно Джон Уолмар през 1957 г. След това, серия от разработки в областта на микроелектрониката и полупроводниците, TFT или тънкослойният транзистор се появява през 1962 г. TFT се използва в дисплеи с течни кристали за подобряване на качествата на изображението като контраст и адресируемост. TFT е подобрена версия на MOSFET тъй като използва тънки филми. Тази статия обсъжда въведението към a тънкослоен транзистор или TFT – работа с приложения.

Какво е тънкослоен транзистор?

Дефиницията на тънкослоен транзистор е; тип FET или транзистор с полеви ефекти, който се използва във всеки отделен пиксел на LCD ( дисплей с течни кристали ), за да покажете информацията на екрана с висок контраст, висока яркост и висока скорост. Символът на тънкослойния транзистор е показан по-долу.

Принцип на работа на тънкослойния транзистор

Тези тънкослойни транзистори работят като отделен превключвател, който позволява на пикселите да регулират позицията си много бързо, за да ги накара да се включват и изключват много по-бързо. Тези транзистори са активните елементи в LCD, които са подредени в матрична форма, така че LCD може да показва информация. Те се използват в приложения за търговски дисплеи като детектори за цифрова радиография, дисплеи с прозорци и много други.

Тънкослойна транзисторна структура

TFT е специален тип транзистор с полеви ефекти, който се прави чрез просто отлагане на тънки филми от активен полупроводников слой, диелектричен слой и слой електрод на затвора върху гъвкав материал, известен като субстрат. Структурата на тънкослойния транзистор е показана по-долу.

TFT включва различни слоеве, които са направени от различни материали. И така, материалите, използвани във всеки слой, са обсъдени по-долу.

Първият слой на TFT е гъвкав субстрат, който е направен от стъкло с дебелина малко микрони, метали и полимери като полиетилентерафалат. Този слой действа като основа, където е конструирано електронното устройство.

Вторият слой е електродът на затвора, който е съставен от алуминий, злато или хром в зависимост от приложението. Този затворен електрод осигурява сигнал към тънкослойния полупроводник, който задейства контакта между сорс и дрейн.

Третият слой е изолатор, който се използва за избягване на електрическо късо съединение между двата слоя като полупроводниковия слой и затворния електрод.

Четвъртият слой е електродният слой, който е направен с различни проводници като сребро, хром-алуминий или злато и просто се отлага върху полупроводникови повърхности. Дори за проводящо покритие на източник и дренажни електроди се използва индиев калаен оксид (ITO). Цялото устройство е капсуловано в керамичен или полимерен материал.

Процес на производство на тънкослоен транзистор

Различните слоеве на производството на TFT са обсъдени по-долу.

• Първо, материалът на субстрата се почиства химически с необходимата киселина или основа, за да се елиминират всички замърсявания, които се задържат на повърхността му.
• След това електродите с метален затвор просто се отлагат върху субстрата чрез процедура на термично изпаряване. Керамични/полимерни електроди се отлагат с мастиленоструен печат/процедура за нанасяне на покритие чрез потапяне.
• Изолационните покрития просто се отлагат върху врата с процеси на химическо отлагане на пари (CVD) или плазмено усилено химическо отлагане на пари (PECVD).
• Полупроводниковите слоеве просто се отлагат с потапяне, ако е спрей или полимерно покритие. Както източникът, така и дренажът са подобни на процедурата на затворния електрод – нанасяне със спрей/потапяне или термично изпаряване, както се изисква от подходящите маскиращи слоеве.

Как да свържете тънкослоен транзистор?

Схемата на свързване на тънкослойния транзистор е показана по-долу. Този пример използва p-тип полупроводников материал. Ако използва материал от n-тип, тогава полярностите ще бъдат противоположни. Транзисторът работи, когато транзисторът е предубеден чрез прилагане на отрицателно напрежение между контактите за източване и източник (VDS).

Когато транзисторът е изключен, няма да се натрупа заряд между контактите на източника и източването. Така че не може да тече ток между контактите на източника и източването. За да включите транзистора, към клемата на портата (VGS) се прилага отрицателно преднапрежение. Така че носителите на заряд като дупки в полупроводниците ще се натрупват в изолацията на затвора, за да създадат канал, който позволява на тока (ID) да тече от изтичане към източник.

Разлика между ч/б тънкослоен транзистор срещу Mosfet

Разликата между тънкослойните транзистори и MOSFET включва следното.

Как тънкослойният транзистор е различен от нормалния транзистор?

Тънкослойният транзистор е различен в сравнение с нормалния транзистор, защото; повечето нормални транзистори са направени от много чист Si (силиций) & Ge (германий), а понякога се използват и някои други полупроводникови материали. Тънкослойните транзистори (TFT) са направени с различни видове полупроводникови материали като силиций, цинков оксид или кадмиев селенид. TFT включва три терминала като източник, порта и изтичане, докато нормалният транзистор включва база, емитер и колектор.

Тези транзистори действат като превключватели, като позволяват на пикселите да коригират състоянието си бързо, за да ги накарат да се включват и изключват много бързо. Нормалният транзистор действа като ключ или усилвател.

Предимства и недостатъци

The предимства на тънкослойните транзистори включват следното.

• Те консумират по-малко енергия.
• Имат по-бързо време за реакция.
• TFT играят ключова роля в индустрията на цифровите дисплеи.
• Тънкослойни транзистори са ключови елементи на гъвкавата електроника, които се изпълняват върху икономични субстрати
• Те имат бърз, по-висок и точен отговор.
• Базираните на TFT дисплеи имат ясна видимост.
• Физическият дизайн на TFT базираните дисплеи е отличен.
• Намалява напрежението в очите.

The недостатъци на тънкослойните транзистори включват следното.

• Те зависят от подсветката, за да осигурят яркост, вместо да генерират собствена светлина, така че се нуждаят от вградени светодиоди в подредбата си за задно осветяване.
• Ограничена полезност поради стъклени панели.
• Модулите на TFT могат да се четат само след като светодиодите светят.
• TFT могат да изтощават батерията много бързо.
• TFT LCD дисплеите са скъпи в сравнение с типичните монохромни дисплеи.

Приложения

The приложения на тънкослойни транзистори включват следното.

• Тънкослойният транзистор се използва широко в смартфони, компютри, дисплеи с плосък панел, персонални цифрови асистенти и системи за видеоигри.
• Най-известното приложение на тънкослойни транзистори е в TFT LCD,
• Тези транзистори играят значителна роля в съвременната химия на материалите и цифровите дисплеи.
• TFT се използват в различни приложения в чужбина като органични светодиоди, дисплеи с плосък панел и други електронни устройства.
• TFT се използват широко като сензори в рентгеновите детектори.
• TFT устройствата се намират в различни сензорни приложения.
• TFT LCD се използват в системи за видеоигри, проектори, навигационни системи, преносими устройства, телевизори, персонални цифрови асистенти и табла за управление в автомобили.

По този начин, това е преглед на тънкослоен транзистор или TFT, който играе важна роля в настоящите цифрови дисплеи. Те са усъвършенствани спрямо конвенционалните MOSFET, така че предлагат бързо време за реакция и също така способни да задържат електрически заряд. Те имат широк спектър от приложения в LCD и в момента изследователите се концентрират върху разработването на нови видове тънкослойни транзисторни устройства. Ето един въпрос към вас, какво е FET?