Transistor à couches minces A à Z

Les transistors à couche mince (TFT) sont un type de transistor à effet de champ dans lequel une couche électriquement conductrice est formée en déposant une couche mince sur un substrat diélectrique ou une plate-forme de support. Les TFT sont souvent utilisés dans les applications d’affichage, en particulier les écrans à cristaux liquides (LCD).

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Que sont les transistors à couches minces et comment fonctionnent-ils ?

Les transistors à couche mince (TFT) sont un type de fabrication de semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET) fabriqué en revêtant un substrat isolant d’une couche semi-conductrice activée, de jonctions métalliques et d’une couche diélectrique. À mesure que le besoin d’appareils électroniques intelligents et flexibles et de systèmes intégrés augmente, les matériaux innovants à haute mobilité et à faibles coûts de production deviennent plus importants.

Les TFT imprimables sont une application électronique imprimée importante. Les matériaux semi-conducteurs de canal ont un effet significatif sur les performances des TFT imprimés. Comparé aux semi-conducteurs organiques, le mouvement de charge des nanotubes de carbone semi-conducteurs à paroi unique (sc-SWCNT) est beaucoup plus élevé. Les Sc-SWCNT sont également plus stables physiquement et chimiquement.

L’écran à cristaux liquides (LCD), qui contient un transistor pour chaque pixel et est courant dans les ordinateurs portables et les ordinateurs portables, est un écran fabriqué à l’aide de la technologie des transistors à couches minces (TFT). Parce que chaque pixel a un transistor, le courant qui conduit l’éclairage des pixels peut être plus faible et donc s’allumer et s’éteindre plus rapidement.

Matériaux utilisés pour fabriquer les TFT

Les transistors à couches minces peuvent être constitués d’une variété de matériaux semi-conducteurs, à savoir le silicium, le séléniure de cadmium et l’oxyde de zinc. Les progrès technologiques récents ont permis aux chercheurs d’explorer les ressources organiques pour les TFT. Les transistors organiques, ou TFT organiques, sont des transistors à couche mince fabriqués à partir de composés organiques.

La lumière doit pouvoir traverser le substrat pour atteindre l’observateur sur l’écran plat. Les tranches de silicium transparentes ne suffisent pas pour ces écrans émetteurs. Comme le verre est très clair et adapté aux procédures de fabrication typiques des semi-conducteurs, c’est le matériau de départ le plus largement utilisé. Comme le verre n’est pas un semi-conducteur comme le silicium, un petit revêtement de silicium est déposé dessus et les transistors sont construits à l’aide de ce revêtement mince.

Applications des transistors à couches minces

Le TFT, en tant qu’appareil électronique de base typique, a suscité plus d’intérêt car il est utilisé de différentes manières non seulement pour les affichages sur panneau, mais également pour différents types de capteurs et en tant que composant clé de composants électroniques transparents et / ou personnalisables.

Les transistors fins se trouvent souvent dans les ordinateurs portables, les écrans plats, les systèmes de jeux vidéo et les téléphones portables. La technologie TFT a transformé les systèmes vidéo pour permettre des écrans plats plus grands.

Cette mise à jour est utilisée dans une variété de gadgets modernes, y compris les téléviseurs LCD, les moniteurs LCD, les ordinateurs portables, les téléphones portables et les tablettes. La technologie TFT est également explorée dans de nombreux autres domaines, notamment les transducteurs de rayons X, l’optoélectronique, les applications de transducteurs et la détection biochimique.

Transistors à couches minces : avantages et limites

Les transistors à couches minces offrent un certain nombre d’avantages, notamment un faible coût, une faible consommation d’énergie, un temps de réponse plus rapide et des taux de réponse plus élevés. Les écrans LCD TFT sont particulièrement pratiques en raison de leur faible consommation d’énergie ; L’économie d’énergie est un objectif clé de la société moderne pour minimiser les émissions de gaz à effet de serre et assurer un avenir meilleur.

Les écrans TFT augmentent également la capacité d’afficher des images dynamiques. Les écrans TFT offrent une meilleure saturation des couleurs, une consommation d’énergie plus faible et un meilleur contraste que les écrans conventionnels. Les images avec un écran TFT ne scintillent pas et ont peu ou pas de distorsion d’image car elles ne dépendent pas du traitement par faisceau d’électrons.

L’écran LCD TFT n’est pas sans défauts. En raison de la nature de la conception, les écrans LCD TFT peuvent coûter un peu plus cher que les écrans monochromes ordinaires. La croissance du marché des transistors à couches minces est également limitée par des restrictions telles que la faible précision des couleurs, les fluctuations de qualité et la profondeur de champ. Cependant, les futures avancées techniques devraient augmenter considérablement la qualité de visionnage.

Recherches et progrès récents

Une plate-forme de transistors à couche mince (TFT) pouvant être utilisée avec des substrats en plastique en est encore aux premiers stades de développement. Il y a beaucoup de place pour l’amélioration dans la production de poly-Si TFT à ultra-basse température. Une mobilité élevée, un faible courant de fuite et des valeurs de seuil sont particulièrement souhaitables pour les applications LCD à matrice active hautes performances.

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L’équipe TFT de l’Université de Californie à Berkley travaille à des températures ultra-basses (100oC) des techniques de production adaptées aux substrats plastiques souples. L’objectif est de développer des transistors à couches minces (TFT) en silicium polycristallin (poly-Si) avec une conductivité de courant nettement meilleure que les TFT en silicium amorphe traditionnels, qui sont maintenant utilisés dans les LCD hautes performances.

L’évaporation physique est souvent utilisée dans la production de transistors à couches minces en raison du besoin de basses températures et d’un environnement très propre. Des chercheurs de l’Université d’Utrecht étudient le processus de dépôt chimique en phase vapeur à fil chaud (HWCVD) en tant que processus de dépôt pour créer des TFT uniques avec un grand potentiel pour dépasser les besoins des écrans modernes.

Perspectives d’avenir

Alors que l’industrie mondiale de la télévision continue d’être dominée par les écrans conventionnels, il y a beaucoup de place pour l’amélioration des écrans LCD TFT. En conséquence, les écrans seront bientôt un moteur majeur du développement de la technologie TFT. Bien que la qualité des écrans LCD TFT modernes soit adéquate pour la plupart des utilisateurs, les coûts de production peuvent être encore réduits.

Les tendances actuelles en matière de réduction des procédures de masquage, de réduction du temps de production par unité, d’élargissement des fenêtres de traitement et d’élimination des sources de pollution devraient se poursuivre. Le coût, la productivité et la durabilité d’une technique de réseau à grande surface détermineront si oui ou non l’oxyde-TFT peut être remplacé par un TFT à base de silicium dans les applications LCD.

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Références et lectures complémentaires

Duan, X. (2020). Couches minces de nanofils pour la microélectronique flexible. X. Duan, Encyclopédie des matériaux : science et technologie. Elsevier.

Guo, X., Han, L. et Houa, X. (2021). Un aperçu de la structure, du traitement et de la conception matérielle d’un dispositif à transistor à couche mince organique vers l’intégration fonctionnelle du circuit. Limites de la chimie des matériaux. Disponible sur : https://doi.org/10.1039/D1QM00334H

Jr., AH, Dizon, JR, Valino, AD et Advincula, RC (2022). Promouvoir la production d’électronique flexible et d’accessoires. Journal de physique appliquée japonaise . Disponible sur : https://iopscience.iop.org/article/10.35848/1347-4065/ac621a/meta

Nauticomp. (20 mai 2021). Quels sont les avantages et les inconvénients des écrans TFT ? Disponible sur : https://nauticomp.com/what-are-some-pros-and-cons-of-tft-displays/

Pandey, M., Rashiku, M. et Bhattacharya, S. (2021). Progrès récents dans le développement d’équipements électroniques imprimés. M. Pandey, M. Rashiku et S. Bhattacharya Synthèse de solutions chimiques pour la conception de matériaux et les applications d’équipements à couches minces. Elsevier. Disponible sur : https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819718-9.00008-X

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