Τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης: Δομή, εργασία, διαδικασία κατασκευής, τρόπος σύνδεσης και εφαρμογές

Η RCA (Radio Corporation of America) είχε περάσει πολλά χρόνια πειραματίζοντας και αναπτύσσοντας τρανζίστορ. Αν και το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας λεπτής μεμβράνης αναπτύχθηκε το 1957 από ένα μέλος της RCA, δηλαδή τον John Wallmar το 1957. Μετά από αυτό, μια σειρά από εξελίξεις στον τομέα της μικροηλεκτρονικής και των ημιαγωγών, το TFT ή Thin Film Transistor εμφανίστηκε το 1962. Ένα TFT χρησιμοποιείται σε οθόνες υγρών κρυστάλλων για τη βελτίωση των ποιοτήτων εικόνας, όπως η αντίθεση και η διευθυνσιοδότηση. Το TFT είναι μια βελτιωμένη έκδοση του MOSFET γιατί χρησιμοποιεί λεπτές μεμβράνες. Αυτό το άρθρο εξετάζει την εισαγωγή στο α τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης ή TFT – εργασία με εφαρμογές.

Τι είναι ένα τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης;

Ένας ορισμός τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης είναι? ένας τύπος FET ή τρανζίστορ πεδίου που χρησιμοποιείται σε κάθε μεμονωμένο pixel μιας LCD ( οθόνη υγρών κρυστάλλων ) για εμφάνιση των πληροφοριών της οθόνης σε υψηλή αντίθεση, υψηλή φωτεινότητα και υψηλή ταχύτητα. Το σύμβολο τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης φαίνεται παρακάτω.

Αρχή εργασίας τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης

Αυτά τα τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης λειτουργούν σαν μεμονωμένος διακόπτης που επιτρέπει στα εικονοστοιχεία να προσαρμόζουν τη θέση τους πολύ γρήγορα για να ενεργοποιούνται και να απενεργοποιούνται πολύ πιο γρήγορα. Αυτά τα τρανζίστορ είναι τα ενεργά στοιχεία εντός των οθονών LCD που είναι διατεταγμένα σε μορφή μήτρας έτσι ώστε η οθόνη LCD να μπορεί να εμφανίζει πληροφορίες. Αυτά χρησιμοποιούνται σε εμπορικές εφαρμογές απεικόνισης όπως ανιχνευτές ψηφιακής ακτινογραφίας, head-up displays και πολλά άλλα.

Δομή τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης

Το TFT είναι ένας ειδικός τύπος τρανζίστορ εφέ πεδίου που κατασκευάζεται με απλή εναπόθεση λεπτών μεμβρανών ενεργού στρώματος ημιαγωγού, διηλεκτρικού στρώματος και στρώματος ηλεκτροδίου πύλης σε ένα εύκαμπτο υλικό γνωστό ως υπόστρωμα. Η δομή του τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης φαίνεται παρακάτω.

Το TFT περιλαμβάνει διαφορετικά στρώματα που κατασκευάζονται με χρήση διαφορετικών υλικών. Έτσι, τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε κάθε στρώμα συζητούνται παρακάτω.

Το πρώτο στρώμα TFT είναι ένα εύκαμπτο υπόστρωμα που κατασκευάζεται από γυαλί πάχους μικρών μικρών, μέταλλα και πολυμερή όπως το πολυαιθυλενοτεραφαλικό άλας. Αυτό το στρώμα λειτουργεί ως βάση όπου κατασκευάζεται η ηλεκτρονική συσκευή.

Το δεύτερο στρώμα είναι το ηλεκτρόδιο πύλης που αποτελείται από αλουμίνιο, χρυσό ή χρώμιο με βάση την εφαρμογή. Αυτό το ηλεκτρόδιο πύλης παρέχει ένα σήμα στον ημιαγωγό λεπτής μεμβράνης που ενεργοποιεί την επαφή μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης.

Το τρίτο στρώμα είναι ένας μονωτήρας που χρησιμοποιείται για την αποφυγή του ηλεκτρικού βραχυκυκλώματος μεταξύ των δύο στρωμάτων όπως το στρώμα ημιαγωγών και το ηλεκτρόδιο πύλης.

Το τέταρτο στρώμα είναι το στρώμα ηλεκτροδίου το οποίο είναι κατασκευασμένο με διαφορετικούς αγωγούς όπως ασήμι, χρώμιο αλουμίνιο ή χρυσό και απλώς εναποτίθεται σε ημιαγώγιμες επιφάνειες. Ακόμη και για αγώγιμη επίστρωση ηλεκτροδίων πηγής & αποστράγγισης, χρησιμοποιείται οξείδιο του κασσιτέρου ινδίου (ITO). Ολόκληρη η συσκευή είναι εγκλωβισμένη σε ένα κεραμικό ή πολυμερές υλικό.

Διαδικασία κατασκευής τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης

Τα διαφορετικά στρώματα κατασκευής TFT συζητούνται παρακάτω.

• Αρχικά, το υλικό του υποστρώματος καθαρίζεται χημικά με το απαιτούμενο οξύ ή βάση για να εξαλειφθούν όλα τα περιεχόμενα που συγκρατούνται στην επιφάνειά του.
• Μετά από αυτό, τα μεταλλικά ηλεκτρόδια πύλης απλώς εναποτίθενται στο υπόστρωμα με μια διαδικασία θερμικής εξάτμισης. Τα κεραμικά/πολυμερή ηλεκτρόδια εναποτίθενται με διαδικασία εκτύπωσης inkjet/επικάλυψης εμβάπτισης.
• Οι μονωτικές επιστρώσεις απλώς εναποτίθενται σε μια πύλη με διαδικασίες Chemical Vapor Deposition (CVD) ή Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD).
• Τα στρώματα ημιαγωγών απλώς εναποτίθενται με επίστρωση εμβάπτισης εάν πρόκειται για επίστρωση ψεκασμού ή πολυμερούς. Τόσο η πηγή όσο και η αποστράγγιση είναι παρόμοια με τη διαδικασία ηλεκτροδίου πύλης - επικάλυψη με ψεκασμό/εμβύθιση ή θερμική εξάτμιση όπως απαιτείται από τα κατάλληλα στρώματα μάσκας.

Πώς να συνδέσετε ένα τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης;

Το διάγραμμα σύνδεσης του τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης φαίνεται παρακάτω. Αυτό το παράδειγμα χρησιμοποιεί ημιαγωγικό υλικό τύπου p. Εάν χρησιμοποιεί υλικό τύπου n, τότε οι πολικότητες θα είναι αντίθετες. Το τρανζίστορ λειτουργεί, όταν το τρανζίστορ πολώνεται εφαρμόζοντας αρνητική τάση μεταξύ των επαφών αποστράγγισης και πηγής (VDS).

Όταν το τρανζίστορ είναι απενεργοποιημένο, δεν θα συσσωρευτεί φορτίο μεταξύ των επαφών πηγής και αποστράγγισης. Έτσι, δεν μπορεί να ρέει ρεύμα μεταξύ των επαφών πηγής και αποστράγγισης. Για να ενεργοποιήσετε το τρανζίστορ, εφαρμόζεται μια αρνητική τάση πόλωσης στον ακροδέκτη της πύλης (VGS). Έτσι, φορείς φόρτισης όπως τρύπες εντός ημιαγωγών θα συσσωρευτούν στη μόνωση της πύλης για να δημιουργήσουν ένα κανάλι που επιτρέπει στο ρεύμα (ID) να ρέει από την αποχέτευση στην πηγή.

Διαφορά b/w Thin Film Transistor Vs Mosfet

Η διαφορά μεταξύ τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης και mosfet περιλαμβάνει τα ακόλουθα.

Πώς διαφέρει ένα τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης από ένα κανονικό τρανζίστορ;

Το τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης είναι διαφορετικό σε σύγκριση με το κανονικό τρανζίστορ επειδή: Τα περισσότερα κανονικά τρανζίστορ κατασκευάζονται με πολύ καθαρό Si (πυρίτιο) & Ge (γερμάνιο) και μερικές φορές χρησιμοποιούνται κάποια άλλα υλικά ημιαγωγών. Τα τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης (TFT) κατασκευάζονται με διαφορετικά είδη ημιαγωγών υλικών όπως πυρίτιο, οξείδιο ψευδαργύρου ή σεληνιούχο κάδμιο. Το TFT περιλαμβάνει τρεις ακροδέκτες όπως πηγή, πύλη και αποστράγγιση, ενώ ένα κανονικό τρανζίστορ περιλαμβάνει βάση, πομπό και συλλέκτη.

Αυτά τα τρανζίστορ λειτουργούν ως διακόπτες επιτρέποντας στα pixel να προσαρμόσουν την κατάσταση γρήγορα για να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν πολύ γρήγορα. Το κανονικό τρανζίστορ λειτουργεί ως διακόπτης ή ενισχυτής.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

ο πλεονεκτήματα των τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια.
• Έχουν ταχύτερο χρόνο αντίδρασης.
• Τα TFT διαδραματίζουν βασικό ρόλο στη βιομηχανία ψηφιακών οθονών.
• Λεπτό φιλμ τρανζίστορ αποτελούν βασικά στοιχεία των εύκαμπτων ηλεκτρονικών που εφαρμόζονται σε οικονομικά υποστρώματα
• Έχουν γρήγορα, υψηλότερα και ακριβή ποσοστά απόκρισης.
• Οι οθόνες που βασίζονται σε TFT έχουν ευκρινή ορατότητα.
• Η φυσική σχεδίαση των οθονών που βασίζονται σε TFT είναι εξαιρετική.
• Μειώνει την καταπόνηση των ματιών.

ο μειονεκτήματα των τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Εξαρτώνται από τον οπίσθιο φωτισμό για να δώσουν φωτεινότητα αντί να παράγουν το δικό τους φως, επομένως χρειάζονται ενσωματωμένα LED στη διάταξη οπίσθιου φωτισμού τους.
• Περιορισμένη χρησιμότητα λόγω γυάλινων επενδύσεων.
• Οι μονάδες των TFT μπορούν να διαβαστούν μόνο όταν τα LED είναι αναμμένα.
• Τα TFT μπορούν να αδειάσουν μια μπαταρία πολύ γρήγορα.
• Οι οθόνες TFT LCD είναι ακριβές σε σύγκριση με τις τυπικές μονόχρωμες οθόνες.

Εφαρμογές

ο εφαρμογές τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Το τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης χρησιμοποιείται ευρέως σε smartphone, υπολογιστές, επίπεδες οθόνες, προσωπικούς ψηφιακούς βοηθούς και συστήματα βιντεοπαιχνιδιών.
• Η πιο γνωστή εφαρμογή τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης είναι σε TFT LCD,
• Αυτά τα τρανζίστορ παίζουν σημαντικό ρόλο στη χημεία των σημερινών υλικών και στις ψηφιακές οθόνες.
• Τα TFT χρησιμοποιούνται σε μια σειρά εφαρμογών στο εξωτερικό, όπως οργανικά LED, επίπεδες οθόνες και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές.
• Τα TFT χρησιμοποιούνται ευρέως ως αισθητήρες εντός ανιχνευτών ακτίνων Χ.
• Οι συσκευές TFT βρίσκονται σε διάφορες εφαρμογές ανίχνευσης.
• Οι οθόνες TFT LCD χρησιμοποιούνται σε συστήματα βιντεοπαιχνιδιών, προβολείς, συστήματα πλοήγησης, φορητές συσκευές, τηλεοράσεις, προσωπικούς ψηφιακούς βοηθούς και πίνακες εργαλείων σε αυτοκίνητα.

Έτσι, αυτό είναι μια επισκόπηση ενός τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης ή TFT που παίζει σημαντικό ρόλο στις σημερινές ψηφιακές οθόνες. Αυτά είναι προηγμένα σε συμβατικά MOSFET, ώστε να προσφέρουν γρήγορους χρόνους απόκρισης και επίσης ικανό να διατηρεί ηλεκτρικό φορτίο. Αυτά έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε οθόνες LCD και επί του παρόντος οι ερευνητές επικεντρώνονται στην ανάπτυξη νέων τύπων συσκευών τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι το FET;