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Este artículo trata sobre la tecnología TFT. Para la pantalla de cristal líquido de transistor de película delgada, consulte TFT LCD .

Varios tipos de construcciones TFT.

Un transistor de película delgada ( TFT ) es un tipo especial de transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET) [1] que se fabrica depositando películas delgadas de una capa semiconductora activa , así como la capa dieléctrica y los contactos metálicos sobre un soporte. sustrato (pero no conductor) . Un sustrato común es el vidrio , porque la aplicación principal de los TFT es en pantallas de cristal líquido (LCD). Esto difiere del transistor MOSFET a granel convencional , [1]donde el material semiconductor es típicamente el sustrato, como una oblea de silicio .

Fabricación [ editar ]

Los TFT se pueden fabricar utilizando una amplia variedad de materiales semiconductores. Un material común es el silicio . Las características de un TFT basado en silicio dependen del estado cristalino del silicio ; es decir, la capa semiconductora puede ser silicio amorfo , [2] silicio microcristalino , [2] o puede recocerse en polisilicio .

Otros materiales que se han utilizado como semiconductores en TFT incluyen semiconductores compuestos como el seleniuro de cadmio , [3] [4] u óxidos metálicos como el óxido de zinc [5] o el óxido de hafnio . Una aplicación para el óxido de hafnio es como dieléctrico de alto κ . [6] Los TFT también se han fabricado utilizando materiales orgánicos, denominados transistores de efecto de campo orgánico u OTFT.

Mediante el uso de semiconductores transparentes y electrodos transparentes , como el óxido de indio y estaño (ITO), algunos dispositivos TFT pueden volverse completamente transparentes. Estos TFT transparentes (TTFT) se pueden utilizar para la construcción de paneles de visualización de video.Debido a que los sustratos convencionales no pueden soportar altas temperaturas de recocido, el proceso de deposición debe completarse a temperaturas relativamente bajas. Se aplica la deposición de vapor químico y la deposición física de vapor (generalmente pulverización catódica ). Los primeros TTFT procesados ​​en solución, basados ​​en óxido de zinc , fueron informados en 2003 por investigadores de la Universidad Estatal de Oregon . [5] El laboratorio portugués CENIMAT de la Universidade Nova de Lisboa ha producido el primer TFT completamente transparente del mundo a temperatura ambiente. [7] CENIMAT también desarrolló el primer transistor de papel, [8] lo que puede conducir a aplicaciones como revistas y páginas de diarios con imágenes en movimiento.

Durante la producción, los TFT se reparan utilizando láseres, dispensadores de tinta y deposición de vapor químico (CVD). [9]

Aplicaciones [ editar ]

La aplicación más conocida de los transistores de película fina se encuentra en las pantallas LCD TFT , una implementación de la tecnología de pantalla de cristal líquido . Los transistores están integrados en el propio panel, lo que reduce la diafonía entre píxeles y mejora la estabilidad de la imagen.

A partir de 2008 , muchos televisores y monitores LCD en color utilizan esta tecnología. Los paneles TFT se utilizan con frecuencia en aplicaciones de radiografía digital en radiografía general. Un TFT se utiliza tanto en captura directa como indirecta [ jerga ] como base para el receptor de imagen en radiografía médica .

A partir de 2013 , todos los dispositivos de visualización visual electrónicos de alta resolución y alta calidad modernos utilizan pantallas de matriz activa basadas en TFT . [10]

Las pantallas AMOLED también contienen una capa TFT para el direccionamiento de píxeles de matriz activa de diodos emisores de luz orgánicos individuales .

El aspecto más beneficioso de la tecnología TFT es el uso de un transistor separado para cada píxel de la pantalla. Debido a que cada transistor es pequeño, la cantidad de carga necesaria para controlarlo también es pequeña. Esto permite volver a dibujar muy rápidamente la pantalla.

Estructura de una matriz de pantalla TFT [ editar ]

Esta imagen no incluye la fuente de luz real (generalmente lámparas fluorescentes de cátodo frío o LED blancos ), solo la matriz de pantalla TFT.

Historia [ editar ]

En febrero de 1957, John Wallmark de RCA presentó una patente para un MOSFET de película delgada en el que se usaba monóxido de germanio como dieléctrico de puerta. Paul K. Weimer , también de RCA implementó las ideas de Wallmark y desarrolló el transistor de película delgada (TFT) en 1962, un tipo de MOSFET distinto del MOSFET estándar a granel. Se hizo con películas delgadas de seleniuro de cadmio y seleniuro de cadmio . En 1966, TP Brody y HE Kunig en Westinghouse Electric fabricaron TFT MOS de arseniuro de indio (InAs) tanto en modo de reducción como de mejora . [11] [12] [13][14] [1] [15] [16]

La idea de una pantalla de cristal líquido (LCD) basada en TFT fue concebida por Bernard J. Lechner de RCA Laboratories en 1968. [17] Lechner, FJ Marlowe, EO Nester y J. Tults demostraron el concepto en 1968 con una matriz de 18x2. LCD de dispersión dinámica que utilizaba MOSFET discretos estándar, ya que el rendimiento de TFT no era adecuado en ese momento. [18] En 1973, T. Peter Brody , JA Asars y GD Dixon en Westinghouse Research Laboratories desarrollaron un CdSe ( seleniuro de cadmio ) TFT, que utilizaron para demostrar la primera pantalla de cristal líquido de transistor de película fina CdSe(LCD TFT). [14] [19] El grupo Westinghouse también informó sobre la electroluminiscencia (EL) operativa de TFT en 1973, utilizando CdSe. [20] Brody y Fang-Chen Luo demostraron la primera pantalla plana de cristal líquido de matriz activa (LCD AM) usando CdSe en 1974, y luego Brody acuñó el término "matriz activa" en 1975. [17] Sin embargo, la producción en masa de este dispositivo nunca se realizó debido a las complicaciones en el control de las propiedades del material de película delgada de semiconductores compuestos y la confiabilidad del dispositivo en áreas extensas. [14]

Un gran avance en la investigación de TFT se produjo con el desarrollo del silicio amorfo (a-Si) TFT por PG le Comber, WE Spear y A. Ghaith en la Universidad de Dundee en 1979. Informaron sobre el primer TFT funcional hecho de a-Si hidrogenado con una capa dieléctrica de puerta de nitruro de silicio . [14] [21] Pronto se reconoció que el a-Si TFT era más adecuado para una pantalla LCD AM de área grande. [14] Esto condujo a la investigación y el desarrollo (I + D) comercial de paneles LCD AM basados ​​en TFT a-Si en Japón. [22]

En 1982, se desarrollaron en Japón televisores LCD de bolsillo basados ​​en tecnología AM LCD. [23] En 1982, S. Kawai de Fujitsu fabricó una pantalla de matriz de puntos a -Si , y Y. Okubo de Canon fabricó paneles LCD nemáticos retorcidos (TN) a -Si y de host-huésped . En 1983, K. Suzuki de Toshiba produjo matrices TFT a-Si compatibles con circuitos integrados (IC) CMOS , M. Sugata de Canon fabricó un panel LCD en color a -Si y un conjunto Sanyo y Sanritsu El equipo que incluía a Mitsuhiro Yamasaki, S. Suhibuchi e Y. Sasaki fabricó un televisor LCD en color a-SI de 3 pulgadas . [22]

El primer producto LCD AM comercial basado en TFT fue el Epson ET-10 de 2,1 pulgadas [20] (Epson Elf), el primer televisor de bolsillo LCD en color, lanzado en 1984. [24] En 1986, un equipo de investigación de Hitachi dirigido por Akio Mimura demostró un silicio policristalino de baja temperatura de proceso (LTPS) para la fabricación de canal n TFTs en una de silicio sobre aislante (SOI), a una temperatura relativamente baja de 200 ° C . [25] Un equipo de investigación de Hosiden dirigido por T. Sunata en 1986 utilizó a-Si TFT para desarrollar un panel LCD AM en color de 7 pulgadas, [26] y un panel LCD AM de 9 pulgadas. [27]A finales de la década de 1980, Hosiden suministró paneles LCD TFT monocromáticos a Apple Computers . [14] En 1988, un equipo de investigación de Sharp dirigido por el ingeniero T. Nagayasu utilizó TFT a-Si hidrogenado para demostrar una pantalla LCD a todo color de 14 pulgadas, [17] [28] que convenció a la industria electrónica de que la pantalla LCD eventualmente reemplazaría tubo de rayos catódicos (CRT) como tecnología de visualización de televisión estándar . [17] El mismo año, Sharp lanzó paneles LCD TFT para computadoras portátiles . [20] En 1992, Toshiba e IBM Japón introdujeron un SVGA en color de 12,1 pulgadaspanel para la primera computadora portátil en color comercial de IBM . [20]

Los TFT también se pueden fabricar con óxido de zinc, indio, galio ( IGZO ). Los TFT-LCD con transistores IGZO aparecieron por primera vez en 2012 y fueron fabricados por primera vez por Sharp Corporation. IGZO permite frecuencias de actualización más altas y un menor consumo de energía. [29] [30]

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b c Kimizuka, Noboru; Yamazaki, Shunpei (2016). Física y Tecnología del Semiconductor de Óxido Cristalino CAAC-IGZO: Fundamentos . John Wiley e hijos. pag. 217. ISBN 9781119247401.
  2. ↑ a b Kanicki, Jerzy (1992). Dispositivos semiconductores amorfos y microcistalinos Volumen II: Física de materiales y dispositivos . Artech House, Inc. ISBN 0-89006-379-6.
  3. ^ Brody, T. Peter (noviembre de 1984). "El transistor de película fina - una floración tardía". Transacciones IEEE en dispositivos electrónicos . 31 (11): 1614-1628. doi : 10.1109 / T-ED.1984.21762 .
  4. ^ Brody, T. Peter (1996). "El nacimiento y la primera infancia de matriz activa - una memoria personal". Revista de la SID . 4/3 : 113–127.
  5. ^ a b Apuesta, John. Los ingenieros de OSU crean el primer transistor transparente del mundo Archivado el 15 de septiembre de 2007 en Wayback Machine . Facultad de Ingeniería, Universidad Estatal de Oregon, Corvallis, OR: OSU News & Communication, 2003. 29 de julio de 2007.
  6. ^ Chun, Yoon Soo; Chang, Seongpil; Lee, Sang Yeol (2011). "Efectos de los aisladores de puerta en el rendimiento de a-IGZO TFT fabricado a temperatura ambiente". Ingeniería Microelectrónica . 88 (7): 1590-1593. doi : 10.1016 / j.mee.2011.01.076 . ISSN 0167-9317 . 
  7. ^ Fortunato, EMC; Barquinha, PMC; Pimentel, ACMBG; Gonçalves, AMF; Marques, AJS; Pereira, LMN; Martins, RFP (marzo de 2005). "Transistor de película fina de ZnO totalmente transparente producido a temperatura ambiente". Materiales avanzados . 17 (5): 590–594. doi : 10.1002 / adma.200400368 .
  8. ^ Fortunato, E .; Correia, N .; Barquinha, P .; Pereira, L .; Goncalves, G .; Martins, R. (septiembre de 2008). "Transistores de efecto de campo híbridos flexibles de alto rendimiento basados ​​en papel de fibra de celulosa" (PDF) . Cartas de dispositivos electrónicos IEEE . 29 (9): 988–990. doi : 10.1109 / LED.2008.2001549 .
  9. ^ "V-TECHNOLOGY CO., LTD. - Inspección FPD | Productos y servicios | V-TECHNOLOGY CO., LTD" . www.vtec.co.jp .
  10. ^ Brotherton, SD (2013). Introducción a los transistores de película fina: física y tecnología de los TFT . Springer Science & Business Media . pag. 74. ISBN 9783319000022.
  11. ^ Woodall, Jerry M. (2010). Fundamentos de los MOSFET semiconductores III-V . Springer Science & Business Media . págs. 2-3. ISBN 9781441915474.
  12. ^ Brody, TP; Kunig, HE (octubre de 1966). "UN TRANSISTOR DE PELÍCULA DELGADA INAs DE ALTA GANANCIA". Letras de Física Aplicada . 9 (7): 259–260. doi : 10.1063 / 1.1754740 . ISSN 0003-6951 . 
  13. ^ Weimer, Paul K. (junio de 1962). "El TFT un nuevo transistor de película fina". Actas de la IRE . 50 (6): 1462-1469. doi : 10.1109 / JRPROC.1962.288190 . ISSN 0096-8390 . 
  14. ↑ a b c d e f Kuo, Yue (1 de enero de 2013). "Tecnología de transistores de película fina: pasado, presente y futuro" (PDF) . La interfaz de la sociedad electroquímica . 22 (1): 55–61. doi : 10.1149 / 2.F06131if . ISSN 1064-8208 .  
  15. ^ Lojek, Bo (2007). Historia de la Ingeniería de Semiconductores . Springer Science & Business Media. págs. 322–324. ISBN 978-3540342588.
  16. ^ Richard Ahrons (2012). "Investigación industrial en microcircuitos en RCA: los primeros años, 1953-1963". 12 (1). IEEE Annals of the History of Computing: 60–73. Cite journal requiere |journal=( ayuda )
  17. ↑ a b c d Kawamoto, H. (2012). "Los inventores de TFT Active-Matrix LCD reciben la medalla IEEE Nishizawa 2011". Revista de tecnología de visualización . 8 (1): 3–4. doi : 10.1109 / JDT.2011.2177740 . ISSN 1551-319X . 
  18. ^ Castellano, Joseph A. (2005). Oro líquido: la historia de las pantallas de cristal líquido y la creación de una industria . World Scientific . págs. 41–2. ISBN 9789812389565.
  19. ^ Brody, T. Peter ; Asars, JA; Dixon, GD (noviembre de 1973). "Un panel de pantalla de cristal líquido de 20 líneas por pulgada de 6 × 6 pulgadas". Transacciones IEEE en dispositivos electrónicos . 20 (11): 995–1001. doi : 10.1109 / T-ED.1973.17780 . ISSN 0018-9383 . 
  20. ^ a b c d Souk, junio; Morozumi, Shinji; Luo, Fang-Chen; Bita, Ion (2018). Fabricación de pantallas planas . John Wiley e hijos . págs. 2-3. ISBN 9781119161356.
  21. ^ Comber, PG le; Lanza, NOSOTROS; Ghaith, A. (1979). "Dispositivo de efecto de campo de silicio amorfo y posible aplicación". Cartas de electrónica . 15 (6): 179–181. doi : 10.1049 / el: 19790126 . ISSN 0013-5194 . 
  22. ↑ a b Castellano, Joseph A. (2005). Oro líquido: la historia de las pantallas de cristal líquido y la creación de una industria . World Scientific . págs. 180, 181, 188. ISBN 9789812565846.
  23. ^ Morozumi, Shinji; Oguchi, Kouichi (12 de octubre de 1982). "Estado actual del desarrollo de televisores LCD en Japón". Cristales moleculares y cristales líquidos . 94 (1–2): 43–59. doi : 10.1080 / 00268948308084246 . ISSN 0026-8941 . 
  24. ^ "ET-10" . Epson . Consultado el 29 de julio de 2019 .
  25. ^ Mimura, Akio; Oohayashi, M .; Ohue, M .; Ohwada, J .; Hosokawa, Y. (1986). "SOI TFT's con ITO directamente contactado". Cartas de dispositivos electrónicos IEEE . 7 (2): 134-136. doi : 10.1109 / EDL.1986.26319 . ISSN 0741-3106 . 
  26. ^ Sunata, T .; Yukawa, T .; Miyake, K .; Matsushita, Y .; Murakami, Y .; Ugai, Y .; Tamamura, J .; Aoki, S. (1986). "Una pantalla LCD en color de matriz activa de alta resolución y gran área dirigida por a-Si TFT". Transacciones IEEE en dispositivos electrónicos . 33 (8): 1212-1217. doi : 10.1109 / T-ED.1986.22644 . ISSN 0018-9383 . 
  27. ^ Sunata, T .; Miyake, K .; Yasui, M .; Murakami, Y .; Ugai, Y .; Tamamura, J .; Aoki, S. (1986). "Una pantalla LCD de matriz activa de 640 × 400 píxeles que utiliza a-Si TFT". Transacciones IEEE en dispositivos electrónicos . 33 (8): 1218-1221. doi : 10.1109 / T-ED.1986.22645 . ISSN 0018-9383 . 
  28. ^ Nagayasu, T .; Oketani, T .; Hirobe, T .; Kato, H .; Mizushima, S .; Tome, H .; Yano, K .; Hijikigawa, M .; Washizuka, I. (octubre de 1988). "Una pantalla LCD TFT a-Si a todo color de 14 pulgadas en diagonal". Registro de la conferencia de la Conferencia Internacional de Investigación sobre Exhibiciones de 1988 : 56–58. doi : 10.1109 / DISPL.1988.11274 .
  29. ^ Orland, Kyle (8 de agosto de 2019). "Lo que significará la tecnología de pantalla IGZO de Sharp para Nintendo Switch" . Ars Technica .
  30. ^ "Tecnología de visualización IGZO - Sharp" . www.sharpsma.com .