文章來源：學習那些事

原文作者：小陳婆婆

導語薄膜晶體管（TFT）作為平板顯示技術的核心驅動元件，通過材料創新與工藝優化，實現了從傳統非晶硅向氧化物半導體、柔性電子的技術跨越。

本文聚焦分享薄膜晶體管制造技術與前沿發展，分述如下：

• 薄膜晶體管技術架構與主流工藝路線
• 先進制造技術的突破性進展
• 產業應用與前沿趨勢

薄膜晶體管技術架構與核心原理

一、薄膜晶體管基礎架構與特性

薄膜晶體管（TFT）作為現代顯示技術的基石，其技術架構可拆解為三個核心維度：材料體系、器件結構與制造工藝。

在材料創新層面，IGZO（銦鎵鋅氧化物）的突破尤為關鍵，其通過調控In、Ga、Zn的原子配比，在非晶態下實現10-30 cm2/V·s的電子遷移率，較傳統非晶硅提升20-50倍，同時保持90%以上的可見光透過率。這種材料特性使其在2025年已成為8K超高清顯示、Micro-LED背板驅動等高端領域的首選方案。

器件結構設計呈現多元化演進趨勢。頂柵共平面式結構通過源漏電極與柵極的共面布局，將寄生電容降低，使開關比突破10?，滿足OLED像素驅動的嚴苛要求。而倒柵錯位式結構憑借4道光刻工序的極簡工藝，在大尺寸液晶面板制造中占據成本優勢。最新研發的垂直溝道TFT（VCT）更通過三維結構將有效溝道長度縮短至50nm以下，驅動電流密度大幅提升。

圖1 TFT器件基本結構和平板顯示中的應用

制造工藝方面，低溫多晶硅（LTPS）技術通過準分子激光退火（ELA）實現硅晶粒的受控生長，晶粒尺寸分布系數（GSD）已優化至1.2以下，確保了驅動電路的均一性。在柔性顯示領域，聚酰亞胺（PI）襯底上的IGZO-TFT陣列已實現1.5mm彎曲半徑下的性能穩定，彎折壽命突破20萬次。

二、主流工藝路線對比

根據柵極位置與材料體系，形成三種典型工藝方案：

倒柵錯位式a-Si:H TFT

工藝流程：柵金屬（Cr）→ 柵絕緣層（SiNx）→ 非晶硅層 → n+摻雜層 → 源漏金屬（Al）。

圖2 主流工藝路線示意圖

特點：工藝溫度<350℃，良率>99%，適用于Gen10.5超大尺寸LCD（成本<$100/m2）。

頂柵共面式p-Si TFT

工藝流程：p-Si外延（ELA準分子激光晶化）→ 柵絕緣層→ 柵金屬（Mo）→ 源漏自對準注入（B ^+^ ）。

性能：遷移率80cm2/V·s，閾值電壓漂移<0.5V/10年，驅動4K AMOLED（刷新率120Hz）。

氧化物半導體TFT（IGZO）

材料優勢：電子遷移率10-30cm2/V·s，關態電流<1fA/μm，可見光透過率>90%。

工藝創新：原子層沉積（ALD）生長IGZO薄膜（厚度20nm），氧分壓控制實現載流子濃度調控。

先進制造技術的突破性進展

一、IGZO技術深化應用

2025年IGZO技術已進化至3.0代，通過雙層絕緣柵結構將亞閾值擺幅（SS）壓縮至0.15V/decade，靜態功耗降低。在京東方成都B17產線，IGZO-TFT背板已實現3000×2000分辨率的8K面板量產，開口率達68%。

二、有機半導體材料突破

現有的FlexiOM材料體系采用并五苯衍生物與氰基聚合物復合，載流子遷移率突破1.2 cm2/V·s，在100℃以下制程中實現。該材料已應用于Ledger Stax的180度曲面電子紙顯示屏，對比度達40:1，響應時間縮短至15ms。國內福州大學研發的紅熒烯基OTFT在-40℃至100℃溫度范圍內保持性能穩定，遷移率衰減率控制在15%以內。

三、三維集成技術

三星顯示開發的堆疊式TFT（Stacked TFT）架構，通過垂直互連通道（VIA）實現驅動層與像素層的解耦，將充電率提升至95%。該技術在120Hz刷新率的240Hz VR顯示中，有效抑制動態模糊。