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Die überraschende Transformation von Niedertemperatur-Polysilizium: Wie können wir die Zukunft der Displaytechnologie neu schreiben?
Im Zuge der Weiterentwicklung der Display-Technologie hat das polykristalline Niedertemperatursilizium (LTPS) in den letzten Jahren eine entscheidende Rolle gespielt. Die Technologie kann polykristallines Silizium bei relativ niedrigen Temperaturen (etwa 650 °C und darunter) erzeugen, was heute besonders für Displays wichtig ist, da große Glasscheiben den Auswirkungen hoher Temperaturen nicht standhalten können. Daher ist die LTPS-Technologie nach und nach zum Schlüssel für die Herstellung flacher LCD-Displays und Bildsensoren geworden.
Die Niedertemperatur-Displaytechnologie aus polykristallinem Silizium könnte ein wichtiger Bestandteil der zukünftigen Herstellung elektronischer Geräte sein.
Entwicklung von polykristallinem Silizium
Polykristallines Silizium (p-Si) ist hochreines und leitfähiges Silizium, das aus vielen Kristallkörnern mit einer hochgeordneten Gitterstruktur besteht. Im Jahr 1984 zeigten Untersuchungen, dass amorphes Silizium (a-Si) ein hervorragender Vorläufer für die Bildung von p-Si-Filmen ist, mit denen stabile Strukturen und eine geringe Oberflächenrauheit erzielt werden können. Der Herstellungsprozess dieser Siliziumfolie nutzt typischerweise die chemische Gasphasenabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD), um die Oberflächenrauheit zu reduzieren. Amorphes Silizium wird zunächst zwischen 560 und 640 °C abgeschieden und anschließend bei 950 bis 1000 °C thermisch getempert (rekristallisiert). Wenn Sie mit einem amorphen Film beginnen, erhalten Sie am Ende ein Produkt mit einer überlegenen Struktur.
Anwendungen in LCD-Monitoren
TFTs aus amorphem Silizium werden häufig in LCD-Panels (Flüssigkristallanzeigen) verwendet, da sie in komplexe Hochstrom-Ansteuerschaltungen eingebaut werden können. Die Entwicklung von LTPS-TFT hat zu einer höheren Geräteauflösung, niedrigeren Synthesetemperaturen und geringeren Substratkosten geführt. Allerdings weist LTPS-TFT auch einige Nachteile auf. Beispielsweise ist die TFT-Fläche bei herkömmlichen a-Si-Geräten größer, was zu einem kleineren effektiven Lichtdurchlässigkeitsverhältnis führt (d. h. der Bereich, der nicht vom TFT blockiert wird), was seine Verwendung einschränkt in komplexen Schaltkreisen.
Das Potenzial von LTPS liegt in seiner hohen Leistung und seiner Bedeutung in der Display-Technologie.
Laser-Glühbehandlung
XeCl-Laser-Annealing (ELA) ist die erste Schlüsselmethode zum Schmelzen amorpher Siliziummaterialien zur Herstellung von p-Si. Mit dieser Methode kann amorphes Silizium (Dickenbereich 500–10.000 Å) erfolgreich in polykristallines Silizium kristallisiert werden, ohne das Substrat zu erhitzen. Das gebildete polykristalline Silizium weist größere Körner auf, was dem TFT eine verbesserte Elektronenmobilität verleiht und Leistungsverluste durch Korngrenzenstreuung reduziert. Diese Technologie ermöglicht die erfolgreiche Integration komplexer Schaltkreise in LCD-Displays.
Entwicklung von LTPS-TFT-Geräten
Der Erfolg von LTPS-TFT beruht nicht nur auf der Verbesserung des TFT selbst, sondern hat auch nichts mit innovativen Schaltkreisen zu tun. Eine neuere Technologie hat eine Pixelschaltung entwickelt, die den durch den Transistor ausgegebenen Strom unabhängig von der Schwellenspannung macht und so eine gleichmäßige Helligkeit erzeugt. Bei der Ansteuerung von OLED-Displays wird LTPS-TFT aufgrund seiner hohen Auflösung und Anpassungsfähigkeit an große Panels häufig verwendet. Änderungen in der LTPS-Struktur können jedoch zu inkonsistenten Schwellenspannungen der Signale führen, was zu einer ungleichmäßigen Helligkeit führt. Daher ist die Verbesserung der Leistung der TFT- und Lithografietechnologie von entscheidender Bedeutung für die Förderung der LTPS-Aktivmatrix-OLED-Technologie.
Der Aufstieg der LTPO-Technologie
Low Temperature Polykristallines Oxid (LTPO) ist eine von Apple entwickelte OLED-Display-Technologie, die die Technologien von LTPS TFT und Oxid TFT (Indium Zinc Oxide, IGZO) kombiniert. Bei LTPO verwendet der Schaltkreis LTPS, während der Treiber-TFT IGZO-Material verwendet. Dadurch kann der Bildschirm seine Bildwiederholfrequenz dynamisch an den angezeigten Inhalt anpassen, was eine effiziente Energienutzung sowohl statischer Bilder als auch dynamischer Inhalte ermöglicht. LTPO-Displays werden wegen ihrer verbesserten Akkulaufzeit bevorzugt.
Fortschritte in der LTPO-Anzeigetechnologie können unsere Erwartungen und Bedürfnisse an Anzeigegeräte verändern.
Alles in allem ist die Bedeutung der polykristallinen Niedertemperatur-Siliziumtechnologie für die Zukunft der Displaytechnologie nicht zu unterschätzen. Welche Form können wir angesichts des Aufkommens innovativerer Technologien möglicherweise von der nächsten Generation von Displaylösungen erwarten?
