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O segredo do recozimento a laser: como ele permite que o polissilício melhore o desempenho de dispositivos eletrônicos?
Na atual indústria eletrônica em rápido desenvolvimento, o polissilício de baixa temperatura (LTPS) está sendo cada vez mais usado, especialmente no campo da tecnologia de displays. Como o uso de grandes painéis de vidro representa desafios para a síntese em alta temperatura, como melhorar a eficiência da produção sem comprometer o desempenho se tornou a chave para o progresso tecnológico. Este artigo explora a tecnologia de recozimento a laser e como ela permite que o polissilício melhore significativamente o desempenho de dispositivos eletrônicos, especialmente no campo de transistores de película fina (TFTs).
O desenvolvimento do polissilício
O silício policristalino é um material condutor puro composto de muitos grãos. Comparado com o método tradicional de síntese de alta temperatura (geralmente acima de 900°C), a tecnologia de síntese de baixa temperatura (cerca de 650°C) mostrou seu potencial no indústria de semicondutores. Enorme potencial. Em 1984, pesquisadores descobriram que o silício amorfo é um excelente precursor que pode produzir filmes de silício policristalino que são mais estáveis do que cristais depositados diretamente. No processo de deposição química de vapor na fase inicial (LPCVD), o silício amorfo é depositado a uma temperatura de 560-640 °C e então recozido termicamente a 950-1000 °C para recristalizar.
Em 1988, pesquisadores descobriram que reduzir ainda mais a temperatura de recozimento e combiná-la com a deposição química de vapor aprimorada por plasma (PECVD) avançada poderia atingir maior condutividade. Essas tecnologias tiveram um grande impacto nos campos da microeletrônica, fotovoltaica e aprimoramento de exibição. impacto."O uso de filme de silício amorfo reduz muito a rugosidade da superfície da estrutura e promove a estabilidade do silício policristalino."
Aplicação em LCD
Transistores de película fina de silício amorfo (TFTs a-Si) são amplamente utilizados em telas de cristal líquido (LCDs) porque podem ser combinados em circuitos complexos de acionamento de alta corrente. Eletrodos TFT de silício amorfo controlam o arranjo de cristais em um LCD. Neste contexto, o desenvolvimento de LTPS-TFTs oferece maior resolução do dispositivo e menor temperatura de síntese, reduzindo os custos do substrato.
"Embora as vantagens potenciais do LTPS-TFT sejam significativas, ele também tem algumas desvantagens, incluindo uma taxa de abertura incompatível com materiais a-Si tradicionais."
A área menor do LTPS-TFT leva a uma pequena taxa de abertura, o que limita a integração do LTPS com base em circuitos complexos. Além disso, a qualidade do LTPS diminui com o tempo, fazendo com que o dispositivo aqueça quando ligado, o que por sua vez leva à quebra das ligações silício-hidrogênio, resultando em corrente de fuga e falha.
Processo de recozimento a laser
O recozimento a laser (ELA) de fluoreto de xenônio (XeCl) é um método essencial para gerar silício policristalino por meio da fusão de materiais de silício amorfo por meio de irradiação a laser. Comparado aos TFTs a-Si gerais, o polissilício tem maior mobilidade de elétrons e melhor resolução e taxa de abertura, o que pode suportar obras-primas de circuitos altamente integrados. O XeCl-ELA pode cristalizar com sucesso silício amorfo (espessura varia de 500-10000Å) em silício policristalino sem aquecer o substrato.
"Os grãos de polissilício são maiores, e essa estrutura promove melhor mobilidade TFT e reduz a dispersão nos limites dos grãos."
O sucesso dessa tecnologia permitiu que os displays LCD integrassem circuitos mais complexos, melhorando o desempenho geral.
Desenvolvimento de dispositivos LTPS-TFT
Além da melhoria do próprio TFT, a aplicação do LTPS em exibição gráfica também requer um projeto de circuito inovador. Por exemplo, uma tecnologia recente envolve um circuito de pixel no qual a corrente de saída de um transistor é independente de sua tensão limite, o que permite brilho uniforme. O LTPS-TFT é comumente usado para controlar telas de diodo orgânico emissor de luz (OLED) devido à sua alta resolução e adaptabilidade a painéis grandes. Mesmo assim, variações na estrutura do LTPS podem levar a tensões de limiar não uniformes do sinal, o que por sua vez afeta a uniformidade do brilho.
"O novo design do circuito de pixel resolve esse problema. Ele inclui quatro TFTs do tipo n, um TFT do tipo p, um capacitor e um elemento de controle."
Essas tecnologias inovadoras não apenas melhoram o desempenho do TFT, mas também tornam possível a tecnologia de exibição com resolução de mais de 500 ppi.
O surgimento da tecnologia LTPO
O óxido de silício policristalino de baixa temperatura (LTPO) é uma tecnologia avançada de painel traseiro de tela OLED desenvolvida pela Apple. Ele combina as propriedades do LTPS TFT e do óxido TFT (como óxido de índio, gálio e zinco, IGZO). O circuito de comutação do LTPO usa LTPS, enquanto o TFT de acionamento usa material IGZO, o que permite que a tela ajuste dinamicamente a taxa de atualização de acordo com o conteúdo exibido, melhorando assim a utilização de energia.
"Os displays LTPO são conhecidos por sua maior duração de bateria e têm sido amplamente utilizados em muitos smartphones e outros dispositivos móveis."
Embora a tecnologia principal do LTPO tenha sido desenvolvida pela Apple, a Samsung também tem seu próprio conjunto de tecnologia de painel LTPO AMOLED, usando materiais como LTPS TFT e óxido misto e silício policristalino (HOP).
Por fim, o avanço da tecnologia de LTPS e de recozimento a laser sem dúvida impulsionará o desenvolvimento futuro da tecnologia de display. Você está pronto para enfrentar os desafios trazidos por essas mudanças?
