ترانزستور الأغشية الرقيقة: الهيكل ، والعمل ، وعملية التصنيع ، وكيفية الاتصال وتطبيقاته

أمضت RCA (شركة راديو أمريكا) سنوات عديدة في تجربة وتطوير الترانزستورات. على الرغم من أن أول براءة اختراع للأغشية الرقيقة تم تطويرها في عام 1957 من قبل عضو في RCA وهو John Wallmar 1957. بعد ذلك ، ظهرت سلسلة من التطورات في مجال الإلكترونيات الدقيقة وأشباه الموصلات ، ظهرت TFT أو ترانزستور الأغشية الرقيقة في عام 1962. تم استخدام TFT في شاشات الكريستال السائل لتحسين جودة الصورة مثل التباين وقابلية العنونة. TFT هو نسخة محسنة من موسفيت لأنها تستخدم أغشية رقيقة. تتناول هذه المقالة مقدمة إلى شرائح الترانزستور الرقيقة أو TFT - العمل مع التطبيقات.

ما هو فيلم الترانزستور الرقيق؟

تعريف الترانزستور الرقيق هو ؛ نوع من الترانزستور FET أو المجال الذي يتم استخدامه في كل بكسل فردي لشاشة LCD ( شاشات الكريستال السائل ) لعرض معلومات الشاشة بتباين عالي وسطوع عالي وسرعة عالية. يظهر رمز الترانزستور الرقيق أدناه.

مبدأ عمل الترانزستور ذو الأغشية الرقيقة

تعمل هذه الترانزستورات ذات الأغشية الرقيقة مثل مفتاح فردي يسمح للبكسل بضبط الموضع بسرعة كبيرة لجعلها تعمل وتغلق بشكل أسرع. هذه الترانزستورات هي العناصر النشطة داخل شاشات الكريستال السائل والتي يتم ترتيبها في شكل مصفوفة بحيث يمكن لشاشات الكريستال السائل عرض المعلومات. تُستخدم هذه في تطبيقات العرض التجارية مثل أجهزة الكشف عن الأشعة الرقمية وشاشات العرض العلوية وغيرها الكثير.

هيكل الترانزستور الرقيق

إن TFT هو نوع خاص من ترانزستور تأثير المجال الذي يتم تصنيعه ببساطة عن طريق ترسيب أغشية رقيقة بطبقة أشباه الموصلات النشطة وطبقة عازلة وطبقة إلكترود البوابة على مادة مرنة تعرف باسم الركيزة. هيكل الترانزستور الرقيق مبين أدناه.

يتضمن TFT طبقات مختلفة مصنوعة باستخدام مواد مختلفة. لذلك ، تتم مناقشة المواد المستخدمة في كل طبقة أدناه.

الطبقة الأولى من TFT عبارة عن ركيزة مرنة مصنوعة من الزجاج السميك القليل من الميكرونات والمعادن والبوليمرات مثل Polyethyleneteraphalate. تعمل هذه الطبقة كقاعدة حيث يتم بناء الجهاز الإلكتروني.

الطبقة الثانية عبارة عن إلكترود البوابة الذي يتكون من الألومنيوم أو الذهب أو الكروم بناءً على التطبيق. يوفر قطب البوابة هذا إشارة إلى أشباه الموصلات ذات الأغشية الرقيقة التي تؤدي إلى الاتصال بين المصدر والصرف.

الطبقة الثالثة عبارة عن عازل يستخدم لتجنب التقصير الكهربائي بين الطبقتين مثل طبقة أشباه الموصلات وقطب البوابة.

الطبقة الرابعة هي طبقة الإلكترود المصنوعة من موصلات مختلفة مثل الفضة والكروم والألمنيوم أو الذهب ويتم ترسيبها ببساطة على أسطح شبه موصلة. يستخدم أكسيد الإنديوم القصدير (ITO) حتى لإجراء طلاء أقطاب المصدر والتصريف. يتم تغليف الجهاز بالكامل بمادة سيراميك أو بوليمر.

عملية تصنيع الترانزستور بغشاء رقيق

تتم مناقشة الطبقات المختلفة لتصنيع TFT أدناه.

• أولاً ، يتم تنظيف مادة الركيزة كيميائيًا بالحمض أو القاعدة المطلوبة للتخلص من جميع المواد المحتوية على سطحها.
• بعد ذلك ، يتم ترسيب أقطاب البوابة المعدنية ببساطة على الركيزة باستخدام إجراء التبخر الحراري. يتم ترسيب أقطاب السيراميك / البوليمر باستخدام الطباعة النافثة للحبر / إجراء الطلاء بالغمس.
• يتم ترسيب الطلاءات العازلة ببساطة على بوابة مع عمليات ترسيب البخار الكيميائي (CVD) أو عمليات ترسيب البخار الكيميائي المحسن بالبلازما (PECVD).
• يتم ترسيب طبقات أشباه الموصلات ببساطة بطبقة غمس إذا كانت عبارة عن طلاء بالرش أو طلاء بوليمر. يتشابه كل من المصدر والصرف مع إجراء القطب الكهربائي للبوابة - الطلاء بالرش / الغمس أو التبخر الحراري كما هو مطلوب بواسطة طبقات القناع المناسبة.

كيفية توصيل ترانزستور بغشاء رقيق؟

يظهر أدناه مخطط توصيل الترانزستور ذي الأغشية الرقيقة. يستخدم هذا المثال مادة شبه موصلة من النوع p. إذا كانت تستخدم مادة من النوع n ، فإن القطبين سيكونان معاكسين. يعمل الترانزستور ، عندما يكون الترانزستور متحيزًا عن طريق تطبيق جهد سالب بين التصريف وملامسات المصدر (VDS).

عند إيقاف تشغيل الترانزستور ، لن يتم تراكم أي شحنة بين جهات اتصال المصدر والتصريف. لذلك ، لا يمكن أن يتدفق أي تيار بين جهات اتصال المصدر والتصريف. لتشغيل الترانزستور ، يتم تطبيق جهد انحياز سلبي على طرف البوابة (VGS). لذا فإن ناقلات الشحن مثل الثقوب داخل أشباه الموصلات سوف تتراكم في عازل البوابة لإنشاء قناة تسمح للتيار (ID) بالتدفق من الصرف إلى المصدر.

الفرق ب / ث فيلم رقيق الترانزستور مقابل موسفيت

يشمل الفرق بين الترانزستورات ذات الأغشية الرقيقة و mosfet ما يلي.

كيف يختلف الترانزستور ذو الأغشية الرقيقة عن الترانزستور العادي؟

يختلف الترانزستور ذو الأغشية الرقيقة مقارنةً بالترانزستور العادي لأن ؛ تصنع معظم الترانزستورات العادية من Si (السيليكون) و Ge (الجرمانيوم) النقي جدًا ، وفي بعض الأحيان يتم استخدام بعض مواد أشباه الموصلات الأخرى. ترانزستورات الأغشية الرقيقة (TFTs) مصنوعة من أنواع مختلفة من مواد أشباه الموصلات مثل السيليكون أو أكسيد الزنك أو سيلينيد الكادميوم. يشتمل TFT على ثلاثة أطراف مثل المصدر والبوابة والصرف بينما يشتمل الترانزستور العادي على قاعدة وباعث ومجمع.

تعمل هذه الترانزستورات كمفاتيح من خلال السماح للبكسل بضبط الحالة بسرعة لجعلها تعمل وتتوقف بسرعة كبيرة. يعمل الترانزستور العادي كمفتاح أو مكبر للصوت.

المميزات والعيوب

ال مزايا الترانزستورات الرقيقة تشمل ما يلي.

• يستهلكون طاقة أقل.
• لديهم وقت رد فعل أسرع.
• تلعب TFTs دورًا رئيسيًا في صناعة العرض الرقمي.
• رقيقة الترانزستورات هي العناصر الأساسية للإلكترونيات المرنة التي يتم تنفيذها على ركائز اقتصادية
• لديهم معدلات استجابة سريعة وأعلى ودقيقة.
• تتميز الشاشات التي تعمل بتقنية TFT برؤية حادة.
• التصميم المادي للشاشات القائمة على TFT ممتاز.
• يقلل إجهاد العين.

ال مساوئ الترانزستورات الرقيقة تشمل ما يلي.

• يعتمدون على الإضاءة الخلفية لإعطاء السطوع بدلاً من توليد الإضاءة الخاصة بهم ، لذلك ، فهم بحاجة إلى مصابيح LED مدمجة في ترتيب الإضاءة الخلفية الخاصة بهم.
• فائدة مقيدة بسبب الألواح الزجاجية.
• لا يمكن قراءة وحدات TFTs إلا بعد تشغيل مصابيح LED.
• يمكن أن تستنزف TFTs البطارية بسرعة كبيرة.
• تعد شاشات TFT LCD باهظة الثمن مقارنة بالشاشات أحادية اللون النموذجية.

التطبيقات

ال تطبيقات الترانزستورات الرقيقة تشمل ما يلي.

• يستخدم الترانزستور ذو الأغشية الرقيقة على نطاق واسع في الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر وشاشات العرض المسطحة والمساعدات الرقمية الشخصية وأنظمة ألعاب الفيديو.
• أفضل تطبيقات الترانزستور ذات الأغشية الرقيقة المعروفة موجودة في شاشات TFT LCD ،
• تلعب هذه الترانزستورات دورًا مهمًا في كيمياء المواد الحالية والعروض الرقمية.
• تُستخدم TFTs في مجموعة من التطبيقات الخارجية مثل مصابيح LED العضوية وشاشات العرض المسطحة والأجهزة الإلكترونية الأخرى.
• تُستخدم TFTs على نطاق واسع كمستشعرات داخل أجهزة الكشف عن الأشعة السينية.
• تم العثور على أجهزة TFT في تطبيقات الاستشعار المختلفة.
• تُستخدم شاشات TFT LCD في أنظمة ألعاب الفيديو وأجهزة العرض وأنظمة الملاحة والأجهزة المحمولة وأجهزة التلفزيون والمساعدات الرقمية الشخصية ولوحات المعلومات داخل السيارات.

وهكذا ، هذا هو لمحة عامة عن الترانزستور الرقيق أو TFT التي تلعب دورًا مهمًا في شاشات العرض الرقمية الحالية. تم تطويرها إلى دوائر MOSFET التقليدية ، لذا فهي توفر أوقات استجابة سريعة وقادرة أيضًا على الاحتفاظ بشحنة كهربائية. هذه لديها مجموعة واسعة من التطبيقات في شاشات الكريستال السائل ويركز الباحثون حاليًا على تطوير أنواع جديدة من أجهزة الترانزستور ذات الأغشية الرقيقة. إليك سؤال لك ، ما هو FET؟