Come scegliere tra silicio amorfo (a-Si) e polisilicio a bassa temperatura (LTPS) per lo sviluppo di progetti con display

1. Introduzione all'LTPS
Polisilicio a bassa temperatura(Low Temperature Poly-silicon; LTPS, di seguito denominato LTPS) è un'altra nuova tecnologia nel campo dei display a schermo piatto. Tecnologia di nuova generazione che segue il silicio amorfo (Amorphous-Silicon, di seguito denominato a-Si).
Il polisilicio (polisilicio) è un materiale a base di silicio con una dimensione da circa 0,1 a diversi um, composto da molte particelle di silicio. Nell'industria manifatturiera dei semiconduttori, il polisilicio viene solitamente trattato mediante LPCVD (deposizione chimica in fase vapore a bassa pressione) e quindi ricotto a una temperatura superiore a 900°C. Questo metodo è chiamato SPC (Cristallizzazione in Fase Solida). Tuttavia questo metodo non è adatto all'industria manifatturiera dei display a schermo piatto, poiché la temperatura massima del vetro è di soli 650°C. Pertanto, la tecnologia LTPS viene applicata soprattutto nella produzione di display a schermo piatto.
La mobilità elettronica del materiale tradizionale in silicio amorfo (a-Si) è di soli 0,5 cm2/V.S, mentre la mobilità elettronica del materiale in polisilicio a bassa temperatura (LTPS) può raggiungere 50-200 cm2/V.S. Rispetto al display a cristalli liquidi cristallino (a-Si TFT-LCD), il TFT-LCD in polisilicio a bassa temperatura presenta i vantaggi di una risoluzione più elevata, velocità di risposta rapida, elevata luminosità (rapporto di apertura elevato), ecc. Allo stesso tempo, la periferica Contemporaneamente è possibile realizzare il circuito di pilotaggio sul vetro. Sul substrato è possibile raggiungere l'obiettivo di integrare il sistema su vetro (SOG), risparmiando spazio e costi. Inoltre, la tecnologia LTPS è la piattaforma tecnologica per lo sviluppo dell’elettroluminescenza organica attiva (AM-OLED), pertanto lo sviluppo della tecnologia LTPS è oggetto di ampia attenzione.
2. La differenza tra silicio amorfo (a-Si) e polisilicio a bassa temperatura (LTPS)
In generale, la temperatura di processo del polisilicio a bassa temperatura dovrebbe essere inferiore a 600°C, soprattutto per i requisiti di "ricottura laser" (laser anneal), un processo di produzione che distingue LTPS dalla produzione di a-Si. Rispetto ad a-Si, la velocità di movimento degli elettroni di LTPS è 100 volte più veloce di quella di a-Si. Questa caratteristica può spiegare due problemi: in primo luogo, ciascun PANNELLO LTPS reagisce più velocemente del PANNELLO a-Si; in secondo luogo, l'aspetto del PANNELLO LTPS. Le dimensioni sono inferiori al PANNELLO a-Si. Di seguito sono riportati i vantaggi significativi che LTPS presenta rispetto a-Si:

1. È più fattibile integrare il circuito periferico del driver IC sul substrato del pannello;

2. Velocità di risposta più rapida, dimensioni estetiche più piccole, meno connessioni e componenti;
3. La progettazione del sistema di pannelli è più semplice;
4. La stabilità del pannello è più forte;
5. Risoluzione più elevata,
Risoluzione:
Poiché il TFT p-Si è più piccolo del tradizionale a-Si, la risoluzione può essere maggiore.
La sintesi del circuito integrato del driver del TFT p-Si presenta due vantaggi sul substrato di vetro: in primo luogo, il numero di connettori collegati al substrato di vetro è ridotto e il costo di produzione del modulo è ridotto; in secondo luogo, la stabilità del modulo sarà notevolmente migliorata.
3. Metodo di preparazione del film sottile LTPS
1. Cristallizzazione indotta da metalli (MIC): uno dei metodi SPC. Tuttavia, rispetto al tradizionale SPC, questo metodo può produrre polisilicio a una temperatura inferiore (circa 500~600°C). Questo perché il sottile strato di metallo viene rivestito prima che si formi la cristallizzazione e il componente metallico svolge una funzione attiva nel ridurre la cristallizzazione.
2. Cat-CVD: metodo per depositare direttamente film sottili policristallini (polifilm) senza estrazione di vapore. La temperatura di deposizione può essere inferiore a 300°C. Il meccanismo di crescita prevede la reazione di cracking catalitico della miscela SiH4-H2.
3. Ricottura laser: questo è il metodo attualmente più utilizzato. Il laser ad eccimeri è la potenza principale, utilizzata per riscaldare e fondere l'a-Si, che contiene una bassa quantità di idrogeno e quindi ricristallizzato in film poli.
La tecnologia del polisilicio a bassa temperatura LTPS (Low Temperature Poly-silicon) era originariamente una tecnologia sviluppata da aziende tecnologiche giapponesi e nordamericane per ridurre il consumo energetico del display del Note-PC e far sembrare il Note-PC più sottile e leggero. Era intorno alla metà degli anni '90. La tecnologia ha iniziato a muoversi verso la fase di prova. Anche OLED, una nuova generazione di pannelli a cristalli liquidi organici a emissione di luce derivati ​​da LTPS, è entrata nella fase pratica nel 1998. I suoi maggiori vantaggi risiedono nell'ultrasottile, nel peso leggero, nel basso consumo energetico e nelle sue caratteristiche di emissione di luce, quindi può fornire colori più brillanti. E immagini più chiare e, cosa più importante: il costo di produzione è solo 1/3 dei normali pannelli LCD.
Al momento, i pannelli LTPS-OLED non hanno ricevuto il supporto della maggior parte delle aziende produttrici di pannelli LCD. Oltre alle questioni relative ai brevetti tecnici, è improbabile che l’investimento originale nella fabbrica di LCD su larga scala venga abbandonato. Efficienza produttiva per competere con LTPS. Pertanto, la maggior parte degli schermi a cristalli liquidi sul mercato utilizzano ancora il tradizionale cristallo liquido, ovvero il tradizionale silicio amorfo (a-Si). La tradizionale tecnologia a cristalli liquidi (a-Si) è molto matura dopo oltre 10 anni di sviluppo. Hanno una notevole esperienza nella padronanza della tecnologia di produzione e della tecnologia di progettazione dei pannelli, e la tecnologia LTPS non è ancora in grado di raggiungerla in un breve periodo di tempo. Pertanto, sebbene il costo di produzione del pannello LTPS-OLED sia in teoria molto più basso, il suo prezzo al momento non presenta ancora alcun vantaggio.
Tuttavia, come intenzione originale della ricerca e dello sviluppo originali, il transistor a film sottile in polisilicio a bassa temperatura (LTPS) può incorporare l'elemento di guida sul substrato di vetro, riducendo e mantenendo notevolmente lo spazio del circuito integrato del driver, in modo che le dimensioni del transistor a film sottile può essere ridotto e allo stesso tempo aumentare le dimensioni del display. Luminosità e consumo energetico ridotto, migliorando così notevolmente le prestazioni e l'affidabilità dei cristalli liquidi e riducendo anche i costi di produzione del pannello, con una risoluzione più elevata: il driver a matrice attiva TFT fornito da LTPS e il circuito driver e TFT possono essere integrati e prodotti allo stesso tempo. Mantenendo i vantaggi di leggerezza e sottigliezza, è possibile risolvere il problema della risoluzione insufficiente (perché la velocità di trasmissione degli elettroni nel polisilicio è più veloce e la qualità è migliore), in modo che il pannello da 2,5 pollici possa avere un'alta risoluzione di 200ppi.
Migliorare la durata della vita e ridurre il consumo energetico: come indicatore importante per lo sviluppo della tecnologia LTPS, l'abbassamento della temperatura dei cristalli liquidi significa molte cose per i cristalli liquidi. Sia la stabilità che la durata della vita sono state migliorate. Finora questa è solo una conclusione tecnicamente qualitativa. Credo che sia anche facile per tutti capire che la vita lavorativa del display sarà prolungata a una temperatura relativamente bassa; i primi Note-PC attribuivano grande importanza al consumo energetico, che è anche uno dei motivi per lo sviluppo di LTPS. Riducendo la temperatura operativa, il pannello LTPS riduce notevolmente anche il consumo energetico. Naturalmente, il consumo energetico dei monitor LCD è intrinsecamente ridotto, il che significa più per Note-PC che per un monitor per PC.
Riduzione delle dimensioni: sebbene i display a schermo piatto non abbiano requisiti elevati in termini di dimensioni, la ricerca di display a cristalli liquidi più leggeri e sottili è sempre stata un punto caldo. Poiché i transistor a film sottile in polisilicio a bassa temperatura (LTPS) possono incorporare direttamente elementi di guida sul substrato di vetro, il guscio del display a cristalli liquidi LTPS può trattenere quasi solo lo spessore del pannello a cristalli liquidi stesso, senza riservare spazio per il driver IC e ridurre al massimo lo spessore.