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LTPS低溫多晶硅技術(shù)

一、LTPS 簡(jiǎn)介

低溫多晶硅（Low Temperature Poly-silicon；LTPS，以下以LTPS 代稱）是平板顯示器領(lǐng)域中的又一新技術(shù)。繼非晶硅（Amorphous-Silicon，以下以a-Si 代稱）之后的下一代技術(shù)。

Polysilicon (多晶硅) 是一種約為0.1 至數(shù)個(gè)um 大小、以硅為基底的材料，由許多硅粒子組合而成。在半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)中，多晶硅通常經(jīng)由LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 處理后， 再以高于900C 的退火程序， 此方法即為SPC (Solid Phase Crystallization) 。然而此種方法卻不適合用于平面顯示器制造產(chǎn)業(yè)，因?yàn)椴ＡУ淖罡叱惺軠囟戎挥?50℃。因此，LTPS 技術(shù)即是特別應(yīng)用在平面顯示器的制造上。

傳統(tǒng)的非晶硅材料（a-Si）的電子遷移率只有0.5 cm2/V.S，而低溫多晶硅材料（LTPS）的電子遷移率可達(dá)50～200 cm2/V.S，因此與傳統(tǒng)的非晶硅薄膜電晶體液晶顯示器（a-Si TFT-LCD）相比，低溫多晶硅TFT-LCD具有更高解析度、反應(yīng)速度快、亮度高(開口率apertureratio高)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以將周邊驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)制作在玻璃基板上，達(dá)到在玻璃上集成系統(tǒng)（SOG）的目標(biāo)，所以能夠節(jié)省空間和成本此外，LTPS技術(shù)又是發(fā)展主動(dòng)式有機(jī)電致發(fā)光（AM-OLED）的技術(shù)平臺(tái)，因此LTPS技術(shù)的發(fā)展受到了廣泛的重視。

二、非晶硅（a-Si）與低溫多晶硅（LTPS）的區(qū)別

一般情況下低溫多晶硅的制程溫度應(yīng)低于攝氏 600℃，尤其對(duì)LTPS區(qū)別于a-Si制造的制造程序“激光退火”（laser anneal）要求更是如此。與a-Si相比，LTPS的電子移動(dòng)速度要比a-Si快100 倍，這個(gè)特點(diǎn)可以解釋兩個(gè)問題：首先，每個(gè)LTPS PANEL 都比a-Si PANEL反應(yīng)速度快；其次，LTPS PANEL 外觀尺寸都比a-Si PANEL小。下面是LTPS與a-Si 相比所持有的顯著優(yōu)點(diǎn)：

1、把驅(qū)動(dòng)IC的外圍電路集成到面板基板上的可行性更強(qiáng)；
2、反應(yīng)速度更快，外觀尺寸更小，聯(lián)結(jié)和組件更少；
3、面板系統(tǒng)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單；
4、面板的穩(wěn)定性更強(qiáng)；
5、解析度更高，

解析度：
由于p-Si TFT 比傳統(tǒng)的a-Si小，所以解析度可以更高。
p-Si TFT的驅(qū)動(dòng)IC合成在玻璃基板上有兩點(diǎn)好處：首先，與玻璃基板相連接的連接器數(shù)量減少，模塊的制造成本降低；其次，模塊的穩(wěn)定性將得以戲劇性的升高。

三、LTPS薄膜制備方法

1、Metal Induced Crystallization (MIC)：屬于SPC方法之一。然相較于傳統(tǒng)的SPC，此方法能在較低溫下（約500~600℃）制造出多晶硅。這是因?yàn)楸�層金屬在結(jié)晶形成前即先被包覆，而金屬成分即扮演了降低結(jié)晶化的活性功能。

2、Cat-CVD： 一種無須經(jīng)由蒸汽萃取、而可直接沉積多晶薄膜(poly-film)的方法。沉積溫度可低于300℃。成長(zhǎng)機(jī)制包含SiH4-H2混合體的catalytic cracking reaction。

3、Laser anneal： 此為目前最廣為運(yùn)用的方法。Excimer激光為主要?jiǎng)恿�，用于加熱及融化a-Si，含有低量氫成分然后再結(jié)晶為poly-film。

低溫多晶硅技術(shù)LTPS(Low Temperature Poly-silicon)最初是日本北美的技術(shù)企業(yè)為了降低Note-PC顯示屏的能耗，令Note-PC顯得更薄更輕而研發(fā)的技術(shù)，大約在九十年代中期這項(xiàng)技術(shù)開始走向試用階段。由LTPS衍生的新一代有機(jī)發(fā)光液晶面板OLED也于1998年正式走上實(shí)用階段，它的最大優(yōu)勢(shì)在于超薄、重量輕、低耗電，同時(shí)其自身發(fā)光的特點(diǎn)，因而可以提供更艷麗的色彩和更清晰的影像，而更為重要的是：生產(chǎn)成本只有普通液晶面板的1/3。

目前LTPS-OLED面板并沒有獲得大多數(shù)上有液晶面板企業(yè)的支持，除了技術(shù)上的專利問題，原有的大規(guī)模液晶廠投資也不大可能放棄，這些面板企業(yè)通過研究更大型基板生產(chǎn)線，強(qiáng)化生產(chǎn)效益來與LTPS競(jìng)爭(zhēng)。所以市場(chǎng)上大多數(shù)的液晶顯示器還是采用傳統(tǒng)的液晶，即主流非晶矽(Amorphous-Silicon，a-Si)，傳統(tǒng)液晶(a-Si)技術(shù)經(jīng)過10多年的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，業(yè)界無論在量產(chǎn)技術(shù)和面板設(shè)計(jì)技術(shù)的掌握度上都具有相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)，短時(shí)間內(nèi)LTPS技術(shù)仍無法達(dá)到。因此盡管理論上LTPS-OLED面板的制造成本低得多，但是目前它的價(jià)格依舊沒有優(yōu)勢(shì)。

但是作為最初研發(fā)的初衷，低溫多晶矽(LTPS)的薄膜電晶體可在玻璃基板上嵌入驅(qū)動(dòng)元件，大幅減少并保留驅(qū)動(dòng)IC的空間，因而可以使薄膜電晶體的尺寸更小，并同時(shí)增加顯示器的亮度并減少功率消耗，從而大大提升液晶性能及可靠度，也使面板的制造成本降低，具有更高的解析度：LTPS所提供的TFT主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)以及驅(qū)動(dòng)電路和TFT可同時(shí)整合制造，可在保持輕薄化優(yōu)勢(shì)情形下，解決解析度不足的問題(因?yàn)殡娮釉诙嗑�矽的傳輸速度較快品質(zhì)也較優(yōu)良)，可以使2.5寸的面板具備200ppi的高解析度。

提高壽命和降低能耗：作為研發(fā)LTPS技術(shù)一項(xiàng)重要指標(biāo)，降低液晶溫度對(duì)于液晶來說意味著很多事情，穩(wěn)定性和壽命都獲得了提升，目前為止這還是只是一個(gè)技術(shù)上定性的結(jié)論，相信大家也很容易理解，相對(duì)較低的溫度下顯示器的工作壽命將延長(zhǎng)；早期的Note-PC對(duì)能耗的要求非常看重，也是研發(fā)LTPS的理由之一，再降低工作溫度的同時(shí)，LTPS面板的能耗也大幅減小，當(dāng)然，液晶顯示器的能耗本來就很小，這一點(diǎn)對(duì)于Note-PC的意義要超過PC monitor。

縮小尺寸：盡管平面顯示器對(duì)于尺寸的要求并不高，但是對(duì)于更輕更薄液晶顯示器的追求卻一直是一個(gè)熱點(diǎn)，由于低溫多晶矽(LTPS)的薄膜電晶體可以直接在玻璃基板上嵌入驅(qū)動(dòng)元件，所以LTPS液晶顯示器的外殼幾乎可以只保留液晶面板本身的厚度，而不需預(yù)留驅(qū)動(dòng)IC的空間，最大限度的降低厚度。