基于α-Si TFT 的AM-FED 器件的研究與仿真分析

劉向，李馳，雷威

東南大學(xué)顯示科學(xué)與技術(shù)研究中心，南京，210096

　　隨著納米材料,薄膜技術(shù),微電子器件技術(shù)等迅猛發(fā)展,平板顯示的研究也來到了一個(gè)嶄新的時(shí)代。而FED 顯示器因?yàn)槠湟环矫姹３至薈RT 器件的高亮度,低響應(yīng)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn),又同時(shí)具備了平板顯示的特性在平板顯示器件的研究領(lǐng)域可以說是獨(dú)樹一幟。但是FED 器件卻始終因?yàn)橐恍┕逃械膯栴}而難以走入消費(fèi)電子市場(chǎng)乃至千家萬戶。其中就有著包括器件自身真空支撐結(jié)構(gòu)，高驅(qū)動(dòng)電壓帶來的脈沖響應(yīng)時(shí)間和復(fù)雜昂貴的驅(qū)動(dòng)電路以及顯示的均勻性等問題。

　　而其中非常重要的一點(diǎn)就是因?yàn)閳?chǎng)發(fā)射需要一定的電壓支持才能夠?qū)崿F(xiàn)，所以必須在陰陽極板之間加上很高的電壓。為了解決這個(gè)問題，研發(fā)人員設(shè)計(jì)了三極結(jié)構(gòu)的FED 顯示器件，在陰陽極板之間加入了柵極來收集電子。但是三極結(jié)構(gòu)并不能徹底解決驅(qū)動(dòng)電壓高,以及顯示均勻性差的問題。

　　本文將在三極結(jié)構(gòu)的FED 顯示器件中，引入如圖1(a)所示有源矩陣尋址技術(shù)(α-Si TFT)來驅(qū)動(dòng)顯示器件,提高顯示質(zhì)量。將碳管生長(zhǎng)在TFT 結(jié)構(gòu)的漏極，當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)通時(shí)，利用作為數(shù)據(jù)端的TFT 源極來控制調(diào)制漏極的電流。從而能夠控制碳管尖端的電場(chǎng)，并進(jìn)而達(dá)到控制尖端的電子發(fā)射如圖1(b)。

圖1 (a）AMFED 的基本結(jié)構(gòu)（b）TFT 柵壓對(duì)尖端放電影響的模擬

　　同時(shí)設(shè)計(jì)了AMFED 的器件結(jié)構(gòu)如圖2，并且利用Silvaco athena 和atlas 仿真對(duì)采用α-Si TFT 工藝的AMFED 顯示器件進(jìn)行了工藝仿真與器件性能仿真。仿真測(cè)量出了包括工作狀態(tài)下器件的轉(zhuǎn)移特性,輸出特性的I-V 特性曲線。仿真結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是可行的，并且與原有的FED 顯示器件相比，AMFED 的確擁有更好的工作性能，并且對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求也更低。此外本文還對(duì)AMFED 的進(jìn)一步改進(jìn)和制造提出了建議。

圖2 athena 工藝仿真的α-si 工藝下的AMFED 的TFT 器件結(jié)構(gòu)