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嶄新的時代。而FED 顯示器因為其一方面保持了CRT 器件的高亮度,低響應(yīng)時間等優(yōu)點,又同時具備了平板顯示的特性在平板顯示器件的研究領(lǐng)域可以說是獨樹一幟。但是FED 器件卻始終因為一些固有的問題而難以走入消費電子市場乃至千家萬戶。其中就有著包括器件自身真空支撐結(jié)構(gòu)，高驅(qū)動電壓帶來的脈沖響應(yīng)時間和復(fù)雜昂貴的驅(qū)動電路以及顯示的均勻性等問題。

　　而其中非常重要的一點就是因為場發(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。為了解決這個問題，研發(fā)人員設(shè)計了三極結(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)動顯示器件,提高顯示質(zhì)量。將碳管生長在TFT 結(jié)構(gòu)的漏極，當(dāng)場效應(yīng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)通時，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，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 柵壓對尖端放電影響的模擬

　　同時設(shè)計了AMFED 的器件結(jié)構(gòu)如圖2，并且利用Silvaco athena 和atlas 仿真對采用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，并且對驅(qū)動電路的要求也更低。此外本文還對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)