薄膜晶体管物理、工艺与SPICE建模 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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雷东　著 著

图书标签:

• 薄膜晶体管
• TFT
• 物理
• 工艺
• SPICE建模
• 半导体器件
• 电子工程
• 材料科学
• 模拟电路
• 器件建模

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121293948

版次：1

商品编码：11953843

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-07-01

用纸：胶版纸

页数：10

字数：262400

正文语种：中文

内容简介

本书以显示面板设计和制造过程中的经验为依据，详细分析并阐述了TFT的器件物理、制造工艺以及SPICE建模的相关内容。全书分为6章。第1章阐述了TFT用于平板显示的技术原理，以及针对TFT进行SPICE建模前所需要掌握的基础知识。第2章、第3章内容主要是针对a-Si TFT进行的分析和阐述。其中，第2章分析了目前产业界常用的a-Si TFT的结构、相关的工艺过程、材料以及器件的物理性质。第3章则详细分析了a-Si TFT的SPICE模型，并对每个模型参数的物理意义及其在TFT特性曲线上的作用进行了分析。第4章、第5章分析了LTPS TFT的器件物理、工艺及SPICE模型。第6章针对目前新型的IGZO工艺进行了阐述，主要介绍了IGZO材料及器件的物理性质，以及业界广泛采用的IGZO TFT的结构和工艺过程。

作者简介

　　　　雷东，内蒙古包头市人，毕业于浙江大学材料系硅材料国家重点实验室，研究领域为半导体硅材料。

目录

第1章 薄膜晶体管（TFT）用于平板显示 1
1．1 TFT用于液晶平板显示 1
1．1．1 LCD显示技术原理 1
1．1．2 矩阵显示 6
1．1．3 AMLCD显示技术对TFT特性的要求 9
1．2 TFT用于OLED平板显示 11
1．2．1 有机发光二极管（OLED） 11
1．2．2 OLED显示 13
1．2．3 AMOLED显示对TFT特性的要求 15
1．3 TFT的SPICE建模与仿真 16
1．3．1 SPICE仿真与建模 16
1．3．2 TFT的SPICE建模 18
1．3．3 模型的质量验证 24
参考文献 25
第2章 a-Si：H TFT的结构、工艺与器件物理 26
2．1 平板显示用a-Si：H TFT的结构与工艺 26
2．1．1 平板显示用a-Si TFT的常见结构 26
2．1．2 栅极（Gate）金属 27
2．1．3 a-SiNx：H薄膜 27
2．1．4 a-Si：H薄膜 30
2．1．5 n+ a-Si：H薄膜 36
2．1．6 源漏（S/D）极金属 37
2．1．7 钝化层 37
2．2 a-Si：H TFT器件的电学特性 38
2．2．1 栅极（Gate）正向偏置 38
2．2．2 a-Si：H TFT的漏电流 44
参考文献 45
第3章 a-Si：H TFT的SPICE模型 47
3．1 DC模型 47
3．1．1 a-Si：H TFT开启前 47
3．1．2 a-Si：H TFT开启后 53
3．1．3 漏电流区 63
3．1．4 DC温度模型 65
3．2 AC模型 66
参考文献 68
第4章 低温多晶硅（LTPS）TFT的结构、工艺与器件物理 70
4．1 缓冲层以及a-Si层 71
4．1．1 薄膜的沉积 71
4．1．2 去氢 72
4．2 LTPS层 74
4．2．1 准分子激光退火（ELA） 74
4．2．2 LTPS薄膜的表面 77
4．3 LTPS薄膜的电学特性 78
4．3．1 晶界简介 78
4．3．2 晶界势垒 80
4．3．3 载流子的输运 82
4．4 传统的固相结晶技术（SPC） 84
4．5 金属诱导结晶（MIC） 85
4．6 TFT沟道与N-TFT源/漏的形成 86
4．7 栅绝缘（GI）层 87
4．8 p型TFT源/漏与n型TFT LDD的形成 90
4．8．1 轻掺杂漏极 (Lightly Doped Drain，LDD) 90
4．8．2 注入离子的活化 91
4．9 层间介质层（Interlayer Dielectric Film，ILD） 92
4．10 信号线（Data line） 92
4．11 LTPS TFT器件的电学性质 93
4．11．1 栅极正向偏置 93
4．11．2 LTPS TFT的漏电流 98
参考文献 99
第5章 LTPS TFT的SPICE模型 102
5．1 DC模型 102
5．1．1 TFT有效开启电压的表达式 102
5．1．2 亚阈值区 107
5．1．3 输出电流 110
5．1．4 迁移率模型 112
5．1．5 漏电流模型 117
5．1．6 Kink效应 122
5．1．7 沟道长度调制效应 125
5．1．8 方程的统一 126
5．1．9 DC温度模型 131
5．2 AC模型 132
参考文献 135
第6章 IGZO TFT的结构、工艺与器件物理 136
6．1 IGZO工艺概述 136
6．2 平板显示用IGZO TFT的结构 137
6．2．1 栅极（Gate）金属 137
6．2．2 栅绝缘层（GI） 138
6．2．3 IGZO薄膜材料 139
6．2．4 刻蚀阻挡层（ESL） 149
6．2．5 S/D金属 150
6．3 IGZO TFT的电学特性 150
6．3．1 栅极正向偏置 150
6．3．2 IGZO TFT的漏电流 152
参考文献 152

前言/序言

序 言

目前，平板显示技术是信息产业中最为活跃的技术领域之一。从近年来面板厂在中国大陆乃至全球范围内的扩张速度便可感知一二。

平板显示技术中，最具代表性、应用最为广泛的当属TFT-LCD和TFT-OLED技术。从电视机，到各种移动显示终端，再到可穿戴式显示设备，无不体现着这一技术广阔的市场。TFT作为像素驱动以及构成周边电路的核心半导体器件，其结构、制造工艺及器件特性对整个显示面板的质量和生产良率有着十分关键的影响。除此之外，对于面板设计人员来讲，基于器件特性所建立的TFT模型的准确性和可靠性以及模型的仿真结果，将在很大程度上决定所设计产品的质量。所以，从事面板相关行业的工程技术人员，对以上内容的深入理解和科学运用，已变得十分重要。

本书是作者在平板显示领域多年的从业经验基础之上完成的。书中有针对性地阐述了目前平板显示领域主要用到的a-Si TFT、LTPS TFT和IGZO TFT的物理特性、工艺原理及SPICE模型，并针对TFT的RPI模型中的每个模型参数在器件特性曲线上的作用区域和作用效果，做了基于器件物理层面的详细分析。

该书基本概念和原理描述深入浅出、通俗易懂，能够帮助从事相关领域的工程师和研究生快速、有效地掌握TFT建模技术，并运用到实践中去。这一类型的专业书籍在平板显示领域并不多见。本书的出版，将对平板显示领域从业人员的专业知识和技术能力的进一步提升做出很好的贡献。这也是作者本人所期望看到的。

张盛东 教授

北京大学信息工程学院执行院长

深圳TFT与先进显示重点实验室主任

北京大学有源显示研究中心副主任

2016年6月

前 言

信息数据的可视化、图像化交互，使信息交流变得生动、有效。高分辨率、高质量的显示器对于图像信息的传递至关重要。因此，平板显示（FPD）领域的科学家和工程师们，在不断地改善平板显示器的设计和生产过程中各环节的品质，以实现更高的分辨率和更好的图像显示质量。

薄膜晶体管（TFT）作为驱动像素的基本半导体器件单元，对整个显示产品的质量以及产品的良率十分关键。在面板的设计过程中，要对相关的器件和电路进行SPICE仿真，以确认产品设计的合理性和可靠性。因此，TFT器件SPICE建模的准确性，直接决定着面板设计过程中相关仿真的准确性和可靠性。在面板制造过程中，TFT的结构以及工艺过程的优劣，直接决定着TFT器件特性的好坏，从而影响面板制造的良品率。从事相关工作的工程师和研究人员，有必要深入了解TFT制造过程中的每一个工艺环节，以及所涉及的各种材料的物理和化学性质。

本书以显示面板设计和制造过程中的经验为依据，详细分析并阐述了TFT的器件物理、制造工艺以及SPICE建模的相关内容。全书分为6章。第1章阐述了TFT用于平板显示的技术原理，以及针对TFT进行SPICE建模前，所需要掌握的基础知识。第2章、第3章中的内容，主要是针对a-Si TFT进行的分析和阐述。其中第2章分析了目前产业界常用的a-Si TFT的结构，相关的工艺过程，材料以及器件的物理性质。第3章则详细分析了a-Si TFT的SPICE模型，并对每一个模型参数的物理意义及其在TFT特性曲线上的作用进行了分析。第4章、第5章分析了LTPS TFT的器件物理、工艺以及SPICE模型。第6章针对目前新型的IGZO工艺进行了阐述，主要介绍了IGZO材料及器件的物理性质，以及业界广泛采用的IGZO TFT的结构和工艺过程。

在本书的撰写和出版过程中，北京大学信息工程学院的张盛东教授审阅了全部书稿，提出了许多宝贵意见，并为本书作序。张盛东老师在TFT先进显示技术领域有着长期的学术研究和产业化经验，张老师的指导增加了本书在技术上的深度与广度。此外，作者还要借此机会向Silvaco韩国公司的技术总监Won seok Lee先生表示感谢，感谢他能够花费宝贵的时间和我进行技术上的许多交流和讨论，并分享了不少韩国TFT显示产业领域的珍贵经验。本书的写作初衷，得到了香港Vendorchain国际有限公司罗晶先生的鼓励和大力支持。作者在这里向三位前辈表示衷心的感谢。最后，向所有支持和关心本书出版的同仁们说一声“谢谢”。

限于作者水平有限，书中若有不妥之处，还请各位同行多多批评指正。

雷 东

2016年6月

《微电子器件工程导论：从材料到集成》 内容简介 本书是一本面向微电子工程领域初学者的综合性教材，旨在为读者构建一个扎实的基础知识体系，涵盖从基础材料科学到复杂集成电路设计的各个关键环节。本书的编写紧密结合了当前微电子产业的发展趋势，强调理论与实践的紧密联系，通过清晰的阐述和丰富的实例，引导读者逐步深入理解微电子器件的本质及其在现代科技中的应用。 第一部分：微电子材料与生长技术 本部分将深入探讨构成微电子器件基石的各类材料。我们将从最基本的半导体材料入手，详细介绍硅（Si）作为当前主流半导体材料的优势及其物理特性。读者将学习到本征半导体和杂质半导体的概念，理解掺杂过程对半导体电学性质的深刻影响。此外，本书还将介绍其他重要的化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）及其在高速、高频应用中的独特价值。 除了半导体材料，本书还将广泛介绍绝缘材料和导电材料。读者将了解到二氧化硅（SiO₂）、氮化硅（Si₃N₄）等高性能绝缘材料在器件隔离、栅介质等关键结构中的作用，以及金属（如铝、铜、钨）和多晶硅等导电材料在互连和电极中的应用。 为了实现对这些材料的精准控制，本书还将深入剖析几种关键的材料生长与制备技术。我们将详细介绍化学气相沉积（CVD）及其各种变体（如LPCVD、PECVD），解释其在薄膜沉积过程中的原理和应用。晶体生长技术，如直拉法（Cz法）和泡生法（Fp法），在硅晶圆制造中的重要性将得到充分阐释。此外，光刻（Lithography）作为图案化技术的核心，其原理、工艺流程和分辨率限制也将被详细讲解，为后续的器件制造奠定基础。 第二部分：基本微电子器件原理 本部分将聚焦于构成现代集成电路的最基本的功能单元——微电子器件。我们将以二极管为起点，详细介绍PN结的形成机理，以及二极管在单向导电、整流、稳压等方面的基本功能。 随后，我们将重点讲解双极结型晶体管（BJT）和金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）这两种核心的有源器件。对于BJT，读者将理解其PNPN结构、电流放大原理以及不同工作模式。对于MOSFET，我们将重点解析其MOS电容结构，理解栅电压如何控制沟道电导，并详细介绍N沟道和P沟道MOSFET的结构、工作原理以及阈值电压等关键参数。本书将特别关注MOSFET的各种结构变体，如NMOS和PMOS，以及它们在CMOS技术中的互补应用。 此外，本部分还将介绍一些其他重要的微电子器件。例如，电阻器（Resistors）和电容器（Capacitors）作为无源器件，在电路中的作用将被详细阐述，并介绍它们的制造工艺。我们还将触及一些特殊功能的器件，如光电器件（如光电二极管、LED）的基本原理，以及它们在光通信和显示技术中的应用。 第三部分：半导体器件制造工艺 本部分将带领读者走进真实的微电子制造工厂，深入了解集成电路是如何一步步被制造出来的。我们将详细讲解集成电路制造过程中的关键工艺流程，强调各道工序之间的相互依赖和精确控制。 首先，我们将介绍晶圆制备（Wafer Fabrication）过程，包括硅的提纯、单晶生长、晶锭切割、晶圆抛光等。然后，我们将详细讲解表面处理技术，如氧化（Oxidation）、掺杂（Doping，包括扩散和离子注入）、刻蚀（Etching，包括干法刻蚀和湿法刻蚀）以及薄膜沉积（Thin Film Deposition，如CVD、PVD）。 接着，我们将重点阐述微细加工技术，即如何通过一系列的图形转移和材料移除过程，在硅片上构建出复杂的三维器件结构。光刻技术在本部分将得到更深入的探讨，包括光刻胶的种类、曝光原理、显影过程以及关键的工艺参数，如分辨率和套刻精度。 最后，本部分还将介绍互连（Interconnect）技术，包括多层金属布线、通孔（Vias）的制作以及钝化（Passivation）工艺，以确保器件的可靠性和性能。封装（Packaging）作为集成电路制造的最后一道工序，其重要性及其不同封装形式也将得到介绍。 第四部分：集成电路设计与测试 在掌握了微电子器件的原理和制造工艺后，本部分将引导读者进入集成电路（IC）设计领域。我们将介绍自顶向下（Top-Down）和自底向上（Bottom-Up）的设计方法学，以及如何将复杂的功能分解为更小的模块。 数字集成电路设计方面，我们将介绍逻辑门（Logic Gates）的设计，以及如何利用它们构建更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。读者将了解到寄存器（Registers）、计数器（Counters）、状态机（State Machines）等基本数字电路模块的设计思路。 模拟集成电路设计方面，我们将重点讲解运算放大器（Operational Amplifiers）、滤波器（Filters）以及数据转换器（Data Converters）等模拟电路模块的设计原理和关键性能指标。 本部分还将深入探讨电路仿真（Circuit Simulation）技术。我们将介绍SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）仿真器的基本原理和使用方法，以及如何利用SPICE对器件和电路进行性能分析和验证。虽然本书不包含SPICE建模的深入细节，但将强调仿真的重要性，为读者后续学习提供方向。 最后，本部分将介绍集成电路测试（IC Testing）的基本概念和方法。读者将了解到功能测试（Functional Testing）、性能测试（Parametric Testing）以及可靠性测试（Reliability Testing）的重要性，以及如何通过测试来保证集成电路的质量。 第五部分：新兴微电子技术与未来展望 随着科技的不断进步，微电子领域也在不断涌现出新的技术和材料。本部分将对一些前沿的微电子技术进行介绍，并展望未来的发展趋势。 我们将讨论超越传统硅基技术的材料，如第三代半导体材料（如GaN、SiC）在功率器件和高频应用中的潜力。此外，我们还将探讨纳米技术在微电子领域的应用，如纳米线（Nanowires）、量子点（Quantum Dots）等在下一代器件中的可能性。 本书还将触及一些新兴的计算范式，如存内计算（In-Memory Computing）、神经形态计算（Neuromorphic Computing）等，它们将如何挑战传统的计算架构。最后，我们将对人工智能（AI）对微电子设计和制造带来的影响，以及未来微电子产业的发展方向进行展望。 学习目标 通过学习本书，读者将能够： 理解微电子器件的基本物理原理和工作机制。 掌握构成微电子器件的关键材料及其特性。 熟悉半导体器件制造过程中的主要工艺流程。 了解集成电路设计的入门概念和基本方法。 认识到电路仿真在IC设计中的重要性。 对当前和未来的微电子技术发展趋势有初步的了解。 本书适合作为大学本科生和研究生在微电子学、电子工程、物理学等相关专业的入门教材。同时，也欢迎对微电子技术感兴趣的工程师和研究人员阅读本书，以获取系统性的知识。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的期望，更多地寄托于它能否为我提供一个清晰、系统且易于理解的框架，来认识薄膜晶体管这一重要的半导体器件。我经常在阅读一些科技新闻时，看到关于OLED屏幕、柔性电子产品等词汇，而薄膜晶体管是支撑这些技术发展的基石。因此，我希望能通过这本书，不仅了解其基本的工作原理，还能深入探究其在不同应用场景下的具体实现和优劣。特别是“物理”层面，我希望它能用清晰的语言解释半导体物理学的基本概念，以及这些概念如何直接体现在薄膜晶体管的特性上。而“工艺”部分，我期待它能展示从材料选择到最终成品的整个过程，也许还能包含一些典型的制造流程图或示意图，这对于我这样的初学者来说，无疑是极大的帮助。最后，“SPICE建模”部分，我希望能了解到它在实际设计中的应用，例如如何利用SPICE软件来仿真薄膜晶体管的电学特性，以及如何通过模型来优化设计。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计真是简洁而有力，深邃的蓝色背景上，一行行白色的标题仿佛电路板上的精密导线，而“薄膜晶体管”几个字更是以一种略带科技感的字体呈现，瞬间抓住了我的眼球。我一直对电子元器件的微观世界充满好奇，特别是那些在屏幕背后默默工作的“幕后英雄”，而薄膜晶体管无疑是其中的翘楚。想象一下，那些纤薄如纸的材料，经过复杂的工艺流程，最终能够承载起如此庞大的信息，这本身就是一件令人惊叹的事情。这本书的标题，让我对这背后蕴含的物理原理、精密的制造过程以及如何将其转化为可计算的模型产生了极大的兴趣。我期待着能在这本书中，找到解答我心中疑惑的钥匙，深入理解薄膜晶体管的构成，以及它们是如何在现代电子设备中发挥至关重要的作用的。这本书就像是一扇通往微电子世界的大门，我迫不及待地想要推开它，去探索那令人着迷的科学奥秘。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我首先被它专业而略显厚重的体量所吸引，这预示着内容必然是详实且深入的。我一直对电子器件的“生命周期”很感兴趣，从最初的理论构想，到精密的制造过程，再到最终的实际应用，每一个环节都充满了挑战和智慧。这本书的标题，恰恰概括了薄膜晶体管的这几个关键阶段。“物理”部分，我期待它能解答我对于载流子输运、栅控机制等核心物理现象的疑问；“工艺”部分，我希望它能详细介绍各种薄膜沉积、刻蚀、掺杂等关键工艺技术，以及它们对器件性能的影响；而“SPICE建模”部分，我更关注它的实用性，希望能了解如何构建准确的SPICE模型，以及这些模型在电路设计和性能预测中的作用。总而言之，我希望这本书能成为我深入理解薄膜晶体管的“百科全书”和“操作手册”，让我能够将理论知识转化为实际的工程能力。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我在购买这本书之前，对“SPICE建模”这个词汇并没有太多的概念，但“薄膜晶体管”这个主题本身就足以吸引我。我一直认为，电子工程领域最迷人的地方之一，就在于它能够将抽象的理论与实际的器件制造完美结合。这本书的标题，明确地指出了它涵盖的三个核心领域：物理、工艺和建模。这让我预感到，它不仅仅是一本理论堆砌的教科书，更是一本能够引导读者理解事物“为什么”和“怎么样”的实践指南。我尤其对“工艺”部分感到期待，因为我一直觉得，那些精密的制造技术，才是让理论从实验室走向现实的关键。我希望能在这本书中，了解到薄膜晶体管是如何被一层层“堆叠”起来的，其中的每一个步骤，每一个参数，是如何影响最终的器件性能。而“SPICE建模”部分，我相信是连接理论与实践的桥梁，能够帮助工程师们在设计阶段就预测器件的行为，从而提高效率，减少试错成本。

评分☆☆☆☆☆

对于这本书，我最大的好奇点在于它能否在“物理”、“工艺”和“SPICE建模”这三个看似独立的领域之间建立起有效的联系。我一直觉得，一个真正优秀的科技读物，不应该仅仅是知识点的简单罗列，而应该能够展现事物之间的内在逻辑和相互影响。我希望能在这本书中，看到物理原理如何指导工艺的改进，工艺的进步又如何影响建模的精度，以及建模的有效性如何反过来促进对物理过程的更深层理解。例如，我想知道某种物理效应是如何在具体的工艺步骤中被放大或抑制的，以及这些变化又会在SPICE模型中如何体现。这本书的标题，让我有理由相信它具备这种整合能力，它不仅仅是关于薄膜晶体管的“是什么”，更是关于“为什么”和“如何”的深度探讨。我期待它能为我打开一扇新的视野，让我从一个更全面的角度去审视这个微观而强大的电子器件。

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还行！

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粗略看了还不错有收获

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还不错，喜欢京东购物

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好好好好好好好好好好好好好好好好好好好好

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很不错的一本书，尤其是对于建模方面

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东东很不错，大家很喜欢

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