El silicio policristalino de baja temperatura ( LTPS ) es silicio policristalino que se ha sintetizado a temperaturas relativamente bajas (~650 °C y menos) en comparación con los métodos tradicionales (por encima de 900 °C). El LTPS es importante para las industrias de visualización , ya que el uso de grandes paneles de vidrio prohíbe la exposición a altas temperaturas deformativas. Más específicamente, el uso de silicio policristalino en transistores de película delgada (LTPS-TFT) tiene un alto potencial para la producción a gran escala de dispositivos electrónicos como pantallas LCD de panel plano o sensores de imagen. [1]
El silicio policristalino (p-Si) es una forma pura y conductora del elemento compuesta por muchos cristalitos, o granos de red cristalina altamente ordenada . En 1984, los estudios demostraron que el silicio amorfo (a-Si) es un excelente precursor para formar películas de p-Si con estructuras estables y baja rugosidad superficial. [2] La película de silicio se sintetiza mediante deposición química en fase de vapor a baja presión (LPCVD) para minimizar la rugosidad de la superficie. Primero, el silicio amorfo se deposita a 560–640 °C. Luego se recoce térmicamente (recristaliza) a 950–1000 °C. Comenzando con la película amorfa, en lugar de depositar directamente los cristales, se produce un producto con una estructura superior y una suavidad deseada. [3] [4] En 1988, los investigadores descubrieron que reducir aún más la temperatura durante el recocido, junto con la deposición química en fase de vapor mejorada con plasma (PECVD) avanzada, podría facilitar grados aún más altos de conductividad. Estas técnicas han tenido un profundo impacto en las industrias de la microelectrónica, la energía fotovoltaica y la mejora de pantallas.
Los TFT de silicio amorfo se han utilizado ampliamente en paneles planos de pantalla de cristal líquido (LCD) porque se pueden ensamblar en circuitos controladores complejos de alta corriente. Los electrodos de Si-TFT amorfos impulsan la alineación de los cristales en los LCD. La evolución de los LTPS-TFT puede tener muchos beneficios, como una mayor resolución del dispositivo, una temperatura de síntesis más baja y un precio reducido de los sustratos esenciales. [5] Sin embargo, los LTPS-TFT también tienen varios inconvenientes. Por ejemplo, el área de los TFT en los dispositivos a-Si tradicionales es grande, lo que resulta en una pequeña relación de apertura (la cantidad de área que no está bloqueada por el TFT opaco y, por lo tanto, admite luz). La incompatibilidad de diferentes relaciones de apertura impide que los circuitos y controladores complejos basados en LTPS se integren en material a-Si. [6] Además, la calidad de LTPS disminuye con el tiempo debido a un aumento de la temperatura al encender el transistor, lo que degrada la película al romper los enlaces Si-H en el material. Esto provocaría que el dispositivo sufriera averías en el drenaje y fugas de corriente, [7] sobre todo en transistores pequeños y delgados, que disipan mal el calor. [8]
El recocido láser excimer (ELA) de XeCl es el primer método clave para producir p-Si fundiendo material de a-Si mediante irradiación láser . El equivalente del a-Si, el silicio policristalino, que se puede sintetizar a partir de silicio amorfo mediante ciertos procedimientos, tiene varias ventajas sobre el TFT de a-Si ampliamente utilizado:
El XeCl-ELA logra cristalizar a-Si (con un espesor que varía de 500 a 10 000 Å) en p-Si sin calentar los sustratos. [10] La forma policristalina tiene granos más grandes que brindan una mejor movilidad para los TFT debido a la dispersión reducida de los límites de grano. [11] [12] [13] Esta técnica conduce a la integración exitosa de circuitos complicados en pantallas LCD. [14]
Aparte de la mejora de los propios TFT, la aplicación exitosa de LTPS a la visualización gráfica también depende de circuitos innovadores. Una técnica reciente implica un circuito de píxeles en el que la corriente de salida del transistor es independiente del voltaje de umbral, produciendo así un brillo uniforme. [15] [16] LTPS-TFT se utiliza comúnmente para controlar las pantallas de diodos orgánicos emisores de luz (OLED) porque tiene alta resolución y capacidad para paneles grandes. Sin embargo, las variaciones en la estructura LTPS darían como resultado un voltaje de umbral no uniforme para las señales y un brillo no uniforme utilizando circuitos tradicionales. El nuevo circuito de píxeles incluye cuatro TFT de tipo n , un TFT de tipo p , un condensador y un elemento de control para controlar la resolución de la imagen. [16] Mejorar el rendimiento y la microlitografía de los TFT es importante para el avance de los OLED de matriz activa LTPS. Estas numerosas técnicas importantes han permitido que la movilidad de la película cristalina alcance hasta 13 cm2/Vs, y han ayudado a producir en masa LED y LCD con una resolución de más de 500 ppi. [10]
El óxido policristalino de baja temperatura ( LTPO ) es un tipo de tecnología de placa base de pantalla OLED desarrollada por Apple que combina TFT LTPS y TFT de óxido ( óxido de indio, galio y zinc o IGZO). En LTPO, los circuitos de conmutación utilizan LTPS mientras que los TFT de accionamiento utilizan materiales IGZO. [17] LTPO permite un uso más eficiente de la energía al ajustar dinámicamente la frecuencia de actualización de la pantalla en función del contenido que se muestra. Esto significa que la pantalla puede funcionar a una frecuencia de actualización baja cuando muestra imágenes estáticas o texto, pero puede aumentar a una frecuencia de actualización más alta cuando muestra contenido dinámico como videos o juegos. Las pantallas LTPO son conocidas por su mejor duración de batería y se pueden encontrar en algunos teléfonos inteligentes , relojes inteligentes y otros dispositivos móviles. [18]
Aunque la tecnología principal de LTPO es desarrollada por Apple, Samsung también tiene su propia tecnología para paneles AMOLED LTPO utilizando una combinación de TFT LTPS y óxido híbrido y silicio policristalino (HOP). [19]