박막 트랜지스터

3. 제조 방법

TFT는 불활성 기판 위에 성장되므로, 반도체는 특수 공정을 통해 증착해야 한다. TFT에 반도체를 증착하는 데는 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD), 스퍼터링 등 다양한 기술이 사용된다.^[12] 인쇄^[13] 또는 스프레이 코팅^[14]과 같은 기술을 통해 용액으로부터 증착될 수도 있다. 용액 기반 기술은 저렴하고 기계적으로 유연한 전자기기를 만드는 데 사용될 수 있다.^[15] 일반적인 기판은 고온에서 변형되거나 녹을 수 있으므로, 증착 공정은 기존 전자 재료 처리에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 수행되어야 한다.^[16]

4. 재료

5. 특징 및 문제점

일반적인 MOSFET와 달리, 박막 트랜지스터(TFT)는 인가된 게이트 전압에 의해 반전층(inversion layer^영어)을 형성하지 않고 축적층(accumulation layer^영어)을 형성하여 컨덕턴스를 제어한다. n형 TFT의 캐리어는 전자이고, p형 TFT의 캐리어는 홀이다. 채널층 물질에 따라 p형 및 n형의 특징을 모두 갖춘 양극성(ambipolar) 특성을 가질 수 있다.^[56]

현재 채널층에 널리 사용되는 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H) TFT는 스레숄드(문턱) 전압이 시간, 게이트 전압, 온도에 따라 불안정하게 변하는 문제가 있다. 이는 다음 세 가지 요인으로 구분된다.

# 밴드 갭 내부에 존재하는 준안정 상태(metastable state^영어): 게이트 인가 전압이 낮은 경우 주된 요인이다.

# 절연층 내부: 전압이 높은 경우 주된 요인이다.

# 경계 상태(interface state^영어): 일반적으로 무시된다.

일부 제조사에서는 일정 시간 전압과 가열을 통해 게이트 인가 전압에 의해 여기되어 불안정해진 valence band connection을 dangling bond (defect)로 안정화시키는 대책을 세우고 있다.

6. 응용 분야

박막 트랜지스터(TFT)는 TFT LCD와 AMOLED 등 디스플레이 분야에서 널리 사용된다. TFT LCD는 액정표시장치 기술의 한 종류로, 각 픽셀에 TFT를 배치하여 크로스토크를 줄이고 이미지 안정성을 높인다. AMOLED 디스플레이는 개별 유기 발광 다이오드의 픽셀 어드레싱을 위해 TFT를 사용한다.

6. 1. 디스플레이

6. 2. 비(非) 디스플레이

7. 역사

RCA의 존 월마크(J. Torkel Wallmark)는 1957년에 게이트 유전체로 산화 게르마늄을 사용한 박막 MOSFET에 대한 특허를 출원했다.^[28] 1962년에는 RCA의 폴 K. 와이머(Paul K. Weimer)가 셀렌화 카드뮴과 황화 카드뮴의 박막을 이용하여 TFT를 개발했다.^{[29][30][31][32][33]}

1968년, RCA 연구소의 버나드 J. 레크너(Bernard J. Lechner)는 TFT 기반 액정 표시 장치(LCD) 아이디어를 고안했다.^[34] 1973년, 웨스팅하우스 연구소(Westinghouse Research Laboratories)의 T. 피터 브로디(T. Peter Brody) 연구팀은 CdSe(셀렌화 카드뮴) TFT를 개발하여 최초의 CdSe 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)를 만들었다.^[31][36] 1974년에는 브로디와 방-천 루오(Fang-Chen Luo)가 CdSe를 사용한 최초의 평면 능동 매트릭스 액정 표시 장치(AM LCD)를 시연했고, 1975년에 "능동 매트릭스"라는 용어를 만들었다.^[34]

1979년, 던디 대학교(University of Dundee)의 연구팀이 비정질 실리콘(a-Si) TFT를 개발하면서 TFT 연구의 돌파구가 마련되었다.^[31][38] 이는 일본에서 a-Si TFT 기반 AM LCD 패널의 연구 개발(R&D)로 이어졌다.^[39]

1982년까지 일본에서는 AM LCD 기술을 기반으로 한 주머니형 TV가 개발되었다.^[40] 1984년, 엡손(Epson)은 최초의 상업용 TFT 기반 AM LCD 제품인 2.1인치 컬러 LCD 포켓 TV, ET-10(엡손 엘프(Epson Elf))을 출시했다.^{[41][42][43][37][44]} 1988년, 샤프의 연구팀은 수소화 a-Si TFT를 사용하여 14인치 풀 컬러 LCD 디스플레이를 시연했다.^[34][48]

인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO)로 만들어진 TFT-LCD는 2012년에 샤프가 처음으로 양산했다.^[49][50]

8. 한국의 TFT 산업

한국은 TFT-LCD 및 AMOLED 디스플레이 산업의 선두 주자이며, 삼성 및 LG 등 대기업들이 세계 시장을 주도하고 있다. 또한 유연 디스플레이, 투명 디스플레이 등 차세대 디스플레이 기술 개발에도 적극적이다.

TFD 액정은 과거 미쓰비시, NEC, CASIO, 히타치, Kyocera 등 일본 기업 제품의 휴대전화 컬러 액정에 사용되었으나,^[1] TFT 액정의 가격 하락으로 현재는 사용되지 않는다.^[1]

참조

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