低温多晶硅-氧化物半导体混合集成 (Low temperature polycrystalline silicon and oxide, LTPO)的薄膜晶体管(thin-film transistor, TFT)背板技术融合了低温多晶硅和氧化物半导体TFT两者的优势, 为低功耗、高性能显示以及功能化集成提供了新的发展机遇, 获得了产业界和学术界的广泛关注。本文系统地总结和分析了LTPO相关技术与应用的研究进展以及面临的技术挑战。首先, 讨论了分别针对液晶显示(Liquid crystal display, LCD)和有机发光二极管(Organic light emitting diode, OLED)显示的LTPO背板的集成方式, 进一步总结分析了实现LTPO集成的器件结构和工艺挑战。此外, 针对有源矩阵OLED显示, 分析了LTPO技术用于设计兼容低帧率和高帧率驱动、具有内部补偿功能的像素电路的优势, 以及在超低帧率(如1 Hz)驱动情况下, TFT器件稳定性带来的影响和相关的补偿驱动方法。最后, 对LTPO技术进一步发展的可能趋势进行了展望 。

研究了以聚酰亚胺为基板的p型低温多晶硅薄膜晶体管在不同弯曲半径下的偏压稳定性。当曲率半径从15 mm变到3 mm时, 在拉伸弯曲状态下, 阈值电压和平坦时保持一致(Vth＝-1.34 V), 迁移率μsat从45.65 cm2/(V·s)降到45.17 cm2/(V·s), 开关比增大; 在压缩弯曲状态下, 转移特性曲线和平坦状态保持了非常好的一致性。在最小弯曲半径为3 mm时, 进行了正负偏压稳定性测试, 结果表明, 器件依然具有很好的稳定性。

设计了一套用于准分子激光低温多晶硅制备的线光束整形系统。系统中设置的光斑转换模块可使原始光束截面横纵倒置; 利用扩束模块对原始光束的短轴进行准直, 其扩束倍率可限定短轴光束尺寸, 以配合短轴光束均匀模块的孔径; 采用基于透镜阵列的长轴、短轴光束均匀模块可在提高光斑能量分布均匀性的同时, 约束光斑尺寸; 系统中设置了投影模块, 可将光束投影于工件表面。为了实现系统中光学原件的精密定位, 设计并加工了配套的机械调节结构; 结合仿真实验, 讨论了阵列单元的中心偏差及工作面的偏离对线光斑质量的影响。利用该线光束整形系统对自行研制的大能量准分子激光光源进行整形, 实测的系统能量传递效率为33%, 工件表面的光斑尺寸约为100 mm×0.3 mm, 平均能量密度为470 mJ·cm-2, 长轴能量分布均匀度为93.95%, 满足退火技术的要求。

讨论了从RGB到RGBW的演算法、颜色转化、及驱动电路设计过程中遇到的障碍和最终解决方案。成功研制点亮了一款基于低温多晶硅(LTPS, Low Temperature Poly-silicon)TFT-LCD 技术的12.7cm RGBW显示屏。

介绍了多晶硅薄膜较非晶硅薄膜在平板显示领域的优势以及准分子激光晶化制备多晶硅膜的结晶过程。介绍了透镜阵列实现匀光的原理。阐述了典型的准分子激光退火线型光束整形系统的扩束、匀光、投影等结构。并介绍了连续横向固化技术在准分子激光制备低温多晶硅领域的应用。讨论了准分子激光退火光学系统的发展现状，指出了其在平板显示行业的重要意义。

为了改善过孔的干法刻蚀中刻蚀率的不同导致SD线和P-Si接触面积不一致的问题, 同时解决ELA工艺导致P-Si表面突起而造成SD与P-Si点状接触的问题, 探究了过孔的不同干法刻蚀工艺对TFT-LCD性能的影响, 从中找出最佳的过孔干法刻蚀工艺。利用京东方产线设备制备了两种不同的LTPS阵列样品, 样品一的过孔工艺采用传统的底部接触方式, 样品二采用新的侧面接触方式,样品一和样品二其余的工艺过程一致。实验结果表明: 多点的U-I曲线由发散变为集聚, 电子迁移率有所提高; SEM数据表明采用侧面接触方式能够完全将P-Si刻穿。采用侧面接触方式能够明显的解决干法刻蚀中刻蚀率的不同导致SD线和P-Si接触面积不一致的问题, 同时避免了ELA工艺导致P-Si表面突起而造成SD与P-Si点状接触的问题, 电学性能有所改善, 同时减少了工艺时间, 提高了产能。

用于AM-OLED的LTPS TFTs的阈值电压(Vth)和沟道迁移率(μ)在空间分布上是不够均匀的，用于AM-OLED的a-Si TFTs的Vth和μ会随时间偏移，这些缺点会造成显示屏亮度的不均匀性和不稳定性。为此，需要引入各种像素补偿电路，使显示屏发光亮度的均匀性和稳定性符合商品要求(文章分为两期刊登，本篇为第二部分)。

用于AM-OLED的LTPS TFTs的阈值电压（Vth）和沟道迁移率（μ）在空间分布上是不够均匀的，用于AM-OLED的a-Si TFTs的Vth和μ会随时间偏移，这些缺点会造成显示屏亮度的不均匀性和不稳定性。为此，需要引入各种像素补偿电路，使显示屏发光亮度的均匀性和稳定性符合商品要求（文章分为两期刊登，本篇为第一部分）。

低温多晶硅技术是有源矩阵LCD领域的一项关键技术，它的未来会怎样，而目前它是否又得到了充分应用呢？此文章将解答这些问题。

介绍了一种新的金属诱导多晶硅技术。该技术的核心是预设规则化晶核定位孔和镍源补充孔与溶液浸蘸技术的结合。以定位孔为晶化的起始点，晶化过程中消耗的镍可通过分布在周边的镍源补充孔中的镍给予补充。这样可以大大降低晶核定位孔中的初始镍量，使整个多晶硅薄膜中不存在明显的高镍含量区。即包括晶核定位孔、镍源补充孔在内的整个多晶硅薄膜区域内，能形成连续晶畴的多晶硅薄膜，都可作为高质量TFT的有源层。根据晶核定位孔分布形式的不同，可以设计成规则、重复的分布形式，获得正六边形的蜂巢晶体薄膜和准平行晶带晶体薄膜。这些规则形成的晶畴形状与尺寸相同，可准确地控制晶化的过程，具有晶化时间的高可控性和工艺过程的高稳定性，故而适合于工业化生产的要求。利用些技术，当温度为590 ℃时，可将晶化时间缩短至2 h之内。用这种多晶硅薄膜为有源层，所得多晶硅TFT的场效应迁移率典型值为～55 cm2/V·s，亚阈值斜摆幅为0.6 V/dec，开关电流比为～1×107，开启电压为－3 V。