TFT Ekranların Tarihçesi

TFT kim tarafından ve ne zaman icat edildi?

1962'de yarı iletkenler ve mikro elektronik alanındaki bir dizi gelişmeden sonra TFT ortaya çıktı. Amerika Radyo Kurumu (RCA), kullanım olanaklarını genişletme umuduyla yıllarını transistörleri deneyerek ve geliştirerek geçirmişti. John Wallmark'ın (RCA üyesi) ilk ince film patenti 1957'de olmasına rağmen, TFT'yi geliştiren de yine RCA'dan Paul K. Weimer'dı.

TFT'lerin Evrimi

TFT'nin ortaya çıkmasından önce, Alan Etkili Transistör (FET) vardı. FET, transistörün elektrik sinyalleriyle yükseltme, kontrol etme veya üretme özelliklerine sahip olmasını sağlayan bir tür yarı iletken cihazdır. Bu transistör, cihazların içindeki akımın hareketini ve akışını kontrol etmek için yaratılmıştır. FET'lerin standart bir yapısı vardır, kaynak, drenaj ve geçidin yanı sıra yarı iletken ile temas ve iletime izin veren bireysel elektrotlarından oluşur. Bu cihaz, elektronlar veya delikler gibi yük taşıyıcıların hareketini artırarak veya azaltarak kapıdan uygulanan voltajı kontrol edebilir. (yüklü bir çekime neden olan bir elektronun yokluğu) taşıyıcı hareketliliği veya daha spesifik olarak FET'lere, alan etkili hareketlilik olarak adlandırılan bir şekilde. Yüksek mobiliteye sahip yarı iletkenler ile yükler daha kolay yükseltilir, kontrol edilir veya üretilir. FET daha sonra sinyalleri güçlü yönleriyle birlikte değiştirebilir (kaynaktan) hedefe gönderilir (tahliye ve belirlenmiş sinyal alıcısı).

FET ilk kez 1945'te, fikrin ilk patentinin 1925'te alınmasından yıllar sonra, başarılı bir şekilde inşa edildi. Ancak, Metal Oksit Yarı İletken Alan Enerji Transistörünü (MOSFET) yaratan deneye kadar, FET'in çok daha kullanışlı hale gelmesi, sonraki yıllarda değildi. . Bilim adamları, cihaz için bir kapı izolatörü oluşturabileceklerini keşfettiler ve bunu yaparken, tipik olarak silikondan yapılmış olan yarı iletken parçanın kontrollü oksidasyonuna (oksit tabakasının başka bir yüzeye zorla difüzyonu) izin verdi. Bu yeni katman, MOSFET'in dielektrik katmanı veya kapı dielektrik olarak bilinir. Bu gelişme, FET'lerin çok çeşitli kullanımlara, ancak en önemlisi görüntüleme teknolojisine entegrasyonunu mümkün kıldı.

MOSFET'ten TFT doğdu. TFT, standart MOSFET'lerden veya toplu MOSFET'lerden farklıdır, çünkü adından da anlaşılacağı gibi ince filmler kullanır. TFT elektronikte yeni bir çağ başlattı. 1968'de, ilk TFT geliştirmesinden sadece altı yıl sonra, RCA'dan Bernard J. Lechner, modern zamanlarımızda popülaritesi hızla artacak olan TFT Likit Kristal Ekran (LCD) fikrini paylaştı. TFT LCD daha sonra ilk olarak 1973'te Westinghouse Araştırma Laboratuvarlarında oluşturuldu. Bu LCD'ler, transistörler tarafından kontrol edilen piksellerden oluşuyordu. FET'lerde alt tabakalar sadece yarı iletken malzemeydi, ancak TFT LCD'lerin üretiminde piksellerin görüntülenebilmesi için cam alt tabakalar kullanıldı.

Ancak bu, TFT gelişmelerinin sonu değildi. Kısa bir süre sonra, 1974'te, TFT LCD'nin geliştiricilerinden biri olan T. Peter Brody ve Fang-Chen Luo, ilk aktif matris LCD'yi (AM LCD) yarattı. Aktif bir matris, her pikseli ayrı ayrı kontrol eder, yani her pikselin ilgili TFT'sinin sinyali aktif olarak korunur. Bu, ekranlar daha karmaşık hale geldikçe daha iyi performans ve hızın kapılarını açtı.

Yukarıda, bir aktif matrisin (solda) ve bir pasif matrisin (sağda) sinyal yapılarının bir karşılaştırması.

TFT'ler yarı iletken katmanları için çeşitli malzemeler kullanabilmelerine rağmen, silikon en popüler hale geldi ve Si TFT olarak kısaltılan silikon bazlı TFT'yi yarattı. Yarı iletken bir cihaz olarak TFT ve tüm FET'ler katı hal elektroniği kullanır, bu da elektriğin vakum tüpleri yerine yarı iletken tabakanın yapısından aktığı anlamına gelir.

Silikonun olası yapılarındaki çeşitlilik nedeniyle Si TFT'nin özellikleri de değişebilir. En yaygın biçim, yarı iletken üretim sürecinin ilk adımı sırasında alt tabaka üzerine düşük sıcaklıklarda biriktirilen amorf silikondur (A-Si). A-Si:H formuna hidrojenlendiğinde en kullanışlıdır. Bu daha sonra A-Si'nin özelliklerini önemli ölçüde değiştirir; hidrojen olmadan, malzeme dopingle mücadele eder (yüklerin hareketliliğini artırmak için safsızlıkların eklenmesi); A-Si:H formunda ise, yarı iletken tabaka çok daha fazla fotoiletken ve doplanabilir hale gelir. A-Si:H TFT ilk olarak 1979 yılında geliştirilmiştir ve oda sıcaklığında stabildir ve bu buluştan sonra popülaritesi artmaya başlayan AM LCD'ler için en iyi seçenek haline gelmiştir.

İkinci bir potansiyel silikon formu, mikrokristal silikondur. A-Si'ye benzer bir formu korumasına rağmen, bu tip silikon ayrıca kristal yapılar olarak bilinen taneciklere sahiptir. Amorf yapılar, ağ benzeri yapılarına göre daha rastgele, daha az geometrik bir şekle sahiptir, ancak diğer yandan kristal, daha yapılandırılmış ve organizedir. Doğru büyütülürse, mikrokristal silikon, yapısında daha az hidrojen bulunduğundan, A-Si:H'den daha iyi elektron hareketliliğine ve daha fazla kararlılığa sahiptir. A-Si'nin biriktirmesine benzer bir şekilde yatırılır.

Ve son olarak, polisilikon ve poli-Si olarak da bilinen polikristal silikon vardır. Poli-Si'nin yapısı birçok kristalitten oluştuğundan, mikrokristal silikon A-Si ve poli-Si arasındaki ortadır. Bu özel form, yapının özelliklerini değiştirmek için ısı eklenmesi anlamına gelen silikon malzemenin tavlanmasıyla yapılır. Poly-Si ile kristal kafes içindeki atomlar ısıtıldığında kayar ve hareket eder ve soğutulduğunda yapı yeniden kristalleşir.

Bu formlar, özellikle A-Si ve poly-Si arasındaki en büyük fark, yük taşıyıcılarının çok daha hareketli olması ve A-Si yerine poly-Si kullanımı söz konusu olduğunda malzemenin çok daha kararlı olmasıdır. Karmaşık ve yüksek hızlı TFT tabanlı ekranlar oluştururken, poly-Si'nin özellikleri buna izin verir. Yine de, A-Si düşük kaçak özelliğinden dolayı hala çok önemlidir, yani bir dielektrik yalıtkan tamamen iletken olmadığında kaçak akımın çok fazla kaybolmadığı anlamına gelir.

1986'da ilk düşük sıcaklıklı poly-Si (LTPS) Hitachi tarafından gösterildi. LTPS, cihazların üretiminde büyük bir rol oynar, çünkü cam alt tabaka yüksek sıcaklıklara dayanıklı değildir, bu nedenle poli-Si'yi tavlamak için daha düşük sıcaklıklar kullanılır.

Birkaç yıl sonra, 2012'de indiyum galyum çinko oksit (IGZO) formunda bir başka geliştirme yapıldı ve bu da yenileme hızları açısından daha güçlü bir görüntü ve güç tüketimi açısından daha fazla verimlilik sağladı. Adından da anlaşılacağı gibi bu yarı iletken malzeme, indiyum, galyum, çinko ve oksijen kullanır. Bir çinko oksit (ZnO) formu olmasına rağmen, indiyum ve galyum ilavesi, bu malzemenin düzgün bir amorf fazda biriktirilmesine izin verir, aynı zamanda oksidin yüksek taşıyıcı hareketliliğini korur.

TFT'ler ekran teknolojisindeki varlıklarını artırmaya başladıkça, şeffaf yarı iletkenler ve elektrotlar üreticiler için daha çekici hale geldi. İndiyum kalay oksit (ITO), görünümü, iyi iletkenliği ve biriktirme kolaylığı nedeniyle kullanılan popüler bir şeffaf oksit örneğidir.

RTFT'nin farklı malzemelerle aranması eşik voltajı uygulanmasına veya cihazı açmak için ne kadar voltaj gerektiğine yol açmıştır. Bu değer büyük ölçüde oksitin kalınlığına ve seçimine bağlıdır. Oksit söz konusu olduğunda, bu, kaçak akım fikriyle ilgilidir. Daha ince katmanlar ve belirli oksit türleri ile kaçak akım daha yüksek olabilir, ancak bu, cihaza sızıntı da artacağından eşik voltajını düşürebilir. TFT'nin düşük güç tüketimi potansiyelinden yararlanmak için, eşik voltajı ne kadar düşükse, cihazın çekiciliği o kadar iyi olur.

TFT'den kaynaklanan bir diğer gelişme dalı, organik TFT'lerdir (OTFT). İlk olarak 1986'da oluşturulan OTFT'ler genellikle polimerlerin veya makromoleküllerin çözelti dökümünü kullanır. Bu cihaz, yavaş yanıt süreleri anlamına gelen yavaş bir taşıyıcı hareketliliğine sahip olma eğiliminde olduğu için insanları tereddüt etti. Bununla birlikte, araştırmacılar, OTFT ile deneyler yapmışlardır, çünkü OTFT'ye uygulanma potansiyeli vardır. geleneksel TFT'lerden farklı görüntüler esnek, plastik ekranlar için kullanılır. Bu araştırma günümüzde de devam etmektedir. Geleneksel silikon teknolojisinden daha basit işlemesi ile OTFT, günümüzün ve geleceğin teknolojileri için çok fazla potansiyele sahiptir.

TFT Present: Genel Bakış

Tartışıldığı gibi, TFT, teknolojik gelişmelerin ihtiyaçlarını karşılamak için çeşitli şekillerde gelişmiştir. Mükemmel görüntüleme özelliklerinin yanı sıra uygun fiyatlı, düşük maliyetli üretimleri nedeniyle, TFT cihazları ve teknolojisi büyük ölçüde arttı TFT'nin oluşturulmasından bu yana sayı ve amaç olarak.

Örneğin, çeşitli ekranlar için iyi bilinen ve popüler bir marka olan Apple, TFT LCD iPhone'ları, Macbook'ları ve iPad'leri gibi cihazlar için. Apple'ın organik ışık yayan diyotlar (OLED) adı verilen keşfetmeye başladığı bir gelişme oldu; OLED'ler daha ince ve daha esnek ekranlar oluşturma yeteneğine sahiptir. Bugün itibariyle bunun hala birçok dezavantajı var; OLED çok daha pahalı ve suyla teması daha kırılgan olduğundan, TFT LCD, günümüzde hala en önde gelen görüntüleme teknolojisidir. Ayrıca aktif matris OLED (AMOLED) gibi bir şey de var. OLED katmanlar ve TFT katmanları. Apple'ın iPhone X ve Apple Watches gibi cihazlarında uygulamaya başladığı şey budur. Bu ekran, Apple'ın pazarlarının çoğuna odaklandığı bir şey olan daha derin, daha zengin renkler sağlar.

Ancak TFT teknolojisi ve cihazları yalnızca Apple'ınki gibi ekranlarla sınırlı değildir. TFT'nin yüksek çözünürlüğü ve yüksek performans avantajları ile otomobil geliştirme ve tıp alanlarında kendine yer bulmuştur. Araba gösterge panoları ve ekranlar genellikle TFT LCD ekranları kullanır. Tıpta TFT, radyografik görüntüler için bir görüntü reseptörü görevi görebilir.

Dünyamız artık bu tür teknolojilere çok fazla dayandığından, mühendisleri, teknoloji uzmanlarını ve diğer profesyonelleri veya hevesli insanları birleştirmek için “teknoloji toplumları” ortaya çıktı. Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü (IEEE) bunlardan biridir ve kendisini insanlığı teknoloji ile iyileştirmeye adamıştır. Bu daha büyük grubun özel bir alt kümesi, elektron veya iyon tabanlı cihazlara odaklanan Elektron Cihazları Derneği'dir (EDS). Bu alt topluluk, elektron cihazlarının teorileri ve tasarımları hakkında bilimsel bir dergide mektuplar yayınlar.

TFT'nin Geleceği

Geleneksel TFT'nin büyümesi için hala yer varken, geliştiricilerin gözleri TFT'nin uygulanabilir doğasını genişletmek üzerindedir. OTFT'nin 1986'daki geliştirilmesinden bu yana, esnek ekranlar oluşturma fikri geliştiriciler için kabul edilen bir yol olmuştur, ancak çok azı bunu düz panel ekranlar yerine seçmiştir. Bu esnek türdeki cihazlara geniş alan elektroniği (LAE) denir. Geleneksel TFT ekranlardan daha az çevreye zararlı malzemeler kullanma, LAE'ler veya daha spesifik olarak organik LAE'ler (OLAE), TFT kavramları için yeni ortaya çıkan bir genişlemedir.

Bununla birlikte, bu organik ekranlar, tüketicilerin tipik olarak çözünürlük ve yanıt oranları açısından istediği kadar çok istenen özelliğe sahip olmadığından, zorluklar devam etmektedir. Bu nedenle, geleneksel TFT LCD'ler pazara hakim olmaya devam ediyor, ancak bu organik teknolojiler üzerinde araştırma ve deneyler ortaya çıktıkça, henüz TFT tabanlı ekranlarve görüntü teknolojisinin hız, kalite ve çok yönlülük açısından gelişmeye devam etmesi muhtemeldir.