OTFT和非晶硅晶体管有什么区别？
薄膜晶体管 （TFT） 已成为 LCD 和显示器等大面积电子产品的关键元件。它们通过控制单个像素实现更高的分辨率和对比度，而不会牺牲刷新率。
继 1947 年晶体管发明后，最早的 TFT 迭代在 1950 年代末和 1960 年代初被提出和创造。它们使用多种材料（例如镉和铟）制成，并且具有不同的性能和应用。然而，这些 TFT 只能在小区域内可靠地运行，因此不适合较大的显示器尺寸，例如显示器或电视。
进一步的研究导致了非晶硅 （a-Si） TFT 的开发。事实证明，a-Si 在更大面积上是可靠的，从而推动了用于商业产品的 TFT-LCD 的发展。随着 a-Si TFT 的商业化，其他类型的无机 TFT，尤其是低温多晶硅 （LTPS） 和氧化物 TFT 也被商业化，现在广泛用于 OLED 和智能手机显示器。如今，基于 a-Si 的 TFT-LCD 技术因其相对简单且成本低廉的玻璃制造工艺而被用于数十亿台设备。
最近，有机薄膜晶体管 （OTFT） 的开发和批量生产取得了突破。它们采用有机聚合物制成，可提供与 a-Si 相同或更好的性能，可用于柔性、无玻璃显示器和其他光学应用。
经过多年的开发，第一款 OTFT 于 2024 年 6 月在大规模生产的消费产品（Ledger 的加密货币钱包）中投入商业生产，其电子纸显示屏环绕着 180 度的外弯，曲率半径为 3 毫米。这一里程碑为未来产品中更多地采用基于 OTFT 的组件铺平了道路（图 1）。
那么，a-Si 晶体管和 OTFT 之间的主要区别是什么，什么时候更适合给定的产品呢？让我们看看每个及其制造过程的特性和性能。
OTFT 与 a-Si 晶体管：特性和性能
尺寸、重量和耐用性是任何电子应用中的重要考虑因素。顾名思义，虽然所有类型的薄膜晶体管都非常薄，因此很轻，但它们必须构建在衬底上。对于无机 TFT，这通常意味着玻璃基板，它几乎贡献了晶体管阵列的所有厚度和重量，并且限制了柔韧性和稳健性。
近年来，我们看到聚酰亚胺基板上无机 TFT 的商业化增长，最引人注目的是用于薄型或柔性 OLED 显示器的 LTPS。由于无机 TFT 本质上包含陶瓷/脆性材料，因此如果施加过多的应力，它们很容易开裂。因此，它们在柔性 （OLED） 显示器中的使用需要仔细设计，以确保晶体管中的脆性层位于或非常接近中性轴。
先进的显示技术
显示技术正在扭曲和包裹。
另一方面，OTFT 不包含任何脆性/陶瓷材料，因为构成晶体管的所有层（半导体和电介质）都由塑料制成，并且就其性质而言，它们很柔软，可以被拉到非常高的程度而不会影响性能（当然也不会开裂）。
默认情况下，它们默认可以在低成本塑料薄膜上制造，并且由此产生的柔性晶体管可以集成到柔性显示器中，而无需将 TFT 放置在中性轴附近。这开辟了硅无法实现的高度产品设计自由度（图 2）。
移动性、稳定性和均匀性
移动性是衡量电气性能的关键指标。在显示器领域，更高的移动性意味着可以使用更小的晶体管，从而减少其占用空间，从而增加像素尺寸以及其他好处。
非晶硅在显示器领域占据主导地位，因为它的移动性足以满足许多用例，例如 LCD 电视、显示器和笔记本电脑（对于智能手机显示器等非常高的 PPI 应用，通常使用 LTPS）。非晶硅的迁移率通常约为 0.5 cm2/Vs，这与用于微芯片的硅片的迁移率相去甚远。然而，这种移动性可以在非常大的区域上均匀地实现;例如，跨越 3 × 3 米的显示屏玻璃。
当有机 TFT 首次开发时，它们的迁移率比 a-Si 低几个数量级，因此无法驱动显示器像素。然而，聚合物化学的不断进步使有机材料和 OTFT 架构的迁移率等于或优于 a-Si。如今，FlexEnable 的 FlexiOM OTFT 材料是第一个商业化的材料，其迁移率比非晶硅的迁移率高出约三倍（图 3）。
与非晶硅相比，今天的 OTFT 还表现出更高水平的 Vt 稳定性，并且在大面积上具有类似于非晶硅水平的 Vt 均匀性——在大面积上（FPD 母板）上的典型变化为 2% 至 3%。这是因为与有机小分子溶液处理半导体相比，溶液处理聚合物有机半导体特别适合在大面积上形成非晶薄膜。这通常会形成多晶膜，由于晶界引起的迁移率变化，导致均匀性差。
总的来说，FlexEnable OTFT 平台的这些电气参数都达到或超过非晶硅的电气参数，这意味着塑料可以实现与玻璃相同的电气性能（图 4）。
比较 a-Si 和 OTFT 的制造工艺
OTFT 的一个关键优势是它们可以在非常低的温度下制造。例如，FlexEnable 的方法使工艺中的每一步都能在低于 100°C 的温度下生产 OTFT。这种低温不仅允许将 OTFT 构建在柔性生物塑料基材（如三乙酰纤维素或 TAC）而不是玻璃上，而且还节省了能耗：在TFT生产中，通过从硅转换为有机物，可以节省大约一半的能源。
相比之下，硅和其他无机晶体管需要高温工艺，即使 LTPS 也需要 450°C+ 工艺。因此，不可能在 TAC 衬底上制造硅 TFT。此外，每个晶体管器件衬底在制造过程中需要数十次这样的温度循环，这消耗了大量的能量。
基于 OTFT 的 LCD 显示器 （OLCD） 旨在使用标准 FPD 设备在现有显示器工厂中构建。FlexEnable 的方法是将低成本塑料薄膜贴在玻璃上，然后使用低温工艺和 FlexiOM OTFT 材料在塑料薄膜上制造柔性有机晶体管。它消除了对高温退火和固化化学气相沉积 （CVD）、离子注入和溅射等能源密集型步骤的需求。
阵列制造完成后，LCD 单元组装也使用传统设备完成。组装后，通过加热将完成的堆栈从载玻片中取出，使 TAC 薄膜从玻璃上分层。这个简单的发布过程可以扩展到非常大的大小。重要的是，载玻片不构成 BOM 的一部分;相反，它被送回生产线的前面，进行清洁，并用新的 TAC 薄膜层压，以备下一次生产运行（图 5）。
图5. OTFT 背板采用贴装和拆卸工艺制造。对于非晶硅，这些工艺步骤直接在玻璃本身上执行，玻璃本身也成为显示器的基板，从而产生平面玻璃 LCD 面板。
OTFT 应用超越传统显示器
虽然玻璃上的 a-Si 是许多应用的合适选择，主要是显示器，但也包括某些类型的大面积传感器（例如 X 射线传感器），但它会根据用例和要求在机械和电气性能方面带来限制。OTFT 具有独特的优势，将其潜在应用扩展到传统显示器之外。以下是当今生产中的 OTFT 如何应用于光学和显示产品的几个示例：
柔性显示器
OTFT 以曲面 E Ink 显示器的形式大规模生产，用于 Ledger Stax 加密货币钱包。使用 OTFT 实现了 3 mm 的曲线半径，并在行业内创造了独特的外形尺寸和交互方法。
OTFT 的灵活性允许实现平板显示器无法实现的尖端设计和新功能。除了电子纸显示器，这项技术还可以驱动 LCD。所谓的有机 LCD （OLCD） 可以弯曲以符合几乎任何表面，甚至可以具有孔或切口，例如环绕按钮。OLCD 非常适用于各种应用，包括消费电子产品、平板电脑和笔记本电脑、汽车内饰表面和数字标牌，这要归功于其坚固性、轻薄特性以及高对比度和长使用寿命。
增强现实
OTFT 可以与液晶单元相结合，为增强现实 （AR） 眼镜执行像素化调光，使虚拟信息和图像在所有照明条件下都可见。
FlexEnable 还开发了对塑料液晶单元进行热成型的能力，用于制造用于 AR 和 VR 眼镜的双向弯曲像素化调光器和可调镜头，这些镜头可以紧贴弯曲的光学表面，从而最大限度地减少体积和接口。通过将轻薄的优点与拉伸基于塑料的塑料晶体管的能力相结合，该技术实现了玻璃/硅基电子设备无法实现的外形尺寸（图 6）。
