3.6.2 LTPO工艺问题

LTPO 集成需要考虑两种器件工艺的互相影响。对于 LTPS，为了实现高性能和良好偏置稳定性的器件，需用通过掺氢（H）来钝化多晶硅晶粒内部、晶界之间及多晶硅与栅极绝缘层界面处的缺陷。然而，AOS TFT的性能对H非常敏感。如图 3-13（a）所示，通过对 AOS 的态密度的第一性原理计算表明，当 H 位于各成键的位置或间歇位置时，都会导致费米能级超过导带底（Conduction Band Minimum，CBM），从而引入自由电子；额外的氧（O）可以和H结合形成O-H或H-O-H键，费米能级能够保持在深能级。在LTPO工艺过程中，LTPS层中的H扩散到AOS层，会与其中的氧悬挂键结合或打破氧-金属共价键而形成氢氧化物。当 H 很少时，由于缺陷态密度的降低，一定程度上会提高器件的迁移率、减弱回滞现象；然而，当有较多的 H 时，氧空位和氧-金属健的平衡会被打破，导致器件阈值电压的偏移和稳定性的恶化。在低帧率的显示驱动下，AOS TFT开关管受较长时间的负偏压应力，会引起一定的阈值电压负偏移。如果负偏移过大，会导致该 TFT处于常开状态，造成显示屏对应位置的亮点缺陷。即使 TFT 还能够关断，一定的负偏移也会引起TFT关断带来的反冲电压的变化，对于AMOLED显示来说，会进一步影响驱动 TFT 的电流和像素的发光亮度，尤其在低亮度的情况下，会导致显示发光的不均一性。因此，LTPO的一大工艺挑战是对H浓度的调控，以平衡两种器件的性能。如图3-13（b）所示，通过采用优化的低H浓度工艺，所制备的AOSTFT在NBTS下阈值电压的偏移显著小于采用高H浓度的工艺。虽然现阶段基于IGZO的AOS TFT已经量产，但其迁移率和稳定性还有很大的提升空间，如通过稀土元素的掺杂可以同时提高迁移率和稳定性。对比LTPS，AOS的一个重要优势是可以通过调整材料中不同的组分及其比例来提高或优化器件性能。所以，结合AOS材料组分的设计与后退火处理工艺，有望降低AOS TFT对H浓度的敏感性，为高性能的LTPO集成提供更宽的工艺窗口。

图3-13 氢（H）对AOS TFT性能的影响