저온 다결정 실리콘

**저온 다결정 실리콘**(low-temperature polycrystalline silicon, **LTPS**)은 상대적으로 낮은 온도(약 650 °C 이하)에서 합성된 다결정 실리콘이다. LTPS는 변형을 유발하는 고온에 노출되는 것을 방지하기 위해 대형 유리 패널을 사용하기 때문에 디스플레이 산업에 중요하다. 특히, 박막 트랜지스터 (LTPS-TFT)에 다결정 실리콘을 사용하는 것은 평면 액정 디스플레이 또는 이미지 센서와 같은 전자 장치의 대규모 생산에 큰 잠재력을 가지고 있다.Fonash, Stephen. "Low Temperature Crystallization and Patterning of Amorphous Silicon Film On Electrically Insulating Substrates." United States Patent (1994). Print. LTPS는 기존 방법(900 °C 이상)에 비해 약 650 °C 이하에서 합성된 다결정 실리콘이다.
# 다결정 실리콘의 개발
다결정 실리콘(p-Si)은 많은 결정체, 즉 고도로 정돈된 결정 격자의 입자로 구성된 순수하고 전도성 있는 형태의 원소이다. 1984년, 연구에 따르면 비정질 실리콘(a-Si)은 안정적인 구조와 낮은 표면 거칠기를 가진 p-Si 박막을 형성하는 데 탁월한 전구체임을 보여주었다.doi=10.1149/1.2115672 실리콘 박막은 표면 거칠기를 최소화하기 위해 저압 화학기상증착(LPCVD)으로 합성된다. 먼저, 비정질 실리콘은 560–640 °C에서 증착된다. 그런 다음 950–1000 °C에서 열처리(재결정화)된다. 결정을 직접 증착하는 대신 비정질 실리콘 박막으로 시작하면 우수한 구조와 원하는 매끄러움을 가진 제품이 생산된다.doi=10.1063/1.341065doi=10.1109/EDL.1987.26660 1988년, 연구자들은 어닐링 중 온도를 더욱 낮추고 고급 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)을 사용하면 훨씬 더 높은 수준의 전도성을 얻을 수 있음을 발견했다. 이러한 기술은 마이크로일렉트로닉스, 태양광 발전 및 디스플레이 향상 산업에 깊은 영향을 미쳤다.
# 액정 디스플레이에 사용
액정 디스플레이 다이어그램. 트랜지스터에 전류가 가해지면 액정은 정렬되어 더 이상 입사 편광을 회전시키지 않는다. 이로 인해 두 번째 편광판을 통한 투과가 없어 어두운 픽셀이 생성된다. 비정질 실리콘 TFT는 복잡한 고전류 드라이버 회로로 조립될 수 있기 때문에 액정 디스플레이(LCD) 평면 패널에 널리 사용되어 왔다. 비정질 실리콘-TFT 전극은 LCD에서 결정의 정렬을 구동한다. LTPS-TFT의 발전은 더 높은 장치 해상도, 낮은 합성 온도 및 필수 기판 가격 인하와 같은 많은 이점을 가질 수 있다.doi=10.1109/16.822287 그러나 LTPS-TFT는 몇 가지 단점도 가지고 있다. 예를 들어, 기존 a-Si 장치의 TFT 면적은 커서 조리개 비율(불투명 TFT에 의해 차단되지 않고 빛을 통과시키는 면적의 양)이 작다. 서로 다른 조리개 비율의 비호환성으로 인해 LTPS 기반 복잡한 회로 및 드라이버가 a-Si 재료에 통합되는 것을 방지한다.doi=10.1143/JJAP.41.6313 또한, LTPS의 품질은 트랜지스터를 켤 때 온도가 증가하여 재료의 Si-H 결합을 파괴함으로써 박막을 열화시키기 때문에 시간이 지남에 따라 감소한다. 이로 인해 장치는 드레인 항복 및 전류 누설로 고통받게 된다.url-access=subscription 특히 열을 잘 발산하지 못하는 작고 얇은 트랜지스터에서 두드러진다.pages=110–111
# 레이저 어닐링에 의한 처리
비정질 실리콘은 결정 구조가 없지만, 다결정 실리콘은 다양한 결정체 또는 결정립으로 구성되며, 각각은 조직화된 격자를 가지고 있다. XeCl 엑시머-레이저 어닐링(ELA)은 레이저 조사를 통해 a-Si 재료를 녹여 p-Si를 생산하는 첫 번째 주요 방법이다. a-Si의 대응물인 다결정 실리콘은 특정 절차를 통해 비정질 실리콘으로 합성될 수 있으며, 널리 사용되는 a-Si TFT에 비해 여러 가지 장점이 있다. # 높은 전자 이동도 속도 # 높은 해상도 및 조리개 비율 # 회로의 고집적화에 사용 가능.Kuo, Yue. "Thin Film Transistor Technology—Past, Present, and Future." The Electrochemical Society Interface (2013). Electrochemical Society Interface. Web. 1 Mar. 2015. XeCl-ELA는 기판을 가열하지 않고 a-Si (두께 500-10000Å)를 p-Si로 결정화하는 데 성공했다.Sameshima, T., S. Usui, and M. Sekiya. "XeClExcimer Laser Annealing Used in the Fabrication of Poly-Si TFT's." IEEE Electron Device Letters 07.05 (1986): 276-78. IEEE Xplore. Web. 2 Mar. 2015. 다결정 형태는 결정 경계에서의 산란 감소로 인해 TFT에 더 나은 이동도를 제공하는 더 큰 결정립을 가지고 있다.url-access=subscriptionurl-access=subscriptionissn=1083-1312 이 기술은 LCD 디스플레이에 복잡한 회로를 성공적으로 통합하는 데 기여한다.Uchikoga, Shuichi. "Low-Temperature Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistor Technologies for System-on-Glass Displays." MRS Bulletin (2002): 881-86. Google Scholar. MRS Bulletin. Web. 2 Mar. 2015.

# LTPS-TFT 장치 개발
유기 발광 다이오드를 구동하는 데 사용되는 LTPS-TFT의 개략도 TFT 자체의 개선 외에도 LTPS의 그래픽 디스플레이에 대한 성공적인 적용은 혁신적인 회로에도 달려 있다. 최근 한 기술은 트랜지스터에서 나오는 전류가 임계 전압과 독립적이어서 균일한 밝기를 생성하는 픽셀 회로를 포함한다.Banger, K. K., Y. Yamashita, K. Mori, R. L. Peterson, T. Leedham, J. Rickard, and H. Sirringhaus. "Low-temperature, High-performance Solution-processed Metal Oxide Thin-film Transistors Formed by a ‘sol–gel on Chip’ Process." Nature Materials (2010): 45–50. Nature Materials. Web. 2 Mar. 2015.Tai, Y.-H., B.-T. Chen, Y.-J. Kuo, C.-C. Tsai, K.-Y. Chiang, Y.-J. Wei, and H.-C. Cheng. "A New Pixel Circuit for Driving Organic Light-Emitting Diode With Low Temperature Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistors." Journal of Display Technology 01.01 (2015): 100-104. IEEE Xplore. Web. 2 Mar. 2015. LTPS-TFT는 고해상도와 대형 패널 수용 능력을 가지고 있어 유기 발광 다이오드 디스플레이를 구동하는 데 일반적으로 사용된다. 그러나 LTPS 구조의 변화는 기존 회로를 사용할 때 신호에 대한 비균일 임계 전압과 비균일 밝도를 초래할 수 있다. 새로운 픽셀 회로는 4개의 n형 TFT, 1개의 p형 TFT, 커패시터 및 이미지 해상도를 제어하는 제어 요소를 포함한다. TFT의 성능 및 미세 리소그래피를 향상시키는 것은 LTPS 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드를 발전시키는 데 중요하다. 이러한 여러 중요한 기술은 결정성 박막의 이동도를 최대 13 cm2/Vs까지 끌어올렸으며, 500 ppi 이상의 해상도를 가진 발광 다이오드 및 LCD를 대량 생산하는 데 기여했다. {| class="wikitable" |- ! 특성 !! 비정질 실리콘 !! 다결정 실리콘 |- | 이동도 (cm^2 /(V*s)) || 0.5 || >500 |- | 증착 방법 || PECVD || ELA |- | 증착 온도 || 350 °C || 600 °C |- | 드라이버 통합 || 부분적만 가능 || System-on-glass |- | 해상도 || 낮음 || >500 ppi |- | 비용 || 낮음 || 상대적으로 높음 |}
# LTPO
**저온 다결정 산화물** (**LTPO**)은 애플이 개발한 유기 발광 다이오드 백플레인 기술의 일종으로, LTPS TFT와 산화물 TFT (IGZO, 또는 IGZO)를 결합한 것이다. LTPO에서 스위칭 회로는 LTPS를 사용하는 반면 구동 TFT는 IGZO 재료를 사용한다.website=OLED Info LTPO는 산화물 게이트 절연의 낮은 누설로 인해 전력을 더 효율적으로 사용할 수 있게 한다. LTPO 디스플레이는 향상된 배터리 수명으로 알려져 있으며 일부 스마트폰, 스마트워치 및 기타 모바일 장치에서 찾아볼 수 있다.language=en LTPO의 핵심 기술은 애플이 개발했지만, 삼성디스플레이도 LTPS TFT와 하이브리드 산화물 및 다결정 실리콘(HOP)의 조합을 사용하여 LTPO 능동형 유기 발광 다이오드 패널에 대한 독점 기술을 보유하고 있다.website=THE ELEC, Korea Electronics Industry Media