低溫多晶矽（Lowtemperature polycrystalline silicon，LTPS）是一種與傳統方法（900C 以上）相比，在相對較低的溫度（650C 及更低）合成的多晶矽。LTPS 對顯示行業很重要，因為大型玻璃面板暴露在高溫下易變形。更具體地說，薄膜電晶體（LTPSTFT）中使用多晶矽具有大規模生產平板液晶顯示器或影像感測器等電子裝置的巨大潛力。Fonash Stephen Low Temperature Crystallization and Patterning of Amorphous Silicon Film On Electrically Insulating Substrates United States Patent 1994 Print 多晶矽的發展 多晶矽（pSi）是由許多晶體或高有序晶格顆粒組成的純導電元素形式。1984 年，研究表明，非晶矽（aSi）是形成結構穩定、表面粗糙度低的 pSi 薄膜的絕佳前體。Harbeke G L Krausbauer EF Steigmerier and AE Widmer Growth and Physical Properties of LPCVD Polycrystalline Silicon Films Journal of the Electrochemical Society 1984 675 Print 矽薄膜採用低壓化學氣相沉積（LPCVD）合成，以儘量減少表面粗糙度。首先，非晶矽沉積在 560640C。然後在 950100C 進行熱退火（再結晶）。從無定形薄膜開始，而不是直接沉積晶體，生產出具有優越結構和所需光滑度的產品。Hatalis Miltiadis K and David W Greve Large Grain Polycrystalline Silicon By LowTemperature Annealing Of LowPressure Chemical Vapor Deposited Amorphous Silicon Films Applied Physics 6307 1988 2266 PrintHatalis MK and DW Greve HighPerformance ThinFilm Transistors In LowTemperature Crystallized LPCVD Amorphous Silicon Films IEEE Electron Device Letters 08 1987 36164 Print1988 年，研究人員發現，退火期間進一步降低溫度，加上先進的等離子體增強化學氣相沉積（PECVD），可以促進更高的電導率。這些技術對微電子、光伏和顯示增強行業產生了深遠的影響。 用於液晶顯示器 非晶矽 TFT 由於可以組裝成複雜的大電流驅動電路，因此在液晶顯示器（LCD）平板上得到了廣泛應用。無定形 SiTFT 電極驅動液晶顯示器中晶體的對齊。向 LTPSTFT 的演變可以帶來許多好處，例如更高的裝置解析度、更低的合成溫度和降低基板的價格。Zhiguo Meng Mingxiang Wang and Man Wong High Performance Low Temperature MetalInduced Unilaterally Crystallized Polycrystalline Silicon Thin Film Transistors for SystemonPanel Application IEEE Transactions On Electron Devices 4702 2000 Print 然而，LTPSTFT 也有幾個缺點。例如，傳統 aSi 器件中 TFT 的面積較大，導致孔徑比較小（即不透明 TFT 阻斷的面積，從而允許光線）。不同孔徑比的不相容性阻止了基於 LTPS 的複雜電路和驅動器整合到 aSi 材料中。Inoue Satoshi Hiroyuki Ohshima and Tatsuya Shimoda Analysis of Degradation Phenomenon Caused by SelfHeating in LowTemperatureProcessed Polycrystalline Silicon Thin Film Transistors Japanese Journal of Applied Physics 41 2002 6313319 IOP Sciences Web 2 Mar 2015 此外，由於電晶體開啟時溫度升高，LTPS 的質量隨著時間的推移而下降，電晶體透過打破材料中的 SiH 鍵來降解薄膜。這將導致裝置出現漏水故障和電流洩漏，特別是在細小電晶體中，它們散熱不良。 雷射退火處理 XeCl 準分子 雷射退火（ELA）是透過雷射輻照熔化 aSi 材料產生 pSi 的第一個關鍵方法。與 aSi 相對應的多晶矽，可以透過某些程式從非晶矽合成，與廣泛使用的 aSi TFT 相比有幾個優勢： 高電子遷移率； 高解析度和孔徑比； 適用於電路的高度整合度。Kuo Yue Thin Film Transistor TechnologyPast Present and Future The Electrochemical Society Interface 2013 Electrochemical Society Interface Web 1 Mar 2015 XeClELA 成功地將 aSi（厚度在 50010000A 之間）結晶為 pSi，而無需加熱基板。 Sameshima T S Usui and M Sekiya XeClExcimer Laser Annealing Used in the Fabrication of PolySi TFTs IEEE Electron Device Letters 0705 1986 27678 IEEE Xplore Web 2 Mar 2015 多晶形式具有較大的晶粒，由於晶界的散射減少，TFT 的流動性更好。這項技術成功地集成了液晶顯示器中的複雜電路。 Uchikoga Shuichi LowTemperature Polycrystalline Silicon ThinFilm Transistor Technologies for SystemonGlass Displays MRS Bulletin 2002 88186 Google Scholar MRS Bulletin Web 2 Mar 2015 LTPSTFT 裝置的發展 除了 TFT 本身的改進外，LTPS 能否成功應用於圖形顯示，還取決於電路的創新。最近的一項技術涉及畫素電路，其中電晶體的出電流與閾值電壓無關，從而產生均勻的亮度。Banger K K Y Yamashita K Mori R L Peterson T Leedham J Rickard and H Sirringhaus Lowtemperature Highperformance Solutionprocessed Metal Oxide Thinfilm Transistors Formed by a solgel on Chip Process Nature Materials 2010 4550 Nature Materials Web 2 Mar 2015 Tai YH BT Chen YJ Kuo CC Tsai KY Chiang YJ Wei and HC Cheng A New Pixel Circuit for Driving Organic LightEmitting Diode With Low Temperature Polycrystalline Silicon ThinFilm Transistors Journal of Display Technology 0101 2015 100104 IEEE Xplore Web 2 Mar 2015 LTPSTFT 通常用於驅動有機發光二極體（OLED）顯示器，因為它具有高解析度和大型面板的適應性。然而，LTPS 結構的變化會導致訊號閾值電壓不均勻，使用傳統電路的亮度不均勻。新的畫素電路包括四個 n 型 TFT，一個 p 型 TFT，一個電容器和一個控制影像解析度的控制元件。 提高 TFT 的效能和微平版印刷對於推進 LTPS 有源矩陣 OLED 很重要。這些許多重要技術使晶體薄膜的遷移率達到 13cm2Vs，並有助於大規模生產解析度超過 500ppi 的 LED 和液晶顯示器。 特性 無定形矽 多晶矽 遷移率 cm2 Vs 05 500 沉積方法 PECVD ELA 沉積溫度 350 C 600 C 顯示驅動整合 僅部分 Systemonglass 解析度 低 500 ppi 成本 低 相對較高 低溫多晶氧化物 低溫多晶氧化物（LTPO）是一種由蘋果公司最早開發的 OLED 顯示背板技術，將低溫多晶矽和氧化物的薄膜電晶體結合起來而成。在 LTPO 中，開關電路為低溫多晶矽，而驅動薄膜電晶體則使用氧化銦鎵鋅。利用 LTPO 可以在螢幕上實現可變重新整理率，可以根據顯示的內容調整重新整理率。螢幕可以在顯示靜態圖片和文字時使用較低的重新整理率，在播放影片或遊戲時使用高重新整理率。因此，一些智慧手機、手錶等電子產品使用 LTPO 技術，以延長電池的使用時間。 參見 非晶矽 多晶矽 單晶矽 晶圓 光伏 發光二極體 液晶顯示器 參考資料 Category 電子製造 Category 晶體 Category 矽的同素異形體