核心概念：什么是TFT阵列？
想象一下，一块显示屏幕由几百万甚至几十亿个微小的像素点组成，为了让每个像素点能够独立、精确地控制亮度或颜色，就需要一个“开关”来管理它。TFT就是这个开关。
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- TFT (Thin-Film Transistor)：薄膜晶体管，是一种场效应晶体管,它是在玻璃基板上通过薄膜沉积和光刻等工艺制造出来的。
- 阵列：这些TFT不是零散分布的，而是被排列成一个整齐的矩阵，每个TFT对应一个像素点,这个由TFT组成的矩阵就是TFT阵列基板。
TFT阵列的功能：它像一个巨大的电子开关矩阵，外部电路（驱动IC）通过“行线”（Gate线）和“列线”（Data线）来控制每个TFT的开关状态，当TFT打开时，电流会流向对应的像素点（如OLED的发光层或LCD的液晶分子），从而点亮该像素；当TFT关闭时，电流被切断，像素点熄灭，通过高速、精确地控制每个TFT的开关,就能在屏幕上形成图像。
TFT阵列制造的基本流程
TFT阵列的制造是一个极其精密和复杂的半导体工艺，但与制造传统硅芯片不同，它是在大尺寸玻璃基板上进行的，工艺温度和材料选择有特殊限制，其核心流程可以概括为“薄膜沉积 → 光刻 → 刻蚀 → 剥离”的多次循环。
以下是典型的a-Si (非晶硅) TFT阵列制造的主要步骤：
基板准备
- 玻璃基板清洗：使用高纯度的去离子水、酸和碱等化学试剂对大尺寸玻璃基板（如G7, G8.5代线）进行彻底清洗，去除表面颗粒、有机物和金属离子,确保后续工艺的洁净度。
TFT核心结构制造
这是整个流程中最关键的部分,核心是制造出每个像素单元中的TFT开关。
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栅极 形成
- 栅极金属沉积：通过磁控溅射 在整个玻璃基板上沉积一层均匀的金属薄膜（如Mo, Al, Cu合金等）。
- 光刻：
- 涂胶：在金属层上均匀涂覆一层光刻胶。
- 曝光：通过带有栅极图形掩膜版的紫外光进行曝光,使特定区域的光刻胶发生化学反应。
- 显影：用化学溶剂洗去被曝光或未被曝光（取决于正胶或负胶）的光刻胶,形成栅极的图形。
- 刻蚀：使用湿法或干法刻蚀技术，将没有被光刻胶保护的金属层刻蚀掉,形成栅极电极。
- 剥离：去除剩余的光刻胶,留下孤立的栅极图形。
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栅极绝缘层 形成
- 绝缘层沉积：在栅极和未来将有源层的区域上，通过等离子体增强化学气相沉积 沉积一层高质量的绝缘膜，如氮化硅或氧化硅，这层膜的作用是隔离栅极和有源层,并形成电容的一部分。
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有源层 形成
- 非晶硅沉积：通过PECVD在整个基板上沉积一层非晶硅薄膜,这是TFT的半导体沟道层。
- n+氢化非晶硅沉积：再沉积一层重掺杂的n型氢化非晶硅，作为欧姆接触层，以降低源/漏极与有源层之间的接触电阻。
- 光刻与刻蚀：使用另一套掩膜版，通过光刻和刻蚀工艺，将有源层和n+层定义成岛状，只保留在TFT沟道和源/漏极区域。
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源极/漏极 形成
（图片来源网络，侵删）- 源漏极金属沉积：再次使用磁控溅射沉积金属层（如Mo, Al, Ti等）。
- 光刻与刻蚀：使用第三套掩膜版，刻蚀出源极和漏极的图形，源极和漏极会与之前定义好的n+氢化非晶硅层接触，至此,一个完整的TFT开关结构就制造出来了。
像素电极和互连层形成
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钝化层/保护层 沉积
在TFT阵列上沉积一层绝缘保护膜（通常是氮化硅），保护TFT免受水汽和离子的侵蚀,并为后续的像素电极提供平坦的表面。
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像素电极 形成
- ITO透明导电膜沉积：通过溅射沉积一层氧化铟锡 透明导电薄膜。
- 光刻与刻蚀：使用第四套掩膜版，刻蚀出像素电极的图形，每个像素电极通过一个过孔 与其下方的TFT漏极连接，这个像素电极在LCD中用于施加电压以驱动液晶分子，在OLED中则作为阳极（空穴注入层）。
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阵列测试
在完成TFT阵列基板后，会使用专门的测试设备对每个TFT的电学特性（如开关比、阈值电压、迁移率）进行测试,筛选出有缺陷的基板。
关键制造技术与工艺详解
光刻技术
- 作用：将掩膜版上的电路图形精确地转移到基板的薄膜上，是整个制造技术的“眼睛”和“画笔”。
- 核心设备：步进式或扫描式光刻机。
- 挑战：随着分辨率提高（如4K, 8K），线条越来越细，对光刻机的精度、套刻精度（多层图形对准）要求极高，目前主流使用g线（436nm）或i线（365nm）光源，更先进的产线已经开始使用深紫外技术。
薄膜沉积技术
- 磁控溅射：主要用于沉积金属（栅极、源漏极、ITO）等导电薄膜，原理是利用高能粒子轰击靶材,使靶材原子溅射出来并沉积在基板上。
- 等离子体增强化学气相沉积：主要用于沉积绝缘层（SiNx, SiO2）和半导体层（a-Si），原理是利用等离子体能量，在低温下（lt;350°C）将反应气体分解，在基板上生成薄膜,低温工艺是其能在玻璃基板上应用的关键。
刻蚀技术
- 湿法刻蚀：使用化学液体进行腐蚀，优点是成本低、选择性好；缺点是各向同性（线条侧向也会被腐蚀），难以控制高分辨率图形,现已逐渐被干法刻蚀取代。
- 干法刻蚀：利用等离子体产生的活性粒子进行物理轰击和化学反应，优点是各向异性（垂直向下刻蚀），能做出非常精细的直角线条,是高分辨率显示面板的必备技术。
不同类型的TFT技术及其制造差异
除了最基础的a-Si TFT，还有其他性能更优的TFT技术,它们的制造流程和工艺有显著不同。
| TFT类型 | 优点 | 缺点 | 制造技术特点与应用 |
|---|---|---|---|
| a-Si (非晶硅) | 工艺成熟、成本低、技术稳定 | 电子迁移率低，不适合大尺寸、高刷新率 | 主流技术，广泛用于电视、显示器、笔记本电脑等中低端产品。 |
| LTPS (低温多晶硅) | 高电子迁移率、驱动能力强、可集成驱动电路 | 制造工艺复杂、成本高、大面积均匀性控制难 | 在栅极绝缘层后增加激光晶化步骤，将a-Si转化为多晶Si，主要用于高端智能手机OLED屏幕、小尺寸高PPI显示器。 |
| IGZO (氧化物半导体) | 迁移率介于a-Si和LTPS之间，均匀性极佳、低温工艺、高透明度 | 氧空位导致稳定性问题（需工艺优化） | 使用In-Ga-Zn-O等金属氧化物作为有源层，制造工艺与a-Si类似，但无需晶化，是中大尺寸OLED电视和高端LCD面板的主流技术。 |
| Oxide (氧化物) | 类似IGZO，可开发出更高性能的氧化物材料（如ITZO） | 技术仍在发展中 | IGZO是Oxide技术的一种，泛指所有金属氧化物半导体，代表未来发展方向。 |
| LTPS-Oxide | 结合L |
