TFT与MOSFET之比较分析

(七台河职业学院，黑龙江 七台河 154600)
摘 要：文章对TFT与MOSFET的结构及工作原理等特性 进行了比较分析，介绍了TFT与MOSFET在大型和超大型积体电路中的应用。
关键词：MOSFET；TFT-LCD；
中图分类号：TP212∶TN303  文献标识码：A  文章编 号：1007—6921(2009)14—0078—01

由于TFT-L CD具有体积小 、重量轻、低辐射、低耗电量、全彩化等优点，因此在各类显示器 材上得到了广泛的应用。而TFT-LCD中所使用的TFT，都是采用非晶硅所制成的。因为它与  MOSFET有许多联系，所以在实际工作中研究TFT面板及其形成电路时，尤其对于刚刚进 入工作岗位的工作者来说，习惯上将二者对比学习以便于更加了解TFT。
1 TFT的结构及等效电路

MOSFET属于场效应管的一种，场效应管晶体管只有一种载流子参与导电，从参与导电的载流 子来划分，有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应晶体管 的结构来划分，有结型场效应晶体管(JFET)和绝缘栅型场效应晶体管(IGFET)。IGFET也称金 属—氧化物—半导体晶体管(MOSFET)。MOSFET分为N沟道和P沟道两类，每一类又分为增强型 和耗尽型两种，上图为N沟道增强型MOSFET的结构示意图。

从上面的结构示意图及等效电路中，我们不难看出，TFT与MOSFET的结构非常的相似。TFT与 MOSFET相似也为一三端子元件，在LCD的应用上可将其视为一开关，TFT元件在闸极(G)给 予适当电压(UGS>起始电压Uth)，使通道(a-Si)感应出电子而使得源极(S)漏极导通。 ［注］：Uth为感应出电子所需最小电压。①实际上，上面的等效电路为TFT的一个画素的等 效 电路图，扫描线连接同一列所有TFT闸极电极，而信号线连接同一行所有TFT源极电极，当ON 时信号线的资料写入液晶电容Clc，此时，TFT元件成低阻抗，当OFF时TFT元件成高阻抗，可 防止信号线资料的泄漏。②因TFT元件的动作类似一个开关(Switch)，液晶元件的作用类 似一个电容，Switch的ON/OFF对电容储存的电压值进行更新/保持。SWON时信号写入(加入 、记录)在液晶电容上，在以外时间SW OFF，可防止信号从液晶电容泄漏，在必要时可将保 持电容CS与液晶电容Clc并联，以改善其保持特性。
3 TFT与MOSFET的工作原理比较

TFT与MOSFET的工作原理相似，当栅极施加正电压时，在栅极和半导体层间会产生一个电场 ，在这个电场的作用下，形成了电子沟道，使源极与漏极之间形成导通状态，在栅极所加的 电压越大，吸引的电子也愈多，所以导通电流也越大；而当栅极施加负电压时，使得源极与 漏极之间形成关闭状态。
4 TFT与MOSFET不同之处

以上，分析了TFT与MOSFET的结构及工作原理都很相似，虽然TFT与MOSFET有诸如上述相 似之处，但仍有部分不同，从而造成在TFTLCD中的某些效应，说明如下：
4.1 沟道与源/漏极

MOSFET的载流子沟道所形成的界面，与源/漏极处于同一边，因此，载流子沟道形成后，会 直接连接至源/漏极，而TFT的电子沟道是形成于半导体层下方的界面，而源/漏极却是在半 导体层上方的界面，因此，TFT的电子沟道要连接到源/漏极，必须再经过半导体层厚度，载 流子的流动需要经过这个低导电性的区域，因而影响TFT的导电特性。
4.2 栅极与源/漏极的重叠

MOSFET的源/漏极掺杂，是利用栅极本身作为掩模，利用离子注入来形成，具有自动对准的 效果，栅极与源/漏极之间并不会重叠，而TFT的源/漏极，是另外用掩模来定义的，TFT的导 通特性包括了半导体层厚度本身造成的电阻，如果栅极与源/漏极之间没有重叠，会造成一 段不会形成沟道的距离，形成很大的阻值使其充电能力大幅降低。因此，必须在栅极与源/ 漏极之间故意地形成重叠，来避免这样的情况。
4.3 栅极绝缘层的材料

MOSFET的栅极绝缘层是在高温下形成的氧化硅，其本身和与硅半导体界面的品质都是极佳的 。而TFT的栅极绝缘层，由于基板耐温的限制而无法在高温下成长，而仅能以等离子体沉积 的方式形成。
5 TFT与MOSFET在电子技术中的应用

TFT(ThinFilmTransistor)是指薄膜晶体管，意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后 面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，是目前最 好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显 示设备。TFT的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制，是有源像素点。因此，不但速 度可以极大提高，而且对比度和亮度也大大提高了，同时分辨率也达到了很高水平，今天TF TLCD技术仍在不断进步，突出表现为简化工艺的采用、生产效率的提高，以便进一步降低价 格。那么TFT以其先进的技术已确保了其在显示器市场的地位，所以要想其能够继续在显示 器市场上继续独占鳌头，TFT的技术会不断的随着市场的需求而进步。

MOSFET因为制造成本低廉与使用面积较小、高整合度等优势，它在大型集成电路或是超大型 集成电路的领域里的重要性远超于BJT。近年来由于MOSFET元件的性能逐渐提升，除了传统 上应用于诸如微处理器、微控制器等数位讯号处理的场合上，也有越来越多如数字电路、模 拟电路等类比讯号处理的集成电路可以用MOSFET来实现。
6 结论

通过以上的比较分析，让我们了解了MOSFET与TFT的相同及不同之处，在当今信息化社会，M OSFET与TFT都有其各自的发展及使用的方向，其中TFT在液晶行业已广泛的应用，所以要想 了解TFT及MOSFET更多的知识，我们必须要将相关知识广泛地整合融会应用，才能更好地学 习将其应用于实际。
［参考文献］
［1］ 华成英，童诗白.模拟电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，2006.
［2］ 王远. 模拟电子技术［M］.北京：机械工业出版社，1994.