LCD und OLED Flachbildschirm Dünnfilmtransistor Kristallisation

Kristallisationsprozesse (aus der Flüssigphase und Festphase) von a-Si Schichten sind von großer Bedeutung für die Herstellung von LCD und OLED Flachbildschirmen.

Dünnfilmtransistoren in einer Siliziumschicht schalten einzelne Pixel des Displays um das Bild aufzubauen. In LCD-Bildschirmen wird die Polarisation des Flüssigkristalls gedreht um RGB (rot, grün, blau) Pixel sehr schnell ein und auszuschalten, und in OLED-Flachbildschirmen wird der Versorgungsstrom der lichtemittierenden organischen Diodenmatrix gesteuert.

In beiden wird durch die Kristallisation der amorph aufgedampften Si-Schicht die Elektronenbeweglichkeit um einen Faktor 10-1000 erhöht. Mit dem Laserlicht wird die Siliziumschicht für kurze Zeit so sehr erwärmt, dass sie sich verflüssigt und danach kristallin wieder verfestigt. Grünes Laserlicht (515 nm, 532 nm) wird in einer 50 nm a-Si-Schicht gut absorbiert (Absorptionskoeffizient ~(200,000 cm-1). Pulslängen von 300-600 ns sind gut geeignet das Silizium aufzuheizen und gleichzeitig die Erwärmung des Glassubstrates darunter so klein zu halten, dass keine mechanischen Spannung auftreten.

Prozesse zur lateralen Kristallisation von dünnen Siliziumfilmen wurden erstmals von der Gruppe um Prof. J. Im an der Columbia Universität in den 90er Jahren beschrieben (z. B. Robert S. Sposili, James S. Im, Sequential lateral solidification of thin silicon films on SiO2, Applied Physics Letters 69, p. 2864 (1996)) und Prozesspatente dazu angemeldet.

Eine neue Alternative zum “near complet melt” ELA (Excimer Laser Annealing) von Si-Filmen ist GLA (Green Laser Annealing). Eine gaussförmige Laserlinie von 750mm Länge und mehr wird mit fasergekoppelten 532nm, typisch 60ns Festkörperlasern hergestellt. Diese Methode erlaubt ELA-equivalente p-Si-Schichten bei deutlich reduzierten Betriebskosten (CoO = cost of ownership) und geringem Wartungsaufwand (Verfügbarkeit von DPSSL >90%) zu erzeugen.

Auch kontinuierliches grünes Laserlicht wird eingesetzt dünne Siliziumschichten aufzuschmelzen. Die wieder verfestigten 50 nm Schichten können nahezu einkristalline Eigenschaften haben. Da sich beim Scannen Belichtungszeiten von typisch 10-50 µs ergeben, wird das Glassubstrat sehr warm und es ist notwendig dafür zu sorgen, dass keine mechanischen Spannungen eingebracht werden (Glassorte, Barriereschichten).

Bei niedrigen Leistungsdichten kann die Si-Film-Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes eingestellt und eine Festphasenkristallisation in der Siliziumschicht ausgelöst werden. Die Mobilität der Elektronen wird um einen Faktor 10-20 erhöht. Derartige Schichten sind sehr homogen und glatt und spielen deshalb eine wichtige Rolle bei der Entwicklung zukünftiger OLED TVs.

 

 

 

 

Mikroskopfoto einer 50 nm a-Si Schicht nach der Bestrahlung im LAVA 100 Optiksystem.
Mikroskopfoto einer 50 nm a-Si Schicht nach der Bestrahlung im LAVA 100 Optiksystem.
LAVA Laser Optik Substratbestrahlung im INNOVAVENT Applikationslabor
LAVA® Laser Optik Substratbestrahlung im INNOVAVENT Applikationslabor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50nm p-Si Film SEM nach 60ns
GLA @ 380mJ/cm² Belichtung
 

 

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