第2版前言 本书自2016年3月出版以来获得了同行朋友的肯定和支持，多家大学或公司采用了本书作为课堂教学或企业培训的教材，在此表示由衷的感谢！在过去的6年里，中国大陆的平板显示产业跃居世界首位，薄膜晶体管技术的发展也随之达到了新的高度。在此形势下，本书改版的时机也成熟了，一方面作者希望通过改版能更好地满足相关本科生、研究生等高校读者的学习需求，另一方面也可以再为相关产业的持续发展略尽绵薄之力。 与薄膜晶体管技术相关的知识内容包罗万象，作为教材的本书在内容上必须有所取舍。当撰写第1版时，作者便确定了如下原则： 本教材所针对的技术必须已经投入了实际生产且具备了充足的知识储备。本次改版仍遵循这一原则。这样一来，有些读者希望增加的内容便无法纳入进来。例如，有机薄膜晶体管(OTFT)因为研究较早而具有非常充足的知识储备，但是至今尚未投入实际生产，因此本书并不开辟专门章节来讲解它。再比如，氧化物薄膜晶体管(Oxide TFT)在2012年便已经开始了量产，但是因为从2004年才开始被研究开发，相关知识积累仍不够充分，所以本书也只在7．2节中做了简单的总结和展望。对于薄膜晶体管的实际应用来说也存在同样的情况。例如，当前微型发光二极管(MicroLED)技术发展迅猛，引起了非常广泛的关注，如何采用薄膜晶体管背板驱动MicroLED是平板显示产业界非常关心的技术，但根据上述原则本书并没有加入这部分内容的讲解。 那么，本次改版将增加哪些内容呢？经过仔细思考，作者决定将第2版新增重点放在了平板显示的有源矩阵驱动即第2章。具体而言，本次改版针对第2章增加了以下内容： ①电子纸显示的有源矩阵驱动原理(2．1．5节和2．4节)； ②AMOLED电压型像素电路的补偿原理(2．3．3节)； ③平板显示外围驱动电路和SOG技术(2．5节)。上述新增内容适应了平板显示产业快速发展的新形势，使读者能更加完整地掌握薄膜晶体管技术的应用原理。此外，第2版还新增了薄膜晶体管的动态特性(4．4节)、柔性薄膜晶体管背板的制备工艺(6．6节)、薄膜晶体管在非显示领域的应用展望(7．3节)等。作者相信这些新增的章节将加深或拓展读者对薄膜晶体管器件和工艺原理的理解。 根据出版社编辑的建议，本书第2版将提供配套教学大纲、教学课件和部分习题解答等电子资源，拟采用本书作为教材的高校教师或企业讲师可以向出版社申请上述资源。 问渠那得清如许，为有源头活水来。本次改版离不开众多朋友的支持和帮助。首先，要感谢清华大学出版社的编辑们，没有他们持续不断的努力，本书的改版发行是不可能的。其次，感谢作者工作单位(上海交通大学电子信息与电气工程学院电子工程系)对本书出版和改版的大力支持。最后，作者要特别感谢对本书改版提供建议或资料的同行朋友们(解海艇博士、刘国超、许玲、孙明剑、章雯、吴杰、童仙雨、刘俊、沈健、王丹奎、王徐鹏、徐伟齐和储培明等)，他们的帮助往往使我茅塞顿开，受教良多。 作者 2023年2月 于上海交通大学 前言 本书缘起于2008年年底，是时本书作者刚离开奋斗了五年的平板显示产业界并加入上海交通大学电子工程系。在着手开展氧化物薄膜晶体管相关科研工作的同时，我也决心在上海交通大学开设与薄膜晶体管技术相关的本科和研究生课程。事实上，当时国内的大学几乎没有类似课程的设置。作者产生这样想法的主要依据是自己在平板显示产业界多年实际工作的切身体会。众所周知，我国的TFTLCD产业大约起步于2003年，以上海广电和京东方几乎同时投建第5代液晶生产线为主要标志。作为上海广电NEC液晶显示器有限公司最早的工程师之一，本人也曾赴日学习过薄膜晶体管工艺技术，后来又参与了国内第一条TFTLCD第5代生产线的启动工作。2006年离开SVANEC后我又先后在昆山龙腾光电有限公司和上海天马微电子有限公司从事过TFTLCD产品设计和新技术开发的工作。值得一提的是，在上述这些平板显示公司工作时，本人也不时负责一些针对年轻工程师的技术培训工作，虽然尽心尽力去做，但培训效果总是难以令人满意。经过思考，我认为这主要是因为学员对薄膜晶体管基础知识的严重不足。事实上，当时国内的大学基本上没有专门开设与薄膜晶体管相关的课程，这导致几乎所有在产业界从事薄膜晶体管技术相关工作的工程师都要从零开始学起。我们都知道，产业界针对员工的技术培训通常都非常注重时效性，所以对基础知识的讲解多有忽略。这样导致的后果便是国内大多数从事薄膜晶体管技术相关工作的工程师在薄膜晶体管原理方面的掌握都不够扎实，而这势必会对产业相关技术水平的提升造成非常不利的影响。究其根源，可能还是在于国内大学本科生和研究生教育中缺乏这方面课程。如果国内大学中开设了与薄膜晶体管技术相关的课程，一方面部分产业界新晋工程师可能已经具备了这方面知识基础，另一方面其他未修过这些课程的新晋工程师也能以此为依据通过自修（或在职进修）而夯实自身的相关理论基础。上述设想如能实现无疑将对我国平板显示产业的可持续发展多有助益。这正是本人当初计划开课的初衷所在。 从2009年至今，作者先后在上海交通大学电子工程系开设了“显示电子学”（研究生选修课）、“薄膜晶体管原理及应用”（本科生必修课）和“薄膜晶体管技术”（工程硕士必修课）等几门与薄膜晶体管技术相关的课程。开课伊始，我们便碰到了一个非常严重的问题： 没有合适的教材！事实上，随着国内平板显示产业的蓬勃发展，产业界人士（如作者原来的同事谷至华、申智源和马群刚等）也陆续出版了几本与薄膜晶体管技术相关的书籍，但都偏于实际生产相关知识的总结和介绍，对基础和原理的讲解颇有不足，因此这些书比较适合已有相当经验的在职工程师群体，并不太适合大专院校的学生或毫无经验的新晋工程师。另外，国外大学教授（如Yue Kuo和Cherie R. Kagan等）也曾组织专家学者编辑出版过数本专门讲述薄膜晶体管技术的书籍，但这些由多领域专家合写的专著比较侧重各自研究成果的发表，基础性和原理性方面的阐述也多有欠缺，所以也不太适合直接用来作为课程教材。无奈之下，本人一边自编讲义上课，一边多方积累资料准备亲自撰写一本与薄膜晶体管技术相关的教材。这便是本书的由来。 本书的内容定位是讲解和阐述与薄膜晶体管技术相关的最基础原理，包括材料物理、器件物理、工艺原理和实际应用原理等。本书的读者定位是大专院校的本科生和研究生以及平板显示产业界无相关基础的工程师等。实际上，只要对电子电路和半导体器件方面具有一定基础的人员都能够学习并掌握本书的主要内容。本书可以作为大学本科生或研究生课程的教材，也可以供企业培训或工程师自学使用。基于上述定位，本书主要阐述和讲解在知识体系上相对比较成熟的非晶硅薄膜晶体管和多晶硅薄膜晶体管技术相关原理。当然，其中一些总体性原理对其他薄膜晶体管技术也应适用。另外，结合本人近年来针对薄膜晶体管技术的教学实际经验，本书在内容讲解顺序上另辟蹊径，即按照从应用原理到器件物理再到工艺原理的顺序阐述。大家都知道，薄膜晶体管技术与平板显示产业密不可分，而这也正是薄膜晶体管技术的重要性之所在。因此，本书从薄膜晶体管在平板显示的有源矩阵中的应用原理讲起，并由此引出实际应用对薄膜晶体管器件特性的基本要求，为后续薄膜晶体管器件物理的讲解打下基础。接着详细阐述薄膜晶体管相关的材料物理和器件物理，其中对非晶硅/多晶硅禁带缺陷态的产生机理和分布特点及薄膜晶体管器件的理论模型和特性参数提取方法等内容着重阐述。在此基础上，又重点讲解了薄膜晶体管阵列的单项工艺原理和工艺整合原理，其中非晶硅薄膜晶体管的5MASK工艺流程和多晶硅薄膜晶体管的6MASK工艺流程正是当前产业界的首选技术。虽然本书把比较成熟的非晶硅薄膜晶体管和多晶硅薄膜晶体管技术作为主要的阐述和讲解对象，在本书的结尾处作者也结合自身的研究经验对当前比较热门的以aIGZO TFT为代表的非晶氧化物薄膜晶体管(AOS TFT)技术发展作了简单的现状总结和趋势展望。在本人看来，AOS TFT极有可能在不远的将来取代非晶硅薄膜晶体管而成为平板显示有源矩阵驱动电子器件的主流。作者也希望将来能有机会将该部分内容扩充为另外一本书。 本书除第7章外每章后都附有习题，这些习题可供教师在讲课时作为例题和课堂练习题使用，也可以作为学生（员）的课后作业。另外，作为教材，本书的资料来源众多，作者在每章后都尽力列出了主要参考文献，有些图片的来源也在其下方予以写明。如有遗漏之处敬请谅解。 三人行，必有我师焉。仅以本书献给所有在专业技术领域对我有所教益的老师、同学、同事、同行和学生们。 作者2015年9月于上海交通大学

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