金属氧化物TFT在数字集成电路中的应用研究

发布时间：2017-08-15 23:29

  本文关键词：金属氧化物TFT在数字集成电路中的应用研究

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【摘要】：薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)在平板显示领域和传感器件领域应用非常广泛。新兴的金属氧化物(Metal Oxide,MO)TFT具有迁移率高,工艺简单,透明性好,低亚阈值摆幅及高开关比等优点,应用前景非常明朗,特别是在数字集成电路领域。本文首先对MO TFT器件性能进行研究,提取电学参数并拟合性能很好的软件模型,接着利用多个非门电路进行仿真及实验,验证模型的适用性。实验数据与仿真结果相符,软件模型适用于数字集成电路的设计。另外,新型改进设计的非门电路与传统电路相比,内部电流最小,输出摆幅最大,充电速度最快。在平板显示行业,利用TFT集成行扫描驱动电路,可以获得低成本、窄边框、信号均匀及可靠性高等优势。本文针对MO TFT,提出了三种驱动类型的行驱动集成电路:时钟控制反相器型、优化设计高速型及直流驱动输出模块型。通过理论计算、软件仿真及实物波形测试等分析方法,得到结果是:1)时钟控制反相器型电路拓扑简单,通过新型反相器和低频时钟设计降低功耗,占用面积少,对于外围驱动设计要求不高,实测10级电路功耗仅为380μW。此外,该电路成功应用于200(RGB)×600显示规格的AMOLED显示屏中。2)优化设计高速型电路运用了多重反馈设计使电路内部稳定,通过优化各个器件参数从而达到高速反应效果。通过时钟设计避免竞争冒险现象,整合充电和放电功能并充分利用多次耦合后的高压驱动,从而达到高速驱动效果,功耗较低,窄边框,实验测得20级电路顺利工作,48小时压力工作输出波形稳定,非常适用于高速驱动要求的显示规格中,例如帧频为120 Hz的4k(4096×2160)显示规格。3)直流驱动输出模块型电路通过利用直流电源与大尺寸的驱动TFT连接,有效减少电路中大的寄生电容耦合效应产生的功耗,一级电路功耗仅为8.71μW,应用于可持移动设备中,能有效延长产品的待机使用时间。最后,利用TFT集成数字电路并应用在射频识别(RFID)标签中是当今科研的热点。本文在玻璃基板上实现MO TFT集成RFID的各个电路模块,并搭建RFID标签的数字电路。在5V直流电压驱动下,电路内部时钟工作频率为2.8k Hz,输出的数据与存储数据匹配,输出信号高电平为3.2V。实验证实了MO TFT制备数字集成电路的能力,为MO TFT在数字集成方面更广阔的应用提供了一定的参考意义。
【关键词】：金属氧化物薄膜晶体管 数字集成电路 行扫描集成电路 射频识别标签电路
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5;TN431.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 金属氧化物TFT简介9-13
• 1.2.1 TFT发展介绍9-11
• 1.2.2 金属氧化物TFT11-13
• 1.3 MO TFT数字集成电路应用发展现状13-21
• 1.3.1 行驱动集成电路13-18
• 1.3.2 射频识别标签电路18-21
• 1.4 论文工作安排21-22
• 第二章 IZO TFT模型拟合与非门电路设计22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 MO TFT仿真模型拟合22-26
• 2.2.1 镧系掺杂氧化铟锌TFT参数分析22-25
• 2.2.2 Hspice软件拟合模型25-26
• 2.3 IZO TFT非门电路设计26-32
• 2.3.1 非门电路拓扑设计与仿真26-30
• 2.3.2 非门电路实验测试30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 有源显示行驱动集成电路33-55
• 3.1 引言33-34
• 3.2 时钟控制反相器型行驱动集成电路34-42
• 3.2.1 驱动电路原理34-36
• 3.2.2 电路分析与仿真36-39
• 3.2.3 实验结果与讨论39-42
• 3.3 优化设计高速型行驱动集成电路42-49
• 3.3.1 驱动电路原理42-44
• 3.3.2 电路分析与仿真44-47
• 3.3.3 实验结果与讨论47-49
• 3.4 直流驱动输出模块型行驱动集成电路49-54
• 3.4.1 驱动电路原理49-50
• 3.4.2 电路仿真与分析50-53
• 3.4.3 实验结果与讨论53-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 射频识别标签数字电路55-64
• 4.1 引言55
• 4.2 RFID标签数字电路模块55-61
• 4.2.1 D触发器55-57
• 4.2.2 计数器电路57-59
• 4.2.3 译码器电路59-60
• 4.2.4 时钟产生电路60-61
• 4.3 RFID数字标签61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果69-70
• 致谢70-71
• 答辩委员会对论文的评定意见71

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本文编号：680431