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Conception et modélisation de transistors TFTs en silicium microcristallin pour les écrans AMOLED.
Les travaux précédemment réalises au sein du LPICM ont mis en évidence que le silicium microcristallin est un semi-conducteur a faible cout, possédant une mobilité importante avec malgré tout une très bonne stabilité. Ce qui en fait un matériau particulièrement intéressant pour les transistors TFTs des écrans plats OLED 2. Il nous a donc paru logique de nous intéresser, dans le cadre de cette thèse, a la conception et a la réalisation expérimentalement des structures de pixel OLED à base de transistors TFTs en silicium microcristallin. Pour ce faire, il est indispensable de posséder des modèles comportementaux performants des composants. Ainsi, notre objectif primordial a été de concevoir des modèles Spice de transistors c-Si TFT mais aussi d'OLED. D'un point de vue technologique, nous nous sommes attaches à maitriser l'ensemble de la chaine de fabrication (conception de masques et lithographie en salle blanche). La caractérisation de nos transistors a révèle des mobilités de l'ordre de 1 cm2V−1s−1, des tensions de seuil de 4 V et a montre une bonne stabilité, sous stress, de la tension de seuil et de la mobilité. La faisabilité de ces transistors sur substrats flexibles comme le polyimide a aussi été démontre dans le cadre du Projet Intégré FlexiDis. Du point de vue de la modélisation, un modèle statique et dynamique Spice de transistor en silicium microcristallin est propose. L'écriture de ce modèle dans le langage Verilog-A nous permet de garantir une bonne portabilité et de pouvoir ainsi utiliser facilement des simulateurs professionnels comme Spectre de chez Cadence. De manière complémentaire, un modèle Spice efficient de diode OLED est également propose. Grace à ces outils, nous avons pu simuler des circuits utilisant les TFTs en silicium microcristallin. Ces simulations nous permettent de prédire que ces composants sont pertinents pour la conception de pixel OLED, de drivers de lignes, mais aussi de portes logiques NMOS simples comme l'inverseur et l'oscillateur en anneau.

2006-12-21
Physique, optique
Ecole Polytechnique
OLED – TFT – transistor en couches minces – Silicium microcristallin – Modélisation – Spice – conception – simulation – Verilog-A – Spectre
Microcristalline silicon based thin film transistors design, realization and modeling for AMOLED displays.
The previous work within the LPICM highlighted that microcrystalline silicon is a semiconductor at low cost fabrication, having interesting field effect mobility and a high stability. All these make it become a particularly interesting material for the TFTs on the OLED technology. Within the framework of the thesis, it is logical to us to design and to realize experimentally of the pixel structures of OLED using the microcrystalline silicon TFTs. With this intention, it is essential to have the powerful behavioural models of the devices. Thus, our primary objective was to design the Spice models of the c-Si TFT as well as the OLED. From a technological point of view, we control the whole of the production line (design of masks and lithography in clean room). The realized transistors have the motilities of about 1 cm2V−1s−1, the threshold voltage of 4 V and have a good stability under the high field stress, in term of the threshold voltage as well as the mobility. The feasibility of these transistors on the flexible substrates such as polyimide was also proven within the Integrated Project FlexiDis. From the modelling point of view, a static and dynamic Spice model of the microcrystalline silicon transistor is proposed. The integration of this model in the Verilog-A language enables us to guarantee a good portability and then to use easily the professional simulators such as the Spectre from Cadence for the simulations. We also proposed an efficient Spice model for the OLED. Thanks to these tools, we could simulate the circuits using the microcrystalline silicon TFTs. The realized simulations enable us to predict that these components are relevant for the design of pixel OLED, for the line drivers as well as some simple logical electronics NMOS such as the inverters and the ring oscillators.
OLED – TFT – thin film transistor – Microcrystallin silicon – Spice modeling – Design – Simulation – Verilog-A – Spectre
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