Schéma circuits pour transistors à couche mince (TFT) et condensateurs

Il n'y a pas de "schéma circuit" unique pour un TFT ou condensateur — ce sont des structures de dispositifs qui apparaissent dans d'innombrables topologies. Ci-dessous : symboles standards, circuits équivalents simplifiés, et application canonique : le pixel LCD matrice active.

1. Transistor à couche mince (TFT)

Structure physique (simplifiée)

• Substrat (verre, plastique, feuille métal).
• Électrode grille (métal : Al, Mo, Cu).
• Diélectrique grille (SiO₂, SiNₓ, oxyde high-κ, ~100–300 nm).
• Semi-conducteur actif (a-Si:H, IGZO, LTPS, organique).
• Électrodes source/drain (métal).
• Passivation / planarisation.

Symbole circuit

Symbole FET standard avec grille, source, drain. Pour TFT a-Si, généralement n-canal mode enrichissement. Borne corps généralement non sortie (substrat commun).

Circuit équivalent petit signal

• C_gs, C_gd (capacités chevauchement + franges).
• R_s, R_d (résistances contact + accès).
• g_m (transconductance), r_o (résistance sortie).
• C_sub (couplage substrat) si biais grille arrière utilisé.

2. Condensateur (Couche mince / MIM / MIS)

Structures

• MIM (Métal-Isolant-Métal) : Électrode sup / diélectrique (SiNₓ, Al₂O₃, Ta₂O₅, HfO₂) / électrode inf. Haute densité, linéaire.
• MIS (Métal-Isolant-Semi) : Métal grille / diélectrique / canal semi. Dépendant tension (accumulation/déplétion). Utilisé comme varacteur ou condo stockage pixel.
• Interdigital / Frange : Champs latéraux pour haute fréquence / RFIC.

Symbole circuit

Deux plaques parallèles. Polarisé (électrolytique) ou non-polarisé (MIM, céramique, film).

3. Intégration canonique : Circuit pixel AM-LCD / AM-OLED

C'est où TFTs et condensateurs sont co-fabriqués et fonctionnellement inséparables.

Pixel 2T1C (AM-LCD le plus simple)

 Vdata ────┬─────┐
 │       │ ┌──┴──┐
 │       │ T1  │ (Select TFT)
 │       │ (SW)│
 │       └──┬──┘
 │           │
 │       ┌────┴────┐
 │       Cst       │ (Storage Capacitor, MIM)
 │       (100fF)   │
 │       └────┬────┘
 │           │ ┌──┴──┐
 │           │ T2  │ (Drive TFT)
 │           │ (CS)│
 │           └──┬──┘
 │           Vpixel (LC / OLED)
 │           Vcom / Vcathode 

• T1 (Commutateur) : Grille = Ligne Grille (Scan). Source = Ligne Données. Drain = Nœud stockage.
• Cst : Maintient V_gs de T2 pour toute durée trame (16,7 ms @ 60 Hz).
• T2 (Driver) : Source = V_DD (LCD) ou V_DD/V_SS (OLED). Drain = Électrode pixel.

Avancé : 7T1C / 7T2C (LTPS / Oxyde pour OLED)

• Compense dérive V_th T2, variation mobilité, chute IR, vieillissement.
• Inclut TFTs détection, reset, contrôle émission.

4. Autres circuits courants TFT+Condo

• Pixel détecteur rayons X : Photodiode (a-Si:H PIN) + TFT commutation + Condo stockage → CI lecture.
• Capteur image (type CMOS mais TFT) : Pixel 3T/4T avec photodiode épinglée.
• Commutateur RF / Varacteur : TFT comme commutateur, condo MIM pour accord.
• Logique / Oscillateur anneau : Inverseurs TFT (charge déplétion/enrichissement) + caps parasites.

Notes conception

• TFTs sont grande surface, faible mobilité (a-Si: ~1 cm²/Vs ; IGZO: 10–20 ; LTPS: 50–100). Pas pour logique haute vitesse.
• Densité condensateur : MIM ~1–5 fF/µm². Surface précieuse — minimisez Cst.
• Uniformité sur panneaux 60"–110" est défi fabrication clé (dérive V_th, variation μ, chute IR).
• Processus : 4–7 masques (a-Si), 8–12 (LTPS/Oxyde). Chaque masque = coup coût/rendement.