Diagrammi di Circuiti per Transistor a Film Sottile (TFT) e Condensatori

Non esiste un unico "diagramma di circuito" per un TFT o un condensatore—sono strutture di dispositivo che appaiono in innumerevoli topologie di circuito. Seguono i simboli standard, circuiti equivalenti semplificati e un'applicazione canonica: il pixel a matrice attiva LCD.

1. Transistor a Film Sottile (TFT)

Struttura Fisica (Semplificata)

• Substrato (vetro, plastica, lamina metallica).
Elettrodo Gate (metallo: Al, Mo, Cu).
• Dielettrico Gate (SiO₂, SiNₓ, ossido high-κ, ~100–300 nm).
• Semiconduttore Attivo (a-Si:H, IGZO, LTPS, organico).
• Elettrodi Sorgente/Drenaggio (metallo).
• Passivazione / planarizzazione.

Simbolo di Circuito

Simbolo FET standard con gate, source, drain. Per TFT a-Si, solitamente n-channel enhancement mode. Terminali body solitamente non portati fuori (substrato comune).

Circuito Equivalente in Piccoli Segnali

• C_gs, C_gd (capacità sovrapposizione + frangia).
• R_s, R_d (resistenza contatto + accesso).
• g_m (transconduttanza), r_o (resistenza di uscita).
• C_sub (accoppiamento substrato) se bias back-gate usato.

2. Condensatore (Thin-Film / MIM / MIS)

Strutture

• MIM (Metallo-Isolante-Metallo): Elettrodo superiore / dielettrico (SiNₓ, Al₂O₃, Ta₂O₅, HfO₂) / elettrodo inferiore. Alta densità, lineare.
• MIS (Metallo-Isolante-Semiconduttore): Metallo gate / dielettrico / canale semiconduttore. Dipendente da tensione (accumulo/deplezione). Usato come varactor o condensatore di storage in pixel.
• Interdito / Frangia: Campi laterali per alta frequenza / RFIC.

Simbolo di Circuito

Due piastre parallele. Polarizzato (elettrolitico) o non polarizzato (MIM, ceramica, pellicola).

3. Integrazione Canonica: Circuito Pixel AM-LCD / AM-OLED

Qui TFT e condensatori sono co-fabbricati e funzionalmente inseparabili.

Pixel 2T1C (Semplice AMLCD)

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

• T1 (Switch): Gate = Gate Line (Scan). Source = Data Line. Drain = Storage Node.
• Cst: Mantiene V_gs di T2 per tutto il tempo del frame (16,7 ms @ 60 Hz).
• T2 (Drive): Source = V_DD (LCD) o V_DD/V_SS (OLED). Drain = Elettrodo Pixel.

Avanzato: 7T1C / 7T2C (LTPS / Ossido per OLED)

• Compensa per shift V_th di T2, variazione mobilità, caduta IR, invecchiamento.
• Include TFT di sensing, reset, controllo emissione.

4. Altri Circuiti Comuni TFT+Condensatore

• Pixel Raggi X: Fotodiodo (a-Si:H PIN) + Switch TFT + Storage Cap → Readout IC.
• Sensore Immagine (simile CMOS ma TFT): Pixel 3T/4T con fotodiodo pinato.
• Switch RF / Varactor: TFT come switch, MIM cap per sintonia.
• Logica / Oscillatore ad Anello: Inverter TFT (carico depletion/enhancement) + capacità parassite.

Note di Progettazione

• I TFT sono grande area, bassa mobilità (a-Si: ~1 cm²/Vs; IGZO: 10–20; LTPS: 50–100). Non per logica ad alta velocità.
• Densità condensatore: MIM ~1–5 fF/µm². L'area è preziosa—minimizza Cst.
• Uniformità su pannelli 60"–110" è la sfida produttiva chiave (shift V_th, variazione μ, caduta IR).
• Processo: 4–7 livelli maschera (a-Si), 8–12 (LTPS/Ossido). Ogni maschera = costo/resa impatto.