TFT – Transistor à couche mince : principe et applications
Aujourd’hui on va voir en détail ce qu’est un TFT, ou Transistor à couche mince, un composant clé dans l’électronique moderne, notamment pour les écrans plats et les circuits intégrés flexibles.
Définition et structure du TFT
Le transistor à couche mince (Thin Film Transistor) est un type de transistor à effet de champ (FET) fabriqué en déposant des couches très fines de matériaux semi-conducteurs, conducteurs et isolants sur un substrat généralement non conducteur, comme le verre ou le plastique. Contrairement aux transistors classiques intégrés dans un substrat en silicium massif, les TFTs sont réalisés par dépôt et traitement de films minces, d’où leur nom.
Fonctionnement électrique
Le TFT fonctionne selon le même principe qu’un MOSFET classique : il contrôle le passage d’un courant entre la source et le drain via un canal conducteur modulé par la tension appliquée à la grille. Cependant, la différence majeure vient du matériau semi-conducteur utilisé et du mode de fabrication.
- Source et Drain : électrodes entre lesquelles circule le courant contrôlé.
- Grille : électrode qui modifie la conductivité du canal.
- Canal : couche semi-conductrice mince où s’effectue la conduction.
- Substrat : support sur lequel sont déposées les couches, souvent du verre ou du plastique.
Matériaux utilisés
La couche semi-conductrice la plus courante est l’oxyde métallique amorphe, notamment :
- Le Silicium amorphe (a-Si), longtemps dominant, bon marché mais avec mobilité électronique limitée.
- Les oxydes métalliques transparents comme l’oxyde d’indium-gallium-zinc (IGZO) qui offrent une meilleure mobilité et transparence, utilisés dans les écrans haut de gamme.
- Des matériaux organiques ou hybrides, explorés pour les applications flexibles et imprimables.
Processus de fabrication
- Dépôt du substrat (verre, plastique).
- Dépôt des couches isolantes et semi-conductrices par techniques comme le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou pulvérisation cathodique (sputtering).
- Photolithographie et gravure pour définir les formes des électrodes (source, drain, grille).
- Recuit thermique ou traitement plasma pour améliorer les propriétés des couches.
Applications principales des TFT
Le TFT est omniprésent dans le domaine de l’électronique d’affichage :
- Écrans LCD : chaque pixel est contrôlé par un TFT qui active ou bloque la lumière, assurant la qualité d’image et la rapidité de réponse.
- Écrans OLED : les TFT contrôlent le courant dans chaque diode organique.
- Capteurs flexibles : intégrés dans des dispositifs portables ou médicaux, profitant de la flexibilité des substrats et des matériaux utilisés.
- Circuits intégrés à faible coût : pour applications spécifiques où la flexibilité ou le coût sont des facteurs clés.
Comparaison des caractéristiques selon le type de semi-conducteur
Exemple d’utilisation dans un écran LCD
Dans un écran LCD, chaque pixel est piloté par un TFT qui agit comme un interrupteur électronique, permettant au courant de passer et moduler l’orientation des cristaux liquides, donc la lumière transmise. Cette commande précise est ce qui permet une résolution élevée et une rapidité d’affichage optimale.
Les avancées dans les TFT, notamment avec les matériaux IGZO, permettent aujourd’hui d’obtenir des écrans plus fins, plus lumineux, avec une consommation énergétique réduite, essentiels dans les smartphones, tablettes et téléviseurs modernes.
Pour en savoir plus sur les technologies d’affichage associées aux TFT, ne manquez pas notre article consacré aux OLED et leur évolution récente.
