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场发射平板显示技术是一种新型的平板显示技术,由于其优秀的图象显示质量及节电特性,被认为是未来理想的显示技术,是现在新型平板显示技术中的研究热点之一。本文对场发射显示驱动电路及其集成技术进行了研究,主要的研究成果包括:
1.提出了一种新颖的双侧墙高压CMOS双栅氧制备工艺,该工艺在厚栅氧器件的栅电极形成后,接着增加一步缓和厚栅氧和薄栅氧台阶的侧墙工艺,有效的解决了厚栅氧耐压低的问题,显著提高了厚栅氧器件的可靠性。
2.设计并优化了薄栅氧nLDMOS以及厚栅氧pLDMOS器件的结构和主要工艺参数。在新的双栅氧工艺的基础上,以中科院微电子研究所0.8μm标准CMOS工艺平台为基础开发出100V高压CMOS与5V低压CMOS兼容工艺流程。完成了高低压CMOS器件以及高压电路的版图设计和制备,实现了性能优良的高低压CMOS器件。测试结果表明,薄栅氧高压NMOS器件的最大源漏击穿电压为193V,阈值电压为0.99V,W/L=100μm/2μm,Vgs=5V时器件的最大驱动能力可达6.4mA。厚栅氧高压PMOS器件的最大源漏击穿电压-177V, W/k100μm/1.5μm,Vgs=-100V,器件的饱和驱动电流为16.8mA。高压PMOS栅耐压达到140V~160V,高压NMOS和高压PMOS均可在100V高压下安全工作。100V高低压电平转换电路功能优良,上升延时和下降延时分别为35ns,60ns。可以满足FED高压驱动电路的频率要求。
3.分析了高压NMOS、PMOS器件的电学特性。针对矩形结构高压器件耐压低的问题,从漂移区结构角度分析了原因,提出矩形结构高压器件漏结边缘漂移区阱的长度应该满足≥0.6漂移区长度,并通过实验证明了这一结论的正确性。
4.分析了高压器件的安全工作区,并通过模拟分析提出了扩大电学高压器件安全工作区的措施:适当牺牲部分关态击穿特性,增大漂移区注入浓度,保证高栅压时的开态击穿特性,从而扩大器件的安全工作区域。这种方法同时降低了导通电阻,提高了器件的驱动能力。
5.设计了320×240点阵FED驱动集成电路,包括栅极行驱动电路以及具有16级灰度显示的阴极列驱动电路。并通过HSPICE对电路性能做了仿真,仿真结果表明所设计的显示驱动电路性能优越,当行驱动负载为240pF时,tr=94ns,tf=10ns,列驱动负载为1pF时,tr=6ns,tf=3ns。在阴极驱动电路中设计了双边沿移位寄存器,提高了显示数据的处理速度。提出了采用CSMC40V高压兼容工艺实现FED驱动IC的设计方案。行列驱动电路分别采用+40V/-40V的基准电压即可以满足场发射器件的发射电压要求,并用CSMC40V高压模型库对4×4点阵驱动电路做了仿真,为下一步的FED驱动芯片的优化设计以及实验提供了参考依据。
6.提出了采用脉宽调制与恒流源驱动相结合的灰度控制方式,从电路角度改善了FED的亮度均匀性。