智能手機的普及推動著智能手機市場的增長，市場對更高規格產(chan) 品的要求也在提高，包括顯示屏尺寸、分辨率和電池壽命。 

       作為(wei) 一個(ge) 關(guan) 鍵的加工工藝，準分子激光退火（Excimer Laser Annealing, ELA）將非晶矽（a-Si）轉變為(wei) 多晶矽（p-Si），使電子遷移率提高了數百倍，由此可以提升高端薄膜晶體(ti) 管或顯示屏中的像素密度。準分子激光器線光束係統能夠加工智能手機和OLED電視所需的有源矩陣驅動液晶顯示屏（AMLCD）和主動矩陣有機發光二極管麵板（AMOLED）。在最新的ELA係統中，由精巧的柱麵光具傳(chuan) 輸出均勻的線形光束（尺寸為(wei) 750 mm×0.4 mm），可對第八代麵板實現快速退火。 

智能手機市場的需求 

       平板顯示器（Flat Panel Display, FPD）的製造商不得不麵臨(lin) 著日益嚴(yan) 苛的要求，例如更高的分辨率、增強的對比度、更快的響應時間，同時還要降低顯示器的功耗。 

       這些要求超出了常規顯示屏（非晶矽背板）的性能極限。在智能手機和平板電腦上，高性能顯示屏的分辨率可達300像素/英寸以上——蘋果手機iphoness 5的Retina顯示屏就是一個(ge) 很好的例子；該特性得益於(yu) 導電背板具有較高的電子遷移率，而導電背板正是源自非晶矽。 

        準分子激光退火技術促使平板顯示屏製造業(ye) 從(cong) 非晶矽轉變到多晶矽背板。由於(yu) 這一技術具有低溫加工的特點，故得名“低溫多晶矽”（Low Temperature Polysilicon, LTPS），它同樣適用於(yu) 製造新興(xing) 的OLED顯示屏以及柔性顯示屏。 

智能手機市場的增長有賴於(yu) 低溫多晶矽 

       在有源矩陣平板顯示屏中，矽是薄膜晶體(ti) 管（TFT）矩陣的半導體(ti) 基礎，而TFT矩陣能夠對各自獨立的像素進行控製。起初，薄膜沉積是通過傳(chuan) 統的沉積技術來處理，例如在透明玻璃基材上采用PECVD法。所得到的矽薄膜其實是非晶態的，顯示出嚴(yan) 重的缺陷，因此限製了其應用於(yu) 有源矩陣控製型LCD和OLED顯示屏；而多晶矽卻能克服這一缺陷，或者簡而言之，多晶矽具有百倍高的載流子遷移率。 

       首先，非晶矽的電子遷移率較低，它阻礙了晶體(ti) 管尺寸變得更小。隻有多晶矽的電子遷移率較高時，體(ti) 積更小的晶體(ti) 管才能提供足夠的充電功率。人們(men) 期待TFT更小，是因為(wei) TFT能提供更高的像素密度或更高的開口率，使顯示屏更亮且電效率更高。其次，采用多晶矽背板，可以直接在顯示屏上實現驅動和其他電路，並且減少外部信號連接的數量、減少顯示屏的重量和厚度。第三，由於(yu) 非晶矽的玻璃材質和不明確的結構，在本質上並不穩定；因此隨著時間的推移，閾值電壓會(hui) 產(chan) 生漂移，導致AMLCD特別是AMOLED顯示屏的亮度發生改變。 

       因此可見，多晶矽背板是高性能和可靠性的完美結合；為(wei) 高分辨率AMLCD和不斷增長的AMOLED顯示屏提供適用的TFT矩陣。 

       由於(yu) ELA可以在200℃的低溫下進行，308 nm準分子激光退火已經成為(wei) 當下屏製造中製備有效的多晶矽層的首選方法。因此，在準分子激光加工中，可采用普通的玻璃基板，甚至是柔性顯示屏所用的可彎曲聚合物基材。 

       ELA方式要求準分子激光器提供高達2焦耳的高脈衝(chong) 能量、幾百赫茲(zi) 的脈衝(chong) 頻率以及極高的能量穩定性，並運用諸如1.2kW、308 nm的VYPER激光器與(yu) 適當的波束形成係統，如圖1所示。 

加工多晶矽背板的方式：準分子激光退火 

        在廣泛應用的ELA技術之中，308 nm準分子激光器發射的矩形光束，不僅(jin) 光束均勻而且可以整形，以產(chan) 生線形截麵的光束，並使光束能量高度均勻分布於(yu) 整個(ge) 光束截麵上。線光束直接射向塗覆了非晶矽的背板，然後通過運動台實現光束掃描運動（圖1）。掃描基材時，線光束的均勻性大約為(wei) 1% rms，允許以相同能量密度（約500 mJ / cm 2）在每個(ge) 位置進行10到20次輻照。

圖1、晶體(ti) 隨機垂直生長的原理圖（左圖）和ELA工藝中的典型晶粒模式（右圖）        非晶矽能夠有效地吸收308納米激光輻射，吸收係數為6×10 6 cm -1，這使得每一脈衝幾乎能完全熔融材料。對激光能量的快速吸收使得非晶矽薄膜可在1400℃左右溫度下熔融，然後在冷卻時形成晶體顆粒。由於308 nm輻照的穿透深度較小，隻有幾個納米，加之短脈衝寬度為50 ns，使得底層玻璃免受熱影響，且受熱溫度低於其應變溫度。從微觀角度看，完全熔融能夠有效促進晶體的形成，這歸功於晶體從熔融處和固體矽之間的交界麵沿著垂直方向隨機生長的特點。         線光束的線形長度通常是一塊基材麵板的寬度或是寬度的一半。采用最新的高能量激光器，其線光束長度可達750毫米，能夠實現對第八代基材的高效退火。  準分子激光器的功率和穩定性進展         由於市場需要更大的麵板尺寸，這要求LTPS退火采用更長、更均勻的線光束。這是推動高功率308 nm準分子激光源持續發展的主要因素。目前，層局部退火和其他高精度應用中的準分子激光器和紫外光束管理方案，可提供從數十瓦至千瓦級的平均功率範圍，如圖2所示。   圖2、相幹公司準分子激光係統及光束管理方案        在低溫多晶矽退火工藝中，需要對射向矽背板的每個激光脈衝進行嚴格的控製，而脈衝能量穩定性則是極其重要的激光參數。過去十年內，這一領域的進步使308 nm準分子激光器的可用功率和穩定性得到大幅提升，可以大批量加工大尺寸的麵板，特別是基於LTPS背板的AMOLED，如圖3所示。   圖3、308 nm高功率準分子激光器在氣體(ti) 使用壽命期內(nei) 的穩定性        在過去十年，激光能量穩定性在脈衝標準偏差（rms）和峰-峰能量包絡方麵已有顯著改善。由於穩定性的提升，準分子退火的工藝窗口可以更好地被匹配。因此準分子激光退火99%以上的產率是用在AMLCD和AMOLED TFT背板的大批量LTPS製造中。再結合更高的激光功率和更大的麵板，使得LTPS平板製造業的產值增長了四倍。        直到最近，人們已經采用540 W準分子激光器以465毫米長度的線光束加工第四代麵板，生產出大量基於高性能LTPS的AMLCD和AMOLED顯示屏。2011年初推出的新型VYPER / LB750係統現已廣泛應用於生產現場，準分子激光退火已從第四代麵板加工成功過渡到第八代麵板。  結論        308 nm準分子激光器開創性地為市場加工出響應速度更快、更明亮、更薄的AMLCD和AMOLED平板設備。隨著基於LTPS顯示屏和AMOLED顯示屏的市場份額持續增長，製造商采用更大型的玻璃，以便充分利用規模經濟，生產出市場所需的OLED電視麵板。另一方麵，ELA係統的生產效率得到極大提升，最新的750毫米線光束激光退火係統已經應用在第八代大型基材的大規模生產之中。(end)