在薄膜晶體管（TFT）領域，非晶硅（a-Si）憑借成熟的工藝和較低成本被廣泛應用，但其較低的電子遷移率（約0.5–1.0 cm²/Vs）限制了其在高速、高分辨率顯示中的表現。相比之下，低溫多晶硅（LTPS）擁有有序的晶體結構，其電子遷移率可達非晶硅的十倍以上，因此在AMOLED、車載顯示、醫療影像以及Micro?LED驅動背板等高性能場景中更具優勢。

圖1 a-Si和poly-Si結構示意圖

目前，低溫多晶硅的主流制備工藝為“兩步法”，即先以PECVD沉積非晶硅，再通過ELA激光退火實現晶化。該工藝雖已成熟，但流程復雜、成本高，且受激光均勻性與熱負載限制，難以適應柔性、大面積面板的發展趨勢。熱絲化學氣相沉積（HoFCVD）“一步法”脫穎而出，為低溫多晶硅制備提供了新的技術選擇。

HoFCVD技術可在單一步驟中原位沉積多晶硅薄膜。早于1998年，日本松村英樹團隊即已驗證：在高濃度氫氣稀釋硅烷的條件下，HoFCVD可直接制備結晶率超過80%的高質量多晶硅。X射線衍射與拉曼光譜分析結果顯示，所制備的薄膜具有明顯的晶面衍射峰與結構有序特征（見圖1、圖2），證實了其高質量的多晶結構。研究顯示，1998年基于該方法制備的多晶硅TFT，其場效應遷移率可達70?cm²/Vs，展現出優異的電學性能。隨著近三十年技術持續演進，該工藝的電子遷移率有望進一步提升，為下一代高性能TFT鋪設可靠路徑。

（a）

(b)

圖2   (a) 在高濃度H2稀釋SiH4的條件下，通過HoFCVD制備Si薄膜的X射線衍射圖；

(b) 在高濃度H2稀釋SiH4的條件下，通過HoFCVD制備Si薄膜的拉曼光譜

傳統兩步法依賴于非晶硅種子層作為晶化模板，其本征缺陷與不均勻性易在激光退火過程中被放大，導致多晶硅晶粒尺寸與取向分布不均，影響器件性能與均勻性。

HoFCVD工藝則能夠直接實現多晶硅的“本征結晶”，大幅減少甚至無需非晶硅種子層。透射電鏡（TEM）分析表明，在高氫稀釋條件下，薄膜呈現均勻致密的多晶結構，幾乎無非晶過渡層或明顯界面缺陷（見圖3）。這不僅從源頭上減少了材料缺陷，提升了載流子遷移率與器件均勻性，也簡化了制程步驟，有利于降低綜合成本與工藝復雜度。

圖3  Si薄膜的TEM的橫截圖像，樣品（a）中等H2稀釋比（H2/SiH4=10）

和（b）中等H2稀釋比（H2/SiH4=100）

ELA工藝雖然整體襯底溫度控制在450℃以下，但激光作用區域瞬時溫度超過1000℃，易引起熱應力與材料損傷，限制了其在柔性襯底和大面積面板中的應用。HoFCVD工藝的沉積溫度可低于200℃，遠低于普通玻璃的應變點，不僅可兼容常規玻璃基板，也為聚酰亞胺等柔性聚合物襯底的應用提供了可能，有利于推動柔性顯示、可穿戴設備及大尺寸低功耗面板的發展。

HoFCVD“一步法”在低溫多晶硅制備中體現出高結晶質量、工藝溫度低（<200℃）、優異電學性能等多重優勢，有望突破傳統“兩步法”在成本、均勻性和柔性兼容性等方面的局限。隨著相關工藝不斷成熟，HoFCVD技術或將在下一代顯示產業中扮演關鍵角色。

參考文獻：

1. Matsumura, H. （1998）. Formation of silicon-based thin films prepared by catalytic chemical vapor deposition（Cat-CVD） method. Jpn. J. Appl. Phys. 37: 3175-3187.

2. Matsumura, H., Umemoto, H., Izumi, A., and Masuda, A.（2003）. Recent progress of Cat-CVDresearch in Japan— bridging between the first and second Cat-CVD conferences. Thin Solid Films 430; 7-14.