3.4.1 工艺过程中的热应力管理

在利用ELA工艺将预先沉积的a-Si薄膜结晶形成多晶硅薄膜的过程中，半导体薄膜局部的温度可达到1000℃。由于采用纳秒脉冲激光及a-Si薄膜对大部分能量的吸收，衬底的温度保持不高于450℃，从而可以在玻璃衬底上以“低温”形成高质量的多晶硅薄膜。为了在塑料衬底上制备类似性能的 LTPS TFT，如以上所讨论，可以通过开发耐高温、低CTE的聚合物衬底材料，以维持同样的工艺条件；或者通过降低工艺过程中衬底表面的温度，以降低对塑料衬底的要求。这两方面的工作总结如下。

（1）耐高温、低CTE的聚合物衬底材料。为了能够承受高温，PI成为柔性LTPS TFT背板的主流衬底材料，并且采用涂布-剥离的工艺方法。大量的PI衬底材料设计和开发工作被用于提高耐高温性和降低CTE。所报道的PI薄膜最高可承受500℃的温度；而PI的CTE可低至3ppm/K，接近玻璃的水平，所制备的LTPS TFT的迁移率超过120cm2·V-1·s-1，并用于2.8inch的顶发光全彩柔性AMOLED显示屏。另外，可以通过衬底的结构设计降低CTE。BOE报道了一种基于PI的三明治衬底结构，相对于单层PI结构具有更小的CTE，能够有效地减小工艺过程中产生的热应力。

（2）降低工艺过程中衬底表面的温度。为了降低衬底的表面温度，比较直接的一种方法是降低用于a-Si晶化的ELA能量，但这会影响多晶硅薄膜的成膜质量。另一种方法是在衬底上增加足够厚的缓冲层以降低到达衬底的温度。然而，太厚的缓冲层会导致ELA晶化过程中产生的热量在缓冲层/a-Si界面处积累，影响晶化效果，带来更多的界面缺陷态，最终导致器件的电学性能（如迁移率、亚阈值摆幅和偏置稳定性等）的恶化。通过对缓冲层结构进行优化设计，可以大大降低ELA晶化工艺过程中的衬底温度，所制备的LTPS TFT迁移率超过 95cm2·V-1·s-1，并实现了5inch的顶发光全彩柔性 AMOLED 显示屏。