基于氧化锌薄膜晶体管的透明指纹识别系统

摘要

当今移动互联网的时代，生物识别技术已是手机必不可少的功能，能与移动智能终端结合的基于硅电容式指纹识别技术已经颇为成熟，而能够在屏幕上运用的透明的指纹识别技术也得到了越来越多的关注。氧化物薄膜晶体管器件由于其透明、工艺步骤少、成本低等特点已在显示领域得到了大规模的应用。显示和指纹识别的矩阵结构颇为相似，利用氧化物薄膜晶体管制作透明指纹识别传感器将有非常广泛的前景。本文首先成功研发一套稳定、可靠的氧化锌薄膜晶体管制备工艺，解决了氧化锌薄膜晶体管稳定性差、可靠性低的问题，再利用氧化锌薄膜晶体管来设计制备透明指纹识别传感器，经过探针台测试，已获得一段与实际相匹配的指纹图像，最后设计了一套能够实时显示的外围检测电路。
　　本研究主要内容包括：⑴结合原有工艺步骤深入研究了氧化锌薄膜晶体管的结构特点，针对阈值电压比较负的问题设计了不同的退火条件，并通过大量的尝试，得出不同退火条件将直接影响器件阈值电压的结论，并最终成功制备出阈值电压为正且性能良好稳定的器件以及一套较为成熟的器件制备工艺。⑵结合氧化锌薄膜晶体管的器件和有源矩阵结构设计了透明指纹识别传感器充放电结构，用Hspice软件对有源矩阵中的最小单元进行了仿真，经过理论分析，对充放电结构进行优化修改，分别设计了单级放大和双级放大的有源矩阵结构，对这三种不同结构的透明指纹识别传感器进行了仿真对比，提出最优化的传感器电路结构。⑶成功制备出基于氧化锌薄膜晶体管的有源矩阵指纹识别阵列，有50×50的大阵列和一些测试小阵列，搭建了一套探针测试平台。通过对不同结构小阵列的测试，检测到电容的充放电信号，计算分析得到了放电信号与感应电容数值之间的对应关系。通过制作指纹模型按压在大阵列上进行模拟真实手指测试，以及对放电信号的处理和整合，获得了一段可靠的指纹图形。⑷基于透明指纹识别传感器设计了一套外围检测电路，结合上位机程序对传感器的输出信号进行实时显示。通过对电路和程序的调试，初步完成对电容放电信号以及手指触摸信号的采集。

目录

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致谢

第一章 绪 论

1.1 指纹识别技术

1.2 基于硅的电容式指纹识别技术

1.3 电容式指纹识别技术的研究现状

1.4 本文的选题依据和研究内容

第二章 ZnO-TFTs器件制备与工艺优化

2.1 ZnO材料特性

2.2 实验制备ZnO-TFTs

2.3 热退火对 ZnO-TFTs性能的提升

2.4 本章小结

第三章 透明电容式指纹识别传感器设计

3.1 引言

3.2 透明电容式指纹识别最小单元

3.3 新型有源矩阵单元设计

3.4 本章小结

第四章 指纹识别传感器测试

4.1 引言

4.2 测试平台

4.3 阵列测试

4.4 小结

第五章 外围电路及总体测试

5.1 引言

5.2 外围电路设计

5.3 上位机程序

5.4 总结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要研究内容和成果

6.2 论文的不足之处及未来展望

参考文献

攻读硕士期间取得的科研成果

附录