OFweek電子工程�(wǎng)� IGZO(indium gallium zinc oxide)為銦鎵鋅氧化物亦稱金屬氧化物。IGZO(indium gallium zinc oxide)為銦鎵鋅氧化物的縮寫，非晶IGZO材料是用于新一代薄膜晶體管技術中的溝道層材料。IGZO材料由日本東京工�(yè)大學細野秀雄最先提出在 TFT行業(yè)中應用，目前該材料及技術專利主要由日本廠商擁有，IGZO-TFT技術最先在日本夏普公司實現(xiàn)量產(chǎn)� IGZO是銦(Indium)、鎵(Gallium)、鋅(Zinc)、氧(Oxygen)四個單詞的縮寫，我們也可以稱他為銦鎵鋅氧化物，所以可以說，IGZO只是一種材料�
IGZO的由來怎么�(fā)�(xiàn)�?
全球最早發(fā)�(xiàn)IGZO具有可在均一性極佳的非結晶狀�(tài)下實�(xiàn)不遜于結晶狀�(tài)的電子遷移率特性的是日本東京工�(yè)大學前沿技術研究中�&應用陶瓷研究所教授細野秀雄�
細野秀雄教授在一次專�(yè)研討會上介紹了IGZO�(fā)�(xiàn)的過程：“我自1993年起開始研究透明氧化物半導體材料。最初研究的是結晶材料。同時，我對非結晶材料也懷有強烈興趣。當時業(yè)界普遍認為，包括硅在�(nèi)�“非結晶材料的電子遷移率比結晶材料要低3�4個數(shù)量級”。我覺得這種看法不對。我認為以硅為代表的共價鍵合性物雖然有這樣的性質(zhì)，但像素氧化物那樣的離子結合性物�(zhì)應該與此不同�”
但問題是，離子結合性的物質(zhì)很難形成非結晶狀�(tài)�“不過，我�(fā)�(xiàn)如果從氣相材料開始制作的話，就比較容易形成非結晶狀�(tài)。最初，只發(fā)�(xiàn)�1種令人感興趣的材料。通過描繪這種材料的電子軌道，我發(fā)�(xiàn)很可能有大量的非結晶的透明氧化�”�
要想作為TFT(薄膜晶體�)來使用，則必須是可對載體進行控制的物�(zhì)。遷移率多少犧牲一些不要緊，但可隨意轉(zhuǎn)換成導電體或者絕緣體這一點至關重要。有一種電子遷移率較高、且作為透明導電氧化物也十分出色的代表性材料，這就是IZO(In-Zn-O)。然而，這種材料很難制成絕緣體，無法直接應用于TFT�“于是我想出了一個方法，即：摻入Ga(�)后將其制成IGZO。摻入了Ga之后，電子遷移率會降至IZO�1/3，即便如此，仍可保證250px2/Vs的遷移率。遷移率如果達到250px2/Vs，作為顯示器�(qū)動用已足夠�”
2003年，J.F.Wager，R.L.Hoffman等人分別在Science，Applied PhysicsLetters等權威雜志上�(fā)表了以ZnO-TFT為代表的透明氧化物薄膜晶體管相關研究報告，并提出透明電子�(Transparent Electronics)概念。這類氧化物半導體器件具有制備溫度低、載流子遷移率高以及在可見光波段全透明等優(yōu)點，在一段時間內(nèi)掀起了研究高潮，國�(nèi)外很多研究機構都進行了相關研究，但ZnO、SnO等薄膜易形成多晶�(tài)，存在不可忽視的大量晶界和氧缺陷，并且器件穩(wěn)定性差，特性隨時間變化顯著，這些都阻礙了其進一步發(fā)展�2004年，Nomura等人在Nature上發(fā)表了m(In)：m(Ga)：m(Zn)=1.1�1.1�0.9的混合型氧化物薄膜晶體管，即a-IGZO TFT，在很多方面顯示出良好的性能。該文刊登后不久，國外很多研究機構也開始通過磁控濺射、激光脈沖沉�(PLD)或溶液旋�(Solution-Processed)等手段制備出a-IGZOTFT、a-IZO TFT等器件�
IGZO屏幕�(yōu)勢很多么?
相比于傳�(tǒng)非晶硅a-Si材料，IGZO載流子遷移率更高，大約為10cm2/Vs。所以更少的材料就可以滿足要求，使管子尺寸更小，減少像素面積，使設備更輕�;全透明，對可見光不敏感，能夠大大增加元件的開口率，提高亮度，降低功耗。另外，工藝溫度比a-Si低，而且具有很好的彎曲性能，能夠很好地配合柔性OLED�
相比于低溫多晶硅LTPS材料，IGZO 沒有屏幕尺寸的限制，小尺寸也可以做，大尺寸一樣可行，而LTPS難以生產(chǎn)大尺寸高分辨率的面板。另外，在生�(chǎn)方面，原有的非晶硅面板生�(chǎn)線要改造為LTPS生產(chǎn)線，需要較為復雜的過程，需要的資金也很多，而改造成IGZO面板只是對現(xiàn)有的非晶硅面板生�(chǎn)線進行改良，要容易很多，且不限制生�(chǎn)線的世代�(shù)�
(1)由于漏電流小，畫無更新時可以切斷電流，可以進一步提高省電效果�(2)分辨率更高了，與使用a-Si的傳�(tǒng)液晶屏幕相比，可在保證透過光量的同時提高單位面積的像素�(shù)，根本原因還是IGZO的遷移率率更高，可以縮小體積，這樣分辨率就提升了�(3)使觸摸屏更靈敏。可采用間歇�(qū)動方式，降低液晶顯示器驅(qū)動電路產(chǎn)生的噪聲對觸摸屏檢測電路造成的影響，從而實�(xiàn)了更高的觸摸靈敏度�
不同半導體材料特性對�
IGZO工作原理和結構模型都有哪�?
非晶金屬氧化物IGZO由In2O3、Ga2O3和ZnO構成，禁帶寬度在3.5eV左右，是一種N型半導體材料。In2O3中的In3+可以形成5S電子軌道，有力于載流子的高速傳輸，電子的遷移率�875px2/V·s;Ga2O3有很強的離子鍵，可以抑制O空位的產(chǎn)�;ZnO中的Zn2+可以形成�(wěn)定西面體結構，可以使金屬氧化物IGZO形成�(wěn)定的非晶結構。因此，金屬氧化物IGZO適用于制作高遷移率薄膜晶體管。材料特性總結為4點：高遷移率;易于低溫濺射工藝;同質(zhì)(沒有晶界);光學透明�
金屬氧化物晶相與元素比例對于遷移率的影響
目前金屬氧化物IGZO-TFT的結構主要有刻蝕阻擋�(Etch Stop Type)、背溝道刻蝕�(Back Channel Etch Type)和共面型(Coplanar Type)三種類型。按制作工藝可分�5Mask�6Mask�7Mask。下表簡列了不同Mask�(shù)結構的比較�
常見IGZOTFT結構
IGZO屏幕技術障礙、缺點及解決方案
IGZO存在著一些本�(zhì)上的缺點。首先是新型材料普遍存在的長時間工作可靠度與�(wěn)定性問題，壽命短。另外，IGZO對水以及氧都相當敏感，所以必須在它表面鍍上一層保護層，來隔離空氣中的氧氣和水蒸氣。IGZO并不是完美的材料，但是目前來講，它確實是屏幕的最佳的選擇。IGZO TFT的工作特性對周圍氣氛很敏感，如氧氣，濕氣，氫的含量等。可以這樣解釋，在還原氛圍中退火會形成氧缺陷，或者在包含H2的氣氛中退火摻入的H，或者在低溫下離子注入都很容易的增加半導體導電性。氧缺陷和H摻雜充當了淺施主，同時產(chǎn)生移動電子。這個問題可以解決，通過使用頂保護層(鈍化�)包含SiOx，SiNx或者類似的東西，可以隔絕O-，H2O-，或者H-相關的分子的滲透和擴散。另一方面，對于還原氣氛與氫的這種敏感可以被利用，來形成改善的源漏極接觸�#p#分頁標題#e#
另外a-IGZOTFT的光響應。亞帶隙光響應源于VBM上的亞帶隙缺陷態(tài)密度(DOS)。因此，亞帶隙光響應可以通過移除深DOS來解決，它的存在可以在一定程度上通過選擇合適的沉積條件來控制�
雖然金屬氧化物相對于非晶硅和低溫多晶硅具有很多優(yōu)勢，但是其也存在一些不足。圖4為IGZOTFT在高溫偏壓穩(wěn)定性測試過程中，其特性變化情況。可以看出在負偏壓下IGZO TFT Vth變化幅度很大，最大達�10V。在顯示過程中，TFT大部分時間是處于關閉的狀�(tài)，所以Vth漂移是TFT不穩(wěn)定的主要特征。TFT特性的長期�(wěn)定性，真正源頭來自持續(xù)偏壓下的所形成的受主型電子陷阱。另外也有指出不�(wěn)定性部分原因來源于O-，H2O-相關的分子的吸附和解吸，而合適的鈍化層的使用可以改善�(wěn)定性�
IGZO TFT在偏壓可靠性測試中�(zhuǎn)移特性曲線變化情�(a)Vgs=35V，溫�60�(b)Vgs=-35V，溫�60℃， Vds=10V
除了柵極負向偏壓會對TFT特性產(chǎn)生影響，光照是另外一個不可忽略因素。如下圖所示為IGZOTFT在無光照以及光照條件下，TFT�(zhuǎn)移曲線變化情況，可以看出隨著光強的增加，Vth表現(xiàn)為向負向移動�
溝道在光照下�(zhuǎn)移特性曲線變化情�
為什么oxide TFT適合大尺寸超高清顯示面板
Oxide TFT是一種薄膜晶體管，比普通的非晶�(a-Si)TFT電子遷移�(電子移動的速率)快幾十倍，Oxide TFT可提高液晶面板像素的透過率，較易實現(xiàn)高精細化、高解析度和更大尺寸�
目前，大尺寸面板普遍采用a-SiTFT�(qū)動。隨著顯示屏分辨率越高畫面尺寸越大，Gate Line�(shù)目和Gate Line 長度會增加，Gate是將輸入的信號依次驅(qū)動，因此會引�(fā)信號傳達延誤等問題，且a-Si TFT遷移率很低，導致像素點無法在有限的時間內(nèi)充滿電，從而無法正常顯示�
一般來講，實現(xiàn)55inch 4K�(guī)格以上的顯示面板，一方面需采用銅制程降低RC延遲，另一方面需采用遷移率更高的Oxide TFT�
�(xiàn)在，大部分家庭都�42inch以上的液晶電視，但是如果你走近電視摸一摸它的屏幕，是不是感覺很�?�(fā)熱是合理的，因為它采用a-Si TFT，TFT尺寸必須做大才能�(qū)動。然而TFT尺寸大了就會影響像素透過率，要達到一定亮度，必須提高背光源的功率，所以電視機就會�(fā)熱。但是如果采用Oxide TFT，功率會下降很多，發(fā)熱也就不會那么嚴重了�
IGZO技術是夏普獨有�?
細野秀雄教授關于IGZO的主要研究成果早�2002年就已經(jīng)通過論文進行了發(fā)�;2010�12�10日，在北京舉辦的“中國·北京2010年國際平板顯示產(chǎn)�(yè)高峰論壇”上細野秀雄教授也對非結晶氧化物半導體�(fā)表主題演講。由于該技術正好符合正在尋找以OLED為代表的“新一代顯示器”�(qū)動用元件的面板廠商的需求，因此許多企業(yè)對此表現(xiàn)出極大關注�
不只夏普，臺灣企�(yè)友達、奇美和�(nèi)資企�(yè)京東方等等都在對IGZO進行研究，其中友達已�(jīng)成功試制出了10.1英寸IGZO及時液晶面板�
所以IGZO并不是夏普獨有，但是夏普是第一個對IGZO技術液晶面板進行量產(chǎn)的企�(yè)，也是最早實際在�(chǎn)品上應用IGZO面板的企�(yè)之一，這就是老郭鐘情的原因么?
TFT-LCD制造工�(同IGZO)
IGZO除了半導體層，其余金屬層成膜與其它技術無異，請參考BOE提供的視頻資料�
關注我�
公眾號：china_tp
微信名稱：亞威資�
顯示行業(yè)頂級新媒�
掃一掃即可關注我�
�(chǎn)品供�| 雜志期刊| �(xié)會服�| 專題�| 關于我�|�(wǎng)站地�|版權聲明| 廣告服務
Copyright © 2018 深圳市美嘉投資有限公�. All Rights Reserved 版權所� 粵ICP�12048185�-1
中華顯示�(wǎng)所載文章、數(shù)�(jù)僅供參考，使用前務請仔細閱讀法律聲明，風險自負�
媒體合作:0755-86149081 廣告咨詢:0755-86149131 Email:[email protected]
