氧化物半导体TFT

  氧化物半导体是通常容易成为绝缘体的氧化物,但却具有半导体的性质。氧化物半导体TFT为备受全球显示器技术人员关注的“新一代电子的基础材料”,氧化物半导体TFT是驱动超高精细液晶面板、OLED面板 以及电子纸等新一代显示器的TFT材料候选之一。预计最早将在2012~2013年开始实用化,将来或许还会成为具备“柔性”和“透明”等特点的电子元件的实现手段。

特点

  载流子迁移率高

  特性不均现象少

  材料和工艺成本降低

  工艺温度低

  可利用涂布工艺

  透明率高

  带隙大

应用

  氧化物半导体TFT广泛的应用于超高清液晶显示器、有机EL显示器、电子纸、柔性显示器、柔性IC、透明显示器、透明IC、透明太阳能电池、透明LED等产品中。

发展现状

  氧化物半导体TFT是透明非晶氧化物半导体TFT(TAOS-TFT)的代表,被视为新一代显示器用薄膜晶体管(TFT)最有希望的候补技术。近来将其应用于柔性显示器的开发成果接连不断。在2010年1月25~26日举行的“International Workshop on Transparent Amorphous Oxide Semiconductors(TAOS 2010)”上,凸版印刷公开了以应用于电子纸领域为目的的开发成果,而大日本印刷则展示了柔性有机EL面板的试制结果。另外,美国俄勒冈州立大学(Oregon State University)也发表了利用印刷法制造TAOS-TFT的研究成果。

  凸版印刷确立了利用印刷法来制造电子纸的目标,目前正考虑在该领域应用TAOS-TFT。该公司曾于2009年12月发表相关成果,使用TAOS涂膜在玻璃底板上制造TAOS-TFT后成功驱动了电子纸。此次介绍了之后的进展。首先将2009年12月发表时只有0.5cm2/Vs的TAOS-TFT迁移率提高到了10倍,达到了5.4cm2/Vs。凸版印刷综合研究所新一代环境能源研究所首席研究员伊藤学称:“这是通过改进涂布材料、元器件结构及钝化膜等手段实现的。”另外,所驱动的面板的分辨率也有所提高。2009年12月时驱动的只是2英寸QQVGA(80×60像素)50ppi(pixel per inch)面板,而此次驱动的则是VGA(640×480像素)400ppi面板。

  TAOS-TFT制造工艺的温度与2009年12月时同为270℃,但凸版印刷的伊藤表示:“现在估计还能降至250~240℃,今后还打算进一步降至150℃”。这样做是因为制造温度降至150℃后,便可使用树脂底板。但伊藤又称,要想达到这一目标,“恐怕还需要彻底改进由涂布材料形成TAOS膜的化学反应设计”。

  大日本印刷介绍了分辨率为85ppi的4.7英寸QVGA(320×240像素)柔性有机EL面板的试制结果。试制的面板厚度为0.4mm,弯折百次以上,也未发现显示性能劣化。这是通过在顶部发光型白色LED基础上,组合使用柔性彩色滤光片以及不锈钢底板上形成的TAOS-TFT而实现的。

  彩色滤光片使用液体材料直接在聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN:polyethylene naphthalate)底板上绘制RGB图案。TAOS-TFT是利用溅镀法在不锈钢底板上形成TAOS膜之后,再经300℃退火处理后制成。TAOS-TFT的迁移率为4.1cm2/Vs,导通/截止比为107~108,性能水平与在玻璃底板上形成时相当。

  俄勒冈州立大学展示了利用有机溶媒溶解金属氯化物后的液体材料,以喷墨法形成TAOS膜的TAOS-TFT试制结果。在TAOS膜使用IGZO(In-Ga-Zn-O)时,通过500℃退火处理,获得了迁移率为25.6cm2/Vs、导通/截止比为107的良好特性。至于可进行低温退火处理的TAOS膜,该大学提到的是In2O3。据称,即使将退火温度降至300℃,是In2O3薄膜仍可保持17.0cm2/Vs的迁移率,而如果允许迁移率降至1cm2/Vs的话,还可将退火温度进一步降至200℃。

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