“新一代顯示器”發展的關鍵 詳解IGZO技術
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材料由日本東京工業大學細野秀雄最先提出在 TFT行業中應用,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量產。 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的由來怎么發現的?
全球最早發現IGZO具有可在均一性極佳的非結晶狀態下實現不遜于結晶狀態的電子遷移率特性的是日本東京工業大學前沿技術研究中心&應用陶瓷研究所教授細野秀雄。
細野秀雄教授在一次專業研討會上介紹了IGZO發現的過程:“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。當時業界普遍認為,包括硅在內,“非結晶材料的電子遷移率比結晶材料要低3~4個數量級”。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,但像素氧化物那樣的離子結合性物質應該與此不同。”
但問題是,離子結合性的物質很難形成非結晶狀態。“不過,我發現如果從氣相材料開始制作的話,就比較容易形成非結晶狀態。最初,只發現了1種令人感興趣的材料。通過描繪這種材料的電子軌道,我發現很可能有大量的非結晶的透明氧化物”。
要想作為TFT(薄膜晶體管)來使用,則必須是可對載體進行控制的物質。遷移率多少犧牲一些不要緊,但可隨意轉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(鎵)后將其制成IGZO。摻入了Ga之后,電子遷移率會降至IZO的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,作為顯示器驅動用已足夠。”
2003年,J.F.Wager,R.L.Hoffman等人分別在Science,Applied PhysicsLetters等權威雜志上發表了以ZnO-TFT為代表的透明氧化物薄膜晶體管相關研究報告,并提出透明電子學(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點,在一段時間內掀起了研究高潮,國內外很多研究機構都進行了相關研究,但ZnO、SnO等薄膜易形成多晶態,存在不可忽視的大量晶界和氧缺陷,并且器件穩定性差,特性隨時間變化顯著,這些都阻礙了其進一步發展。2004年,Nomura等人在Nature上發表了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、激光脈沖沉積(PLD)或溶液旋涂(Solution-Processed)等手段制備出a-IGZOTFT、a-IZO TFT等器件。
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( 發表人:林錦翔 )