作為下一代新型顯示技術(shù)的新趨勢(shì)，MicroLED漸漸在新型顯示賽道占據(jù)“高位”，成為行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)布局的重點(diǎn)。然而，除了巨量轉(zhuǎn)移等技術(shù)難點(diǎn)之外，MicroLED對(duì)TFT技術(shù)要求也非常高。在2020Micro-LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)峰會(huì)上，華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)彭俊彪教授以“高性能稀土氧化物TFT技術(shù)，在LED顯示中的應(yīng)用”為主題，分享了其在氧化物TFT技術(shù)的研究進(jìn)展。
華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)彭俊彪教授
TFT的核心材料是有源半導(dǎo)體，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)是電子遷移率，是非常重要的顯示器件。彭俊彪教授介紹，金屬氧化物TFT具有諸多優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在低成本、大面積、全低溫工藝、遷移率高、節(jié)能等特點(diǎn)，“氧化物TFT技術(shù)集“低成本”與“高性能”于一身，具有廣闊發(fā)展?jié)摿Α！彼仓赋觯琓FT制造工藝難度非常大，比如薄膜厚度、圖形化精度的控制非常考驗(yàn)材料與設(shè)備以及工藝的管理。
彭俊彪教授也介紹，盡管LTPS電子遷移率要比氧化物TFT高，但均勻性不好，需要6-7個(gè)LTPS控制一個(gè)OLED或者M(jìn)icro-LED的像素，無(wú)疑對(duì)良率會(huì)產(chǎn)生很大影響。同時(shí)，他也表示，行業(yè)內(nèi)也在研發(fā)LTPO技術(shù)，結(jié)合了氧化物TFT和LTPS兩者的優(yōu)點(diǎn)，但工藝難度比較大，相對(duì)成本也比較高，在未來(lái)柔性折疊屏節(jié)能上也不具備優(yōu)勢(shì)。
然而，目前商用化的氧化物半導(dǎo)體IGZO在Micro-LED應(yīng)用也存在一些問(wèn)題，主要是電子遷移率較低、穩(wěn)定性差（光照、加熱）、知識(shí)產(chǎn)權(quán)在國(guó)外等問(wèn)題。因此，氧化物TFT仍需從工藝、穩(wěn)定性等各方面補(bǔ)齊短板，而且要維持一些好的性能指標(biāo)。彭俊彪教授介紹，目前IGZO主要通過(guò)摻雜銦、鎵的方式獲得性能的平衡，但摻Ga也存在一些問(wèn)題：IGZO必須摻入大量Ga，抑制氧空位并提高穩(wěn)定性；Ga離子的軌道半徑比In離子的小很多，摻入Ga會(huì)減少電子軌道的交疊，降低電子遷移率。
“新材料”結(jié)合“新結(jié)構(gòu)”實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的新型Oxide TFT背板技術(shù)創(chuàng)新，成為氧化物TFT可行之路。彭俊彪教授介紹，“稀土元素最重要的是有豐富的電子能級(jí)結(jié)構(gòu)。如果利用好的電子遷移結(jié)構(gòu)和好的材料，可能會(huì)有很大的改善。”
他指出，從材料設(shè)計(jì)角度，可以解決 IGZO 遷移率低、穩(wěn)定性差的根本性問(wèn)題，主要通過(guò)微量摻雜稀土元素IZO，來(lái)大范圍調(diào)控Ln-IZO半導(dǎo)體材料及TFT的特性。在高遷移率上，Ln-IZO中，由于稀土摻雜量少（<1%），且離子半徑與In相近，幾乎不影響電子軌道交疊；在高穩(wěn)定性上，稀土元素的高斷鍵、低點(diǎn)電負(fù)性決定了oxide半導(dǎo)體中氧空位的數(shù)量，減少了深能級(jí)缺陷，且通過(guò)引入快速非輻射躍遷通道提高了光穩(wěn)定性。
彭俊彪教授也介紹，BCE與Top-Gate結(jié)構(gòu)將會(huì)是未來(lái)TFT應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)，而G3-BCE結(jié)構(gòu)具有抗刻蝕氧化物半導(dǎo)體溝道層，工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，遷移率高，穩(wěn)定性優(yōu)異，兼容Al、Cu等低阻電極工藝，與a-Si產(chǎn)線高度兼容等特點(diǎn)，在強(qiáng)度超過(guò)100w nits的白光LED光源直接照射溝道，仍能保持良好光穩(wěn)定性。他表示，稀土元素Ln摻雜，可以大幅提高Top-gate TFT光照響應(yīng)性，及光熱電壓應(yīng)力穩(wěn)定性，“LnIZO BCE器件遷移率高，器件穩(wěn)定性好，適合小尺寸高PPI的LED顯示屏制作”。
他總結(jié)道，基于oxide TFT器件，結(jié)合全新的像素電路設(shè)計(jì)，有希望解決LED顯示應(yīng)用中的大電流驅(qū)動(dòng)、色差、灰階等技術(shù)限制；而目前高遷移率，高穩(wěn)定性的Ln-IZO TFT技術(shù)基本成熟，且器件遷移率還可以持續(xù)提高，具備與Micro-LED技術(shù)結(jié)合的潛力。
