【显示大讲堂一重点篇】 Oxide TFT Technology

Abstract

Amorphous oxide semiconductor thin-film transistors are transitioning towards commercialization for active-matrix liquid crystal display applications. They also appear well-positioned to meet the more demanding challenges associated with active-matrix organic light-emitting device. The objective of this talk is to review the origins and current status of AOS TFTs for display applications.

备注: 氧化物薄膜晶体管之IGZO-TFT

TFT技术之IGZO

大家知道,IGZO-TFT技术在TFT-LCD显示技术和被誉下一代显示技术的OLED技术中都有巨大的应用价值，尤其是在大尺寸、超高清(UHD)、3D显示、高像素密度和低功耗等领域都有显著优势，因此需要我们对IGZO-TFT技术给予更加深入的研究和关注，小编今天就给大家简述下此技术。

TFT技术，一般可分类为低温多晶硅（LTPS）、高温多晶硅（HTPS）、非晶硅（a-Si）以及IGZO。今天主讲的是IGZO技术。

目前主流是硅基TFT技术（包括a-Si、HTPS、LTPS、），IGZO-TFT拥有高电子迁移率、高电流开关比、对可见光不敏感、可制作柔性显示产品和生产成本低等技术优势，引起人们的广泛研究，具有巨大的应用价值。特别是下一代显示OLED对高性能TFT的引领趋势。

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概念

氧化铟镓锌（英语：indium gallium zinc oxide，缩写： IGZO）是一种薄膜晶体管(TFT)显示器技术，它是铟(Indium)、镓(Gallium)、锌(Zinc)、氧(Oxygen)四种化学元素按一定材料的比例形成在TFT沟道层的技术，也是半导体氧化物TFT的代表，是TFT沟道层材料的一次创新应用。

IGZO技术由东京工业大学教授细野秀雄与日本科学技术振兴机构（JST）共同开发。日本科学技术振兴机构（JST）把技术专利于2011年授权予三星电子，2012年夏普(Sharp)亦获得授权。

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结构

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特点

它是一种新型半导体材料，有着比非晶硅更高的电子迁移率（IGZO载流子迁移率是非晶硅的20-50倍）。可以大大提高TFT对像素电极的充放电速率，提高像素的响应速度，实现更快的刷新频率。同时更快的响应也大大提高了像素的扫描频率，此外由于IGZO晶体管尺寸的减少,可以使设备更轻薄，提高显示面板分辨率。其在可见光几乎透明，能够大大增加元件的开口率，提高亮度，还具有极低的关断电流，降低功耗。相对于硅基TFT,IGZO材料实现的TFT对可见光敏感度低，这有利于降低制造成本和延长产品的使用寿命。IGZO材料比多晶硅软，适合应用在软性基板上，制作可绕曲式屏幕.

电子迁移率用以测量电子在固体中流动的难易程度。较之广泛应用于液晶面板的非晶半导体材料非晶硅，“IGZO”电子迁移率是其20～50倍，由此进一步推动了显示技术的发展。

较之以往产品，“IGZO”液晶显示面板以高电子迁移率，成功实现了薄膜晶体管的超小型化与配线的超细化。由于提高了每个像素的透光率，所以“IGZO”能以相同的透光率实现约2倍的高分辨率。

“IGZO”的最大优点在于低耗电。以往的显示面板在图像静止时也需刷新数据，但“IGZO”即使在电源关闭的状态下，也无需刷新数据。从而将显示器的耗电量降低至传统屏幕的1/5甚至1/10。因此，“IGZO”也为更长的电池寿命做出了巨大贡献。

“IGZO”是一种间歇式半导体操作方式，可缩短影响触摸面板侦测电路的噪音发生时间，并精确侦测微弱的触摸信号。实现了触摸面板的超高灵敏度，例如可精确感应笔尖画出的细线。在“IGZO”驱动的屏幕上书写如同在纸上书写一样流畅，可实现非常自然的手写输入。

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IGZO -TFT 的电学特性

典型Igzo TFT 的转移曲线和输出曲线

This circuit diagram of a pixel (AMOLED panel based on a-IGZO TFTs) shows examples from (a) Samsung Display and (b) Sharp and Semiconductor Energy Laboratory (SEL).

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TFT技术对比

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IGZO-TFT在平板显示中的应用现状

根据市场需求和技术发展现状分析，IGZO-TFT有望在以后成为主流产品，同时这一技术也是目前最适合发展AMOLED基板的技术。从这一趋势看，IGZO-TFT技术在平板显示中的应用将会迅速推进。

现在全球面板巨头都在加速布局Oxied技术，三星、LGD、友达，京东方，华星光电，南京熊猫等面板制造厂商都积极介入氧化物TFT技术的研发，专利申请量大幅增长。

业内都知道，要出色地达到大规模产业化还需要一些技术改进，主要包含以下方面：改善IGZO-TFT的结构、优化薄膜质量、改善绝缘层与IGZO的界面以及退火条件、持续提升IGZO-TFT的性能，以及开发避免IGZO-TFT对空气中氧气和水气敏感的保护层。但是随着大尺寸TFT-LCD及下一代显示OLED的发展，IGZO技术必将得到广泛应用。