当JDI积极的展现蒸镀法制作的OLED显示器、JOLED打印式OLED的研发，以及华映科技集团大股东中华映管，将IGZO技术的研发团队、智能制造团队移转至华映科技集团，未来华映科技集团将依托这些人才技术实现公司的转型飞跃…等等。这些故事中，其实都少不了LTPS与IGZO的身影， 由此可见LTPS和IGZO是多么的棋逢对手，但是究竟a-Si、LTPS、IGZO之间的爱恨情仇是怎么开始的呢?
来源：JDI
让我们从晶体学开始谈起吧!还是再推荐一下老叶科普堂（五）（行家说内搜索标题：世界第一简单的半导体原理），里面有许多基础的知识是你我在这一行都应该知道的。
作为晶体的起手式，“周期性”是很重要的概念，电子跑得顺不顺、有没有障碍，是走、是跑，还是飞？就由晶体的周期性决定。结晶固体比一般固体更具有价值的地方就在于其中的原子是否乖乖的排好队等着买票看电影(或是排队等车)，也就是说，整个晶体是由某些原子构成的基本单位，有周期性地重复排列。
或是
因此，晶体就由这些基本单位所建构起来。但是!人生就是这许多但是，有些固体根本就没有周期性的结构(微观看是这样，但是镜头拉远一些些，瞇着眼好像又有一回事)，这就称之为非晶型固体，也就是你我都熟悉的amorphous；另一种则是由许多小的单晶区域所构成，称之为多晶固体，也就是polycrystalline(LTPS的PS就是这样来的)，那么单晶呢?就是用更细微的观点去观察，也是拥有高度的重迭性的排列。
下图是一个MOSFET其中渠道的部分由单晶硅担任，在放大的图部份可以很容易的发现到成排的原子很容易被识别的。
来源：Solid state electronic devices
周期性排列的晶体，在空间中对称的点称为晶格也就是所谓的lattice，这在材料检测中，XRD是一项很重要的参数，同时也可以藉由XRD来得到这材料的结晶质量良莠与否，所以看倌是否可以得到一个小小的心得呢?就是一个原子或是一群原子在一个空间中拥有相同的排列方式就称为晶体，太抽象嘛?举个例子吧，假设电影院为一个晶体，A厅就是某一个空间的原子群，而坐在那边看电影的你就是一个原子，身旁的人们就是同一群的原子，同一厅的座位排列是有规律的，但厅与厅之间的排列则没有一定的规律。于是，当整个电影院只有一个厅，所有位置排好好时就叫单晶；当一个电影院有很多厅时，就称之为多晶，若这只是一个露天电影院，座位都是活动式的塑料椅时，我们称之为非晶。
来源：Solid state electronic devices、Semiconductor optoelectronic devices
上面的图，上中下由原子排列方式分类的三种固体的型态，上及中分别是单晶及多晶，最下面的就是非晶型态，要记得，多晶是由许多单晶的小区域所构成的。
到这边可以跟a-Si、LTPS、IGZO去做联想吗?想象一件事，您开着Ferrari 488 GTB在无限速道路上奔驰，对比下班后塞车的市区，那一个速率快呢?我想您是答对了!这就牵涉到所谓的载子迁移率，如果您有印象，许多演讲者都会放一张图，把单晶的载子迁移率比喻成飞机、多晶跟好比坐巴士、非晶就和慢跑选手一般。
来源：AUO
LTPS与a-Si之刀光剑影
所以在a-Si、LTPS之间相比，LTPS的载子迁移率是高出许多，或是反过来看，在载子迁移率相同的情况下，TFT的几何尺寸是可以缩小的，因此调整幅度的空间就多了，造就反应速率快、高分辨率的面板；同时几何尺寸缩小也表示开口率增加，可以让品味上升、光穿透面积增加，让液晶显示器的背光利用率上升，对于OLED来说高的载子迁移率可以提供较大的电流，因此用在需要电池的行动装置那就真是棒棒棒。
据友达光电(AUO)的信息，LTPS是由许多约为0.3至数个um 大小的硅晶粒所组合而成的材料。在半导体制造产业中，多晶硅通常需要以高于900°C的温度退火形成，此方法即为SPC (Solid Phase Crystallization) 。然而受限于玻璃的形变温度只有650°C，SPC方法却不适用于平面显示器制造产业，因此LTPS技术即是特别应用在平面显示器制造上的多晶硅成膜技术。由于多晶是由许多单晶的小区域所构成，因此均匀性会是一大罩门。
IGZO与a-Si之高手过招影
谈到IGZO您一定要知道，IGZO是由In2O3、Ga2O3、ZnO所组成，参考JJAP 2006年的文章Amorphous Oxide Semiconductors for High-Performance Flexible Thin-Film Transistors，按照不同组成比例与常温环境下载子迁移率的关系图显示，纯 In2O3薄膜和纯ZnO薄膜的载子迁移率分别约为34cm2V-1s-1和 19cm2V-1s-1，另外载子迁移率会随着 Ga2O3的混成比例增加而减少。
来源：JJAP
看官有发现到什么现象了嘛?That’s right，关键就在In2O3这样的材料，氧化铟是一种无机半导体化合物，能隙大约在3eV，特别是属于一种退化型半导体，能带中的费米能阶从原先低于导带的位置而进入导带，进而造成导电性更佳，如果看倌还记得ITO这样的材料的话，也是类似的现象。
来源：夏普
来源：夏普
来源：龙腾光电
观察夏普介绍IGZO的资料，不难发现还是强调载子迁移率高、开口率高以及漏电流低。载子迁移率高、开口率高这个前面已经谈过，现在聊聊漏电流低这个问题，由于TFT类似开关，所以扫描线（Gate）控制开关的打开和闭合，数据线（Source）提供液晶显示不同亮度所需要的灰阶电压。当在扫描线（Gate）上施以高电压时，TFT组件打开，灰阶电压就能从数据线（Source）进入像素电极（Drain），并经由透明像素电极施加于液晶层上，改变液晶角度从而显示设定好的灰阶。那万一送完前面漏电流太大呢?灰阶就会跑掉，颜色就会不准确或是有其他相关的问题，因此需要有补偿电路的机制。
来源：夏普
正因为IGZO拥有低的漏电流，因此京东方科技集团股份有限公司(BOE)在审请的专利中，就提到当液晶显示面板采用金属氧化物薄膜晶体管时，由于IGZO与a-Si、LTPS相比，漏电流相当低，故可以将液晶显示面板的驱动频率由原来的30-60Ηz减少到 1-5Ηz，这样可减少TFT的驱动次数，也可以维持液晶分子的配向而不影响画面， 从而可以降低液晶显示面板的功耗。现有技术中采用 a-si和 LTPS 60Hz 驱动时， 液晶显示面板每 1/60秒 （frame） 更新画面显示一次，当采用IGZO时液晶显示面板显示静态画面的 1秒内只有第一个1/60秒更新画面显示，其余的59/60秒均处于休止状态，即在59/60秒之中，不会向 Tcon更新画面数据，Tcon也不会向源极驱动器更新画面数据。这就是省电的原因。欧洲专利局公告的一则专利-Method of making oxide thin film transistor array, and device incorporating the same中，有表格化的一些相关参数，在这边提供给读者参考。
来源：欧洲专利局
然而背板技术之LTPS或IGZO对比，则有种「朕若逢高皇，当北面而事之，与韩、彭鞭而争先耳；脱遇光武，当并驱于中原，未知鹿死谁手」之感，其实都是取决于市场机制与产品区隔，毕竟两者都有不容易跨过去的一道沟，本次谈了这些技术的好处，下一次想跟大家聊聊关于LTPS和IGZO的问题，以及实务中如何透过XRD、RAMAN等量测技术来解决制程上的问题，以期能更深入了解这些背板的相关知识。
*注：本文由行家说APP与作家专栏作者小书僮联合出品。谢绝任何未经许可的转载。授权转载或加微信群，请联系微信号：hangjia199 。
· End ·
感谢支持原创的晶元光电对专栏基金的赞助
匿名