作為下一代新型顯示技術(shù)的新趨勢，Micro-LED漸漸在新型顯示賽道占據(jù)“高位”，成為行業(yè)競爭布局的重點。然而，除了巨量轉(zhuǎn)移等技術(shù)難點之外，Micro-LED對TFT技術(shù)要求也非常高。在2020Micro-LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)峰會上，華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長彭俊彪教授以“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

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，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，“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?rdquo;他也指出，TFT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LTPS控制一個OLED或者M(jìn)icro-LED的像素，無疑對良率會產(chǎn)生很大影響。同時，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，但工藝難度比較大，相對成本也比較高，在未來柔性折疊屏節(jié)能上也不具備優(yōu)勢。

然而，目前商用化的氧化物半導(dǎo)體IGZO在Micro-LED應(yīng)用也存在一些問題，主要是電子遷移率較低、穩(wěn)定性差（光照、加熱）、知識產(chǎn)權(quán)在國外等問題。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主要通過摻雜銦、鎵的方式獲得性能的平衡，但摻Ga也存在一些問題：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，可能會有很大的改善。”

他指出，從材料設(shè)計角度，可以解決IGZO遷移率低、穩(wěn)定性差的根本性問題，主要通過微量摻雜稀土元素IZO，來大范圍調(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，減少了深能級缺陷，且通過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)將會是未來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，在強(qiáng)度超過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)到，基于oxide TFT器件，結(jié)合全新的像素電路設(shè)計，有希望解決LED顯示應(yīng)用中的大電流驅(qū)動、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。