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      標簽　>　IGZO

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      IGZO簡介

      　　IGZO的全稱是indium gallium zinc oxide，中文名叫氧化銦鎵鋅。簡單來說，IGZO是一種新型半導體材料，有著比非晶硅（α-Si）更高的電子遷移率。IGZO用在新一代高性能薄膜晶體管（TFT）中作為溝道材料，從而提高顯示面板分辨率，并使得大屏幕OLED電視成為可能。隨著科研活動的深入，人們發現一系列的金屬氧化物有著類似的性能，因此統稱為Oxide TFT。由于夏普長時間對IGZO的宣傳以及人們先入為主的認識，很多人還是喜歡叫IGZO。本文不區分IGZO和Oxide TFT的區別，并且用IGZO統一指代。目前市場上大家熟悉的4k， 5k高分辨顯示屏，還有ipad都使用了該技術。

      　　為什么顯示器上面需要薄膜晶體管？為什么我們要更高的電子遷移率？事實上，市面上的平板顯示器，無論是LCD，OLED還是LED，其每一個像素點的點亮以及熄滅都由薄膜晶體管來單獨控制。無論哪種技術，我們都希望電子的運輸越快越好。遷移率用一個形象的比喻來說就相當于火車的速度。如果火車速度慢，為了在規定的時間內運輸一定量的電子，我們要么鋪設多條鐵軌，要么增加車廂數量。同樣，如果電子遷移率高，每個晶體管就可以做小，從而把每個像素做小，實現高分辨顯示。

      IGZO百科

      　　IGZO的全稱是indium gallium zinc oxide，中文名叫氧化銦鎵鋅。簡單來說，IGZO是一種新型半導體材料，有著比非晶硅（α-Si）更高的電子遷移率。IGZO用在新一代高性能薄膜晶體管（TFT）中作為溝道材料，從而提高顯示面板分辨率，并使得大屏幕OLED電視成為可能。隨著科研活動的深入，人們發現一系列的金屬氧化物有著類似的性能，因此統稱為Oxide TFT。由于夏普長時間對IGZO的宣傳以及人們先入為主的認識，很多人還是喜歡叫IGZO。本文不區分IGZO和Oxide TFT的區別，并且用IGZO統一指代。目前市場上大家熟悉的4k， 5k高分辨顯示屏，還有ipad都使用了該技術。

      　　為什么顯示器上面需要薄膜晶體管？為什么我們要更高的電子遷移率？事實上，市面上的平板顯示器，無論是LCD，OLED還是LED，其每一個像素點的點亮以及熄滅都由薄膜晶體管來單獨控制。無論哪種技術，我們都希望電子的運輸越快越好。遷移率用一個形象的比喻來說就相當于火車的速度。如果火車速度慢，為了在規定的時間內運輸一定量的電子，我們要么鋪設多條鐵軌，要么增加車廂數量。同樣，如果電子遷移率高，每個晶體管就可以做小，從而把每個像素做小，實現高分辨顯示。

      　　2、IGZO發展歷史

      　　IGZO的發明人是東京工業大學教授細野秀雄（Hideo Hosono）。作為材料學家他2004年在《自然》雜志上首次報道了柔性透明IGZO薄膜晶體管，載流子遷移率在10 cm2 V-1 s-1左右，引起了轟動。為什么如此呢？對于電子材料熟悉的朋友一定都知道單晶硅的載流子遷移率在500 cm2 V-1 s-1以上，然而一旦把材料生長溫度降低，非晶硅（α-Si）的場效應遷移率最多只有1 cm2 V-1 s-1，有幾百倍的性能降低。之前科學家對于半導體的認識大多都是基于硅，認為低溫條件下生長的無定形金屬氧化物難以取得很好的性能。IGZO的發明打破了人們的偏見。

      　　新的科學發現帶來新的商業價值。10 cm2 V-1 s-1的遷移率其實相比于單晶硅一點都不高，但是單晶硅上千度的生長和處理溫度限制了大尺寸的生長。目前商用晶圓的最大直徑也就400毫米。作為對比，目前商業化最大的面板尺寸Gen 10是3.1米×2.9米。

      　　Applied Materials 2.2m X 2.4m Gen 8 PECVD system

      　　顯然，單晶硅不適合顯示領域，人們被迫使用性能慘不忍睹的非晶硅長達三十多年。低于350°C的生長以及后處理溫度使得IGZO可以用磁控濺射的方法大規模生長在玻璃襯底上面。夏普和日本半導體能源研究所首先將IGZO商業化，LG、三星以及國內的京東方、華星光電等面板廠也跟進。高分辨顯示器對于提高視覺感受具有重要的意義。前幾年筆記本電腦以及顯示器上面分辨率的止步不前就是由于非晶硅的瓶頸。隨著IGZO的商業化，這一兩年4k顯示屏才慢慢出現。相信不久的將來8k也不是夢。

      　　這邊岔開一句，2004年的文章中，細野秀雄就展示了柔性襯底上的晶體管陣列。目前業界預測2018年才會有真正柔性的顯示屏上市。一項技術從研究成果到最終商業化，需要花費十幾年的時間。科研活動需要科學家和工程師的耐心以及遠見，然而一旦成功應用就能給社會帶來巨大的財富和貢獻。我后面會在別的文章中具體討論柔性顯示面板。

      　　3、與現有技術相比優勢

      　　目前市場上成熟的技術是非晶硅以及低溫多晶硅（Low-Temperature Poly Silicon，LTPS）。我們之前討論過，由于玻璃面板只能承受350°C左右的處理溫度，無法在上面生長單晶硅，甚至無法生長多晶硅（600~1000°C）。一個妥協的做法是先使用低溫等離子體增強化學汽相沉積（PECVD）生長非晶硅，然后采用激光退火的辦法，在很短的時間內提高薄膜溫度，重結晶得到多晶硅。這樣做出來的LTPS由于使用XeCl激光，成本很高，同時薄膜均一性不佳，只能用在小的面板上（Gen 6），進一步提高了成本。LTPS可以實現高達100 cm2 V-1 s-1的載流子遷移率，因此目前用于高DPI的手機屏幕上。

      　　我們下面來看一下α-Si，IGZO以及LTPS TFT的轉移特性曲線，具體談談差別。從圖中我們可以看到，由于遷移率α-Si《IGZO《LTPS，他們的電流密度依次增加。同時，IGZO有著最大的開關比和最小的漏電流，這使得像素點不工作的時候功耗降低。這對于移動設備至關重要。

      　　三種技術的總結如下：α-Si由于成熟的工藝、低廉的價格，雖然性能孱弱依然是市面上的大頭，用在電視、電腦顯示器、還有低端平板電腦上面。LTPS性能強大、可靠性高，雖然價格昂貴但是依然主導高端手機屏幕。IGZO性能介于兩者中間，價格與α-Si接近，未來有希望完全取代α-Si并蠶食部分LTPS市場。

      　　以上描述的是已經商用的IGZO。事實上IGZO的下一步研發還在繼續中。今年2016國際顯示學會SID顯示周（Display Week）上，夏普就發布了載流子遷移率高達65 cm2 V-1 s-1的top-gate self-aligned結構的晶體管，這樣的性能已經接近LTPS，不僅可以用來控制像素點，還能在玻璃上直接用IGZO制造周邊驅動電路。希望不久的將來，IGZO能擊敗LTPS，一統江湖！

      　　4、高性能顯示屏

      　　目前市面上銷售的IGZO產品，除了之前介紹的ipad， 4k 5k iMac之外，還有夏普32寸UltraHD 4k顯示器，戴爾的UltraSharp顯示器，熊貓55寸4k電視（夏普授權）以及所有的4k筆記本電腦。我來說說夏普在這次國際會議上展示的最先進技術吧，這部分直接看圖說話。當然，這里展示的都是產品原型。最終是否上市還有待時日。

      　　5、總結

      　　通過以上介紹，希望大家能夠對IGZO技術有了初步的了解。也通過我的介紹，大家可以一窺夏普在顯示領域的優良資產。巨資收購夏普之后，富士康的母公司鴻海集團將擁有最雄厚的顯示面板技術。這不僅幫助鴻海穩固大客戶蘋果公司，也方便自己布局物聯網、智能硬件等產業。事實上，高性能的薄膜晶體管不僅可以用在顯示屏上，還可以取代傳統的基于單晶硅的電子芯片，用在那些不需要強大計算能力，成本控制嚴格的柔性電子、傳感器、可穿戴設備上來。

      　　IGZO和OLED這兩個技術哪個比較好

      　　IPhone5是的。 LTPS是比較成熟的技術了，IGZO是近幾年來才開始研發興起的。那當然是IGZO要先進要好。你可以去看國內BOE的陸5“IGZO屏幕，四KX貳K的分辨率，而且不是很刺眼。 不過，估計接下來的很多年，這兩種技術會共存，就像TFT與OLED。現有LTPS生產線投資巨大，產能運用也廣，而IGZO技術難題要攻關。 真的很像TFT與OLED技術，競爭、并存，可能一晃依0年都沒有輸贏

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