作為下一代新型顯示技術的新趨勢，MicroLED漸漸在新型顯示賽道占據“高位”，成為行業(yè)競爭布局的重點。然而，除了巨量轉移等技術難點之外，MicroLED對TFT技術要求也非常高。在2020Micro-LED產業(yè)技術峰會上，華南理工大學材料科學與工程學院院長彭俊彪教授以“高性能稀土氧化物TFT技術，在LED顯示中的應用”為主題，分享了其在氧化物TFT技術的研究進展。
華南理工大學材料科學與工程學院院長彭俊彪教授
TFT的核心材料是有源半導體，關鍵技術指標是電子遷移率，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材料與設備以及工藝的管理。
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Micro-LED的像素，無疑對良率會產生很大影響。同時，他也表示，行業(yè)內也在研發(fā)LTPO技術，結合了氧化物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體IGZO在Micro-LED應用也存在一些問題，主要是電子遷移率較低、穩(wěn)定性差（光照、加熱）、知識產權在國外等問題。因此，氧化物TFT仍需從工藝、穩(wěn)定性等各方面補齊短板，而且要維持一些好的性能指標。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”結合“新結構”實現低成本、高性能的新型Oxide TFT背板技術創(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構。如果利用好的電子遷移結構和好的材料，可能會有很大的改善。”
他指出，從材料設計角度，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，來大范圍調控Ln-IZO半導體材料及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、低點電負性決定了oxide半導體中氧空位的數量，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結構將會是未來TFT應用的主流結構，而G3-BCE結構具有抗刻蝕氧化物半導體溝道層，工藝結構簡單，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產線高度兼容等特點，在強度超過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光照響應性，及光熱電壓應力穩(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”。
他總結道，基于oxide TFT器件，結合全新的像素電路設計，有希望解決LED顯示應用中的大電流驅動、色差、灰階等技術限制；而目前高遷移率，高穩(wěn)定性的Ln-IZO TFT技術基本成熟，且器件遷移率還可以持續(xù)提高，具備與Micro-LED技術結合的潛力。
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