IGZO--TFT-开发的技术趋势

【IDW】氧化物TFT开发趋势：移动终端用途与LTPS展开高性能化竞争，电视用途与a-Si展开低成本化竞争2014/12/12有人说氧化物TFT“处于上下两难的尴尬境地”。这样说的理由是，氧化物TFT与低温多晶硅（LTPS）TFT竞争的话，性能不够高，而与非晶硅（a-Si）TFT竞争的话，又在成本上处于劣势。而到了最近，氧化物TFT的开发趋势越来越明确地在向两个方向集中。一个是为了与LTPS竞争，追求高性能化。具体目标是，通过提高载流子迁移率并实现自对准（SelfAlign）构造，来消除移动设备用液晶面板或有机EL（OLED）面板用途中的设计障碍。另一个方向是在4K以上的大屏幕电视用途中，在包括成本在内的综合性能方面与a-SiTFT展开正面竞争。具体而言，会像大型电视用a-SiTFT一样，采用铜布线来实现反向通道蚀刻（BackChannelEtch）型TFT，从而充分确保包括可靠性在内的性能。这种趋势可以从2014年12月3～5日举行的显示器国际会议“InternationalDisplayWorkshops（IDW）”上体现出来。氧化物TFT的迁移率逼近LTPS日本神户制钢与Kobelco科研的氧化物TFT实现了令人吃惊的80cm2/Vs迁移率（论文序号：AMD4-2）。下表是以前发布的高迁移率氧化物材料。迁移率（cm2/Vs）材料10左右普通a-IGZO20左右IWO～25ZTO、IZO等30左右ITZO～50ZnON66～80此次发布的材料日本的两家公司此次在两个工艺条件下试制出了TFT。这些TFT均实现了如下出色的特性。＜条件A＞迁移率：66.1cm2/VsVth：0.5VSS：0.19dec/V＜条件B＞迁移率：80.1cm2/VsVth：0.5VSS：0.17dec/V尽管此次并未透露材料方面的详情，但据说不含Zn，与IGZO靶材相比，溅射成膜速度快，对基于PAN或H2O2的蚀刻剂具有较高的耐受性，因此非常适合反向通道蚀刻（BCE）构造。活化能为0.2～0.3eV，含有微晶（MicroCrystal）构造。韩国企业利用双栅构造提高运行速度本届会议还出现了另一种对抗LTPS的实用性措施。以韩国为主的企业介绍了好几项利用双栅构造来提高电路运行速度的尝试（论文序号：AMD4-1等）。双栅是指为底栅构造的氧化物TFT追加顶栅极，并从上下加载栅极电压，使电流高效通过整个通道层的构造（图1）。无论是用于液晶面板，还是用于有机EL面板，都要形成像素电极及阳极电极，所以这种方法可以称得上是不增加工艺而通过设计方面的改进来提高运行速度的实用性方法。不过，因为需要追加一个顶栅极用接触孔，所以用于电视用途时没有什么问题，但估计很难应用于移动设备使用的高精细面板。韩国庆熙（KyungHee）大学教授JinJang在顶栅极和通道端之间留出了2μｍ左右的间隙，通过减少多余的负荷容量提高了运行速度。采用这种结构之后，双栅构造与原来的单栅构造相比，环形振荡器的运行频率提高到了2倍以上。也就是说，导通电流的增加要高于通道容量的増加，因此运行速度会提高。JinJang介绍称，即使采用将顶栅极用作遮光层完全覆盖住通道的设计，运行频率也会高于单栅构造。图1双栅构造TFT截面图笔者根据AMD4-1论文绘制。（点击放大）通过有机EL的像素电路设计来证明采用自对准构造的必要性台湾友达光电（AUO）此次就适用于氧化物TFT的有机EL用阈值电压（Vth）补偿像素电路的设计发表了演讲（论文序号：AMD3-4）。虽然4T2C（四个晶体管，两个电容器）像素电路构成此前已经发布，但此次是首次介绍具体动作及设计内容。该公司介绍称，通过优化两个保持电容的比例，可以减少供应给有机EL元件的电流的误差。该公司还表示，如果TFT的寄生电容减少，该误差也会降低。一般来说，有机EL的Vth补偿电路大多通过电容耦合来控制驱动TFT的栅极电压（Vgs），以确定有机EL驱动电流。也就是说，要通过提高有机EL用Vth补偿像素电路的补偿精度来实现均匀的显示，采用自对准构造是一种有效的方法。氧化物TFT要在移动设备用显示器方面与LTPSTFT竞争，必须采用自对准构造。追求高精细化的话，会导致LTPS的断开电阻不足，因此即便TFT实现小型化，也很难使保持电容变小。而氧化物TFT的断开电阻比LTPS高得多，所需要的保持电容比LTPS小。要使内置驱动器的宽度与LTPS同等，只要载流子迁移率达到50cm2/Vs以上即可。如果自对准构造的氧化物TFT能够实现50cm2/Vs以上的载流子迁移率，并确保可靠性，那么估计就能在移动设备用显示器领域与LTPSTFT充分竞争了。铜布线与BCE相结合的氧化物TFT瞄准大型电视用途友达光电发布了采用铜布线的反向通道蚀刻（BCE）型氧化物TFT（论文序号：AMD7-4L）。现在的4K液晶电视都是依靠驱动技术的进步来弥补a-SiTFT载流子迁移率的不足。但是，如果能以同等的成本来制造氧化物TFT的话，就有望通过简化驱动系统来实现成本的大幅降低。也就是说，4K电视的制造成本可以降至与全高清电视同等的水平，铜布线与BCE相结合的氧化物TFT的实用化备受期待。恐怕很多中国液晶面板厂商都在进行同样的开发。友达光电此次发布的技术在BTS测试中特性出现了一些变化，要实现实用化，估计还需要进一步提高可靠性。有机TFT的迁移率达到23.7cm2/Vs氧化物TFT的性能有了显著提高，但有机TFT的性能提升也毫不逊色。三菱化学的有机TFT实现了令人吃惊的23.7cm2/Vs载流子迁移率（论文序号：AMD5-1）。该有机TFT采用了涂布型高分子材料，将来还有望在塑料基板上直接形成高精细有机EL驱动电路等。（特约撰稿人：松枝洋二郎，NLTTechnologie）