“新一代显示器”发展的关键 详解IGZO技术

　　IGZO（indium gallium zinc oxide）为铟镓锌氧化物亦称金属氧化物。IGZO（indium gallium zinc oxide）为铟镓锌氧化物的缩写，非晶IGZO材料是用于新一代薄膜晶体管技术中的沟道层材料。IGZO材料由日本东京工业大学细野秀雄最先提出在 TFT行业中应用，目前该材料及技术专利主要由日本厂商拥有，IGZO-TFT技术最先在日本夏普公司实现量产。 IGZO是铟（Indium）、镓（Gallium）、锌（Zinc）、氧（Oxygen）四个单词的缩写，我们也可以称他为铟镓锌氧化物，所以可以说，IGZO只是一种材料。

　　IGZO的由来怎么发现的？

　　全球最早发现IGZO具有可在均一性极佳的非结晶状态下实现不逊于结晶状态的电子迁移率特性的是日本东京工业大学前沿技术研究中心&应用陶瓷研究所教授细野秀雄。

　　细野秀雄教授在一次专业研讨会上介绍了IGZO发现的过程：“我自1993年起开始研究透明氧化物半导体材料。最初研究的是结晶材料。同时，我对非结晶材料也怀有强烈兴趣。当时业界普遍认为，包括硅在内，“非结晶材料的电子迁移率比结晶材料要低3～4个数量级”。我觉得这种看法不对。我认为以硅为代表的共价键合性物虽然有这样的性质，但像素氧化物那样的离子结合性物质应该与此不同。”

　　但问题是，离子结合性的物质很难形成非结晶状态。“不过，我发现如果从气相材料开始制作的话，就比较容易形成非结晶状态。最初，只发现了1种令人感兴趣的材料。通过描绘这种材料的电子轨道，我发现很可能有大量的非结晶的透明氧化物”。

　　要想作为TFT（薄膜晶体管）来使用，则必须是可对载体进行控制的物质。迁移率多少牺牲一些不要紧，但可随意转换成导电体或者绝缘体这一点至关重要。有一种电子迁移率较高、且作为透明导电氧化物也十分出色的代表性材料，这就是IZO（In-Zn-O）。然而，这种材料很难制成绝缘体，无法直接应用于TFT。“于是我想出了一个方法，即：掺入Ga（镓）后将其制成IGZO。掺入了Ga之后，电子迁移率会降至IZO的1/3，即便如此，仍可保证250px2/Vs的迁移率。迁移率如果达到250px2/Vs，作为显示器驱动用已足够。”

　　2003年，J．F．Wager，R．L．Hoffman等人分别在Science，Applied PhysicsLetters等权威杂志上发表了以ZnO-TFT为代表的透明氧化物薄膜晶体管相关研究报告，并提出透明电子学（Transparent Electronics）概念。这类氧化物半导体器件具有制备温度低、载流子迁移率高以及在可见光波段全透明等优点，在一段时间内掀起了研究高潮，国内外很多研究机构都进行了相关研究，但ZnO、SnO等薄膜易形成多晶态，存在不可忽视的大量晶界和氧缺陷，并且器件稳定性差，特性随时间变化显著，这些都阻碍了其进一步发展。2004年，Nomura等人在Nature上发表了m（In）：m（Ga）：m（Zn）=1.1：1.1：0.9的混合型氧化物薄膜晶体管，即a-IGZO TFT，在很多方面显示出良好的性能。该文刊登后不久，国外很多研究机构也开始通过磁控溅射、激光脉冲沉积（PLD）或溶液旋涂（Solution-Processed）等手段制备出a-IGZOTFT、a-IZO TFT等器件。