OFweek電子工程網訊 IGZO(indium gallium zinc oxide)為銦鎵鋅氧化物亦稱金屬氧化物。IGZO(indium gallium zinc oxide)為銦鎵鋅氧化物的縮寫，非晶IGZO材料是用于新一代薄膜晶體管技術中的溝道層材料。IGZO材料由日本東京工業大學細野秀雄最先提出在 TFT行業中應用，目前該材料及技術專利主要由日本廠商擁有，IGZO-TFT技術最先在日本夏普公司實現量產。 IGZO是銦(Indium)、鎵(Gallium)、鋅(Zinc)、氧(Oxygen)四個單詞的縮寫，我們也可以稱他為銦鎵鋅氧化物，所以可以說，IGZO只是一種材料。
IGZO的由來怎么發現的?
全球最早發現IGZO具有可在均一性極佳的非結晶狀態下實現不遜于結晶狀態的電子遷移率特性的是日本東京工業大學前沿技術研究中心&應用陶瓷研究所教授細野秀雄。
細野秀雄教授在一次專業研討會上介紹了IGZO發現的過程：“我自1993年起開始研究透明氧化物半導體材料。最初研究的是結晶材料。同時，我對非結晶材料也懷有強烈興趣。當時業界普遍認為，包括硅在內，“非結晶材料的電子遷移率比結晶材料要低3～4個數量級”。我覺得這種看法不對。我認為以硅為代表的共價鍵合性物雖然有這樣的性質，但像素氧化物那樣的離子結合性物質應該與此不同。”
但問題是，離子結合性的物質很難形成非結晶狀態。“不過，我發現如果從氣相材料開始制作的話，就比較容易形成非結晶狀態。最初，只發現了1種令人感興趣的材料。通過描繪這種材料的電子軌道，我發現很可能有大量的非結晶的透明氧化物”。
要想作為TFT(薄膜晶體管)來使用，則必須是可對載體進行控制的物質。遷移率多少犧牲一些不要緊，但可隨意轉換成導電體或者絕緣體這一點至關重要。有一種電子遷移率較高、且作為透明導電氧化物也十分出色的代表性材料，這就是IZO(In-Zn-O)。然而，這種材料很難制成絕緣體，無法直接應用于TFT。“于是我想出了一個方法，即：摻入Ga(鎵)后將其制成IGZO。摻入了Ga之后，電子遷移率會降至IZO的1/3，即便如此，仍可保證250px2/Vs的遷移率。遷移率如果達到250px2/Vs，作為顯示器驅動用已足夠。”
2003年，J.F.Wager，R.L.Hoffman等人分別在Science，Applied PhysicsLetters等權威雜志上發表了以ZnO-TFT為代表的透明氧化物薄膜晶體管相關研究報告，并提出透明電子學(Transparent Electronics)概念。這類氧化物半導體器件具有制備溫度低、載流子遷移率高以及在可見光波段全透明等優點，在一段時間內掀起了研究高潮，國內外很多研究機構都進行了相關研究，但ZnO、SnO等薄膜易形成多晶態，存在不可忽視的大量晶界和氧缺陷，并且器件穩定性差，特性隨時間變化顯著，這些都阻礙了其進一步發展。2004年，Nomura等人在Nature上發表了m(In)：m(Ga)：m(Zn)=1.1：1.1：0.9的混合型氧化物薄膜晶體管，即a-IGZO TFT，在很多方面顯示出良好的性能。該文刊登后不久，國外很多研究機構也開始通過磁控濺射、激光脈沖沉積(PLD)或溶液旋涂(Solution-Processed)等手段制備出a-IGZOTFT、a-IZO TFT等器件。
IGZO屏幕優勢很多么?
相比于傳統非晶硅a-Si材料，IGZO載流子遷移率更高，大約為10cm2/Vs。所以更少的材料就可以滿足要求，使管子尺寸更小，減少像素面積，使設備更輕薄;全透明，對可見光不敏感，能夠大大增加元件的開口率，提高亮度，降低功耗。另外，工藝溫度比a-Si低，而且具有很好的彎曲性能，能夠很好地配合柔性OLED。
相比于低溫多晶硅LTPS材料，IGZO 沒有屏幕尺寸的限制，小尺寸也可以做，大尺寸一樣可行，而LTPS難以生產大尺寸高分辨率的面板。另外，在生產方面，原有的非晶硅面板生產線要改造為LTPS生產線，需要較為復雜的過程，需要的資金也很多，而改造成IGZO面板只是對現有的非晶硅面板生產線進行改良，要容易很多，且不限制生產線的世代數。
(1)由于漏電流小，畫無更新時可以切斷電流，可以進一步提高省電效果。(2)分辨率更高了，與使用a-Si的傳統液晶屏幕相比，可在保證透過光量的同時提高單位面積的像素數，根本原因還是IGZO的遷移率率更高，可以縮小體積，這樣分辨率就提升了。(3)使觸摸屏更靈敏。可采用間歇驅動方式，降低液晶顯示器驅動電路產生的噪聲對觸摸屏檢測電路造成的影響，從而實現了更高的觸摸靈敏度。
不同半導體材料特性對比
IGZO工作原理和結構模型都有哪些?
非晶金屬氧化物IGZO由In2O3、Ga2O3和ZnO構成，禁帶寬度在3.5eV左右，是一種N型半導體材料。In2O3中的In3+可以形成5S電子軌道，有力于載流子的高速傳輸，電子的遷移率在875px2/V·s;Ga2O3有很強的離子鍵，可以抑制O空位的產生;ZnO中的Zn2+可以形成穩定西面體結構，可以使金屬氧化物IGZO形成穩定的非晶結構。因此，金屬氧化物IGZO適用于制作高遷移率薄膜晶體管。材料特性總結為4點：高遷移率;易于低溫濺射工藝;同質(沒有晶界);光學透明。
金屬氧化物晶相與元素比例對于遷移率的影響
目前金屬氧化物IGZO-TFT的結構主要有刻蝕阻擋型(Etch Stop Type)、背溝道刻蝕型(Back Channel Etch Type)和共面型(Coplanar Type)三種類型。按制作工藝可分為5Mask、6Mask、7Mask。下表簡列了不同Mask數結構的比較。
常見IGZOTFT結構
IGZO屏幕技術障礙、缺點及解決方案
IGZO存在著一些本質上的缺點。首先是新型材料普遍存在的長時間工作可靠度與穩定性問題，壽命短。另外，IGZO對水以及氧都相當敏感，所以必須在它表面鍍上一層保護層，來隔離空氣中的氧氣和水蒸氣。IGZO并不是完美的材料，但是目前來講，它確實是屏幕的最佳的選擇。IGZO TFT的工作特性對周圍氣氛很敏感，如氧氣，濕氣，氫的含量等。可以這樣解釋，在還原氛圍中退火會形成氧缺陷，或者在包含H2的氣氛中退火摻入的H，或者在低溫下離子注入都很容易的增加半導體導電性。氧缺陷和H摻雜充當了淺施主，同時產生移動電子。這個問題可以解決，通過使用頂保護層(鈍化層)包含SiOx，SiNx或者類似的東西，可以隔絕O-，H2O-，或者H-相關的分子的滲透和擴散。另一方面，對于還原氣氛與氫的這種敏感可以被利用，來形成改善的源漏極接觸。#p#分頁標題#e#
另外a-IGZOTFT的光響應。亞帶隙光響應源于VBM上的亞帶隙缺陷態密度(DOS)。因此，亞帶隙光響應可以通過移除深DOS來解決，它的存在可以在一定程度上通過選擇合適的沉積條件來控制。
雖然金屬氧化物相對于非晶硅和低溫多晶硅具有很多優勢，但是其也存在一些不足。圖4為IGZOTFT在高溫偏壓穩定性測試過程中，其特性變化情況。可以看出在負偏壓下IGZO TFT Vth變化幅度很大，最大達到10V。在顯示過程中，TFT大部分時間是處于關閉的狀態，所以Vth漂移是TFT不穩定的主要特征。TFT特性的長期穩定性，真正源頭來自持續偏壓下的所形成的受主型電子陷阱。另外也有指出不穩定性部分原因來源于O-，H2O-相關的分子的吸附和解吸，而合適的鈍化層的使用可以改善穩定性。
IGZO TFT在偏壓可靠性測試中轉移特性曲線變化情況(a)Vgs=35V，溫度60℃(b)Vgs=-35V，溫度60℃， Vds=10V
除了柵極負向偏壓會對TFT特性產生影響，光照是另外一個不可忽略因素。如下圖所示為IGZOTFT在無光照以及光照條件下，TFT轉移曲線變化情況，可以看出隨著光強的增加，Vth表現為向負向移動。
溝道在光照下轉移特性曲線變化情況
為什么oxide TFT適合大尺寸超高清顯示面板
Oxide TFT是一種薄膜晶體管，比普通的非晶硅(a-Si)TFT電子遷移率(電子移動的速率)快幾十倍，Oxide TFT可提高液晶面板像素的透過率，較易實現高精細化、高解析度和更大尺寸。
目前，大尺寸面板普遍采用a-SiTFT驅動。隨著顯示屏分辨率越高畫面尺寸越大，Gate Line數目和Gate Line 長度會增加，Gate是將輸入的信號依次驅動，因此會引發信號傳達延誤等問題，且a-Si TFT遷移率很低，導致像素點無法在有限的時間內充滿電，從而無法正常顯示。
一般來講，實現55inch 4K規格以上的顯示面板，一方面需采用銅制程降低RC延遲，另一方面需采用遷移率更高的Oxide TFT。
現在，大部分家庭都有42inch以上的液晶電視，但是如果你走近電視摸一摸它的屏幕，是不是感覺很熱?發熱是合理的，因為它采用a-Si TFT，TFT尺寸必須做大才能驅動。然而TFT尺寸大了就會影響像素透過率，要達到一定亮度，必須提高背光源的功率，所以電視機就會發熱。但是如果采用Oxide TFT，功率會下降很多，發熱也就不會那么嚴重了。
IGZO技術是夏普獨有么?
細野秀雄教授關于IGZO的主要研究成果早在2002年就已經通過論文進行了發表;2010年12月10日，在北京舉辦的“中國·北京2010年國際平板顯示產業高峰論壇”上細野秀雄教授也對非結晶氧化物半導體發表主題演講。由于該技術正好符合正在尋找以OLED為代表的“新一代顯示器”驅動用元件的面板廠商的需求，因此許多企業對此表現出極大關注。
不只夏普，臺灣企業友達、奇美和內資企業京東方等等都在對IGZO進行研究，其中友達已經成功試制出了10.1英寸IGZO及時液晶面板。
所以IGZO并不是夏普獨有，但是夏普是第一個對IGZO技術液晶面板進行量產的企業，也是最早實際在產品上應用IGZO面板的企業之一，這就是老郭鐘情的原因么?
TFT-LCD制造工藝(同IGZO)
IGZO除了半導體層，其余金屬層成膜與其它技術無異，請參考BOE提供的視頻資料。
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