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2020Micro-LED产业技术峰会精彩回顾 | 华南理工大学彭俊彪:高性能稀土氧化物TFT技术在LED显示中

编辑:chinafpd 2020-09-02 10:01 浏览 评论 评论 0 赞    来源:  中华显示网

作为下一代新型显示技术的新趋势,Micro-LED渐渐在新型显示赛道占据“高位”,成为行业竞争布局的重点。然而,除了巨量转移等技术难点之外,Micro-LED对TFT技术要求也非常高。在2020Micro-LED产业技术峰会上,华南理工大学材料科学与工程学院院长彭俊彪教授以“高性能稀土氧化物TFT技术在LED显示中的应用”为主题,分享了其在氧化物TFT技术的研究进展。

华南理工大学材料科学与工程学院院长

彭俊彪教授

TFT的核心材料是有源半导体,关键技术指标是电子迁移率,是非常重要的显示器件。彭俊彪教授介绍,金属氧化物TFT具有诸多优势,主要体现在低成本、大面积、全低温工艺、迁移率高、节能等特点,“氧化物TFT技术集“低成本”与“高性能”于一身,具有广阔发展潜力。”他也指出,TFT制造工艺难度非常大,比如薄膜厚度、图形化精度的控制非常考验材料与设备以及工艺的管理。

彭俊彪教授也介绍,尽管LTPS电子迁移率要比氧化物TFT高,但均匀性不好,需要6-7个LTPS控制一个OLED或者Micro-LED的像素,无疑对良率会产生很大影响。同时,他也表示,行业内也在研发LTPO技术,结合了氧化物TFT和LTPS两者的优点,但工艺难度比较大,相对成本也比较高,在未来柔性折叠屏节能上也不具备优势。

然而,目前商用化的氧化物半导体IGZO在Micro-LED应用也存在一些问题,主要是电子迁移率较低、稳定性差(光照、加热)、知识产权在国外等问题。因此,氧化物TFT仍需从工艺、稳定性等各方面补齐短板,而且要维持一些好的性能指标。彭俊彪教授介绍,目前IGZO主要通过掺杂铟、镓的方式获得性能的平衡,但掺Ga也存在一些问题:IGZO必须掺入大量Ga,抑制氧空位并提高稳定性;Ga离子的轨道半径比In离子的小很多,掺入Ga会减少电子轨道的交叠,降低电子迁移率。

“新材料”结合“新结构”实现低成本、高性能的新型Oxide TFT背板技术创新,成为氧化物TFT可行之路。彭俊彪教授介绍,“稀土元素最重要的是有丰富的电子能级结构。如果利用好的电子迁移结构和好的材料,可能会有很大的改善。”

他指出,从材料设计角度,可以解决IGZO迁移率低、稳定性差的根本性问题,主要通过微量掺杂稀土元素IZO,来大范围调控Ln-IZO半导体材料及TFT的特性。在高迁移率上,Ln-IZO中,由于稀土掺杂量少(<1%),且离子半径与In相近,几乎不影响电子轨道交叠;在高稳定性上,稀土元素的高断键、低点电负性决定了oxide半导体中氧空位的数量,减少了深能级缺陷,且通过引入快速非辐射跃迁通道提高了光稳定性。

彭俊彪教授也介绍,BCE与Top-Gate结构将会是未来TFT应用的主流结构,而G3-BCE结构具有抗刻蚀氧化物半导体沟道层,工艺结构简单,迁移率高,稳定性优异,兼容Al、Cu等低阻电极工艺,与a-Si产线高度兼容等特点,在强度超过100w nits的白光LED光源直接照射沟道,仍能保持良好光稳定性。他表示,稀土元素Ln掺杂,可以大幅提高Top-gate TFT光照响应性,及光热电压应力稳定性,“LnIZO BCE器件迁移率高,器件稳定性好,适合小尺寸高PPI的LED显示屏制作”。

他总结到,基于oxide TFT器件,结合全新的像素电路设计,有希望解决LED显示应用中的大电流驱动、色差、灰阶等技术限制;而目前高迁移率,高稳定性的Ln-IZO TFT技术基本成熟,且器件迁移率还可以持续提高,具备与Micro-LED技术结合的潜力。

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