彭俊彪：TFT器件技术的发展与未来

华南理工大学材料科学与工程学院院长彭俊彪

　　新浪科技讯 11月14日下午消息，BOE（京东方）全球创新伙伴大会·2017今日开幕。显示器件论坛上，华南理工大学材料科学与工程学院院长彭俊彪发表以《TFT器件技术的发展与未来》为题的演讲。

　　以下为彭俊彪演讲实录：

　　谢谢各位同仁大家下午好！今天非常荣幸，非常感谢京东方给我这样的机会，在IPC场合这么高端大气又有发展潜力的场合，给我机会谈一谈TFT发展的未来，这个题目面很大很宽，我本人来自学校，听了前面几位老总演讲，内容更广阔更宏观，我就想具体介绍一下从TFT材料与器件角度，谈一谈我对TFT器件和材料发展的看法。

　　TFT是薄膜晶体管，作用是开关，它要具备很大的数量，把这些多的TFT器件做好是工艺上的难题，在2008年以来，我们的TFT产业走到今天，是非常伟大的创举，TFT关键的部件材料很重要，王董事长说目前阶段属于半导体显示，这是很多年提出来的，现在看来显示已经走到了半导体时代，不只是驱动，在显示材料本身，也已经向半导体方向发展。

　　TFT之所以重要，它终结了CRT显示技术，从TFT技术发展成熟到现在，开启了平面的显示，走到今天大家已经看到，可以进入到柔性的OLED显示，这是仰仗于TFT技术的发展。

　　TFT技术在多种显示里都有重要的表现，比如说量子点，MEMS和μ-LED， 电子纸，这些依靠的都是TFT，它支撑的是很多方面。从TFT的发展趋势可以看到，最早是非晶硅，然后进入多晶硅时代，现在出来了氧化物，大体TFT材料有三种类型构成，非晶硅比较成熟，迁移率低，驱动OLED就比较有难度，OLED和液晶的本质差别，OLED驱动要电源，是LED限制，是电流驱动，这对TFT材料和器件要求更高。

　　多晶硅是从非晶硅材料发展而来，多晶和单晶硅电子迁移率很高，氧化物横空出世，有了低温多晶硅，为什么需要氧化物？显示面板将来越做越大，成本要求低，在这种背景要求下，低温多晶硅有它自己的技术的局限，氧化物材料体系逐渐被大家认可，大面积、高迁移率都有可能，问题至少现在驱动高质量显示的时候，稳定性和牵引率指标需要提高。从性能比较来看，氧化物材料和时代性也没有问题，成本比低温多晶硅略低，工艺温度也比较低特是电流比较低，综合来讲大家对氧化物的材料体系越来越认可，氧化物材料是一个多元素、多组分的材料体系，对控制的难度会比单一元素的非晶硅和多晶硅难度大，氧化物由多组分构成，可调节的余地很大，给我们带来了很大的机遇，我们围绕氧化物看一看它存在怎样的表现，看有怎样的发展机遇？

　　现在的氧化物主要是IGZO，目前是电子迁移率低，稳定性不够，这些问题要解决需要花力气。

　　氧化物材料的体系非常多非常复杂，现在IGZO做到了控制本征载流子浓度，很了不起，所以推向了产业。我们看元素周期表，能从氧化物角度做成半导体，做成TFT开关的有很多，比如说氧化锡等都没有问题，这个研究的历史很长。

　　我们想走一条新路，我们从鑭系的稀土掺杂氧化物，从材料设计角度解决了迁移率低、稳定性差的问题。

　　我们发现掺杂稀土Nd是有一定的优势，比如从电子迁移率来讲，Nd很容易控制氧离子，我们就能控制本真电子电流，由于离子健很强，可以减少亚离子摆幅，我们考虑从不同角度写文章，对它机理的研究有一定的深度。

　　到目前为止我们跟IGZO材料做了对比，我们没有从最好的IGZO材料来讲，从我们自己实验室的条件制定了IGZO，从光照角度，不管是正面反面稳定性都很好，包括加热偏压稳定性可以提高1个数量级，电学稳定性我们用加速老化，通过理论计算模拟，预测可以超过11年，从稳定性角度这个材料体系是有希望可以往产业推进的。从抗弯折性我们做了很多实验，效果很好。

　　我们希望我们的材料体系Nd-IZO是不是可以和IGZO的比较来比较我们发现牵引率很高，Ln-IZO和IGZO比起来有可取之处。

　　我们希望能从稀土掺杂的氧化物材料，能不能把迁移率提高，高迁移率意味着低功耗和高分辨率，我们希望把迁移率做更高，从材料体系和器件结构我们都做了尝试。

　　介绍一点结果供大家参考，我们最早想提高迁移率，最初的想法是降低功耗，我们模拟了4.8英寸的OLED显示屏，迁移率提高功耗会显著降低，如果迁移率超过50的降低已经趋于饱和，意义不大了。

　　当初我们的目标是不是能把OLED材料体系迁移率提高到50，从20多到50还是有跨度。我们能减少界面的缺陷，迁移率可以提高，实验中发现这样做迁移率可以超过50%，这是我们基本的考虑，我们还可以从电极来考虑，用铜和铜合金来做电极，不同的合金由于原路电极和半导体层的金属不同，金属回改善界面注入，如果用常规的迁移率方法，可以超过100，我们经过反复实验和认证，铜合金有这样的效果，意味着氧化物的迁移率如果选择合适的原路电极，我们可以把迁移率提高，从机制上也可以考虑，铜可能有一部分元素可以扩散，这样的机制我们也进行了研究。

　　从提高迁移率的高端，不管是界面型的还是其他，对提高迁移率都有可能性，氧化物在研究过程中还是有新的结果可以发现和利用。

　　利用高迁移率的材料，可以做高分辨率显示屏，我们做了单色显示分辨率超过700PPI的显示屏。

　　我们做一些驱动集成，可以把边框做窄，取消驱动IC，我们对周边集成做了线路上的设计，对线路的结构提出了方案，最后把边框窄到不到一毫米，还有很大的空间，基于高迁移率的材料，我们能把显示屏效果做更好，分辨率更高。

　　一般的背道结构，采用的是ESL结构，我们想用碳膜取代现在的背沟道结构，因为碳很容易被去除，把多余的成分洗掉，我们就减少一道光刻，可以降低成本提高良品率，这是很重要的。我们做了很多实验，从稳定性和性能上讲没有问题。

　　有没有可能在产业化上有所应用？也是值得考虑和探讨的问题。我们从结构上来看，沟道的保护效果非常好。

　　下面我要讲的是TFT全印刷方面，做简单的介绍，这个工作是初步的，我为什么要在这里讲？氧化物半导体系材料的灵活性，如果我们能把氧化物的贞烈做出来，接下来就有集成的希望，就能推动OLED的技术发展，我们做的技术是比较超前的，可能是五年十年，从显示了角度来讲，显示真空系统的发展非常成熟，下一步是不是要走印刷，从印刷的大尺寸、低成本方向来发展，印刷有很多的问题我非常认可，包括分辨率。

　　我们可以做到完全用印刷的方式，可以把OLED的分辨率做到1000PPI以上，已经初步实现了，我们氧化物TFT由印刷做的一些结果。

　　第一是墨水，印刷最关键的材料是墨水，我们的氧化物现在是氧化银，如果你做成墨水的材料迁移率很低，硅如果形成量子点，最大的问题是量子的电的传送，氧化物半导体不完全这样，氧化物半导体从电力结构来看，用纳米的角度来做薄膜，仍然能得到比较高的迁移率，所以我们用氧化物和氧化银，我们是想降低温度，采用跨学科的方法，两种化合物形成，在这个过程中降低温度，在250度就可以看到有稳定的薄膜结果，在这种产品下，我们用溶液加工方法，得到的迁移率是超过10，这已经是非常好的结果。全印刷还有电介质层，这一层至关重要，我们有时候讲用有机高分子材料，也可以做成介电常数，我们还是选迁移率好的体系，我们用氧化铬氧化钪来做，我们从材料的选择不把氧钪铬进行分配，我们得到了比较好的薄膜。

　　我们把材料进行结合做成了一个器件，我们做成了模拟全打印氧化物TFT阵列背板，用全印刷的方式做氧化物的TFT阵列是可行的，这需要做进一步工作，是不是可以用全印刷的方式，这个路子可以走，墨水和材料的配置上还有相当大的难度，这方面是值得探索的。

　　从TFT器件应用来讲，在电子纸上有应用，其他方面是值得探索的，比如平面X光探索，我们拍X光片用的还是照相的，将来数字化是一个非常大的趋势，数字医疗首先牌片子能不能数据，这是很有市场的应用，氧化物材料用在X光探索器上是非常有前景的。

　　另一个传感器探索器，氧化物半导体，肯定会有非常好的地方。

　　小结，研制了高迁移氧化物TFT新材料，电子迁移率超过50，高迁移率氧化物半导体材料具有广泛的应用空间。尝试研制了全印刷TFT阵列，印刷工艺是未来绿色加工方式的选择，感谢我的团队，我这边是曹院士带领的团队，我们一直在做OLED和驱动OLED的TFT，感谢广州新视界广电科技有限公司，这是学校团队孵化出去的，希望能在氧化物TFT和OLED技术方面做到技术成熟！谢谢大家。