非硅基高迁移率

3.6.2　非硅基高迁移率TFT

采用非晶硅材料制造的TFT完成了人类显示技术由真空到平板的转型。以非晶硅TFT为核心的平板显示技术只是平板显示技术的初级阶段。随着信息技术和社会发展的需要，高性能的平板显示器件成为新一代光电子器件发展的热点。硅基材料禁带宽度只有1.12～1.38eV（单晶硅禁带宽度为1.12eV，多晶硅禁带宽度为1.38eV），是典型的光敏半导体，作为发光显示器件的控制元件有很多无法克服的缺点。非晶硅已经不能满足技术需求，多晶硅又难以突破技术瓶颈。平板显示技术发展重新聚焦寻求新材料，制作高迁移率的TFT，实现平板显示技术的高度集成化，提高性能，降低成本，以满足技术发展的需求。实现硅基TFT到非硅基高迁移率TFT的升级，最终实现平板显示的系统集成。

1.无机氧化物宽禁带半导体TFT

透明氧化物如In-GaO₃-（ZnO）₄，In₂O₃和ZnO薄膜的迁移率都比非晶硅高，而且工艺温度低，因此研究在有源驱动液晶显示器（active matrix liquid crystal display，AMLCD）中采用低温透明氧化物半导体TFT成为新的热点。用全透明氧化物TFT代替a-Si TFT作为像素开关，将大大提高有源矩阵的开口率，从而提高亮度，降低功耗。韩国LG电子2006年展出了透明非结晶氧化物半导体In-Zn-Ga-O（a-IZGO）TFT驱动的3.5in，像素为176×220的彩色有机电致发光屏。TFT沟道的宽度为10μm、长度为20μm，载流子迁移率为90cm²·（V·s）^-1、开关电流比为1.1×10⁷、阈值电压为1.1V。无机半导体薄膜In-Ga-Zn-O不仅电学性能好，热学、化学稳定性也很好，还是高性能透明和环境友好材料。

ZnO是一种宽禁带直接带隙化合物半导体，常温常压下具有六方纤锌矿结构，室温下的禁带宽度为3.37eV。该材料具有生长温度低、抗辐射能力强、化学稳定性好和材料来源丰富、无毒害等优点。ZnO薄膜对衬底的要求不高，在普通玻璃和塑料衬底上均可生长高质量的薄膜。制备在透明衬底上的薄膜在可见光范围有很高的透射率，是制作透明高迁移率TFT的热门材料。

其他可以考虑用来制作高迁移率透明TFT的氧化物半导体材料还有：ZnO∶In₂O₃（a-IZO）（摩尔比为1∶1）和ZnO∶SnO₂（a-ZSO）（摩尔比为1∶1和1∶2），它们的场效应迁移率均达到20～50cm²·（V·s）^-1。

2.有机TFT

有机TFT（organic thin-film transistor，OTFT）全称为有机薄膜晶体管，20世纪80年代中期开始出现，在国际上受到重视，并迅速发展，核心材料采用了有机半导体。有机晶体管由衬底、栅电极、栅极绝缘、源极和漏极电极、有机半导体（例如并五苯）和一个保护性的钝化层构成。OTFT加工条件要求比较低，可以采用微触点印刷（一种凸版印刷方法，类似于橡皮凸版印刷）和打印技术制作，制作温度一般在200℃以下，制作成本低，生产效率高，是低功耗和环境友好的技术。

有机TFT、有机电子学和有机半导体技术属于技术先导性质的前沿研究领域，相关的基本理论架构还没有建立，器件结构、材料和加工方法都处于探索阶段，近十几年是有机TFT技术发展的历史机遇期。2007年初，中国科学院长春应用化学研究所阎东航教授领导的研究小组报道了载流子迁移率超越非晶硅水平的2.4cm²·（V·s）^-1的OTFT器件，在OTFT研究领域进入了国际领先的水平。从长远发展看，OTFT将成为有机TFT液晶显示器（OTFT-LCD）、有机TFT电子纸（OTFT-E ink）、有机TFT电致发光显示（OTFT-organic light emission diode，OTFT-OLED和OTFT-poly light emission diode，OTFTPLED）等有源矩阵平板显示技术和廉价塑料芯片的核心技术。