OLED驅動最新成果：BG-TFT技術和非晶體C12A7電子化合物

9月11日，在日經BP社與中國光學光電子行業協會液晶分會共同主辦的“中國北京2013國際平板顯示產業高峰論壇”上，中外研究人員向與會聽眾分享了OLED驅動相關的最新研究成果。

　　搭橋晶粒多晶硅薄膜晶體管

　　目前，用激光退火低溫多晶硅（LTPS）技術制造出的驅動AMOLED的薄膜半導體，存在均勻性、需外圍電路等問題，且成本較高。而氧化物薄膜半導體雖然成本低很多，但穩定性不足，長期高電流會引起半導體性能的變化，如閾值電壓偏移達到0.5~1V，這對解析度有較大影響，且補償效果不理想。

　　香港科技大學顯示研究中心主任郭海成領導的研究團隊開發出一種稱為搭橋晶粒（Bridged-Grain）多晶硅薄膜晶體管，即BG-TFT的技術。它可以改善金屬誘導晶化（MIC）和固相晶化（SPC）TFT的電學特性，如明顯降低SPC和MICTFT的閾值電壓（Vth）；降低SPC的偽亞閾值斜率（SS）；提高載流子遷移率（μ）；增加開態電流，降低關態電流；把源-漏極電流開關比率提高10倍以上。該技術可用于任何多晶硅TFT，適于大型顯示屏的生產，兼容現有制造工藝，生產成本比準分子激光晶化（ELC）低很多。

　　郭海成的學生周瑋在演講中表示，BG-TFT中，狹窄的高濃度摻雜的BG區域沿溝道長度方向均勻分布，摻雜類型與源漏區域相同，將柵極覆蓋下的有源層分成了很多短溝道，溝道長度被曝光系統限制在2μm左右。相鄰的BG區域較短，表現出較強的短溝道效應（SCE）。

　　BGTFT工藝不需改造現有光刻版。為了形成重摻雜的BG區域，可在形成有源島之前，對多晶硅層進行選擇性的離子注入，注入的能量和深度可用制造工藝的仿真軟件計算。實驗發現，深度400nm比較合適，確保不會短路。主要步驟如圖1所示，首先形成一個光柵型的光刻膠層，然后進行離子注入，最后去除光刻膠。

圖1對多晶硅層進行選擇性離子注入的主要步驟

　　為了將光刻膠層形成較為精密的光柵結構，若需要1μm以下的周期，可采用激光干涉光刻法或納米壓印技術。對2μm以上的周期，普通光刻設備即可，且可與柵極制造工藝同步完成。

　　BG-TFT改善MIC和SPCTFT電特性的原理如下，以PMOS為例，溝道是n-摻雜，源漏和BG區域是p+摻雜。①在不通電時，BG-TFT漏電很低。導通狀態時，BG線之間距離短，電阻率降低，載流子遷移率提高。　　②在溝道范圍內，電流主要沿著電阻較小（晶界較少）的路徑流動。BG區域內，電流沿著直接導向下一段溝道中最導電路徑的方向流動，為載流子提供捷徑。

　　③BG-TFT相當于很多短溝道TFT串聯在一起，短溝道效應可降低閾值電壓，降低偽亞閾值斜率；提高載流子遷移率。短溝道TFT在較高漏-源電壓（Vds）下的漏電流，由于BG結構的多結作用受到抑制。

　　對于4K超高清電視，BG-TFT技術與其他技術的比較如圖2所示。

圖2對于4K超高清電視，BG-TFT技術與其他技術的比較。

　　電子注入層新材料

　　東京工業大學教授細野秀雄介紹了他發明的電子注入層新材料——非晶體C12A7電子化合物（12CaO·7Al2O3：eˉ），這是一種表面光滑、透明結構的水泥類的物質，化學性穩定，目前可在可以在室溫條件下與固體靶材通過直流濺射成膜。適于通過n型氧化物TFT（如IGZO）的OLED驅動。其結構和特性如圖3和圖4所示。

圖312CaO·7Al2O3：eˉ的電結構

圖412CaO·7Al2O3：eˉ中的絕緣-金屬-超導體躍遷

　　C12A7材料的主要特性有：功率非常低，工作函數是3.0eV；LUMO(LowestUnoccupiedMolecularOrbital，最低未占軌道)能級比較高；吸收光的能力非常好，為4.6eV，這是它看起來透明的關鍵因素；在多晶硅ITO上平滑度是6.0nm。

　　細野秀雄透露，現在日本旭硝子公司已經生產出非晶體C12A7電子化合物，并上市銷售了。