OLED驅(qū)動最新成果：BG-TFT技術(shù)和非晶體C12A7電子化合物

9月11日，在日經(jīng)BP社與中國光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會液晶分會共同主辦的“中國北京2013國際平板顯示產(chǎn)業(yè)高峰論壇”上，中外研究人員向與會聽眾分享了OLED驅(qū)動相關(guān)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(shù)制造出的驅(qū)動AMOLED的薄膜半導(dǎo)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(dǎo)體雖然成本低很多，但穩(wěn)定性不足，長期高電流會引起半導(dǎo)體性能的變化，如閾值電壓偏移達(dá)到0.5~1V，這對解析度有較大影響，且補(bǔ)償效果不理想。

　　香港科技大學(xué)顯示研究中心主任郭海成領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊開發(fā)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(shù)。它可以改善金屬誘導(dǎo)晶化（MIC）和固相晶化（SPC）TFT的電學(xué)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(tài)電流，降低關(guān)態(tài)電流；把源-漏極電流開關(guān)比率提高10倍以上。該技術(shù)可用于任何多晶硅TFT，適于大型顯示屏的生產(chǎn)，兼容現(xiàn)有制造工藝，生產(chǎn)成本比準(zhǔn)分子激光晶化（ELC）低很多。

　　郭海成的學(xué)生周瑋在演講中表示，BG-TFT中，狹窄的高濃度摻雜的BG區(qū)域沿溝道長度方向均勻分布，摻雜類型與源漏區(qū)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(tǒng)限制在2μm左右。相鄰的BG區(qū)域較短，表現(xiàn)出較強(qiáng)的短溝道效應(yīng)（SCE）。

　　BGTFT工藝不需改造現(xiàn)有光刻版。為了形成重?fù)诫s的BG區(qū)域，可在形成有源島之前，對多晶硅層進(jìn)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(shí)驗發(fā)現(xiàn)，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(jìn)行離子注入，最后去除光刻膠。

圖1對多晶硅層進(jìn)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(jié)構(gòu)，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(shù)。對2μm以上的周期，普通光刻設(shè)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(qū)域是p+摻雜。①在不通電時，BG-TFT漏電很低。導(dǎo)通狀態(tài)時，BG線之間距離短，電阻率降低，載流子遷移率提高?！　、谠跍系婪秶鷥?nèi)，電流主要沿著電阻較?。ňЫ巛^少）的路徑流動。BG區(qū)域內(nèi)，電流沿著直接導(dǎo)向下一段溝道中最導(dǎo)電路徑的方向流動，為載流子提供捷徑。

　?、跙G-TFT相當(dāng)于很多短溝道TFT串聯(lián)在一起，短溝道效應(yīng)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(jié)構(gòu)的多結(jié)作用受到抑制。

　　對于4K超高清電視，BG-TFT技術(shù)與其他技術(shù)的比較如圖2所示。

圖2對于4K超高清電視，BG-TFT技術(shù)與其他技術(shù)的比較。

　　電子注入層新材料

　　東京工業(yè)大學(xué)教授細(xì)野秀雄介紹了他發(fā)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(jié)構(gòu)的水泥類的物質(zhì)，化學(xué)性穩(wěn)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(qū)動。其結(jié)構(gòu)和特性如圖3和圖4所示。

圖312CaO·7Al2O3：eˉ的電結(jié)構(gòu)

圖412CaO·7Al2O3：eˉ中的絕緣-金屬-超導(dǎo)體躍遷

　　C12A7材料的主要特性有：功率非常低，工作函數(shù)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(guān)鍵因素；在多晶硅ITO上平滑度是6.0nm。

　　細(xì)野秀雄透露，現(xiàn)在日本旭硝子公司已經(jīng)生產(chǎn)出非晶體C12A7電子化合物，并上市銷售了。