OLED驱动最新成果：BG-TFT技术和非晶体C12A7电子化合物

9月11日，在日经BP社与中国光学光电子行业协会液晶分会共同主办的“中国北京2013国际平板显示产业高峰论坛”上，中外研究人员向与会听众分享了OLED驱动相关的最新研究成果。

　　搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管

　　目前，用激光退火低温多晶硅（LTPS）技术制造出的驱动AMOLED的薄膜半导体，存在均匀性、需外围电路等问题，且成本较高。而氧化物薄膜半导体虽然成本低很多，但稳定性不足，长期高电流会引起半导体性能的变化，如阈值电压偏移达到0.5~1V，这对解析度有较大影响，且补偿效果不理想。

　　香港科技大学显示研究中心主任郭海成领导的研究团队开发出一种称为搭桥晶粒（Bridged-Grain）多晶硅薄膜晶体管，即BG-TFT的技术。它可以改善金属诱导晶化（MIC）和固相晶化（SPC）TFT的电学特性，如明显降低SPC和MICTFT的阈值电压（Vth）；降低SPC的伪亚阈值斜率（SS）；提高载流子迁移率（μ）；增加开态电流，降低关态电流；把源-漏极电流开关比率提高10倍以上。该技术可用于任何多晶硅TFT，适于大型显示屏的生产，兼容现有制造工艺，生产成本比准分子激光晶化（ELC）低很多。

　　郭海成的学生周玮在演讲中表示，BG-TFT中，狭窄的高浓度掺杂的BG区域沿沟道长度方向均匀分布，掺杂类型与源漏区域相同，将栅极覆盖下的有源层分成了很多短沟道，沟道长度被曝光系统限制在2μm左右。相邻的BG区域较短，表现出较强的短沟道效应（SCE）。

　　BGTFT工艺不需改造现有光刻版。为了形成重掺杂的BG区域，可在形成有源岛之前，对多晶硅层进行选择性的离子注入，注入的能量和深度可用制造工艺的仿真软件计算。实验发现，深度400nm比较合适，确保不会短路。主要步骤如图1所示，首先形成一个光栅型的光刻胶层，然后进行离子注入，最后去除光刻胶。

图1对多晶硅层进行选择性离子注入的主要步骤

　　为了将光刻胶层形成较为精密的光栅结构，若需要1μm以下的周期，可采用激光干涉光刻法或纳米压印技术。对2μm以上的周期，普通光刻设备即可，且可与栅极制造工艺同步完成。

　　BG-TFT改善MIC和SPCTFT电特性的原理如下，以PMOS为例，沟道是n-掺杂，源漏和BG区域是p+掺杂。①在不通电时，BG-TFT漏电很低。导通状态时，BG线之间距离短，电阻率降低，载流子迁移率提高。　　②在沟道范围内，电流主要沿着电阻较小（晶界较少）的路径流动。BG区域内，电流沿着直接导向下一段沟道中最导电路径的方向流动，为载流子提供捷径。

　　③BG-TFT相当于很多短沟道TFT串联在一起，短沟道效应可降低阈值电压，降低伪亚阈值斜率；提高载流子迁移率。短沟道TFT在较高漏-源电压（Vds）下的漏电流，由于BG结构的多结作用受到抑制。

　　对于4K超高清电视，BG-TFT技术与其他技术的比较如图2所示。

图2对于4K超高清电视，BG-TFT技术与其他技术的比较。

　　电子注入层新材料

　　东京工业大学教授细野秀雄介绍了他发明的电子注入层新材料——非晶体C12A7电子化合物（12CaO·7Al2O3：eˉ），这是一种表面光滑、透明结构的水泥类的物质，化学性稳定，目前可在可以在室温条件下与固体靶材通过直流溅射成膜。适于通过n型氧化物TFT（如IGZO）的OLED驱动。其结构和特性如图3和图4所示。

图312CaO·7Al2O3：eˉ的电结构

图412CaO·7Al2O3：eˉ中的绝缘-金属-超导体跃迁

　　C12A7材料的主要特性有：功率非常低，工作函数是3.0eV；LUMO(LowestUnoccupiedMolecularOrbital，最低未占轨道)能级比较高；吸收光的能力非常好，为4.6eV，这是它看起来透明的关键因素；在多晶硅ITO上平滑度是6.0nm。

　　细野秀雄透露，现在日本旭硝子公司已经生产出非晶体C12A7电子化合物，并上市销售了。