面向柔性显示的c轴级联IGZO室温生长的研究

Amorphous semiconductor IGZO (a-IGZO) composed of indium, gallium, zinc oxide as the thin film transistor (TFT) materials in active display has been widely used in flat panel display. In recent years, with the development of research, c-axis aligned IGZO with more excellent performance has appeared. Compared with a-IGZO TFT, CAAC-IGZO TFT with lower defect density and smaller off-state current is very suitable for high density and high quality display. However, the present method of obtaining CAAC-IGZO is either high temperature growth or high temperature annealing, which is difficult to achieve CAAC-IGZO on the flexible polymer substrate. Therefore, the growth of CAAC-IGZO on flexible polymer substrates under near room temperature is one of the hot spots in the field of flexible display. Based on accidentally discovered IGZO with the c-axis oriented feature sputtered at room temperature， this project proposed the method to obtain CAAC-IGZO under near room temperature through both the plasma energy supplied by plasma enhanced magnetron sputtering (PEMS) and the growth driving force supplied by a single component for the other two components.

由铟、镓、锌氧化物构成的非晶半导体IGZO（a-IGZO）作为有源显示薄膜晶体管（TFT）材料，已广泛地用于平板显示之中。近几年，随着研究的发展，出现了性能更加优异的具有c轴取向晶化的IGZO材料（CAAC-IGZO），与a-IGZO TFT相比，CAAC-IGZO TFT具有缺陷态密度更低、关态电流更小等优势，非常适合用于极高密度的高品质显示。然而，目前获得CAAC-IGZO的方法或高温生长或高温退火，还难以在柔性聚合物衬底上实现。因此，近室温的条件下在柔性聚合物衬底上实现CAAC-IGZO的生长，是柔性显示领域的研究热点之一。本项目在偶然发现特定条件下室温溅射生长的IGZO具有一定c轴取向特征的基础上，提出了采用等离子体增强磁控溅射（PEMS）的方法，借助等离子的能量，通过单一组分氧化物的取向生长为其他两种组分氧化物的生长提供驱动力，进而在近室温的条件下获得CAAC－IGZO薄膜材料。

由铟、镓、锌氧化物构成的非晶半导体IGZO（a-IGZO）作为有源显示薄膜晶体管（TFT）在柔性显示领域具有巨大的应用前景。具有C轴结晶取向的的c轴级联IGZO（CAAC-IGZO)具有缺陷态密度更低、关态电流更小等优势，非常适合用于高像素密度的高品质显示应用。然而，目前实现CAAC-IGZO需要高温沉积或高温退火过程，难以应用在柔性聚合物衬底上。本项目经过4年的实施，利用电容耦合等离子体辅助磁控溅射实现了在非加热条件下的CAAC-IGZO薄膜的生长，完成了项目的各项指标。围绕IGZO薄膜晶体管这一主线，我们利用电容耦合等离子体辅助磁控溅射方法研制了在低温条件下实现场效应迁移率高达26.03cm^2/vs，亚阈值摆幅0.33V/decade, 开关比接近10^8的高性能IGZO薄膜晶体管。此外，我们利用有机无机混合硅薄膜作为IGZO薄膜晶体管的绝缘栅缓冲层以及钝化层，实现了对IGZO薄膜晶体管电学性能的调制，获得了高偏压稳定性的IGZO薄膜晶体管。我们还利用氧等离子体对SiN绝缘栅层进行表面氧化处理，实现了亚阈值摆幅仅有0.097V/decade的高性能IGZO薄膜晶体管。为了实现完整的柔性显示，我们还提出了一种新型激基复合物混合白光OLED主体材料，利用该材料可以使得白光OLED器件得到大幅简化，获得了最大外量子效率21.7%的器件性能，并且从最高效率到1000cd/m2的效率滚降仅为6.9%。由于OLED材料容易受到水氧侵蚀，为了提高柔性OLED器件的稳定性，我们还利用原位等离子体氧化Al与SiOx多层薄膜实现了在77℃的条件下的快速薄膜封装，大幅度提高了水汽透过率指标。通过本项目4年来的实施，我们基本掌握了面向柔性显示的IGZO薄膜晶体管的关键技术，并申请了6项专利，其中2项已授权，发表SCI论文14篇，培养博士研究生2人，硕士研究生6人。