作为下一代新型显示技术的新趋势，Micro-LED渐渐在新型显示赛道占据“高位”，成为行业竞争布局的重点。然而，除了巨量转移等技术难点之外，Micro-LED对TFT技术要求也非常高。在2020Micro-LED产业技术峰会上，华南理工大学材料科学与工程学院院长彭俊彪教授以“高性能稀土氧化物TFT技术在LED显示中的应用”为主题，分享了其在氧化物TFT技术的研究进展。

华南理工大学材料科学与工程学院院长

彭俊彪教授

TFT的核心材料是有源半导体，关键技术指标是电子迁移率，是非常重要的显示器件。彭俊彪教授介绍，金属氧化物TFT具有诸多优势，主要体现在低成本、大面积、全低温工艺、迁移率高、节能等特点，“氧化物TFT技术集“低成本”与“高性能”于一身，具有广阔发展潜力。”他也指出，TFT制造工艺难度非常大，比如薄膜厚度、图形化精度的控制非常考验材料与设备以及工艺的管理。

彭俊彪教授也介绍，尽管LTPS电子迁移率要比氧化物TFT高，但均匀性不好，需要6-7个LTPS控制一个OLED或者Micro-LED的像素，无疑对良率会产生很大影响。同时，他也表示，行业内也在研发LTPO技术，结合了氧化物TFT和LTPS两者的优点，但工艺难度比较大，相对成本也比较高，在未来柔性折叠屏节能上也不具备优势。

然而，目前商用化的氧化物半导体IGZO在Micro-LED应用也存在一些问题，主要是电子迁移率较低、稳定性差（光照、加热）、知识产权在国外等问题。因此，氧化物TFT仍需从工艺、稳定性等各方面补齐短板，而且要维持一些好的性能指标。彭俊彪教授介绍，目前IGZO主要通过掺杂铟、镓的方式获得性能的平衡，但掺Ga也存在一些问题：IGZO必须掺入大量Ga，抑制氧空位并提高稳定性；Ga离子的轨道半径比In离子的小很多，掺入Ga会减少电子轨道的交叠，降低电子迁移率。

“新材料”结合“新结构”实现低成本、高性能的新型Oxide TFT背板技术创新，成为氧化物TFT可行之路。彭俊彪教授介绍，“稀土元素最重要的是有丰富的电子能级结构。如果利用好的电子迁移结构和好的材料，可能会有很大的改善。”

他指出，从材料设计角度，可以解决IGZO迁移率低、稳定性差的根本性问题，主要通过微量掺杂稀土元素IZO，来大范围调控Ln-IZO半导体材料及TFT的特性。在高迁移率上，Ln-IZO中，由于稀土掺杂量少（<1%），且离子半径与In相近，几乎不影响电子轨道交叠；在高稳定性上，稀土元素的高断键、低点电负性决定了oxide半导体中氧空位的数量，减少了深能级缺陷，且通过引入快速非辐射跃迁通道提高了光稳定性。

彭俊彪教授也介绍，BCE与Top-Gate结构将会是未来TFT应用的主流结构，而G3-BCE结构具有抗刻蚀氧化物半导体沟道层，工艺结构简单，迁移率高，稳定性优异，兼容Al、Cu等低阻电极工艺，与a-Si产线高度兼容等特点，在强度超过100w nits的白光LED光源直接照射沟道，仍能保持良好光稳定性。他表示，稀土元素Ln掺杂，可以大幅提高Top-gate TFT光照响应性，及光热电压应力稳定性，“LnIZO BCE器件迁移率高，器件稳定性好，适合小尺寸高PPI的LED显示屏制作”。

他总结到，基于oxide TFT器件，结合全新的像素电路设计，有希望解决LED显示应用中的大电流驱动、色差、灰阶等技术限制；而目前高迁移率，高稳定性的Ln-IZO TFT技术基本成熟，且器件迁移率还可以持续提高，具备与Micro-LED技术结合的潜力。