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CINNO Research產業(yè)資訊，Display Daily大約六個月前的一篇文章，詳細總結了目前高性能 IGZO的六個主要技術驅動類別以及顯示器中更高性能（氧化物）半導體材料的基本原理。
據介紹，進一步提升IGZO的性能通常包括如下幾種方法，這些方法對應不同的機制：1、工藝優(yōu)化；2、TFT結構；3、結晶方法；4、柵極改變和電介質鈍化；5、控制柵極絕緣體和IGZO 之間界面的粗糙度，還有就是本文特別關注的方法；6、雙層或多層IGZO或組成部分。
最近，韓國一家研究所（漢陽大學與細野小組合作）基于原子層沉積 (ALD，Atomic Layer Deposition)技術展開了一項非常有進益的研究，該技術和設備由位于Holst中心的荷蘭研究組織TNO和設備供應商SALDtech提供。這項工作獲得了很重要的成果——為該技術開拓了一項新的分支和應用方案。
ALD技術是一種利用表面控制氣相前體沉積超薄、均勻、無針孔致密層的方法，一直被當作等離子體增強化學氣相沉積（PECVD，常用于沉積TFT中的大多數膜層）方法的替代。不過，雖然該技術廣泛用于半導體領域，但在顯示器制作方面一直被認為不具有所需的速度。實際上，能夠應用到顯示器領域的一個關鍵前提就是：大世代線能夠實現大約一分鐘的節(jié)拍（工藝時間）。這在以往幾乎不可能，不過現在隨著上面提到的新技術——空間原子層沉積（Spatial Atomic Layer Deposition）的引入，這一問題迎刃而解。
從歷史看，ALD技術于2013 年左右曾短暫亮相于OLED顯示器的制作工藝中。當時，Synos公司首次將該技術用于OLED的薄膜封裝（TFE，Thin Film Encapsulation）工藝，并獲得顯示器行業(yè)的短暫關注。不過，這次引入在商業(yè)市場還是沒有成功，不過最近提出的空間ALD技術也可用于TFE（薄膜封裝）工藝。
位于Holst中心的研究組織TNO與設備供應商SALDtech合作提出一種基于ALD技術的新方法。如圖1，通過小樣的制作和測試，這種方法制作出的W和L（與晶體管尺寸相關的術語）同為15微米的晶體管具有70 cm²/Vs的電子遷移率。他們的這種專有方法使用到了空間ALD技術，具體來說，他們用這種技術在納米疊層中沉積了多層氧化銦、氧化鎵和氧化鋅結構，這些內容會在下面作進一步介紹。
圖1. TNO和SALDtech 合作開發(fā)高遷移率納米層壓材料的最新成果。其中a圖顯示IGZO納米層壓結構的TEM圖像，底部外加的紅色線用于示意該薄膜內的納米層壓結構；b圖顯示了該IGZO 納米層壓晶體管（w=15 µm，L=15 µm）的轉移曲線，左軸對應藍色曲線的電子遷移率，右軸為紅色曲線的電子遷移率
如果你注意到這項研究所實現的電子遷移率水平達到目前量產水平的5倍，那么你會肯定會對這項研究的成果印象深刻。因為更高電子遷移率的氧化物在某些應用中可以用來替代LTPS，支持更高幀速率、更高像素密度和更窄邊框的顯示器設計。
漢陽大學研究人員進一步表示，高電子遷移率還可以在一些較為小眾的顯示應用領域支持實現更高的顯示器性能，例如自發(fā)光微型顯示器、生物識別和光傳感等。
上面提到的納米層壓結構，實際上是使用空間ALD設備在多個非常薄的三元組中沉積三種不同氧化物材料后實現的。到目前為止，Holst中心的TNO和SALDtech已經使用該技術沉積出了15個這樣的三元組，而且每個三元組的厚度僅為1-2nm。
該研究需要使用ALD技術，這是因為它比傳統(tǒng)PVD技術具有更好的厚度均勻性，尤其是在一些大尺寸基板應用中，據介紹，ALD通常所能實現的厚度均勻性小于+/- 1%。
正常在沉積前體之前，需要先使用等離子體產生一層自由基，這也是等離子體基ALD（Plasma-based ALD）得名的由來。具體到該研究中，SALDtech的空間ALD設備使用一種“印刷頭”噴射器，該噴射器的噴嘴可以將氣態(tài)前體流導至基板。這時，基板在噴射器下方移動，并且每一次在通過前體和等離子體槽下方時都會形成一層前體結構（參見如下圖 2）。
該設備使用很多噴嘴以擴展噴射器的噴射范圍，再結合對基板的來回移動，最終實現所需的層厚度。實際上，使用這種空間ALD可以實現1nm/s的沉積速度，而且該數值僅受前體反應速度的限制。相比較來說，傳統(tǒng)的或基于時間的ALD則僅使用一個腔室，反應氣體在其中依次進入。由于這唯一的腔室還需要在不同反應氣體之間進行吹掃動作，而吹掃時間也會限制沉積速度，所以傳統(tǒng)ALD的沉積速度只有1nm/min?？梢钥闯鰜?，空間ALD比傳統(tǒng)ALD的沉積速度快100倍。
圖 2：基于窄氣態(tài)前體供應系統(tǒng)的空間ALD概念圖
此外，通過在沉積過程中切換前體材料，該設備可以在不更換基材的情況下沉積出不同材料的納米層壓結構，不過需要在切換之前花幾秒鐘時間沖洗前體管線。另外，噴射器的長度也可以擴展到2米以上，這樣可以沉積8.5代線甚至更大的基板。實際上，SALDtech在其面向6代線的產品設計過程中還加了一個集群工具，這樣就可以擴展到8.5代線。從速度的角度來看，它也符合批量生產的吞吐量要求。
SALDtech有兩種研發(fā)工具可供客戶基于Spatial ALD 進行試驗、層優(yōu)化和工藝開發(fā)。其中一種用于30厘米晶圓級，如圖3 所示，以及標準2代線（370x470mm）基板。在這些工具上開發(fā)的工藝可以一對一地傳遞到生產級別的工具上。
圖3：左側是SALDtech 的專有噴射器，主要用于右側所示30厘米晶圓級研發(fā)工具
這些工具支持高達0.5納米/秒的沉積速率、+/-2%的厚度波動以及多達3個不同前體源和50° ~200° C的沉積溫度。
當今顯示行業(yè)的主要增長點要么是支持LCD的高動態(tài)范圍背光，要么是小尺寸和大尺寸自發(fā)光顯示器——從RGB頂發(fā)光型小尺寸OLED面板到WOLED+CF底發(fā)光型大尺寸OLED，還有一種就是三星公司即將推向市場的QD OLED顯示器。
最后，Micro-LED技術的研發(fā)仍然獲得高度的關注，這可能是一種具有高視覺沖擊力同時也是高成本的顯示技術。不管怎么樣，所有這些市場都能夠分享到空間ALD制成高電子遷移率氧化物技術的紅利。小尺寸面板和Micro-LED領域可以使用高電子遷移率IGZO替代LTPS，而已經使用IGZO技術的大尺寸面板，也可以因為 IGZO性能的提升而獲得額外的好處。
