北海道大學電子科學研究所的曲勇作助教、太田裕道教授等組成的研究團隊與高知工科大學理工學羣的古田守教授等人合作發表研究成果稱，開發出了一種性能比以往高10倍的實用級別氧化物薄膜電晶體。該技術有望爲打造新一代超大型8K有機EL電視開闢道路。相關研究成果已於8月3日發表在國際學術期刊《Small Methods》上。
圖1 目前的4K有機EL電視屏幕使用的是移動率5～10cm²/Vs左右的IGZO-TFT。本研究中，研究團隊成功開發出了移動率爲78cm²/Vs的氧化物TFT，可滿足新一代8K有機EL電視屏幕的需求。這種材料即使連續施加±20V電壓1.5小時，特性也不會發生改變，表現出了極高的穩定性。（供圖：北海道大學）
目前的4K有機EL電視使用的是氧化物IGZO薄膜電晶體（由含銦In、鎵Ga、鋅Zn等金屬元素的氧化物薄膜製成的電晶體），其電子移動性在5～10 cm²/Vs左右，而新一代8K顯示裝置則需要超過70 cm²/Vs的電子移動性。
爲了滿足這一需求，研究團隊此前透過使用氧化銦薄膜作爲活性層，成功開發出了電子移動性達140 cm²/Vs的TFT（薄膜電晶體）。然而，這種電晶體存在着穩定性較差的問題，其終極因數被認爲是活性層薄膜表面吸附的空氣中的氣體會隨着電壓的施加而脫離或吸附所致。
而在此次研究中，研究團隊透過在活性層薄膜表面緊密覆蓋保存膜，防止吸附空氣中的氣體，從而製造出了穩定的TFT。
研究團隊以與氧化銦具有相同晶體結構的氧化釔和氧化鉺等稀土氧化物爲中心探討製作保存膜，並與常規的氧化鋁保存膜等進行了性能比較。
結果顯示，使用氧化釔和氧化鉺作爲保存膜的TFT有極高的穩定性，其電子移動性爲78 cm²/Vs。而通常使用氧化鉿或氧化鋁作爲保存膜的TFT未能提高穩定性。
透過電子顯微鏡觀察原子排列後，研究人員發現，氧化銦與氧化釔在原子層面上實施了緊密結合（異質磊晶術成長）。相反，其他穩定性較差的TFT中，界面則爲非晶結構。
由此，研究團隊透過在原子水平上緊密保存氧化銦表面，成功地抑制了氣體的吸附和脫離，在保持高電子移動性的同時大幅提升了電晶體的穩定性。
曲助教表示：「在氧化物半導體領域，目前產業界廣泛應用的材料還侷限於非晶結構的InGaZnO4（a-IGZO）。此次，我們透過在原子水平上緊密結合的保存膜覆蓋氧化銦表面的方法，改善了穩定性，實施了實用級別的高移動率氧化銦薄膜電晶體。今後，將與企業等共同推進實用化開發，如果不快速推進，就有可能會被韓國、中國大陸及臺灣搶先實用化。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Small Methods
論文：Reliable Operation in High-Mobility Indium Oxide Thin Film Transistors
DOI：10.1002/smtd.202400578
