日本北海道大學與高知工科大學共同開發了一項性能較過往提高10倍之實用級氧化物薄膜電晶體。由於穩定性大幅提升,將可望有助於次世代超大型8K OLED電視的開發。
目前驅動OLED電視、智慧型手機畫面所使用的薄膜電晶體(TFT)活性層材料採用了氧化物半導體的非晶態 InGaZnO4(a-IGZO)。IGZO-TFT的電子遷移率約為5~10 cm2/Vs,但對於次世代超大型8K OLED電視的開發則需要電子遷移率70 cm2/Vs以上的TFT。北海道大學與高知工科大學的研究團隊在2022年開發出電子遷移率達到140 cm2/Vs的TFT,但實用化所需的穩定性(可靠性)極差。
此次,研究團隊透過在活性層薄膜的表面覆蓋一層保護膜以防止空氣中氣體吸附的方式製作TFT。保護膜以具有與氧化銦相同結晶構造的氧化釔(Yttrium Oxide)、氧化鉺(Erbium Oxide)等稀土類氧化物為中心進行了評估,並與常用的氧化鋁等保護膜進行比較、測試。以一般做為保護膜的氧化鉿或氧化鋁製成的TFT在穩定性方面未見有所提升,但使用了氧化釔與氧化鉺的TFT具有極高的穩定性,且電子遷移率為78 cm2/Vs。此項成果亦滿足了次世代8K顯示器的要求。
使用電子顯微鏡觀察原子排列後,可知氧化銦與氧化釔展現了原子級的緊密結合(異質磊晶生長)。基於此現象,透過原子級緊密保護氧化銦表面,成功地抑制了氣體吸附/脫離,並在維持高電子遷移率的同時大幅提高了穩定性。此項研究成果可望顯著加速顯示器的開發,進而實現超大型8K OLED電視的開發。