121303/05
有哪些材料一直被使用，但卻很少引人注意，那一定是IGZO。從八年前的iPad Pro，再到現(xiàn)在的Apple Watch、iPad、MacBook和顯示器，都或多或少存在它的身影。
從去年開(kāi)始到現(xiàn)在，力積電不遺余力地宣傳其新技術(shù)已吸引到蘋(píng)果、LG等廠商主動(dòng)上門(mén)詢(xún)問(wèn)洽談合作，其全球獨(dú)家第四代氧化物半導(dǎo)體材料IGZO制程技術(shù)制造的顯示驅(qū)動(dòng)芯片可應(yīng)用在AR/VR等產(chǎn)品上，可將分辨率從2000ppi提高至5000ppi[1]。IGZO究竟是什么材料，引得蘋(píng)果如此注意？
本文是“果殼硬科技”策劃的“國(guó)產(chǎn)替代”系列第二十篇文章，關(guān)注IGZO國(guó)產(chǎn)替代。在本文中，你將了解到：IGZO是什么，有什么作用，國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況。
付斌 | 作者李拓 | 編輯果殼硬科技 | 策劃
拼配出來(lái)的材料
IGZO的名字來(lái)自于四種元素的首字母，即Indium Gallium Zinc Oxide，中文名為銦鎵鋅氧化物或氧化銦鎵鋅，是由In2O3、Ga2O3和ZnO三種化合物按不同配比組成。
IGZO在行業(yè)中還有另一種稱(chēng)呼，即Oxide TFT（氧化物薄膜晶體管）。研究發(fā)現(xiàn)，一系列金屬氧化物有類(lèi)似性能，這些材料統(tǒng)稱(chēng)為Oxide TFT，不過(guò)，由于夏普長(zhǎng)時(shí)間對(duì)IGZO的宣傳，加之大部分Oxide TFT中半導(dǎo)體層采用的都是IGZO，行業(yè)仍以IGZO為主要稱(chēng)呼。[2]
IGZO具有能耗低、響應(yīng)時(shí)間短、分辨率高、良好的柔性等優(yōu)異性能，同時(shí)具有均勻性、穩(wěn)定性、工藝成本低等優(yōu)點(diǎn)。[3]
從材料性質(zhì)上來(lái)講，IGZO帶隙較寬，可達(dá)到3.5eV，電子遷移率比非晶硅高1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，最大特點(diǎn)是在非晶狀態(tài)下仍然擁有較高電子遷移率。此外，IGZO為N型半導(dǎo)體材料，在理論和技術(shù)上幾乎不可能實(shí)現(xiàn)P型。[4]
作為金屬氧化物新材料，IGZO應(yīng)用主要為顯示驅(qū)動(dòng)、傳感應(yīng)用、類(lèi)腦系統(tǒng)三大類(lèi)：顯示面板：LCD顯示驅(qū)動(dòng)、OLED顯示驅(qū)動(dòng)、柔性顯示；傳感應(yīng)用：光電探測(cè)器、壓力傳感器、pH傳感器、氣體傳感器、柔性傳感器；類(lèi)腦系統(tǒng)：DRAM、RRAM等憶阻器的溝道材料。[5]
產(chǎn)業(yè)中，使用IGZO的關(guān)鍵是元素配比和含氧量，它們會(huì)影響到器件本身的特性和穩(wěn)定性。通過(guò)調(diào)整IGZO的元素比和IGZO成膜過(guò)程中氧含量，以提升有源層特性，既可保證生產(chǎn)節(jié)拍，又能提升器件穩(wěn)定性。[6]
打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，就相當(dāng)于是一道菜中調(diào)料的配比，比例失衡就會(huì)攪亂整道菜的口感。
不同金屬氧化物的作用，制表丨果殼硬科技參考資料丨《化學(xué)工程與技術(shù)》[7]《功能材料與器件學(xué)報(bào)》[8]
具體來(lái)說(shuō)，IGZO常見(jiàn)的配比為In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1或1:1:2，物相主要是In2Ga2ZnO7或InGaZnO4。[9]
不同氧濃度下a-IGZO TFT的電學(xué)性能[6]
IGZO制備方法非常多，但適用于現(xiàn)階段大規(guī)模制造的制備方法主要包括磁控濺射法和原子層化學(xué)氣相沉積（ALCVD）。
IGZO的制備方法及應(yīng)用現(xiàn)狀，制表丨果殼硬科技資料來(lái)源丨《功能材料與器件學(xué)報(bào)》[8]
怎么用是大問(wèn)題
TFT（Thin film transistor，薄膜晶體管）無(wú)疑是IGZO的貴人。在TFT中，a-IGZO（非晶銦鎵鋅氧化物）充當(dāng)溝道材料，是傳統(tǒng)材料的替代品，此外，這種替換也只是對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行改良，改換也極為方便。
TFT是一種三端子控制器件，是顯示液晶面板的關(guān)鍵集成元件，無(wú)論是LCD還是OLED，都需要由TFT控制每個(gè)像素點(diǎn)的點(diǎn)亮與熄滅。打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，可以將TFT的作用和機(jī)制理解為一個(gè)封閉水閘，柵極是開(kāi)關(guān)式閥門(mén)，源極和漏極就如同水閘左右兩端的溝道，載流子就像水流，水流流動(dòng)地越快，制造出來(lái)的屏幕越好。[10]
隨著下游產(chǎn)品不斷迭代，市場(chǎng)開(kāi)始對(duì)顯示面板的尺寸、清晰度、柔性、能耗等參數(shù)提出要求，TFT中傳統(tǒng)非晶硅材料已無(wú)法追趕顯示面板發(fā)展速度。為了追求高速和低功耗兩種特性，學(xué)界和業(yè)界將目光放在新型氧化物半導(dǎo)體TFT和新型有機(jī)半導(dǎo)體TFT兩種器件上[11]，IGZO便是其中一種新型氧化物半導(dǎo)體TFT。
把氧化物半導(dǎo)體材料應(yīng)用到TFT中的想法最早可追溯到1964年，當(dāng)時(shí)這種TFT并沒(méi)有引起人們的關(guān)注。1985年，IGZO晶體被制備出來(lái)，因缺乏應(yīng)用形式，也沒(méi)有掀起太大的浪花。直到2004年，日本學(xué)者細(xì)野秀雄發(fā)明了第一個(gè)a-IGZO TFT，才讓IGZO的研究進(jìn)入白熱化。細(xì)野秀雄也首次證明了世界還存在其它能與低溫多晶硅（LTPS）TFT性能相媲美的TFT。[12]
在同一路線(xiàn)中，IGZO也存在諸多競(jìng)爭(zhēng)者，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在可用于TFT的候選新型材料中，IGZO脫穎而出。[13]
不同溝道材料的遷移率及禁帶寬度[8]
以a-IGZO制造的TFT性能尤為出色，不僅具備高遷移率（＞8cm2/(V·s)）、低漏電流（＜10-12 A）、低亞閾擺幅（＜0.3V/dec）等優(yōu)良硬參數(shù)[14][15]，還具備透射率高、制備工藝溫度低、制造過(guò)程比非晶硅簡(jiǎn)單、均勻性好及化學(xué)穩(wěn)定性高等特性。[7]
上述特性對(duì)成像質(zhì)量起到關(guān)鍵的作用，能夠提高顯示面板分辨率，同時(shí)使得大屏幕OLED電視成為可能[16]。可以說(shuō)，憑借著美麗的材料屬性，IGZO成為推動(dòng)TFT-LCD、TFT-OLED與TFT-Micro-LED未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。[17]
更為重要的是，IGZO在TFT中的優(yōu)勢(shì)讓它找到了更多應(yīng)用：比如說(shuō)，可將a-IGZO TFT被光照射后電學(xué)信號(hào)的變化作為敏感信號(hào)，使之應(yīng)用于光電探測(cè)領(lǐng)域[18]；一些研究表明，IGZO的特性也可充當(dāng)肖特基管[19]、憶阻器有源層[20]、太空穿戴設(shè)備[8]、X射線(xiàn)傳感器、IGZO MEMS、IGZO半導(dǎo)體處理器[21]的材料。
雖說(shuō)擁有諸多優(yōu)勢(shì)，但I(xiàn)GZO也不是萬(wàn)能的，甚至可以說(shuō)，可能不是最優(yōu)畫(huà)質(zhì)的選擇。
實(shí)際上，a-Si（非晶硅）、IGZO、LTPS（低溫多晶硅，Low Temperature Poly-Silicon）都是主流的TFT技術(shù)，LTPS明顯在電子遷移率、高分辨率、窄邊框化等參數(shù)上更強(qiáng)，而IGZO的優(yōu)勢(shì)更多體現(xiàn)在功耗、制造良品率、制造成本方面。
a-Si、LTPS、IGZO TFT技術(shù)性能與生產(chǎn)性能對(duì)比，制表丨果殼硬科技參考資料丨《光電子技術(shù)》[21]
正因材料本身有長(zhǎng)處也有短處，所以便各司其職，在應(yīng)用中發(fā)揮自己最擅長(zhǎng)的部分：a-Si用于對(duì)分辨率要求不高的普通大尺寸TFT-LCD面板中[22]；IGZO則用于在大尺寸OLED面板或高分辨率TFT-LCD，如110寸以上電視[23]；LTPS受限于成本、良率等問(wèn)題，主要應(yīng)用在高分辨率小尺寸面板中，如手機(jī)、平板，其在大尺寸OLED上的應(yīng)用還有一定困難。[24]
此外，市場(chǎng)還有一種更為折中的方法，在驅(qū)動(dòng)電路中混合使用具有高遷移率和低漏電流的LTPS TFT和IGZO TFT[17]，便是Apple Watch Series 5所使用的低溫多晶氧化物（LTPO），看似無(wú)理取鬧的組合，卻兼顧了高顯示效果和低功耗，一度成為蘋(píng)果的制勝法寶。迄今為止，Apple Watch、iPad、MacBook依然使用LTPO技術(shù)。
總而言之，作為一種特性獨(dú)特的材料，IGZO的價(jià)值遠(yuǎn)沒(méi)有被榨干，現(xiàn)階段仍被學(xué)界和業(yè)界所大力研究。
縹緲的商業(yè)前景
從市場(chǎng)角度來(lái)看，IGZO空間并沒(méi)有想象中那樣大。數(shù)據(jù)顯示，2021年，全球IGZO市場(chǎng)規(guī)模為18億美元，至2027年全球市場(chǎng)規(guī)模將成長(zhǎng)至36.9億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到12.31%。[25]
目前，IGZO應(yīng)用已覆蓋到各類(lèi)消費(fèi)電子，從細(xì)分領(lǐng)域來(lái)看：顯示驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域，IGZO TFT已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，在大/中尺寸高分辨LCD和大尺寸剛性/柔性AMOLED顯示中得到商業(yè)化應(yīng)用[26]，基于IGZO TFT驅(qū)動(dòng)的顯示面板已被夏普、三星、LG等公司開(kāi)發(fā)并投入市場(chǎng)，知名產(chǎn)品包括戴爾的Dell XPS 13筆記本電腦、Razer的Razer Blade 14游戲筆記本電腦以及蘋(píng)果的iPad mini 2和iPad Air[27]，不過(guò)，現(xiàn)階段產(chǎn)品仍存在諸如亮度均勻性、器件穩(wěn)定性、成品率的問(wèn)題，后續(xù)重點(diǎn)在于高像素點(diǎn)、大尺寸、窄邊框、柔性顯示屏、VR等方面；傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，IGZO TFT依靠其制備工藝的兼容性，并對(duì)光、壓力、pH、氣味等物質(zhì)敏感，可精確探測(cè)光的波長(zhǎng)、壓力大小、pH值大小等，具有很大應(yīng)用潛力，已有小部分產(chǎn)品面世；神經(jīng)形態(tài)電子器件領(lǐng)域，基于雙電層耦合效應(yīng)和電化學(xué)摻雜的神經(jīng)形態(tài)器件的研究被大量報(bào)道，IGZO神經(jīng)形態(tài)晶體管模擬了一些重要的突觸及神經(jīng)元功能，但新興神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)發(fā)展仍處于早期階段，大規(guī)模三維集成、類(lèi)腦動(dòng)力學(xué)計(jì)算和系統(tǒng)感知仍需要不斷深入探索。[5]
夏普是最寄望于IGZO技術(shù)的公司，也是幾近壟斷市場(chǎng)的存在。反觀夏普的發(fā)展史，是一部漫長(zhǎng)的IGZO迭代史。早在2002年，夏普就已開(kāi)始研究IGZO技術(shù)。2012年，夏普正式量產(chǎn)采用IGZO技術(shù)的面板。2016年5月，鴻海集團(tuán)收購(gòu)日本夏普，當(dāng)時(shí)郭臺(tái)銘押寶的也是IGZO TFT[28]。為了將IGZO占為己有，夏普此前曾嘗試注冊(cè)IGZO商標(biāo)（其它公司都稱(chēng)為Oxide TFT），但被日本專(zhuān)利廳駁回。
迄今為止，夏普已發(fā)展迭代五代IGZO技術(shù)。根據(jù)夏普的說(shuō)法，其第五代IGZO面板不僅適用于大尺寸高刷新率面板（8K 120Hz），也適用于中小尺寸移動(dòng)產(chǎn)品，因?yàn)榈谖宕鶬GZO技術(shù)功耗降低了大約10%。更重要的是，第五代的IGZO技術(shù)不僅適用于LCD面板，還可以用于OLED面板。[29]
雖然夏普的夢(mèng)想是美好的，但現(xiàn)實(shí)好像沒(méi)那么好過(guò)。2018年，就有研究機(jī)構(gòu)稱(chēng)夏普的IGZO面板受制于昂貴售價(jià)，出貨束之高閣。[30]
在國(guó)內(nèi)，中電熊貓無(wú)疑是最早行動(dòng)的那個(gè)。2015年，中電熊貓就引進(jìn)了夏普的IGZO TFT產(chǎn)線(xiàn)，是當(dāng)時(shí)全球首條8.5代IGZO TFT液晶面板生產(chǎn)線(xiàn)[21]。但可惜的是，雖然彼時(shí)中電熊貓手握核心生產(chǎn)線(xiàn)，但受行業(yè)波峰波谷與內(nèi)部資源配置協(xié)調(diào)等因素影響，8.5代線(xiàn)自量產(chǎn)以來(lái)經(jīng)營(yíng)效率持續(xù)較低。[31]
IGZO發(fā)展簡(jiǎn)要?dú)v史，制表丨果殼硬科技
一直以來(lái)，國(guó)產(chǎn)面板廠商對(duì)IGZO技術(shù)念念不忘，卻很難做出實(shí)際動(dòng)作。一方面，當(dāng)面板尺寸越來(lái)越大，a-Si線(xiàn)路線(xiàn)徑也隨之拓寬，原本受限的電子遷移率問(wèn)題便自然解除；另一方面，IGZO與a-Si線(xiàn)路加銅制程相比，制造成本上缺乏絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。[32]
時(shí)間來(lái)到現(xiàn)在，華星光電、京東方、天馬微電子、華東科技、華映科技等國(guó)產(chǎn)廠商依然在不斷挖掘IGZO的價(jià)值，不時(shí)地將它放在未來(lái)計(jì)劃中。
需要理性看待的是，業(yè)界部分人士將IGZO誤解讀為第四代半導(dǎo)體材料，但目前沒(méi)有任何證據(jù)表明，IGZO已被劃入第四代半導(dǎo)體材料行列。此外，現(xiàn)階段業(yè)界對(duì)于IGZO的宣傳也更偏向于蹭概念，甚至在宣傳中將顯示驅(qū)動(dòng)的概念放大至蓋過(guò)面板本身。
作為新材料，IGZO是值得布局的新技術(shù)，但它并非六邊形戰(zhàn)士，在材料特性上更為偏重功耗、生產(chǎn)成本、良率，會(huì)是降低中高端面板成本和功耗的重要手段之一，也將是實(shí)現(xiàn)高性能VR、柔性屏幕、X線(xiàn)探測(cè)器等應(yīng)用的重要材料。如何挖掘出更低的生產(chǎn)成本，并更好地被人所使用將是產(chǎn)業(yè)未來(lái)需要考慮的問(wèn)題。
從去年開(kāi)始到現(xiàn)在，力積電不遺余力地宣傳其新技術(shù)已吸引到蘋(píng)果、LG等廠商主動(dòng)上門(mén)詢(xún)問(wèn)洽談合作，其全球獨(dú)家第四代氧化物半導(dǎo)體材料IGZO制程技術(shù)制造的顯示驅(qū)動(dòng)芯片可應(yīng)用在AR/VR等產(chǎn)品上，可將分辨率從2000ppi提高至5000ppi[1]。IGZO究竟是什么材料，引得蘋(píng)果如此注意？
本文是“果殼硬科技”策劃的“國(guó)產(chǎn)替代”系列第二十篇文章，關(guān)注IGZO國(guó)產(chǎn)替代。在本文中，你將了解到：IGZO是什么，有什么作用，國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況。
付斌 | 作者李拓 | 編輯果殼硬科技 | 策劃
拼配出來(lái)的材料IGZO的名字來(lái)自于四種元素的首字母，即Indium Gallium Zinc Oxide，中文名為銦鎵鋅氧化物或氧化銦鎵鋅，是由In2O3、Ga2O3和ZnO三種化合物按不同配比組成。
IGZO在行業(yè)中還有另一種稱(chēng)呼，即Oxide TFT（氧化物薄膜晶體管）。研究發(fā)現(xiàn)，一系列金屬氧化物有類(lèi)似性能，這些材料統(tǒng)稱(chēng)為Oxide TFT，不過(guò)，由于夏普長(zhǎng)時(shí)間對(duì)IGZO的宣傳，加之大部分Oxide TFT中半導(dǎo)體層采用的都是IGZO，行業(yè)仍以IGZO為主要稱(chēng)呼。[2]
IGZO具有能耗低、響應(yīng)時(shí)間短、分辨率高、良好的柔性等優(yōu)異性能，同時(shí)具有均勻性、穩(wěn)定性、工藝成本低等優(yōu)點(diǎn)。[3]
從材料性質(zhì)上來(lái)講，IGZO帶隙較寬，可達(dá)到3.5eV，電子遷移率比非晶硅高1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，最大特點(diǎn)是在非晶狀態(tài)下仍然擁有較高電子遷移率。此外，IGZO為N型半導(dǎo)體材料，在理論和技術(shù)上幾乎不可能實(shí)現(xiàn)P型。[4]
作為金屬氧化物新材料，IGZO應(yīng)用主要為顯示驅(qū)動(dòng)、傳感應(yīng)用、類(lèi)腦系統(tǒng)三大類(lèi)：顯示面板：LCD顯示驅(qū)動(dòng)、OLED顯示驅(qū)動(dòng)、柔性顯示；傳感應(yīng)用：光電探測(cè)器、壓力傳感器、pH傳感器、氣體傳感器、柔性傳感器；類(lèi)腦系統(tǒng)：DRAM、RRAM等憶阻器的溝道材料。[5]
產(chǎn)業(yè)中，使用IGZO的關(guān)鍵是元素配比和含氧量，它們會(huì)影響到器件本身的特性和穩(wěn)定性。通過(guò)調(diào)整IGZO的元素比和IGZO成膜過(guò)程中氧含量，以提升有源層特性，既可保證生產(chǎn)節(jié)拍，又能提升器件穩(wěn)定性。[6]
打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，就相當(dāng)于是一道菜中調(diào)料的配比，比例失衡就會(huì)攪亂整道菜的口感。
不同金屬氧化物的作用，制表丨果殼硬科技參考資料丨《化學(xué)工程與技術(shù)》[7]《功能材料與器件學(xué)報(bào)》[8]具體來(lái)說(shuō)，IGZO常見(jiàn)的配比為In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1或1:1:2，物相主要是In2Ga2ZnO7或InGaZnO4。[9]
不同氧濃度下a-IGZO TFT的電學(xué)性能[6]IGZO制備方法非常多，但適用于現(xiàn)階段大規(guī)模制造的制備方法主要包括磁控濺射法和原子層化學(xué)氣相沉積（ALCVD）。
IGZO的制備方法及應(yīng)用現(xiàn)狀，制表丨果殼硬科技資料來(lái)源丨《功能材料與器件學(xué)報(bào)》[8]怎么用是大問(wèn)題TFT（Thin film transistor，薄膜晶體管）無(wú)疑是IGZO的貴人。在TFT中，a-IGZO（非晶銦鎵鋅氧化物）充當(dāng)溝道材料，是傳統(tǒng)材料的替代品，此外，這種替換也只是對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行改良，改換也極為方便。
TFT是一種三端子控制器件，是顯示液晶面板的關(guān)鍵集成元件，無(wú)論是LCD還是OLED，都需要由TFT控制每個(gè)像素點(diǎn)的點(diǎn)亮與熄滅。打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，可以將TFT的作用和機(jī)制理解為一個(gè)封閉水閘，柵極是開(kāi)關(guān)式閥門(mén)，源極和漏極就如同水閘左右兩端的溝道，載流子就像水流，水流流動(dòng)地越快，制造出來(lái)的屏幕越好。[10]
隨著下游產(chǎn)品不斷迭代，市場(chǎng)開(kāi)始對(duì)顯示面板的尺寸、清晰度、柔性、能耗等參數(shù)提出要求，TFT中傳統(tǒng)非晶硅材料已無(wú)法追趕顯示面板發(fā)展速度。為了追求高速和低功耗兩種特性，學(xué)界和業(yè)界將目光放在新型氧化物半導(dǎo)體TFT和新型有機(jī)半導(dǎo)體TFT兩種器件上[11]，IGZO便是其中一種新型氧化物半導(dǎo)體TFT。
把氧化物半導(dǎo)體材料應(yīng)用到TFT中的想法最早可追溯到1964年，當(dāng)時(shí)這種TFT并沒(méi)有引起人們的關(guān)注。1985年，IGZO晶體被制備出來(lái)，因缺乏應(yīng)用形式，也沒(méi)有掀起太大的浪花。直到2004年，日本學(xué)者細(xì)野秀雄發(fā)明了第一個(gè)a-IGZO TFT，才讓IGZO的研究進(jìn)入白熱化。細(xì)野秀雄也首次證明了世界還存在其它能與低溫多晶硅（LTPS）TFT性能相媲美的TFT。[12]
在同一路線(xiàn)中，IGZO也存在諸多競(jìng)爭(zhēng)者，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在可用于TFT的候選新型材料中，IGZO脫穎而出。[13]
不同溝道材料的遷移率及禁帶寬度[8]以a-IGZO制造的TFT性能尤為出色，不僅具備高遷移率（＞8cm2/(V·s)）、低漏電流（＜10-12 A）、低亞閾擺幅（＜0.3V/dec）等優(yōu)良硬參數(shù)[14][15]，還具備透射率高、制備工藝溫度低、制造過(guò)程比非晶硅簡(jiǎn)單、均勻性好及化學(xué)穩(wěn)定性高等特性。[7]
上述特性對(duì)成像質(zhì)量起到關(guān)鍵的作用，能夠提高顯示面板分辨率，同時(shí)使得大屏幕OLED電視成為可能[16]。可以說(shuō)，憑借著美麗的材料屬性，IGZO成為推動(dòng)TFT-LCD、TFT-OLED與TFT-Micro-LED未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。[17]
更為重要的是，IGZO在TFT中的優(yōu)勢(shì)讓它找到了更多應(yīng)用：比如說(shuō)，可將a-IGZO TFT被光照射后電學(xué)信號(hào)的變化作為敏感信號(hào)，使之應(yīng)用于光電探測(cè)領(lǐng)域[18]；一些研究表明，IGZO的特性也可充當(dāng)肖特基管[19]、憶阻器有源層[20]、太空穿戴設(shè)備[8]、X射線(xiàn)傳感器、IGZO MEMS、IGZO半導(dǎo)體處理器[21]的材料。
雖說(shuō)擁有諸多優(yōu)勢(shì)，但I(xiàn)GZO也不是萬(wàn)能的，甚至可以說(shuō)，可能不是最優(yōu)畫(huà)質(zhì)的選擇。
實(shí)際上，a-Si（非晶硅）、IGZO、LTPS（低溫多晶硅，Low Temperature Poly-Silicon）都是主流的TFT技術(shù)，LTPS明顯在電子遷移率、高分辨率、窄邊框化等參數(shù)上更強(qiáng)，而IGZO的優(yōu)勢(shì)更多體現(xiàn)在功耗、制造良品率、制造成本方面。
a-Si、LTPS、IGZO TFT技術(shù)性能與生產(chǎn)性能對(duì)比，制表丨果殼硬科技參考資料丨《光電子技術(shù)》[21]正因材料本身有長(zhǎng)處也有短處，所以便各司其職，在應(yīng)用中發(fā)揮自己最擅長(zhǎng)的部分：a-Si用于對(duì)分辨率要求不高的普通大尺寸TFT-LCD面板中[22]；IGZO則用于在大尺寸OLED面板或高分辨率TFT-LCD，如110寸以上電視[23]；LTPS受限于成本、良率等問(wèn)題，主要應(yīng)用在高分辨率小尺寸面板中，如手機(jī)、平板，其在大尺寸OLED上的應(yīng)用還有一定困難。[24]
此外，市場(chǎng)還有一種更為折中的方法，在驅(qū)動(dòng)電路中混合使用具有高遷移率和低漏電流的LTPS TFT和IGZO TFT[17]，便是Apple Watch Series 5所使用的低溫多晶氧化物（LTPO），看似無(wú)理取鬧的組合，卻兼顧了高顯示效果和低功耗，一度成為蘋(píng)果的制勝法寶。迄今為止，Apple Watch、iPad、MacBook依然使用LTPO技術(shù)。
總而言之，作為一種特性獨(dú)特的材料，IGZO的價(jià)值遠(yuǎn)沒(méi)有被榨干，現(xiàn)階段仍被學(xué)界和業(yè)界所大力研究。
縹緲的商業(yè)前景從市場(chǎng)角度來(lái)看，IGZO空間并沒(méi)有想象中那樣大。數(shù)據(jù)顯示，2021年，全球IGZO市場(chǎng)規(guī)模為18億美元，至2027年全球市場(chǎng)規(guī)模將成長(zhǎng)至36.9億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到12.31%。[25]
目前，IGZO應(yīng)用已覆蓋到各類(lèi)消費(fèi)電子，從細(xì)分領(lǐng)域來(lái)看：顯示驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域，IGZO TFT已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，在大/中尺寸高分辨LCD和大尺寸剛性/柔性AMOLED顯示中得到商業(yè)化應(yīng)用[26]，基于IGZO TFT驅(qū)動(dòng)的顯示面板已被夏普、三星、LG等公司開(kāi)發(fā)并投入市場(chǎng)，知名產(chǎn)品包括戴爾的Dell XPS 13筆記本電腦、Razer的Razer Blade 14游戲筆記本電腦以及蘋(píng)果的iPad mini 2和iPad Air[27]，不過(guò)，現(xiàn)階段產(chǎn)品仍存在諸如亮度均勻性、器件穩(wěn)定性、成品率的問(wèn)題，后續(xù)重點(diǎn)在于高像素點(diǎn)、大尺寸、窄邊框、柔性顯示屏、VR等方面；傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，IGZO TFT依靠其制備工藝的兼容性，并對(duì)光、壓力、pH、氣味等物質(zhì)敏感，可精確探測(cè)光的波長(zhǎng)、壓力大小、pH值大小等，具有很大應(yīng)用潛力，已有小部分產(chǎn)品面世；神經(jīng)形態(tài)電子器件領(lǐng)域，基于雙電層耦合效應(yīng)和電化學(xué)摻雜的神經(jīng)形態(tài)器件的研究被大量報(bào)道，IGZO神經(jīng)形態(tài)晶體管模擬了一些重要的突觸及神經(jīng)元功能，但新興神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)發(fā)展仍處于早期階段，大規(guī)模三維集成、類(lèi)腦動(dòng)力學(xué)計(jì)算和系統(tǒng)感知仍需要不斷深入探索。[5]
夏普是最寄望于IGZO技術(shù)的公司，也是幾近壟斷市場(chǎng)的存在。反觀夏普的發(fā)展史，是一部漫長(zhǎng)的IGZO迭代史。早在2002年，夏普就已開(kāi)始研究IGZO技術(shù)。2012年，夏普正式量產(chǎn)采用IGZO技術(shù)的面板。2016年5月，鴻海集團(tuán)收購(gòu)日本夏普，當(dāng)時(shí)郭臺(tái)銘押寶的也是IGZO TFT[28]。為了將IGZO占為己有，夏普此前曾嘗試注冊(cè)IGZO商標(biāo)（其它公司都稱(chēng)為Oxide TFT），但被日本專(zhuān)利廳駁回。
迄今為止，夏普已發(fā)展迭代五代IGZO技術(shù)。根據(jù)夏普的說(shuō)法，其第五代IGZO面板不僅適用于大尺寸高刷新率面板（8K 120Hz），也適用于中小尺寸移動(dòng)產(chǎn)品，因?yàn)榈谖宕鶬GZO技術(shù)功耗降低了大約10%。更重要的是，第五代的IGZO技術(shù)不僅適用于LCD面板，還可以用于OLED面板。[29]
雖然夏普的夢(mèng)想是美好的，但現(xiàn)實(shí)好像沒(méi)那么好過(guò)。2018年，就有研究機(jī)構(gòu)稱(chēng)夏普的IGZO面板受制于昂貴售價(jià)，出貨束之高閣。[30]
在國(guó)內(nèi)，中電熊貓無(wú)疑是最早行動(dòng)的那個(gè)。2015年，中電熊貓就引進(jìn)了夏普的IGZO TFT產(chǎn)線(xiàn)，是當(dāng)時(shí)全球首條8.5代IGZO TFT液晶面板生產(chǎn)線(xiàn)[21]。但可惜的是，雖然彼時(shí)中電熊貓手握核心生產(chǎn)線(xiàn)，但受行業(yè)波峰波谷與內(nèi)部資源配置協(xié)調(diào)等因素影響，8.5代線(xiàn)自量產(chǎn)以來(lái)經(jīng)營(yíng)效率持續(xù)較低。[31]
IGZO發(fā)展簡(jiǎn)要?dú)v史，制表丨果殼硬科技一直以來(lái)，國(guó)產(chǎn)面板廠商對(duì)IGZO技術(shù)念念不忘，卻很難做出實(shí)際動(dòng)作。一方面，當(dāng)面板尺寸越來(lái)越大，a-Si線(xiàn)路線(xiàn)徑也隨之拓寬，原本受限的電子遷移率問(wèn)題便自然解除；另一方面，IGZO與a-Si線(xiàn)路加銅制程相比，制造成本上缺乏絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。[32]
時(shí)間來(lái)到現(xiàn)在，華星光電、京東方、天馬微電子、華東科技、華映科技等國(guó)產(chǎn)廠商依然在不斷挖掘IGZO的價(jià)值，不時(shí)地將它放在未來(lái)計(jì)劃中。
需要理性看待的是，業(yè)界部分人士將IGZO誤解讀為第四代半導(dǎo)體材料，但目前沒(méi)有任何證據(jù)表明，IGZO已被劃入第四代半導(dǎo)體材料行列。此外，現(xiàn)階段業(yè)界對(duì)于IGZO的宣傳也更偏向于蹭概念，甚至在宣傳中將顯示驅(qū)動(dòng)的概念放大至蓋過(guò)面板本身。
作為新材料，IGZO是值得布局的新技術(shù)，但它并非六邊形戰(zhàn)士，在材料特性上更為偏重功耗、生產(chǎn)成本、良率，會(huì)是降低中高端面板成本和功耗的重要手段之一，也將是實(shí)現(xiàn)高性能VR、柔性屏幕、X線(xiàn)探測(cè)器等應(yīng)用的重要材料。如何挖掘出更低的生產(chǎn)成本，并更好地被人所使用將是產(chǎn)業(yè)未來(lái)需要考慮的問(wèn)題。
