面向OLED显示的氧化物半导体材料基因工程：从设计到生产

闫宗楷¹，王辛瑜¹，朱俊²，向勇¹*

¹ 电子科技大学材料与能源学院，成都，611731，中国

² 电子科技大学电子科学与工程学院，成都，611731，中国

摘要：近年来，以OLED为代表的平板显示技术得到了飞速发展，已被广泛用于可穿戴电子设备和柔性显示设备。在OLED面板中各像素中器件的导通和关断是由每个独立薄膜晶体管（TFT）控制的。随着显示技术的发展，特别是超高清（8K × 4 K）显示应用技术的发展，对OLED器件的响应频率要求越来越高。根据，响应频率主要取决于器件物理尺寸和沟道层材料的半导体迁移率，因此应尽可能增大器件载流子迁移率，以进一步提高OLED显示性能。对比不同的沟道层材料，非晶氧化物半导体（AOS）由于其适合大面积制备、生产成本低和相对高的载流子迁移率等特点，成为短期最佳的沟道层选择方案。其高载流子迁移率的原因是：ns（n> 4）宽电子轨道以球形对称分布，确保其非晶形态仍可以实现较大程度的ns轨道重叠，为载流子提供了良好的传输通道。此外，制备工艺也是影响其载流子迁移率的重要原因，不同沉积方法、热处理温度和氧分压等参数会影响元素、晶体结构和能带结构的分布均匀性，进而影响AOS费米能级与导带的相对位置和迁移势垒的分布规律，最终影响载流子的输运特性。采用材料基因工程方法可以加速对AOS成分设计和工艺优化的过程。为实现高迁移率AOS研发，首先需要借助密度泛函等计算方法，实现对AOS成分的初步设计和筛选，即通过改变不同元素种类及其比例，找到可行的元素组合。然后通过高通量实验方法制备和表征不同AOS的成分、结构和半导体性能，筛选具有优良性能的AOS材料和制备工艺。此外，考虑到实际生产中，溅射产额等工艺参数会随着制备过程的进行发生改变，因此通常需要定期对生产工艺参数进行调节，以确保高良率。但是，过于频繁的调整会降低生产效率。因此，理想的AOS材料不仅应具有优异的半导体性能，还应具有较宽的工艺参数容限，以确保高良率的同时提高生产效率。此外，考虑到过去新材料从实验室向工业生产的转化过程较为漫长，为实现新材料的快速转化，应融合科研机构和生产企业，形成覆盖材料发现、材料放大和材料生产全流程过程的协同创新网络。并通过收集上述过程的材料数据形成数据库，并在此基础上构建：材料性能需求—材料成分筛选—制备工艺优化—生产工艺参数预测模型，从而实现具有高良率和高产率特征的高性能TFT大规模制造。

关键词：材料基因工程；非晶氧化物半导体；薄膜晶体管；协同创新网络；人工智能引擎

* 通讯作者: xyg@uestc.edu.cn., 028-61831556.