IGZO 是什麼技術?

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現在主流的 TFT 技術有 a-si、igzo 、 ltps 、htps 等等，htps 一般不用於手持設備，a-si、igzo 、 ltps 這三種的解釋上一張圖（嚴格來說，這張圖的信息其實不太準確，有時間我自己做一張圖補上）——

非晶硒就是 a-si，這三種技術在成本和效果上從左到右依次遞增。

「 IGZO 是什麼? 」

IGZO 是銦鎵鋅氧化物 (indium gallium zinc oxide) 的縮寫，是用於新一代薄膜晶體管技術中的材料。

TFT 指的就是「薄膜電晶體」。TFT 位於液晶面板的下方玻璃基板中的像素驅動模組中，其形態為薄膜狀，與像素元件一起嵌入在這個驅動模組當中。通常而言，TFT 的特徵與半導體電晶體基本相同，其驅動電流對像素電容充電，並點亮像素的電器轉換裝置。而 IGZO 材料則使用在 TFT 上。

上面那張圖不準確的地方就在 PPI 沒有限制，但是有適宜的數值：手持設備必須考慮耗電量。詳見這個回答：iPad mini 支持 retina 需要增加多少電池？

還有，new iPad 用的不是 IGZO。我錯了 T T，小的是罪人，求大家原諒...

圖片來源：IGZO面板 - 財經百科

以下是我為「半導體那些事」知乎專欄寫的文章

鏈接：富士康收購夏普，無非為了這個技術 - 半導體那些事 - 知乎專欄

八月十二日，鴻海集團和夏普同時宣布，已經通過了中國商務部的反壟斷審查，至此，持續多月的富士康35億美元收購夏普塵埃落定。在日本歷史上，第一次有一家大型電子公司被海外企業收購，這樣的消息讓大家唏噓不已。夏普對於液晶面板市場的判斷失誤，導致了巨額虧損。那麼富士康為何收購凈資產為負值的夏普？其主要原因在於夏普的顯示面板廠以及相關技術專利。其中最重要的一項技術便是IGZO。

1、什麼是IGZO，它能做什麼？

IGZO的全稱是indium gallium zinc oxide，中文名叫氧化銦鎵鋅。簡單來說，IGZO是一種新型半導體材料，有著比非晶硅（α-Si）更高的電子遷移率。IGZO用在新一代高性能薄膜晶體管（TFT）中作為溝道材料，從而提高顯示面板解析度，並使得大屏幕OLED電視成為可能。隨著科研活動的深入，人們發現一系列的金屬氧化物有著類似的性能，因此統稱為Oxide TFT。由於夏普長時間對IGZO的宣傳以及人們先入為主的認識，很多人還是喜歡叫IGZO。本文不區分IGZO和Oxide TFT的區別，並且用IGZO統一指代。目前市場上大家熟悉的4k, 5k高分辨顯示屏，還有ipad都使用了該技術。

為什麼顯示器上面需要薄膜晶體管？為什麼我們要更高的電子遷移率？事實上，市面上的平板顯示器，無論是LCD，OLED還是LED，其每一個像素點的點亮以及熄滅都由薄膜晶體管來單獨控制。無論哪種技術，我們都希望電子的運輸越快越好。遷移率用一個形象的比喻來說就相當於火車的速度。如果火車速度慢，為了在規定的時間內運輸一定量的電子，我們要麼鋪設多條鐵軌，要麼增加車廂數量。同樣，如果電子遷移率高，每個晶體管就可以做小，從而把每個像素做小，實現高分辨顯示。

2、IGZO發展歷史

IGZO的發明人是東京工業大學教授細野秀雄（Hideo Hosono）。作為材料學家他2004年在《自然》雜誌上首次報道了柔性透明IGZO薄膜晶體管，載流子遷移率在10 cm2 V-1 s-1左右，引起了轟動。為什麼如此呢？對於電子材料熟悉的朋友一定都知道單晶硅的載流子遷移率在500 cm2 V-1 s-1以上，然而一旦把材料生長溫度降低，非晶硅（α-Si）的場效應遷移率最多只有1 cm2 V-1 s-1，有幾百倍的性能降低。之前科學家對於半導體的認識大多都是基於硅，認為低溫條件下生長的無定形金屬氧化物難以取得很好的性能。IGZO的發明打破了人們的偏見。

新的科學發現帶來新的商業價值。10 cm2 V-1 s-1的遷移率其實相比於單晶硅一點都不高，但是單晶硅上千度的生長和處理溫度限制了大尺寸的生長。目前商用晶圓的最大直徑也就400毫米。作為對比，目前商業化最大的面板尺寸Gen 10是3.1米×2.9米。

Applied Materials 2.2m X 2.4m Gen 8 PECVD system

顯然，單晶硅不適合顯示領域，人們被迫使用性能慘不忍睹的非晶硅長達三十多年。低於350°C的生長以及後處理溫度使得IGZO可以用磁控濺射的方法大規模生長在玻璃襯底上面。夏普和日本半導體能源研究所首先將IGZO商業化，LG、三星以及國內的京東方、華星光電等面板廠也跟進。高分辨顯示器對於提高視覺感受具有重要的意義。前幾年筆記本電腦以及顯示器上面解析度的止步不前就是由於非晶硅的瓶頸。隨著IGZO的商業化，這一兩年4k顯示屏才慢慢出現。相信不久的將來8k也不是夢。

這邊岔開一句，2004年的文章中，細野秀雄就展示了柔性襯底上的晶體管陣列。目前業界預測2018年才會有真正柔性的顯示屏上市。一項技術從研究成果到最終商業化，需要花費十幾年的時間。科研活動需要科學家和工程師的耐心以及遠見，然而一旦成功應用就能給社會帶來巨大的財富和貢獻。我後面會在別的文章中具體討論柔性顯示面板。

3、與現有技術相比優勢

目前市場上成熟的技術是非晶硅以及低溫多晶硅（Low-Temperature Poly Silicon，LTPS）。我們之前討論過，由於玻璃面板只能承受350°C左右的處理溫度，無法在上面生長單晶硅，甚至無法生長多晶硅（600~1000°C）。一個妥協的做法是先使用低溫等離子體增強化學汽相沉積（PECVD）生長非晶硅，然後採用激光退火的辦法，在很短的時間內提高薄膜溫度，重結晶得到多晶硅。這樣做出來的LTPS由於使用XeCl激光，成本很高，同時薄膜均一性不佳，只能用在小的面板上（Gen 6），進一步提高了成本。LTPS可以實現高達100 cm2 V-1 s-1的載流子遷移率，因此目前用於高DPI的手機屏幕上。

我們下面來看一下α-Si，IGZO以及LTPS TFT的轉移特性曲線，具體談談差別。從圖中我們可以看到，由於遷移率α-Si&

三種技術的總結如下：α-Si由於成熟的工藝、低廉的價格，雖然性能孱弱依然是市面上的大頭，用在電視、電腦顯示器、還有低端平板電腦上面。LTPS性能強大、可靠性高，雖然價格昂貴但是依然主導高端手機屏幕。IGZO性能介於兩者中間，價格與α-Si接近，未來有希望完全取代α-Si並蠶食部分LTPS市場。

以上描述的是已經商用的IGZO。事實上IGZO的下一步研發還在繼續中。今年2016國際顯示學會SID顯示周（Display Week）上，夏普就發布了載流子遷移率高達65 cm2 V-1 s-1的top-gate self-aligned結構的晶體管，這樣的性能已經接近LTPS，不僅可以用來控制像素點，還能在玻璃上直接用IGZO製造周邊驅動電路。希望不久的將來，IGZO能擊敗LTPS，一統江湖！

4、高性能顯示屏

目前市面上銷售的IGZO產品，除了之前介紹的ipad， 4k 5k iMac之外，還有夏普32寸UltraHD 4k顯示器，戴爾的UltraSharp顯示器，熊貓55寸4k電視（夏普授權）以及所有的4k筆記本電腦。我來說說夏普在這次國際會議上展示的最先進技術吧，這部分直接看圖說話。當然，這裡展示的都是產品原型。最終是否上市還有待時日。

5、總結

通過以上介紹，希望大家能夠對IGZO技術有了初步的了解。也通過我的介紹，大家可以一窺夏普在顯示領域的優良資產。巨資收購夏普之後，富士康的母公司鴻海集團將擁有最雄厚的顯示面板技術。這不僅幫助鴻海穩固大客戶蘋果公司，也方便自己布局物聯網、智能硬體等產業。事實上，高性能的薄膜晶體管不僅可以用在顯示屏上，還可以取代傳統的基於單晶硅的電子晶元，用在那些不需要強大計算能力，成本控制嚴格的柔性電子、感測器、可穿戴設備上來。這個部分我會在今後的文章中具體闡述。

今天是 2012 年 10 月 13 日，未有任何蘋果產品使用 IGZO 面板 [3]，The new iPad 使用的液晶面板，還跟 iPad 2 一樣，是多晶硅（ amorphous Silicon）[6]。第一個使用 IGZO 的手機 Sharp SH-02E 也已經發布，不排除以後出現在蘋果的產品線上。

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IGZO（Indium Gallium Zinc Oxide）為氧化銦鎵鋅的縮寫，是一種薄膜電晶體技術，在 TFT-LCD 主動層之上，打上一層金屬氧化物。IGZO 技術由夏普（Sharp）掌握，是與日本半導體能源研究所共同開發的產品。IGZO 的載子移動率大約為 10cm2/Vs，臨界電壓飄移幾乎一致。IGZO 技術可提高面板性能、降低成本，但 IGZO 技術對光、水以及氧都相當敏感，長時間使用之可靠度與穩定性，亦須增強。IGZO 與非晶矽相比，IGZO 能夠縮小電晶體尺寸，可提高液晶面板畫素的開口率，較易實現高精細化，解析度高出一倍，電子遷移率快十倍，將簡單的外部電路整合至面板之中，使移動裝置更輕薄，耗電量也降至 2/3。[1]

Sharp 計劃於今年度內（2013 年 3 月底前）在日本推出搭載 IGZO 面板的智慧型手機以及平板電腦產品，且 Sharp 並計畫提供 IGZO 面板給持續進行資本合作協商的台灣鴻海(2317)。IGZO 面板的耗電力可降至現行面板產品的 1/5，Sharp 已於今年春天利用龜山第2工廠進行量產。[5]

The iPad 2 uses amorphous Silicon for the LCD Active Matrix Thin Film Transistors (AM TFTs), the same display technology found in most Tablets, laptops, and desktop monitors. On the other hand, the iPhone 4 uses Low Temperature Poly Silicon (LTPS) because the much higher ppi requires smaller AM TFTs in order to maintain satisfactory brightness and efficiency. However, it』s more complex and costly to produce. One of the biggest rumors was that Apple was going to use Sharp』s IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide), which is better at high ppi and lower cost than LTPS. But it』s a new technology and Sharp publicly announced in December that it was experiencing startup delays. LG and Samsung have also been working on IGZO technology. The question is when, not if, this technology will be coming to future Retina Displays (and non-Apple Tablets and Smartphones). It will also be coming to laptops, monitors, and televisions, possibly even Apple』s. Our lab measurements show that IGZO is desperately needed for the new iPad high ppi display because of the high power and large batteries it currently needs. And, counter to the rumor mill, IGZO can do IPS (in Plane Switching) technology that is found on the iPad 2 and iPhone 4 displays, see below. [6]

So what display technology is in the new iPad? According to DisplaySearch it is still amorphous Silicon that has been pushed to its extreme upper ppi limit. Apple has a nice video on their website that discusses advanced dual plane LCD technology that they say is there to reduce sub-pixel crosstalk in the new iPad. It』s actually technology originally developed by Sharp and other companies to increase the aperture ratio and brightness efficiency of these very high ppi LCDs. Another interesting display technology mystery: while Apple』s official website Tech Specs and Features list IPS (In Plane Switching) as the LCD technology used in both the iPads and iPhone 4/4S (which provides wide viewing angles) the displays from all suppliers actually come with FFS (Fringe Field Switching) licensed from Hydis, which is related to IPS technology. This is also the case for many Android Tablets, including the Amazon Kindle Fire, Barnes Noble Nook Tablet, and even the Samsung Galaxy Tab 10.1. [6]

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[1] IGZO面板 - 財經百科 - 財經知識庫 - MoneyDJ理財網 | http://www.moneydj.com/KMDJ/Wiki/WikiViewer.aspx?KeyID=c6c568b4-4ad5-4a46-9b61-40461369eaf1#ixzz29AAN5D8Y

[2] Indium gallium zinc oxide - Wikipedia, the free encyclopedia | http://en.wikipedia.org/wiki/Indium_gallium_zinc_oxide

[3] IGZO - 繁體中文搜索 Google Search | https://encrypted.google.com/search?lr=lang_zh-TWq=IGZO

[4] Hands-on with the first IGZO panel smartphone, Sharp"s SH-02E | http://www.theverge.com/2012/10/11/3487390/sharp-igzo-sh02e-docomo-hands-on

[5] Sharp裁員人數傳增至1.1萬人將推IGZO智慧機/平板 | http://www.moneydj.com/KMDJ/News/NewsViewer.aspx?a=1bbbff23-7940-44c4-bb0e-27e7529799f9

[6] new iPad Display Technology Shoot-Out | http://www.displaymate.com/iPad_ShootOut_1.htm

上面把IGZO的概念都說的非常詳細了。補充一點，igzo的優點在於漏電流非常小，也就是說可以非常省電。同時igzo電子遷移率性能介於非晶硅和ltps之間，但是製作工藝比ltps要簡單且良品率高，這樣造成了igzo可以從最小尺寸做到最大尺寸面板。對非晶硅是一種取代式的技術，對ltps是在可見的時間內大尺寸佔優的技術。所以基本上來說igzo是集各家所長並在製程可達範圍內目前很優秀的一種技術。

IGZO是銦鎵鋅氧化物（InGaZnO4）。

目前的平板基本都是薄膜晶體管驅動主動式的液晶顯示器（Thin film transistor active matrix liquid crystal display). 像素是液晶的，像素是薄膜晶體管提供驅動電流點亮的。像素的明暗強度取決於晶體管提供的電流大小。而晶體管的飽和電流取決於薄膜晶體管通道層半導體的載流子遷移率，也就是@luckystar圖片里提到的非晶硅，多晶硅和銦鎵鋅氧化物。通常非晶硅的載流子遷移率最小，其次為銦鎵鋅氧化物，最好的是多晶硅。

那如果用非晶硅的薄膜晶體管驅動液晶面板會如何呢？由於電流較小，驅動電壓較高，比較費電，甚至無法驅動高密度像素的像素點。那麼，為什麼不用多晶硅薄膜晶體管去驅動呢？由於多晶硅薄膜裡面晶粒大小的影響，在大面積上面，無法得到均勻的薄膜，這樣無法製備大面積的面板。比如30寸顯示器，如果用多晶硅薄膜晶體管驅動，那麼不同的位置，顯示的亮度會不同。另外一個確定是多晶硅面板的製作工藝相當複雜，成本會比非晶硅和IGZO的面板來的高。

所以人們研發了銦鎵鋅氧化物，這種材料的形態是非晶的，所以沒有晶粒大小的問題，限制面板的均勻性。理論上可以製作非常大面積的面板（當然，取決於生產設備的限制）。另外一個優勢就是，它的驅動電壓很低，可以小於1V。那麼它是相當省電的。之前夏普公司推出面板的時候表明，如果用在ipad上面，現在10是小時續航，可以延到24個小時。相當可觀。

至於解析度，IGZO並沒有300ppi的限制，夏普已經發布了300ppi解析度的IGZO面板手機。我們還是期待這種材料的面板的普及吧。