在2010年1月28～29日于姫路舉行的TFT國際會議“International Thin-Film Transistor Conference 2010（ITC'10）”上，筆者獲得了發(fā)表特邀論文（Invited Paper）的機會。所發(fā)表的內容涉及新一代FPD底板用TFT需要具備的性能。由于與會者反響熱烈，在得到ITC'10允許后，在此對其中一部分做一介紹。

ITC是TFT專業(yè)國際會議，首屆于2005年3月在首爾舉行。之后，依次在日本（北九州）、意大利、韓國及法國各舉行過一次，此次為第六屆。下屆預定在英國劍橋舉行。

此次共收集論文89篇，其中特邀論文為18篇，普通論文為71篇，在兩個會議上分別同時發(fā)表。一個會議與Si相關，另一個與氧化物和有機TFT相關。筆者雖然只參加了后者，但卻聽到了眾多令人頗感興趣的論文。另外，展板討論也盛況空間。最后的研討會以“Si類、氧化物、有機TFT，誰才是最被看好的新一代TFT”這一時令主題進行了6項發(fā)表，筆者有幸做了基調演講。在同一周還舉行了與透明非結晶氧化物半導體及其顯示器應用有關的國際會議 “International Workshop on Transparent Amorphous Oxide Semiconductors（TAOS 2010）”，會場氣氛也十分熱烈，與會者絡驛不絕，值得關注的發(fā)表也很多，內容也令人頗感興趣。但深感遺憾的是，會議只在分發(fā)的小冊子上列出了概要（Abstract），并未發(fā)表論文集（Proceedings）。

ITC '10讓人感到非常好的一點是，各位元器件專家展開了客觀討論，與會者可一邊讀著論文集一邊整理自己的思路。雖然TA0S 2010全面展示了各個企業(yè)在新一代FPD方面的戰(zhàn)略，但ITC'10還有多個報告介紹了相關論據以及比較參照示例。筆者認為，這種腳踏實地的討論非常重要。

從設計工藝看TFT的開發(fā)戰(zhàn)略～LTPS如何生存

下面來介紹一下筆者發(fā)表的部分內容。

圖1采用與MOS LSI比較的方式總結了TFT設計工藝的發(fā)展趨勢。眾所周知，MOS LSI一直是依據摩爾法則不斷微細化，從而提高電路集成密度的。由此可以類推，液晶投影儀等使用的高溫工藝多結晶Si-TFT（高溫p-Si TFT、HTPS TFT）也將沿著同樣的趨勢向前發(fā)展，原因是其工藝要比MOS LSI落后數(shù)代。這種戰(zhàn)略只有投射型顯示器用面板才可能實現(xiàn)。

而非結晶Si-TFT（a-Si TFT）在未改變設計規(guī)格的情況下，一邊擴大素玻璃底板的尺寸，一邊不斷提高生產率。這是因為，直視型顯示器即使在保持像素數(shù)的同時使面板小型化，也不能提高附加值，因此與MSO LSI相反，只能在保持屏幕尺寸的同時，通過提高生產率來降低成本。

那么，低溫多結晶Si-TFT（低溫p-Si TFT、LTPS TFT）的情況又如何呢？令人遺憾的是設計工藝并未改變，底板的大型化僅停留在第四代（680mm×880mm～730mm×920mm）的水平。也許 LTPS的各位專家會對圖中提出“模糊戰(zhàn)略（Vague Strategy）”的說法感到不快，但筆者要說的是，LTPS的發(fā)展戰(zhàn)略并不像a-Si TFT及高溫p-Si TFT那么清晰。

圖1：通過與MOS LSI比較總結TFT設計工藝的發(fā)展趨勢在得到ITC'10允許后從發(fā)表資料轉載而來。(點擊放大)


業(yè)內普遍認為“LTPS通過內置電路便可提高附加值”，但情況果真如此嗎？筆者在預測到LTPS在柔性領域的應用后，一直在使用“SOP（System on Panel）”，而非“SOG（System on Glass）”的說法，但SOP比外置LSI便宜的時代已經結束。

比如10年前內置幀存儲器的高功能驅動LSI還高達10美元左右。如果當時能夠通過TFT整個內置該功能的話，即使成品率略有下降，SOP仍有可能更便宜一些。但現(xiàn)在該驅動LSI不僅價格下降了一位數(shù)，而且在設計工藝上也與SOP逐年拉開距離。就物理角度而言，通過TFT實現(xiàn)同等性能指標早已是不可能的事情。也就是說，SOP這一概念本身已失去存在的意義。

那么，LTPS如何才能生存下去呢？筆者認為有兩個可行手段。一是內置LSI無法實現(xiàn)的功能。比如市場對內嵌式多點觸控屏幕的需求很大。如果在與不易受到液晶單元間隙變化影響的IPS液晶組合，保持高開口率的同時實現(xiàn)內嵌化的話，便可形成有別于a-Si TFT的差異化技術。而且最好是在有源矩陣驅動的有機EL機面板上實現(xiàn)內嵌化。

另一個是在新一代TFT技術確立之前推進底板的大型化。在氧化物TFT解決可靠性問題，從而實現(xiàn)量產之前，將生產線最低推進到第六代（1500mm×1800mm左右），可能的話最好推進至第八代（2200mm×2500mm左右），這樣一來，不用說有源型有機EL面板，就是 “2K×4K（2000×4000像素左右）液晶面板支持3D”，也是有可能實現(xiàn)的。不過，如果一直墨守準分子激光退火（ELA）技術的話，可能會很難實現(xiàn)底板大型化。

新一代FPD用TFT要求的性能～遷移率要達到10cm2/Vs

圖2是對新一代FPD要求的TFT遷移率進行估計的示例。這些估計是在以下設想條件下做出的：50英寸面板，采用Cu布線，TFT為Non-S/A結構，設計工藝為5μm，而且不使用特殊的元器件結構及驅動條件也可確保數(shù)據穩(wěn)定寫入。這樣，要想控制驅動LSI的成本，就必須采用單掃描方式。而且，打算應用于3D顯示器時，還要支持240Hz驅動。另外，圖中越向右走傾斜度越高，其原因在于，寄生容量增加使掃描波形變緩，實際選擇時間的縮短速度超過了掃描線數(shù)增加的比率。

圖2：對新一代FPD要求的TFT遷移率進行估計的示例設想的條件是：50英寸面板，采用Cu布線，TFT為Non-S/A結構，設計工藝為5μm。在得到 ITC'10允許后從發(fā)表資料轉載而來。(點擊放大)


圖3匯總了2K×4K面板（追加了70英寸的估計值）和超高清面板要求的遷移率。從中可以看出，要想使2K×4K的大尺寸面板用途覆蓋至3D，遷移率需要達到10cm2/Vs左右。

從以前公布的微結晶Si TFT及氧化物TFT的遷移率來看，氧化物TFT可用于2K×4K級的所有應用。而微結晶Si雖然施以各種手段后也有望實現(xiàn)該級別的應用，但還需要進一步提高遷移率。另外，要想將覆蓋范圍擴大至超高清的話，即使是氧化物TFT，特性也可能會出現(xiàn)不足，但業(yè)務用途的話，可以考慮采用雙掃描。實際上，氧化物 TFT的用途范圍還有望覆蓋數(shù)字電影等領域。
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圖3：對新一代FPD要求的TFT遷移率進行的匯總 50英寸和70英寸面板的2K×4K面板以及50英寸超高清面板的示例。在得到ITC'10允許后從發(fā)表資料轉載而來。(點擊放大)


如上所述，如果從設計角度來考慮TFT特性要求的話，氧化物TFT無疑是新一代FPD領域的最佳選擇。雖然氧化物TFT在可靠性上還公認存在課題，但電壓及電流的承受能力超過a-Si TFT的話，至少能夠足以用于液晶面板。而且光泄漏電流的問題估計也可通過改進元器件結構得以解決。只要確保可靠性的實用性退火條件得以確立下來，也許立即就會多出一種選擇，也就是“使用大尺寸底板進行量產”。

另外，在用于有源型有機EL面板時，閾值電壓（Vth）穩(wěn)定性的要求會更加嚴格。因此，當只通過工藝條件無法解決時，可能還需要采取補償電路等對策。（特約撰稿人：松枝 洋二郎，松枝咨詢）

參考文獻

1）Matsueda, Y.,“Required Characteristics of TFTs for Next generation Flat Panel Display Backplanes,”The Proceedings of the 6th International Thin-Film Transistor Conference, pp.314-317, 2010.