半導體能否脫離矽?
http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-08 18:38:09 來源:技術在線
矽(Si)是在半導體世界中,與CMOS製造技術一道從眾多的化合物半導體中勝出的。不過,矽未必能夠成為主角的卻有以下兩大應用領域。
一是LED等使用的發光半導體。在LED領域,氮化镓(GaN)係材料擔當主要角色,且呈增長勢頭越來越旺。業界同時也在研究矽係在IC用微細發光元件方麵的用途,但由於效率方麵存在原理上的弱點,似乎沒有超越GaN係材料的可能。
另一個是以大麵積應用為前提的電子產品。包括電子紙、大麵積顯示器、太陽能電池及功能性窗玻璃等。在這些領域,結晶矽由於成本高,材料的確保一直不盡人意。而另一方麵,又有很多“非我莫屬”的半導體材料出現,因此矽係材料3年後能否還保持目前的地位則難以預料。
比如液晶顯示器方麵,主要用作TFT的材料的非晶矽和低溫多晶矽。但是,非晶矽存在載流子遷移率低的缺點,低溫多晶矽存在需高溫加工、性能差異大、不適合大麵積應用等缺點。今後將全麵展開的有機EL麵板,需要保證5cm2/Vs甚(shen)至(zhi)更(geng)高(gao)的(de)載(zai)流(liu)子(zi)遷(qian)移(yi)率(lv),而(er)且(qie)必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)性(xing)能(neng)差(cha)異(yi)小(xiao)的(de)材(cai)料(liao)。在(zai)業(ye)界(jie)日(ri)益(yi)關(guan)注(zhu)麵(mian)板(ban)柔(rou)性(xing)的(de)形(xing)勢(shi)下(xia),現(xian)有(you)的(de)矽(gui)材(cai)料(liao)則(ze)顯(xian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)不(bu)能(neng)夠(gou)適(shi)應(ying)。
替代矽的半導體材料的開發目前正處於戰國時代。夏普、大日本印刷、凸版印刷、卡西歐計算機、韓國三星電子、韓國三星SDI、韓國LG電子及美國惠普等公司在柔性電子紙及大型有機EL麵板的TFT開發等領域展開了激烈競爭。
三星傾力研究某種材料
各家都在傾力開的材料中,目前最為接近實用化的是氧化鋅(ZnO)、In-Ga-Zn-O(IGZO或GIZO)等氧化物半導體。三星電子旗下的研究所——三星尖端技術研究所(SAIT),在2007年12月於劄幌舉辦的顯示器技術國際學會“14th International Display Workshop(IDW)2007”上,兩個研究小組分別就TFT材料使用GIZO的有機EL麵板發表了演講(演講序號AMD9-1和AMD9-3)。對此,相關人士表示,“三星在GIZO TFT上如此傾心投入,真令人吃驚”。
其中,就GIZO TFT製成的4英寸QVGA有機EL麵板發表演講的SAIT Display Lab.的Jang-Yeon Kwon在講演中提到了以下幾點:GIZO TFT與原來的非晶矽TFT成本基本相同;對有機EL麵板來說具有足夠的性能;製造工藝的溫度基本在200℃以下,能夠用於柔性底板。Jang-Yeon Kwon表示“使用GIZO TFT的大尺寸有機EL電視有望在不久的將來實現”。
ZnO也不遜色於GIZO。ZnO在歐美自古以來便被用作嬰兒爽身粉,對人體的安全性較高,有可能應用於包括TFT在內的廣泛用途。近來,還出現了向GaN係材料占優勢的LED等領域滲透的勢頭。
除氧化物半導體外,可使用印刷技術、成本低、材料選擇空間大的有機半導體材料方麵,則有NEC開發的塗布使用碳納米管(CNT)的技術,以及塗布使用矽膠的技術等。這些技術均參與了大麵積電子產品用半導體的競爭。哪種材料、哪家廠商能夠取勝正受到業界的密切關注。