苹果为何锁定IGZO?

作者: 付斌

来源: 果壳硬科技

发布日期: 2023-03-03 20:00:41

IGZO是一种重要的氧化物半导体材料,广泛应用于显示驱动、传感器和类脑系统等领域。它具有低能耗、高响应速度和良好柔性等优点,受到苹果等公司的关注。IGZO市场在未来将持续增长,但仍面临亮度均匀性和器件稳定性等挑战。

IGZO是一种在行业中被广泛使用但却很少引起注意的材料。从八年前的iPad Pro,到现在的Apple Watch、iPad、MacBook和显示器,都或多或少存在它的身影。

从去年开始到现在,台积电不遗余力地宣传其新技术,吸引到苹果、LG等厂商主动上门洽谈合作,其全球独家第四代氧化物半导体材料IGZO制程技术制造的显示驱动芯片可应用在AR/VR等产品上,可将分辨率从2000ppi提高至5000ppi。

IGZO的名字来自于四种元素的首字母,分别是铟(In)、镓(Ga)、锌(Zn)和氧(O),中英文名为铟镓锌氧化物或氧化铟镓锌。IGZO在行业中还有另一种称呼,即氧化物薄膜晶体管(Oxide TFT)。研究发现,一系列金属氧化物有类似性能,这些材料统称为Oxide TFT,不过,由于夏普长期对IGZO的宣传,加之大部分Oxide TFT中半导体层采用的都是IGZO,行业仍以IGZO为主要称呼。

IGZO具有能耗低、响应时间短、分辨率高、良好的柔性等优异性能,同时具有均匀性、稳定性、工艺成本低等优点。IGZO的带隙较宽,可达到3.5eV,电子迁移率比非晶硅高1~2个数量级,最大特点是在非晶状态下仍然拥有较高电子迁移率。此外,IGZO为N型半导体材料,在理论和技术上几乎不可能实现P型。

作为金属氧化物新材料,IGZO应用主要为显示驱动、传感应用、类脑系统三大类:显示面板:LCD显示驱动、OLED显示驱动、柔性显示;传感应用:光电探测器、压力传感器、pH传感器、气体传感器、柔性传感器;类脑系统:DRAM、RRAM等忆阻器的沟道材料。产业中,使用IGZO的关键是元素配比和含氧量,它们会影响到器件本身的特性和稳定性。

通过调整IGZO的元素比和成膜过程中氧含量,以提升有源层特性,既可保证生产节拍,又能提升器件稳定性。

TFT(薄膜晶体管)无疑是IGZO的贵人。在TFT中,a-IGZO(非晶铟镓锌氧化物)充当沟道材料,是传统材料的替代品。此外,这种替换也只是对现有生产线进行改良,改换也极为方便。

TFT是一个三端子控制器件,是显示液晶面板的关键集成元件,无论是LCD还是OLED,都需要由TFT控制每个像素点的点亮与熄灭。随着下游产品不断迭代,市场开始对显示面板的尺寸、清晰度、柔性、能耗等参数提出要求,TFT中传统非晶硅材料已无法追赶显示面板发展速度。

为了追求高速和低功耗两种特性,学界和业界将目光放在新型氧化物半导体TFT和新型有机半导体TFT两种器件上,IGZO便是其中一种新型氧化物半导体TFT。

从市场角度来看,IGZO空间并没有想象中那么大。数据显示,2021年,全球IGZO市场规模为18亿美元,至2027年全球市场规模将成长至36.9亿美元,年复合增长率达到12.31%。

目前,IGZO应用已覆盖到各类消费电子,显示驱动应用领域,IGZO TFT已实现量产,在大/中尺寸高分辨LCD和大尺寸刚性/柔性AMOLED显示中得到商业化应用,基于IGZO TFT驱动的显示面板已被夏普、三星、LG等公司开发并投入市场,知名产品包括戴尔的Dell XPS 13笔记本电脑、Razer的Razer Blade 14游戏笔记本电脑以及苹果的iPad mini 2和iPad Air。

不过,现阶段产品仍存在诸如亮度均匀性、器件稳定性、成品率的问题,后续重点在于高像素点、大尺寸、窄边框、柔性显示屏、VR等方面。

总而言之,作为一种特性独特的材料,IGZO的价值远没有被榨干,现阶段仍被学界和业界所大力研究。如何挖掘出更低的生产成本,并更好地被人所使用将是产业未来需要考虑的问题。

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