Ein wichtiges Halbleitermaterial: IGZO

Einführung

 Indium-Gallium-Zinkoxid (IGZO)-Dünnfilme sind ein einzigartiges und innovatives Verbundhalbleitermaterial, das die Displayindustrie revolutioniert hat, da es gegenüber herkömmlichen Silizium-basierten Transistoren enorme Vorteile in Bezug auf Leistung, Geschwindigkeit und Kosteneffizienz bietet. Es findet in einer Vielzahl von Industrie- und Gewerbeanwendungen Verwendung, von Touchpanels für Flüssigkristallbildschirme, organischen Leuchtdioden, OLED-Displays, transparenten leitfähigen Filmen bis hin zu Dünnschichttransistoren (TFTs). IGZO wurde erstmals 2003 von einem Forscherteam des Tokyo Institute of Technology unter der Leitung von Professor Hideo Hosono entdeckt, die feststellten, dass die Eigenschaften des Indium-Zinn-Oxid (ITO)-Dünnfilms erheblich verbessert werden können, indem Zinnatome durch Zink ersetzt werden. 

IGZO-Dünnfilm

 Zur Herstellung von IGZO-Dünnfilmen wird ein Prozess namens Sputtern eingesetzt. Sputtern ist ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren, bei dem Ionen auf ein Targetmaterial beschossen werden, wodurch Atome herausgelöst werden, die sich auf einem Substrat ablagern und einen Dünnfilm bilden. Bei IGZO wird das Sputtern in einer Hochvakuumkammer durchgeführt, die mit einem Gaseinlass ausgestattet ist, in der sich das gewünschte Targetmaterial befindet. Das Target wird dann von einem aus Hochspannungsentladungen erzeugten Plasma bombardiert, was zur Freisetzung von Atomen führt, die sich ablagern und den gewünschten Dünnfilm bilden. Im Vergleich zu anderen Alternativen ermöglicht das Sputtern die Herstellung gleichmäßiger, hochqualitativer und hochreiner Dünnfilme mit steuerbarer Dicke unter Verwendung weniger komplizierter Ausrüstung als chemische Methoden. 

Ein IGZO-Sputtertarget

 Zu den Hauptkunden dieses Materials gehören einige der weltweit führenden Unternehmen in der Displayindustrie wie Sharp, Sony, LG, Samsung und Apple. Samsung Electronics war einer der Pioniere bei der Massenproduktion von IGZO-TFT-LCDs im Jahr 2012, gefolgt von Sharp und LG Display. Heute liefern sie IGZO-Produkte für verschiedene Anwendungen in der Displaytechnologie wie Smartphones, Tablets, ultradünne Laptops und Fernseher. Aufgrund seiner schnellen Reaktionszeiten, geringen Leistungsaufnahme, hohen Transparenz und Fähigkeit, schnelle Displayaktualisierungen ohne Interferenz zu ermöglichen, wird IGZO zunehmend intensiv in der Displayindustrie eingesetzt. 

Zukunft von IGZO

 In jüngster Zeit untersuchen und verbessern Forscher den Einsatz von IGZO in verschiedenen elektronischen Geräten. Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Nagoya University entdeckte, dass die Einbindung von Stickstoff in das IGZO-Material eine höhere Elektronenbeweglichkeit ermöglicht, was zu schnelleren Aktualisierungsraten für Displayanwendungen führt. Darüber hinaus haben Forscher des Korea Advanced Institute of Science and Technology KI-Algorithmen implementiert, um eine Methodik zu entwickeln, die die Funktionalität von IGZO-basierten Photodetektoren verbessert und ihre Genauigkeit und Effizienz steigert. Darüber hinaus erzielten japanische Forscher der Okayama University einen Durchbruch in Bezug auf die Stabilität von IGZO-Transistoren, der wichtigsten Komponente aller elektronischen Geräte, die die Stärke elektrischer Ströme bestimmt. Sie fügten Stickstoff in den IGZO-Dünnfilm ein, um seine Konzentration anzupassen und elektronische Schwankungen erheblich zu reduzieren, was zu einer erhöhten Stabilität der Transistoren führt. 

Schlussfolgerung

IGZO-Dünnfilm hat enormes Potenzial als transparentes Leitermaterial für zukünftige elektronische Anwendungen. Die Entwicklung dieses Materials reicht bis in die frühen 2000er Jahre zurück, aber in letzter Zeit hat sich sein Einsatz, insbesondere in der Displaytechnologie, durch kontinuierliche Forschung und Weiterentwicklung stark verbreitet, da seine Vielseitigkeit der Marktdynamik entspricht. Mit Großkonzernen wie Apple