東工大細(xì)野秀雄：自己的發(fā)明被全世界采用是最幸福的事情

作為用于驅(qū)動(dòng)新一代平板顯示器的TFT用材料，透明非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體IGZO（In-Ga-Zn-O）頗受關(guān)注。業(yè)界期待IGZO能夠成為前所未有的驅(qū)動(dòng)大屏幕高畫(huà)質(zhì)有機(jī)EL電視及液晶電視的材料。全球最早發(fā)現(xiàn)IGZO具有可在均一性極佳的非結(jié)晶狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)不遜于結(jié)晶狀態(tài)的電子遷移率特性的是日本東京工業(yè)大學(xué)前沿技術(shù)研究中心＆應(yīng)用陶瓷研究所教授細(xì)野秀雄。在2010年12月10日于北京舉辦的“2010年國(guó)際平板產(chǎn)業(yè)高峰論壇”的技術(shù)分科會(huì)上，細(xì)野秀雄教授將發(fā)表主題演講。本站記者專程采訪了細(xì)野教授，傾聽(tīng)了IGZO的發(fā)現(xiàn)過(guò)程以及對(duì)該材料的期待。（采訪人：田中直樹(shù)）

——透明非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體是怎樣被發(fā)現(xiàn)的？

以前一直我進(jìn)行玻璃等透明材料的研究。其間，自1993年起開(kāi)始研究透明氧化物半導(dǎo)體材料。最初研究的是結(jié)晶材料。

同時(shí)，我對(duì)非結(jié)晶材料也懷有強(qiáng)烈興趣。當(dāng)時(shí)業(yè)界普遍認(rèn)為，包括硅在內(nèi)，“非結(jié)晶材料的電子遷移率比結(jié)晶材料要低3～4個(gè)數(shù)量級(jí)”。我覺(jué)得這種看法不對(duì)。我認(rèn)為以硅為代表的共價(jià)鍵合性物雖然有這樣的性質(zhì)，但像素氧化物那樣的離子結(jié)合性物質(zhì)應(yīng)該與此不同。

但問(wèn)題是，離子結(jié)合性的物質(zhì)很難形成非結(jié)晶狀態(tài)。不過(guò)，我發(fā)現(xiàn)如果從氣相材料開(kāi)始制作的話，就比較容易形成非結(jié)晶狀態(tài)。最初，只發(fā)現(xiàn)了1種令人感興趣的材料。通過(guò)描繪這種材料的電子軌道，我發(fā)現(xiàn)“很可能有大量的非結(jié)晶的透明氧化物”。

當(dāng)時(shí)的研究成果在1995年的國(guó)際會(huì)議上進(jìn)行了發(fā)表，我指出了“存在著非結(jié)晶狀態(tài)下也具有不遜于結(jié)晶狀態(tài)下電子遷移率的物質(zhì)”這一事實(shí)，并公布了這種物質(zhì)的設(shè)計(jì)和制造方法。這是有關(guān)透明氧化物非結(jié)晶半導(dǎo)體的全球首次信息發(fā)布。然而遺憾的是，此次發(fā)布沒(méi)有得到任何反響。因?yàn)楫?dāng)時(shí)是“非結(jié)晶硅的全盛期”。我也預(yù)想到了這種結(jié)果。另外，這些內(nèi)容于1996年以論文的方式發(fā)表。之后，我用5～6年的時(shí)間完成了相關(guān)內(nèi)容的理論化工作，有關(guān)成果在2002年進(jìn)行了論文發(fā)表。

——請(qǐng)介紹一下目前受面板廠商關(guān)注的透明非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體IGZO是如何發(fā)現(xiàn)的。

要想作為T(mén)FT（薄膜晶體管）來(lái)使用，則必須是可對(duì)載體進(jìn)行控制的物質(zhì)。遷移率多少犧牲一些不要緊，但可隨意轉(zhuǎn)換成導(dǎo)電體或者絕緣體這一點(diǎn)至關(guān)重要。有一種電子遷移率較高、且作為透明導(dǎo)電氧化物也十分出色的代表性材料，這就是IZO（In-Zn-O）。然而，這種材料很難制成絕緣體，無(wú)法直接應(yīng)用于 TFT。于是我想出了一個(gè)方法，即：摻入Ga（鎵）后將其制成IGZO。摻入了Ga之后，電子遷移率會(huì)降至IZO的1/3，即便如此，仍可保證10cm2/Vs的遷移率。遷移率如果達(dá)到10cm2/Vs，作為顯示器驅(qū)動(dòng)用已足夠。

IGZO的研究從單結(jié)晶開(kāi)始。2003年，我在《科學(xué)》（Science）雜志上發(fā)表了有關(guān)單結(jié)晶IGZO的論文。當(dāng)時(shí)的電子遷移率達(dá)到了100cm2/Vs。之后，我著手進(jìn)行了非結(jié)晶IGZO的研究。最初，我只是將2003年發(fā)布的結(jié)晶IGZO轉(zhuǎn)換到非結(jié)晶狀態(tài)，但制成后一試，電子遷移率驟然降到了3cm2/Vs。我當(dāng)時(shí)想要是能夠?qū)崿F(xiàn)10cm2/Vs的電子遷移率就寫(xiě)成論文發(fā)表，2個(gè)月后終于實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)。

我根據(jù)這一成果給《自然》（Nature）雜志寫(xiě)了一篇論文，馬上被刊登了出來(lái)。這是全球首次有關(guān)可用于TFT的透明非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體IGZO的論文發(fā)表。由于該技術(shù)正好符合正在尋找以有機(jī)EL為代表的“新一代顯示器”驅(qū)動(dòng)用元件的面板廠商的需求，因此許多企業(yè)對(duì)此表現(xiàn)出極大關(guān)注。在上述論文發(fā)表之后，IGZO技術(shù)的發(fā)展對(duì)企業(yè)的貢獻(xiàn)可以說(shuō)非常大。

——12月10日，在北京舉辦的“中國(guó)·北京2010年國(guó)際平板顯示產(chǎn)業(yè)高峰論壇（FPD International CHINA 2010/Summit and Seminar）”上，聽(tīng)說(shuō)您將就非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體發(fā)表主題演講？

在這項(xiàng)技術(shù)方面，沒(méi)有從特定的企業(yè)接受過(guò)資助，所以包括日本企業(yè)在內(nèi)，我對(duì)所有企業(yè)都一視同仁。不會(huì)因?yàn)槭侨毡酒髽I(yè)就給予優(yōu)待。我的原則是，最努力的企業(yè)理所應(yīng)當(dāng)?shù)玫阶畲蠡貓?bào)。不會(huì)因國(guó)家不同而區(qū)別對(duì)待。

之所以如此考慮，是因?yàn)橄Ｍ@種材料能盡快被廠商采用。日本研發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)能在全世界得到采用，這一點(diǎn)至關(guān)重要。尤其是顯示器，它是隨處可見(jiàn)的產(chǎn)品。如果了解到推動(dòng)顯示器發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)是日本人發(fā)明的晶體管的話，相信日本年輕人也會(huì)干勁倍增。如果沒(méi)有此類(lèi)技術(shù)的話，日本人便會(huì)失去動(dòng)力。

作為材料專業(yè)的技術(shù)人員，自己發(fā)明的材料在全世界得到采用是最幸福的事情。所以，無(wú)論對(duì)哪家企業(yè)，我都會(huì)開(kāi)放所有的技術(shù)。歡迎廠商采用我們發(fā)現(xiàn)的材料。如果該材料能因此而得到普及，那是最好不過(guò)的了。（記者：田中 直樹(shù)）