陳慧琪

隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，社會生活中人們對信息量的需求急劇膨脹，人們在日常生活中需要掌握比以往更多的信息，為順應此趨勢，顯示器也開始向更大面積、更高分辨率發(fā)展。現(xiàn)有的非晶硅薄膜晶體管的遷移率較低，很難滿足大尺寸液晶顯示器的要求，以銦鎵鋅氧化物（Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO）為代表的金屬氧化物是一種極具潛力的新型顯示材料，具有遷移率高、透過率高、可低溫制備等特點，逐漸成為近幾年的研究熱點[1]。

IGZO是一種典型的透明非晶氧化物半導體材料，是目前顯示領(lǐng)域最為看好的材料之一，得到各大顯示器廠商的青睞。利用IGZO這種半導體材料來制成平板顯示中控制像素的TFT（即IGZO TFT），因為擁有高遷移率、對可見光不敏感、低功耗、生產(chǎn)成本低和可制作柔性顯示產(chǎn)品等優(yōu)點，被應用于OLED、AMOLED等顯示屏技術(shù)，具有巨大的應用價值[2]，最新的iPad Air即采用了IGZO TFT技術(shù)，是一款具有代表性的產(chǎn)品。

目前，日本、韓國在IGZO領(lǐng)域的相關(guān)研究最多，IGZO專利技術(shù)也基本被日、韓等企業(yè)所持有。因此，我國科研人員有必要通過對IGZO領(lǐng)域科技文獻進行定量考察和分析，了解IGZO技術(shù)的研究現(xiàn)狀和趨勢，借鑒國際前沿性研究成果，提高自身研發(fā)和設(shè)計水平。

一、IGZO計量分析

本文選取Web of Science平臺上的科學引文索引數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)擴展版（SCIE）作為數(shù)據(jù)來源，檢索式為TS=（IGZO OR INGAZNO OR IN-GA-ZN-O OR“INDIUM GALLIUM ZINC OXIDE”O(jiān)R INGA-ZN-OXIDE），時間跨度=所有年限，文獻類型為“Article”，檢索時間為 2014年3月31日，排除不相關(guān)文獻，共檢索出IGZO期刊論文857篇。

1.時間分布

文獻數(shù)量在一定程度上能夠反映一門學科領(lǐng)域的研究水平和發(fā)展程度[3]。對SCIE數(shù)據(jù)庫收錄的IGZO論文的發(fā)表數(shù)量進行分析，如圖1所示。論文在2004-2006年間有連續(xù)產(chǎn)出，但是論文的數(shù)量較少；2007年開始，IGZO論文數(shù)量開始增加，已有11篇；2009年開始，IGZO論文數(shù)量開始高速增長，達到85篇；2013年，IGZO論文已經(jīng)達到214篇。近年來IGZO研究論文有增無減，且成高速增長趨勢，可以認為目前IGZO研究正處于大發(fā)展時期。

2.國家/地區(qū)分布

對第一作者所在的國家進行統(tǒng)計，列出了2004-2014年1-6月份IGZO發(fā)文量排名前10的國家和地區(qū)（見表1）。

從發(fā)文數(shù)量上看，排名前5的國家/地區(qū)發(fā)表論文812篇，占總文獻數(shù)的94.75%，說明IGZO研究比較集中，主要分布在韓國、中國臺灣地區(qū)和日本。其中，韓國論文數(shù)為406篇，占IGZO領(lǐng)域總論文量的47.37%；其次是臺灣和日本，分別發(fā)表論文145篇和124篇，分別占16.92%和14.47%。

從被引次數(shù)上看，發(fā)文量排名第 3的日本的論文被引次數(shù)和篇均被引次數(shù)分別達到4298次和34.66次，不僅遠超發(fā)文數(shù)相近的臺灣，也領(lǐng)先發(fā)文數(shù)排名第1的韓國，顯示出極強的研發(fā)領(lǐng)導力和競爭力。

3.期刊分布

分析SCIE收錄的IGZO科技期刊論文顯示，2004-2012年間，共有857篇IGZO研究論文刊載在40種期刊上，載文量排名前10的期刊分布情況如表2所示。可以看出Applied Physics Letters（應用物理快報）是載文量最多的期刊。IGZO領(lǐng)域期刊主要分布于物理學科、材料科學、半導體材料、薄膜材料等領(lǐng)域。同時結(jié)合IGZO論文主要研究領(lǐng)域（圖2），可以看出物理學、材料科學是IGZO的主要研究領(lǐng)域，包括IGZO TFT半導體技術(shù)（遷移率，穩(wěn)定性等指標）、IGZO薄膜制備等。

4.作者團體分析

統(tǒng)計每篇文獻的所有作者，2004-2014年間，IGZO發(fā)表的857篇論文中共有1 735位作者，人均發(fā)文量0.49篇，合作度為2.02人/篇，表明IGZO研究以合作研究為主，且合作現(xiàn)象非常廣泛，說明IGZO是個需集體智慧與力量的研究領(lǐng)域。

CiteSpace軟件的一個重要功能是突現(xiàn)詞（burst term）檢測，通過考察頻次的時間分布，將其中詞頻變化率高的詞從大量的術(shù)語中檢測出來，不僅僅是頻次的高低，同時依靠頻次的變動趨勢，來確定某領(lǐng)域研究的前沿演進過程[4]。利用CiteSpace對IGZO論文進行作者-突顯術(shù)語共現(xiàn)的可視化分析，通過作者合作網(wǎng)絡(luò)來確定該領(lǐng)域的主要合作團體[5]。運行軟件得到IGZO論文作者合作知識圖譜，根據(jù)CiteSpace自動聚類以及節(jié)點信息，將IGZO研究領(lǐng)域作者劃分為不同的作者團體，并統(tǒng)計出各個團體的主要成員、主要突顯術(shù)語及其所屬機構(gòu)（表3）。

結(jié)合圖3和表3可以得到，IGZO領(lǐng)域已經(jīng)初步形成幾個規(guī)模不同并且相對穩(wěn)定的作者合作團體。

G1團體為東京工業(yè)大學，主要人物是Hideo Hosono、Kenji Nomura、Katsumi Abe等，該團體的研究前沿是柔性基板（flexible substrates）、場效應遷移率 （field effect mobilities）、電子結(jié)構(gòu)（electronic structure）等。由Hideo Hosono教授帶領(lǐng)的研究團隊在IGZO領(lǐng)域的研究領(lǐng)先全球，其發(fā)表的論文得到其他研究者的大量引用，成為IGZO研究領(lǐng)域的最重要團體。

G2、G3是韓國的2個研究團體。G2團體是由三星尖端技術(shù)研究所、三星SDI有限公司、三星移動顯示器有限公司等三星團隊和延世大學、首爾大學組成的團體。團體中主要人物有Jeong Jae Kyeong、Jin-Seong Park、JangYeon Kwon，他們來自三星尖端技術(shù)研究所，Cheol Seong Hwang來自首爾大學。他們的研究前沿是溶膠-凝膠法、柵極絕緣層、可見光區(qū)。G3團體是韓國電子通信研究院（ETRI）和國民大學，主要人物是Sang-hee Ko Park、Woo-Seok Cheong、Yong Woo Jeon。他們的研究前沿是刻蝕過程、原子層沉積、離子化物理氣相淀積等薄膜制作工業(yè)，以及在平板顯示領(lǐng)域應用的研究。韓國的幾個主要團體間，在相同的研究領(lǐng)域上有大量合作，其中，三星同各個高校的合作最多。

5.研究熱點分析

關(guān)鍵詞在一篇文章中所占的篇幅雖然很小，但卻是文章主題的高度概括和凝練，是文章內(nèi)容的核心與精髓[6]。因此本論文選擇對文獻的關(guān)鍵詞進行分析，通過對關(guān)鍵詞詞頻統(tǒng)計和可視化分析，確定IGZO領(lǐng)域的研究熱點問題。運行CiteSpace軟件，通過對IGZO論文的關(guān)鍵詞進行聚類分析，得到IGZO研究熱點圖譜，經(jīng)過整理，將具有相同意義的關(guān)鍵詞合并，按照關(guān)鍵詞詞頻進行降序排列，得到高頻關(guān)鍵詞表（表4）。

二、研究熱點

結(jié)合圖4和表4，可以得出IGZO的幾個研究熱點：液晶顯示領(lǐng)域、IGZO薄膜的制備工藝、IGZOTFT穩(wěn)定性研究。

1.液晶顯示領(lǐng)域

從表4可以看出，出現(xiàn)頻次最高的關(guān)鍵詞是薄膜晶體管（thin film transistor），頻次為476，排在第2位的是非晶氧化物半導體（amorphous oxide semiconductor），詞頻為407。IGZO是一種半導體材料，目前研究最多的就是使用IGZO半導體材料制成平板顯示中控制像素的TFT技術(shù)，即IGZO TFT背板技術(shù)。關(guān)鍵詞透明（transparent）排在第5，詞頻為94。結(jié)合柔性（flexible）、有源矩陣有機發(fā)光二極體面板（amoled）等關(guān)鍵詞，可以看出IGZO TFT因為擁有高遷移率、高電流開關(guān)比、對可見光不敏感、可制作柔性顯示產(chǎn)品和生產(chǎn)成本低等技術(shù)優(yōu)勢，被應用于OLED、AMOLED等顯示屏，具有巨大的應用價值。Hajime Yamaguchi等人開發(fā)了基于IGZO TFT的11.7寸柔性AMOLED顯示屏。在2013年國際消費類電子產(chǎn)品展覽會（International Consumer Electronics Show，CES）上，各大主要液晶企業(yè)推出了大量采用IGZO TFT技術(shù)的顯示產(chǎn)品，其中包括三星85英寸超大液晶電視、夏普85英寸8K分辨率液晶電視以及3.4英寸IGZO可彎曲屏幕。

2.IGZO薄膜的制備工藝

關(guān)鍵詞濺射沉積（sputter deposition）是由射頻濺射（RF sputter）、直流磁控濺射（DC magnetron sputtering）、原子層沉積（atomic layer deposition）等關(guān)鍵詞合并，表明采取不同制備工藝，提高IGZO薄膜性能是IGZO研究中值得關(guān)注的熱點領(lǐng)域。結(jié)合關(guān)鍵詞退火（annealing）、制備（fabrication）、室溫（room temperature）等，可以看出研究人員通過采用不同的薄膜制備技術(shù)、改善沉積條件及退火溫度等方式，改進IGZO薄膜的成膜工藝，同時也相應對IGZO TFT各層薄膜材料與結(jié)構(gòu)進行了改進。

3.IGZO TFT穩(wěn)定性研究

關(guān)鍵詞穩(wěn)定性stability出現(xiàn)37次，但中心度較高，表明IGZO TFT穩(wěn)定性是IGZO的一個研究熱點。IGZO TFT在空氣中不穩(wěn)定，特別是對氧氣和水蒸氣很敏感。如何提高IGZO TFT的穩(wěn)定性，是研究者的主要研究方向。三星尖端科技研究所分別在干燥空氣、潮濕空氣和氮氣環(huán)境中對IGZO TFT 制作的顯示面板進行穩(wěn)定性測試。Munzenrieder等通過增加保護膜的方式提高IGZO TFT穩(wěn)定性[7]。

此外，通過改變channel layer（溝道層）的厚度[8]提高IGZO TFT性能、增大IGZO TFT場效應遷移率（mobility/high mobility）等也是IGZO研究人員關(guān)注的熱點研究方向。

三、結(jié)語

通過分析SCIE數(shù)據(jù)庫收錄的IGZO科技論文，總結(jié)目前國際IGZO研究具有以下特點：第一， IGZO研究處于快速發(fā)展階段，在國際上越來越受到重視；第二，韓國發(fā)文量最高，日本排名第3，但日本發(fā)表了大量高質(zhì)量、有影響力的論文，中國影響力較低；第三，IGZO主要研究領(lǐng)域物理學和材料科學；第四，高校和研究院所是IGZO研究的主體，韓國已經(jīng)初步形成了產(chǎn)學研結(jié)合的局面，其中三星同眾多高校進行密切合作，充分體現(xiàn)了產(chǎn)學研合作的優(yōu)勢；第五，液晶顯示領(lǐng)域等是IGZO研究的主要熱點領(lǐng)域。IGZO主要應用在液晶顯示領(lǐng)域，尤其是柔性顯示和透明化顯示等領(lǐng)域；薄膜制備工藝也是IGZO的重要熱點研究領(lǐng)域，主要包括制備技術(shù)的改進、沉積條件的改善、襯底材料的選擇等。

IGZO是一個相對較新的技術(shù)領(lǐng)域，目前正處于快速發(fā)展階段，夏普最早實現(xiàn)了IGZO TFT技術(shù)的量產(chǎn)，三星和LG也有小量生產(chǎn)，而我國的研究相對落后。我國是電視及平板顯示的消費大國，但目前IGZO布局非常薄弱，僅有京東方在合肥和重慶各規(guī)劃一條可能采用部分IGZO制程的產(chǎn)線。因此我國IGZO有巨大的市場前景，但要達到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，還存在一定距離。根據(jù)IGZO文獻計量分析結(jié)果，對我國IGZO技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出以下建議：

第一，IGZO屬于新型顯示技術(shù)領(lǐng)域快速發(fā)展的前沿研究方向，我國IGZO研究機構(gòu)之間合作較少，存在明顯的封閉性。我國科研機構(gòu)應加強同東京工業(yè)大學、三星等機構(gòu)的學術(shù)交流，以提高我國機構(gòu)的研究水平，同時應積極引進優(yōu)秀人才，充實和加強我國的科研隊伍，促進我國IGZO領(lǐng)域的科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

第二，緊跟IGZO研究前沿，如IGZO在柔性顯示領(lǐng)域的應用、低功耗、增大開關(guān)比、柔性薄膜制作等；要重視IGZO薄膜成膜工藝的改進、IGZO TFT設(shè)備穩(wěn)定性研究，積極鼓勵上述研究內(nèi)容的開展和立項。此外，我國應鼓勵機構(gòu)在IGZO領(lǐng)域申請獨有專利，以獲得具有自主知識產(chǎn)權(quán)的IGZO產(chǎn)品，發(fā)展自己的優(yōu)勢領(lǐng)域；注重引進技術(shù)的二次開發(fā)，我國企業(yè)目前技術(shù)創(chuàng)新能力較弱，可通過引進技術(shù)的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，加快企業(yè)的技術(shù)升級。

第三，建議國家加大對IGZO相關(guān)研發(fā)的支持力度，設(shè)立更多應用導向型研發(fā)項目，加大人才培養(yǎng)力度，通過政產(chǎn)學研合作，促進我國IGZO技術(shù)基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的有機銜接，最終實現(xiàn)我國IGZO技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展。

參考文獻

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