透明非结晶氧化物半导体是怎样被发现的?

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最佳答案：在2010年12月10日于北京举办的“2010年国际平板产业高峰论坛”的技术分科会上，细野秀雄教授将发表主题演讲。记者专程采访了细野教授，倾听了IGZO的发现过程以及对该材料的期待。(采访人：田中直树) 　　以前一直我进行玻璃等透明材料的研究。其间，自1993年起开始研究透明氧化物半导体材料。最初研究的是结晶材料。
　　同时，我对非结晶材料也怀有强烈兴趣。当时业界普遍认为，包括硅在内，“非结晶材料的电子迁移率比结晶材料要低3～4个数量级”。我觉得这种看法不对。我认为以硅为代表的共价键合性物虽然有这样的性质，但像素氧化物那样的离子结合性物质应该与此不同。
　　但问题是，离子结合性的物质很难形成非结晶状态。不过，我发现如果从气相材料开始制作的话，就比较容易形成非结晶状态。最初，只发现了1种令人感兴趣的材料。通过描绘这种材料的电子轨道，我发现“很可能有大量的非结晶的透明氧化物”。
要想作为TFT(薄膜晶体管)来使用，则必须是可对载体进行控制的物质。迁移率多少牺牲一些不要紧，但可随意转换成导电体或者绝缘体这一点至关重要。有一种电子迁移率较高、且作为透明导电氧化物也十分出色的代表性材料，这就是IZO(In-Zn-O)。然而，这种材料很难制成绝缘体，无法直接应用于TFT。于是我想出了一个方法，即：掺入Ga(镓)后将其制成IGZO。掺入了Ga之后，电子迁移率会降至IZO的1/3，即便如此，仍可保证10cm2/Vs的迁移率。迁移率如果达到10cm2/Vs，作为显示器驱动用已足够。
　　IGZO的研究从单结晶开始。2003年，我在《科学》(Science)杂志上发表了有关单结晶IGZO的论文。当时的电子迁移率达到了100cm2/Vs。之后，我着手进行了非结晶IGZO的研究。最初，我只是将2003年发布的结晶IGZO转换到非结晶状态，但制成后一试，电子迁移率骤然降到了3cm2/Vs。我当时想要是能够实现10cm2/Vs的电子迁移率就写成论文发表，2个月后终于实现了这个目标。
　　我根据这一成果给《自然》(Nature)杂志写了一篇论文，马上被刊登了出来。这是全球首次有关可用于TFT的透明非结晶氧化物半导体IGZO的论文发表。由于该技术正好符合正在寻找以有机EL为代表的“新一代显示器”驱动用元件的面板厂商的需求，因此许多企业对此表现出极大关注。在上述论文发表之后，IGZO技术的发展对企业的贡献可以说非常大。
　　——12月10日，在北京举办的“中国·北京2010年国际平板显示产业高峰论坛(FPD International CHINA 2010/Summit and Seminar)”上，听说您将就非结晶氧化物半导体发表主题演讲?
　　在这项技术方面，没有从特定的企业接受过资助，所以包括日本企业在内，我对所有企业都一视同仁。不会因为是日本企业就给予优待。我的原则是，最努力的企业理所应当得到最大回报。不会因国家不同而区别对待。
　　之所以如此考虑，是因为希望这种材料能尽快被厂商采用。日本研发的基础技术能在全世界得到采用，这一点至关重要。尤其是显示器，它是随处可见的产品。如果了解到推动显示器发展的基础技术是日本人发明的晶体管的话，相信日本年轻人也会干劲倍增。如果没有此类技术的话，日本人便会失去动力。
　　作为材料专业的技术人员，自己发明的材料在全世界得到采用是最幸福的事情。所以，无论对哪家企业，我都会开放所有的技术。欢迎厂商采用我们发现的材料。如果该材料能因此而得到普及，那是最好不过的了。

　　当时的研究成果在1995年的国际会议上进行了发表，我指出了“存在着非结晶状态下也具有不逊于结晶状态下电子迁移率的物质”这一事实，并公布了这种物质的设计和制造方法。这是有关透明氧化物非结晶半导体的全球首次信息发布。然而遗憾的是，此次发布没有得到任何反响。因为当时是“非结晶硅的全盛期”。我也预想到了这种结果。另外，这些内容于1996年以论文的方式发表。之后，我用5～6年的时间完成了相关内容的理论化工作，有关成果在2002年进行了论文发表。