XK星空中国官方网站 用氧化物半导体实现柔性透明电子器件
开发用于下一代显示器的高性能薄膜晶体管
薄膜显示器广泛应用于电视、电脑、智能手机等。近年来，高清化取得了巨大的进步。高清电视广播使用约 200 万像素显示图像，但 NHK 计划在 2020 年普及的超高清广播的像素数是该数字的 16 倍。 “广播技术可能在未来五年左右发生巨大变化，因为它将能够以超高清再现高度真实感，”古田教授说。
目前，大多数薄膜显示器都使用硅制成的薄膜晶体管来控制图像显示，但随着显示器变得更加超高清和更大，出现了一些问题。
``电脑和手机上的显示屏排列着许多微小的像素。每个像素内部的微小晶体管控制像素的发光方式，但据说用于此的材料硅已接近极限。在元素规则排列的晶态下，它表现出很高的性能，但一旦元素无序排列，性能就会变差。目前，还没有技术可以用晶硅制造显示器等大面积器件，所以我们别无选择，只能使用元素随机排列的非晶硅。那样的话，性能将是晶态的1/1000。
换句话说，硅晶体管很难既保持性能又大面积扩展，因此需要更高性能的材料。因此，氧化物半导体目前备受关注，因为它们可以部署在大面积衬底上，同时保持高性能，据说其性能是非晶硅的10倍以上。古田教授一直在研究使用氧化物半导体的下一代显示器的薄膜晶体管。
2005年，古田教授的研究小组在世界上首次成功地使用由氧化锌制成的氧化物半导体作为晶体管在液晶显示器上显示图像，该项目在世界范围内受到高度评价。
“2006年，我们在美国举办的一次显示领域的国际会议上展示了这一成果，但在大约500个演示中，只有3个与氧化物相关。但是，现在这个领域占了学术会议演示的一半以上。可以说，这项技术不仅在学术界，而且在工业界都引起了很大的关注。”
目前，我们正在进一步发展当时获得的成果，并与企业就材料的特性和可靠性进行联合研究。
“为了实现新材料的产业化，我们不仅需要材料的特性，还需要其可靠性、安全性以及充分利用材料的技术。从这些不同的角度出发，我们充当工业界和大学之间的桥梁来进行研究。”
古田教授曾在一家大型家电制造商工作，经历了从研发到商业化的整个过程，建立量产工厂，开发新技术，发送到世界各地，并导致量产。我在那里培养的广阔视野已成为我研究生涯的基础。
利用氧化物半导体透明性的高清图像传感器
Furuta 教授致力于利用氧化物半导体对可见光透明的特性，将该技术应用于新领域。作为这项工作的一部分，我们与NHK广播技术研究所联合研究，开发了一种高清图像传感器，它将有助于超高清摄像机的小型化。
为了获得高质量的彩色图像，目前正在试用的超高清拍摄所用的相机使用分色棱镜将入射光分为蓝色、绿色和红色，并使用三个成像器件来接收光线。然而，这种方法对小型化有限制。此外，随着像素数量的增加和图像传感器密度的增加，检测单一光线的面积变小，入光量减少，导致在黑暗条件下无法拍摄清晰图像的问题。换句话说，为了捕捉高灵敏度、高清晰度的图像，捕捉所有入射光非常重要。
为了解决这些问题，可以使用不需要分色棱镜的单芯片彩色成像器件。然而，目前的单芯片彩色成像器件在灵敏度和分辨率方面根本不如三芯片相机，使其不适合对图像质量要求较高的超高清相机。
“这是一个很早就提出的方法，但很长时间没有实现。这是因为如果你在三种类型的膜之间插入一个读出电路，将吸收的光作为电信号提取到外面，光将不再到达底部。”
到目前为止，还没有一种材料既具有提取电信号的能力，又具有将光传输到下面的层的能力。
“硅晶体管不允许光通过，因此光无法到达底部。因此，我想如果我使用透明材料创建一个信号读取电路，我将能够读出有关已完成多少光电转换的信息，同时还将入射光传输到下一层。”
因此，我们创建了一种由三个堆叠单元组成的光电传感器，每个单元都有一个对红、绿和蓝光敏感的有机光电转换膜，夹在透明电极之间。我们通过制造一种图像传感器，通过在厚度方向上堆叠顺序吸收光来分离颜色，成功地捕获了彩色图像。氧化物半导体的透明性带动了高清图像传感器的发展，超高清相机的小型化突然成为现实。
透明电子产品改变我们生活的潜力
Furuta 教授目前正在致力于开发“透明电子产品”，该电子产品使用透明氧化物半导体来使其不可见。前所未有的功能设备的想法正在迅速扩展，例如透明显示器和透明 ID 标签，它们通过使用在玻璃等透明基板上形成的氧化物半导体功能基板制成的隐形电路，仅在需要时显示信息。
“通过将透明电路集成到车窗玻璃中，可以在玻璃上添加各种功能，例如显示传感器和利用紫外线发电的透明太阳能电池。让我们周围任何地方都可以访问信息的无处不在的环境不再是梦想。”
此外，他们正在发现使用塑料和薄膜等透明且可拉伸基材的柔性电子产品的潜力，并正在考虑在健康和医疗领域应用的可能性，例如用于监测人类健康的可穿戴传感器以及使用高清图像传感器的具有类似人工视网膜功能的隐形眼镜。
“赋予形状更多的自由度将进一步扩大应用范围。我认为，通过隐形，人们将无法分辨自己戴着它或它在那里，并且将会有支持我们周围事物的应用程序。似乎电子产品的新未来将在不久的将来开启。”
透明电子产品将打开通往以前无法创造的新未来的大门，并将极大地改变我们的生活。
发布日期：2017 年 6 月 29 日
推荐
推荐给浏览此页面的用户