突破核心技術 賦能顯示產業

杜月嬌

顯示產業是產值數千億美元的大產業，與半導體一樣，被視為體現國家核心競爭力的產業。在多年的發展下，我國顯示產業規模于2020年已經達到世界第一。但這一成績背后仍面臨著一系列技術困境，材料問題便是其中的主要痛點之一。

顯示技術特別是在薄膜晶體管（Thin-Film?Transistor，TFT）技術領域，核心生產設備幾乎依賴進口，核心材料如靶材、電子氣體、光刻膠等對國外的依賴度也在90%以上。這種“大而不強”的局面極大制約了我國新型顯示領域的產業安全。因此，突破TFT的遷移率和穩定性瓶頸，實現核心材料和器件結構的源頭創新，打通TFT技術領域“源頭創新—工程技術—產業應用”的循環對我國新型顯示產業發展具有非常重要的戰略意義。

大國博弈，是核心科研技術的博弈。在半導體材料與器件、柔性電子的研究中砥礪前行20余載，華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室研究員蘭林鋒積累了豐富的理論基礎與材料設計經驗。為進一步探索新型氧化物半導體材料及器件在OLED顯示、柔性顯示、透明顯示及印刷顯示中的應用，他與研究團隊突破領域局限，做出了一系列落地生根的科研成果，為我國顯示產業突破現實困境作出了積極貢獻。

結緣物理，面向國家所需

判天地之美，析萬物之理。從小，蘭林鋒就在數學、物理方面展現出極大的天賦。高中時期，蘭林鋒就曾參加全國物理競賽，并獲得了福建省第十名的好成績。高中畢業后，他順利考入華南理工大學物理科學與技術學院光電信息與應用專業，并在此開始了自己的科研逐夢之旅。

21世紀初，計算機產業在世界范圍內發展迅速。因此，本科階段的蘭林鋒除卻在光電信息與應用專業進行系統學習，還另外輔修了計算機專業。通過對當時的社會環境進行剖析及對相關學術資料進行查詢，蘭林鋒了解到：材料是國民工業的核心需求，掌握材料就是掌握未來。因此，在本科畢業后保送研究生時，他毅然決然選擇了材料物理與化學專業進行攻讀。

“來這里不單是學習，更要干出一番成果來。”時至今日，研究生導師彭俊彪教授的諄諄囑咐仍不時在蘭林鋒的腦海中回響。當時，他聽了這些話，便意識到自己不能停留在過去僅限“理解課本知識”的狀態，而是要進一步理論結合實踐，做出有實際應用價值的創新成果來。從本科到博士，蘭林鋒在華南理工大學度過了自己科研生涯的關鍵成長時期，并最終于2010年7月獲得材料物理與化學專業博士學位。畢業后，他由于在AMOLED顯示方面的突出成績獲得留校資格，之后任職于華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室，在這里繼續自己的科研創新征程。

探索創新，

成功制備柔性氧化物材料

近些年來，隨著顯示屏幕往更大尺寸、更高解析度、更低能耗等方向不斷發展，對TFT的電流驅動能力的要求也越來越高。氧化物半導體材料因其載流子遷移率高、制備溫度低、電學均勻性好、對可見光透明和成本低等優勢，被認為是最適合驅動有機發光二極管的TFT有源材料之一，在顯示驅動、三維集成電路、存儲器、大功率器件、柔性電子、陣列傳感器等方面展現了廣闊的應用前景。其中，TFT在顯示中的應用最廣泛。

事實上，早在2008年，博士時期的蘭林鋒就開始進行氧化物（基于ZnO）TFT的研究。當時國內很少人研究氧化物TFT，所以沒有公司提供摻雜氧化物的靶材，在做靶材方面需要費盡周折。但蘭林鋒還是和研究團隊突破重重困難，在實驗中發現了稀土離子與氧空位電子的溫度互補償效應，據此發明了稀土摻雜的氧化物半導體材料體系Ln-IZO，解決了氧化物TFT在光熱及偏壓下面臨的閾值電壓嚴重漂移問題，打通了TFT陣列制備工藝，制備出國內首塊氧化物TFT陣列基板。在此之后，他又繼續相關研究并參與籌建廣州新視界光電科技有限公司，開始在科研與市場中向更深處邁進。

長期以來，TFT的絕緣層介電材料（如SiO2、SiNx等）通常采用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）制備，用干法刻蝕圖形化。PECVD是傳統的非晶硅（a-Si：H）TFT產線中最昂貴的真空設備之一，而且要用到易燃、易爆、有毒特種氣體，管控復雜。此外，PECVD制備介電層時需要較高的溫度，與大多透明塑料襯底的低耐溫性不兼容。另外，由于氧化物半導體屬于離子化合物，而SiO2和SiNx屬于共價化合物，它們之間的界面接觸較差，影響器件性能。

為了攻克這一問題，蘭林鋒和研究團隊通過一系列探索，成功發展了一種可彎曲的高k介電薄膜（AlOx：Nd）及其室溫電化學制備技術，實現了低成本和高性能的全濺射制備的柔性氧化物TFT，無需PECVD和干法刻蝕，具有巨大成本優勢。在此之后，他們又成功研制出了氧自由基輔助的新型低溫氧化物電子墨水，并提出了一種氧化物TFT通用的“溶劑印刷”技術，解決了氧化物TFT疊層、跨線、跨不同表面印刷時墨滴流變行為差異問題，在國際上首次實現了全印刷的氧化物TFT陣列，并首次實現了基于印刷氧化物TFT的AMQLED字符顯示。而印刷氧化物TFT的穩定性則意味著其朝平板顯示實際應用邁出了重要一步。

產業應用，將研究造福社會

學以致用，研以致遠。“能把理論研究成果最終付諸應用，是我終生奮斗的目標。”蘭林鋒說。但他深知：實驗室所研發出來的科研成果，和產線上所生產的東西是截然不同的。在這樣一個知識爆炸，各學科之間聯系愈加緊密的時代，生產線上發生任何微小的改變，都會牽一發而動全身。“所以我們一直致力于讓材料性能滿足相關要求的同時，讓產線的改動變得越來越少。”蘭林鋒說。

自2005年，蘭林鋒開始從事半導體材料與器件、柔性電子領域的研究。至今，他已和研究團隊在這一領域前行十幾載。從零開始進行科研攻關，最開始擺在蘭林鋒及其科研團隊面前的是近百個科研問題，而越到后邊他們所面臨的問題也會愈加艱難。十幾年來，他們突破重重阻礙，一直在進行相關技術的研發工作。“將研究成果成功應用到三維集成電路領域，使中國在相關技術方面不再受制于人”便是支撐他們砥礪前行的最大信念。

寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。在研究中，蘭林鋒和團隊研究成功發現了四價稀土離子在氧化物半導體中的電荷轉移躍遷效應及其對光熱穩定性的改善作用，并據此開發出高遷移率、高穩定性的Pr4+/Tb4+摻雜的氧化物半導體材料（Ln-Oxide）。根據產業實踐，Ln-Oxide成功實現了驅動AMOLED顯示、透明顯示和柔性顯示。在科研成果的支撐下，近期TCL華星光電還成功推出了基于Ln-Oxide的14“FHD?Notebook”，而這也是其產業應用的全新突破。除此之外，Ln-Oxide還在三維DRAM存儲器也展現出了極大應用前景。

伴隨著中國大陸顯示產業的崛起，全球顯示產業競爭格局正在發生改變。目前，中國已經躍升成為全球最大的液晶面板生產地，并持續跟進OLED、Micro?LED、激光顯示等新型顯示技術。

在這一背景下，蘭林鋒及其科研團隊深感使命在肩。在國家優秀青年科學基金項目的支撐下，現如今他和研究團隊正在步履不停，開展用于可拉伸顯示的可拉伸TFT關鍵材料和器件研究，從TFT的結構組成出發，利用前期的工作基礎，分別研發柔性可拉伸電極、半導體和絕緣層材料，結合印刷制備技術，實現可以驅動有機發光二極管顯示（OLED）的可拉伸印刷TFT陣列，為可拉伸顯示的驅動技術探索出一條有效路徑。

科技的發展瞬息萬變，但始終不變的是蘭林鋒心中的科研藍圖。“未來，我們的終極目標就是做成像衣服一樣，不受任何表面限制、不受任何應力拉伸限制的可穿戴材料，并將其在產業中進行應用。”蘭林鋒說。以夢為馬，他和研究團隊還將繼續扎根在我國顯示產業領域，披荊斬棘、創新前行。

（責編：張聞）