國(guó)際IGZO文獻(xiàn)計(jì)量分析

陳慧琪

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，社會(huì)生活中人們對(duì)信息量的需求急劇膨脹，人們?cè)谌粘Ｉ钪行枰莆毡纫酝嗟男畔ⅲ瑸轫槕?yīng)此趨勢(shì)，顯示器也開始向更大面積、更高分辨率發(fā)展?，F(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(diǎn)，逐漸成為近幾年的研究熱點(diǎn)[1]。

IGZO是一種典型的透明非晶氧化物半導(dǎo)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(dǎo)體材料來制成平板顯示中控制像素的TFT（即IGZO TFT），因?yàn)閾碛懈哌w移率、對(duì)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(diǎn)，被應(yīng)用于OLED、AMOLED等顯示屏技術(shù)，具有巨大的應(yīng)用價(jià)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(guó)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(guó)科研人員有必要通過對(duì)IGZO領(lǐng)域科技文獻(xiàn)進(jìn)行定量考察和分析，了解IGZO技術(shù)的研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)，借鑒國(guó)際前沿性研究成果，提高自身研發(fā)和設(shè)計(jì)水平。

一、IGZO計(jì)量分析

本文選取Web of Science平臺(tái)上的科學(xué)引文索引數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)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(shí)間跨度=所有年限，文獻(xiàn)類型為“Article”，檢索時(shí)間為 2014年3月31日，排除不相關(guān)文獻(xiàn)，共檢索出IGZO期刊論文857篇。

1.時(shí)間分布

文獻(xiàn)數(shù)量在一定程度上能夠反映一門學(xué)科領(lǐng)域的研究水平和發(fā)展程度[3]。對(duì)SCIE數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的IGZO論文的發(fā)表數(shù)量進(jìn)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(zhǎng)，達(dá)到85篇；2013年，IGZO論文已經(jīng)達(dá)到214篇。近年來IGZO研究論文有增無減，且成高速增長(zhǎng)趨勢(shì)，可以認(rèn)為目前IGZO研究正處于大發(fā)展時(shí)期。

2.國(guó)家/地區(qū)分布

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

從發(fā)文數(shù)量上看，排名前5的國(guó)家/地區(qū)發(fā)表論文812篇，占總文獻(xiàn)數(shù)的94.75%，說明IGZO研究比較集中，主要分布在韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)和日本。其中，韓國(guó)論文數(shù)為406篇，占IGZO領(lǐng)域總論文量的47.37%；其次是臺(tái)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(dá)到4298次和34.66次，不僅遠(yuǎn)超發(fā)文數(shù)相近的臺(tái)灣，也領(lǐng)先發(fā)文數(shù)排名第1的韓國(guó)，顯示出極強(qiáng)的研發(fā)領(lǐng)導(dǎo)力和競(jìng)爭(zhēng)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?？梢钥闯鯝pplied Physics Letters（應(yīng)用物理快報(bào)）是載文量最多的期刊。IGZO領(lǐng)域期刊主要分布于物理學(xué)科、材料科學(xué)、半導(dǎo)體材料、薄膜材料等領(lǐng)域。同時(shí)結(jié)合IGZO論文主要研究領(lǐng)域（圖2），可以看出物理學(xué)、材料科學(xué)是IGZO的主要研究領(lǐng)域，包括IGZO TFT半導(dǎo)體技術(shù)（遷移率，穩(wěn)定性等指標(biāo)）、IGZO薄膜制備等。

4.作者團(tuán)體分析

統(tǒng)計(jì)每篇文獻(xiàn)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(gè)需集體智慧與力量的研究領(lǐng)域。

CiteSpace軟件的一個(gè)重要功能是突現(xiàn)詞（burst term）檢測(cè)，通過考察頻次的時(shí)間分布，將其中詞頻變化率高的詞從大量的術(shù)語(yǔ)中檢測(cè)出來，不僅僅是頻次的高低，同時(shí)依靠頻次的變動(dòng)趨勢(shì)，來確定某領(lǐng)域研究的前沿演進(jìn)過程[4]。利用CiteSpace對(duì)IGZO論文進(jìn)行作者-突顯術(shù)語(yǔ)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(tuán)體[5]。運(yùn)行軟件得到IGZO論文作者合作知識(shí)圖譜，根據(jù)CiteSpace自動(dòng)聚類以及節(jié)點(diǎn)信息，將IGZO研究領(lǐng)域作者劃分為不同的作者團(tuán)體，并統(tǒng)計(jì)出各個(gè)團(tuán)體的主要成員、主要突顯術(shù)語(yǔ)及其所屬機(jī)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(gè)規(guī)模不同并且相對(duì)穩(wěn)定的作者合作團(tuán)體。

G1團(tuán)體為東京工業(yè)大學(xué)，主要人物是Hideo Hosono、Kenji Nomura、Katsumi Abe等，該團(tuán)體的研究前沿是柔性基板（flexible substrates）、場(chǎng)效應(yīng)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(tuán)隊(duì)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(tuán)體。

G2、G3是韓國(guó)的2個(gè)研究團(tuán)體。G2團(tuán)體是由三星尖端技術(shù)研究所、三星SDI有限公司、三星移動(dòng)顯示器有限公司等三星團(tuán)隊(duì)和延世大學(xué)、首爾大學(xué)組成的團(tuán)體。團(tuán)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(xué)。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(tuán)體是韓國(guó)電子通信研究院（ETRI）和國(guó)民大學(xué)，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(yīng)用的研究。韓國(guó)的幾個(gè)主要團(tuán)體間，在相同的研究領(lǐng)域上有大量合作，其中，三星同各個(gè)高校的合作最多。

5.研究熱點(diǎn)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(duì)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，通過對(duì)關(guān)鍵詞詞頻統(tǒng)計(jì)和可視化分析，確定IGZO領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問題。運(yùn)行CiteSpace軟件，通過對(duì)IGZO論文的關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析，得到IGZO研究熱點(diǎn)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(jìn)行降序排列，得到高頻關(guān)鍵詞表（表4）。

二、研究熱點(diǎn)

結(jié)合圖4和表4，可以得出IGZO的幾個(gè)研究熱點(diǎn)：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(dǎo)體（amorphous oxide semiconductor），詞頻為407。IGZO是一種半導(dǎo)體材料，目前研究最多的就是使用IGZO半導(dǎo)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(jī)發(fā)光二極體面板（amoled）等關(guān)鍵詞，可以看出IGZO TFT因?yàn)閾碛懈哌w移率、高電流開關(guān)比、對(duì)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(shì)，被應(yīng)用于OLED、AMOLED等顯示屏，具有巨大的應(yīng)用價(jià)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(guó)際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)（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(diǎn)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(jìn)IGZO薄膜的成膜工藝，同時(shí)也相應(yīng)對(duì)IGZO TFT各層薄膜材料與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。

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(gè)研究熱點(diǎn)。IGZO TFT在空氣中不穩(wěn)定，特別是對(duì)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?dú)猸h(huán)境中對(duì)IGZO TFT 制作的顯示面板進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試。Munzenrieder等通過增加保護(hù)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(chǎng)效應(yīng)遷移率（mobility/high mobility）等也是IGZO研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)研究方向。

三、結(jié)語(yǔ)

通過分析SCIE數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的IGZO科技論文，總結(jié)目前國(guó)際IGZO研究具有以下特點(diǎn)：第一， IGZO研究處于快速發(fā)展階段，在國(guó)際上越來越受到重視；第二，韓國(guó)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(guó)影響力較低；第三，IGZO主要研究領(lǐng)域物理學(xué)和材料科學(xué)；第四，高校和研究院所是IGZO研究的主體，韓國(guó)已經(jīng)初步形成了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的局面，其中三星同眾多高校進(jìn)行密切合作，充分體現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研合作的優(yōu)勢(shì)；第五，液晶顯示領(lǐng)域等是IGZO研究的主要熱點(diǎn)領(lǐng)域。IGZO主要應(yīng)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(diǎn)研究領(lǐng)域，主要包括制備技術(shù)的改進(jìn)、沉積條件的改善、襯底材料的選擇等。

IGZO是一個(gè)相對(duì)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(shí)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(guó)的研究相對(duì)落后。我國(guó)是電視及平板顯示的消費(fèi)大國(guó)，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(guó)IGZO有巨大的市場(chǎng)前景，但要達(dá)到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，還存在一定距離。根據(jù)IGZO文獻(xiàn)計(jì)量分析結(jié)果，對(duì)我國(guó)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(guó)IGZO研究機(jī)構(gòu)之間合作較少，存在明顯的封閉性。我國(guó)科研機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)同東京工業(yè)大學(xué)、三星等機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)交流，以提高我國(guó)機(jī)構(gòu)的研究水平，同時(shí)應(yīng)積極引進(jìn)優(yōu)秀人才，充實(shí)和加強(qiáng)我國(guó)的科研隊(duì)伍，促進(jìn)我國(guó)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(yīng)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(jìn)、IGZO TFT設(shè)備穩(wěn)定性研究，積極鼓勵(lì)上述研究?jī)?nèi)容的開展和立項(xiàng)。此外，我國(guó)應(yīng)鼓勵(lì)機(jī)構(gòu)在IGZO領(lǐng)域申請(qǐng)獨(dú)有專利，以獲得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的IGZO產(chǎn)品，發(fā)展自己的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域；注重引進(jìn)技術(shù)的二次開發(fā)，我國(guó)企業(yè)目前技術(shù)創(chuàng)新能力較弱，可通過引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，加快企業(yè)的技術(shù)升級(jí)。

第三，建議國(guó)家加大對(duì)IGZO相關(guān)研發(fā)的支持力度，設(shè)立更多應(yīng)用導(dǎo)向型研發(fā)項(xiàng)目，加大人才培養(yǎng)力度，通過政產(chǎn)學(xué)研合作，促進(jìn)我國(guó)IGZO技術(shù)基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的有機(jī)銜接，最終實(shí)現(xiàn)我國(guó)IGZO技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展。

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