Zinokrypnitidové tenkovrstvové polovodiče: Prelom v roku 2025, ktorý má potenciál narušiť výrobu elektroniky

Obsah

Úvodný súhrn: Kľúčové trendy v výrobe tenkých filmových polovodičov z oxynitridu zinku
Prehľad technológií: Vlastnosti a výhody oxynitridu zinku
Inovácie vo výrobe v roku 2025
Veľkosť trhu a prognózy rastu do roku 2030
Hlavní hráči a strategické partnerstvá (Zdroje: samsung.com, lg.com, ieee.org)
Zameranie na aplikácie: Technológie displejov, senzory a výkonové zariadenia
Konkurenčné prostredie: Oxynitrid zinku vs. IGZO a iné polovodiče
Výzvy: škálovateľnosť, náklady a problémy so dodávateľským reťazcom
Regulačné a environmentálne úvahy (Zdroje: ieee.org, semiconductors.org)
Budúci prehľad: Kľúčové príležitosti a potenciál na disruptívne zmeny do roku 2030
Zdroje a odkazy

Úvodný súhrn: Kľúčové trendy v výrobe tenkých filmových polovodičov z oxynitridu zinku

Výroba tenkých filmových polovodičov z oxynitridu zinku (ZnON) zažíva rýchly rozvoj, keďže odvetvie hľadá alternatívy k tradičnému amorfnému kremíku (a-Si) a oxidu indium-galium-zinku (IGZO) pre displeje, senzory a flexibilnú elektroniku novej generácie. K roku 2025 formujú niekoľko kľúčových trendov krajinu, ktorú poháňajú priaznivé elektronické vlastnosti materiálu, zloženie bohaté na zeminu a kompatibilita s procesmi pri nízkych teplotách.

Prijatie v pokročilých technológiách displejov: Výrobcovia displejov čoraz viac skúmajú ZnON ako kanálový materiál pre tenkovrstvé tranzistory (TFT) vďaka jeho vysokej electron mobility a viditeľnej transparentnosti. Spoločnosti ako LG Display a Samsung Display majú aktívne výskumné a vývojové programy zamerané na polovodiče na báze zinku pre potenciálne použitie v OLED a microLED podložiach, s cieľom zlepšiť rozlíšenie a rýchlosť odozvy pri udržaní nízkej spotreby energie.
Integrácia procesov a škálovateľnosť výroby: Dodávatelia zariadení ako Applied Materials a ULVAC optimalizujú systémy fyzikálneho parného usadzovania a reaktívneho spenenia pre presnú kontrolu začlenenia kyslíka a dusíka počas rastu filmu ZnON. Tieto pokroky v procesoch sú kritické na dosiahnutie rovnomernosti a reprodukovateľnosti pri panelových veľkostiach Gen 6 a väčších, čo priamo ovplyvňuje vykonateľnosť masovej výroby.
Zdroje materiálov a udržateľnosť: Zloženie ZnON na báze zinku zmierňuje obavy z kritickej závislosti od surovín, keďže zinok je hojne dostupný a lacnejší ako indium. To sa zhoduje s cieľmi udržateľnosti lídrov dodávateľského reťazca ako Novaled a SDI, ktoré hodnotia ZnON pre ekologické architektúry zariadení.
Výkon zariadení a spoľahlivosť: Spoluprac研究 a organizácie ako Národný inštitút materiálovej vedy (NIMS) sa zameriavajú na zlepšenie stability pod stresom a v environmental conditions, čo je kritický parameter pre komerčné nasadenie v high-end elektronike.

Do konca 2020-tych rokov sa výhľad pre výrobu tenkých filmových polovodičov ZnON javí pozitívne. Průmyslové mapy naznačujú pokračovanie investícií do pilotných liniek a skorého komerčného nasadenia, najmä v prémiových segmentoch displejov a nových aplikáciách, ako sú transparentná elektronika a nositeľné zariadenia. S narastajúcou zrelosťou procesov a splnením meradiel spoľahlivosti zariadení je ZnON pripravený zohrávať významnú úlohu pri diverzifikácii ekosystému materiálov polovodičov.

Prehľad technológií: Vlastnosti a výhody oxynitridu zinku

Tenko-filmové polovodiče z oxynitridu zinku (ZnON) rýchlo získavajú pozornosť ako materiál novej generácie na výrobu elektronických zariadení, najmä pre aplikácie vyžadujúce vysokú mobilitu, transparentnosť a spracovanie pri nízkych teplotách. Unikátne vlastnosti ZnON vyplývajú z jeho ternárneho zloženia, kombinujúceho oxid zinku (ZnO) a nitrid zinku (Zn₃N₂), čo vedie k nastaviteľnému zakrývaciemu pásmu (typicky 1.0–3.3 eV) a výnimočným elektrickým charakteristikám v porovnaní s tradičným amorfným silíkom alebo polovodičmi na báze kovových oxidov.

Kľúčovou výhodou ZnON je jeho vysoká mobilita elektrónov, ktorá môže prekročiť 40 cm²/Vs pri izbovej teplote—výrazne vyššia ako u amorfného indium gallium zinku (a-IGZO), ktorý sa bežne používa v súčasných technologických displejoch. Tento nárast výkonu umožňuje rýchlejšie prepínanie a nižšiu spotrebu energie v tenkovrstvých tranzistoroch (TFT), čo robí ZnON atraktívnym kandidátom pre pokročilé podložky displejov, logické obvody a senzorové pole.

ZnON ponúka aj vynikajúcu optickú transparentnosť v viditeľnom spektre, čo ho robí vhodným pre transparentnú elektroniku a optoelektronické zariadenia. Jeho široké zakrývacie pásmo a nastaviteľné elektronické vlastnosti podporujú návrh transparentných TFT, solárnych článkov a UV fotodetektorov. Navyše, kompatibilita s výrobou pri nízkych teplotách (často pod 200°C) umožňuje nanášanie filmov ZnON na flexibilné plastové substráty, čím sa uľahčuje výroba flexibilných a nositeľných elektronických zariadení.

Z výrobných hľadísk je možné filmy ZnON nanášať pomocou zavedených techník, ako je reaktívne spenovanie alebo pulzné laserové usadzovanie, ktoré sú škálovateľné pre priemyselnú výrobu. Hlavní dodávatelia vybavenia, ako sú ULVAC, Inc. a Oxford Instruments, aktívne vyvíjajú systémy spenenia a plazmou podporovaného usadzovania optimalizované pre ternárne oxynitride materiály, umožňujúce presnú kontrolu nad zložením a hrúbkou filmov.

Ďalšou kritickou vlastnosťou je environmentálna stabilita ZnON a kompatibilita s existujúcimi procesmi výroby polovodičov. Na rozdiel od niektorých alternatívnych materiálov, ZnON vykazuje robustnú chemickú odolnosť a odolnosť proti vlhkosti a vstupu kyslíka, čo je kľúčová požiadavka pre dlhú životnosť zariadení, najmä v aplikáciách displejov a senzorov.

Výhľad na výrobu tenkých filmových polovodičov ZnON v roce 2025 a v nasledujúcich rokoch je sľubný. S pokračujúcimi investíciami zo strany hlavných výrobcov displejov a polovodičov, ako sú LG Display a Samsung Display, a pokračujúcim optimalizovaním technológií nanášania zo strany dodávateľov vybavenia, je ZnON pripravený zohrávať významnú úlohu v elektronike novej generácie, ponúkajúc výhodnú rovnováhu výkonu, výrobných možností a nákladov.

Inovácie vo výrobe v roku 2025

Tenko-filmové polovodiče z oxynitridu zinku (ZnON) získavajú na popularite v polovodičovom priemysle vďaka svojej vysokej electron mobility a nastaviteľným vlastnostiam, čo ich robí sľubnými pre aplikácie v displejoch novej generácie, transparentnej elektronike a vysokofrekvenčných zariadeniach. K roku 2025 sú inovačné procesy zamerané na zlepšenie kvality materiálu, škálovateľnosti procesov a integrácie zariadení.

Jedným z najvýznamnejších pokrokov je prijatie techník nanášania pri nízkych teplotách, ako je plazmou podporované atomové usadzovanie (PEALD) a pulzné laserové usadzovanie (PLD), ktoré umožňujú vytváranie vysokokvalitných filmov ZnON na flexibilných a citlivých substrátoch. ULVAC, Inc., vedúci dodávateľ vybavenia, rozšíril svoj portfólio o pokročilé systémy spenenia a PEALD, prispôsobené pre výrobu tenkých filmov oxidu a oxynitridu, čo uľahčuje veľkoplošné a rovnomerné nanášanie filmov ZnON, ktoré sú nevyhnutné pre výrobu plochých panelov.

Súčasne sa objavuje trend smerom k in-line monitorovaniu a automatizácii procesov. To ilustruje spoločnosť Applied Materials, ktorá integrovala diagnostiku plazmy v reálnom čase a kontrolu teploty substrátu do svojich platforiem na nanášanie tenkých filmov. Takéto možnosti sú nevyhnutné na zabezpečenie presnej stochiometrie kyslíka a dusíka, ktorá určuje elektronické vlastnosti ZnON. Tieto procesné kontroly prijímajú výrobné zariadenia, aby dosiahli opakovateľné a spoľahlivé elektronické charakteristiky na veľkých plochách.

Inovácie v materiáloch sú tiež na vzostupe. Spoločnosti ako Tosoh Corporation predstavili vyššie purifikované predpoklady zinku a dusíka, ktoré znižujú kontamináciu a zvyšujú mobilitu nositeľov v filmoch ZnON. Integrácia týchto špeciálnych materiálov umožňuje výrobcom zariadení posúvať výkonnosť tenkovrstvých tranzistorov (TFT) na báze ZnON bližšie k výkonu amorfného silíka a oxidu indium-galium-zinku (IGZO), ale so nižšími nákladmi a zlepšenou environmentálnou stabilitou.

Pozerajúc sa dopredu, v nasledujúcich rokoch pravdepodobne dôjde k ďalšej spolupráci medzi dodávateľmi zariadení a výrobcami displejov, ako je LG Display, ktorí aktívne skúmajú alternatívne polovodičové kanály pre pokročilé podložky displejov. Inovačné procesy—vrátane roll-to-roll nanášania pre flexibilnú elektroniku a kombinovaného spenenia pre rýchle skríning materiálov—sa očakáva, že sa presunú z pilotných liniek do vysokoobjemovej výroby.

Spolu vzájomná synergia medzi vybavením, materiálmi a inováciou zariadení posilňuje úlohu ZnON v technológii tenkých filmových polovodičov, pričom rok 2025 predstavuje kľúčový rok pre zrenie škálovateľných, vysokovýkonných procesov výroby ZnON.

Veľkosť trhu a prognózy rastu do roku 2030

Trh s tenkovrstvými polovodičmi z oxynitridu zinku (ZnON), aj keď je stále v štádiu rozvoja, je pripravený na značný rast do roku 2030, keďže dopyt po pokročilých technológiách displejov, flexibilnej elektronike a vysokovýkonných tenkovrstvých tranzistoroch (TFT) vzrastá. ZnON ponúka jedinečnú kombináciu vysokej mobility elektrónov, optickej transparentnosti a kompatibility s procesmi pri nízkych teplotách, čo ho robí sľubnou alternatívou k tradičnému amorfnému silíku a dokonca aj oxidom indium-galium-zinku (IGZO).

Nedávne vývojové udalosti v roku 2024 a začiatkom roku 2025 naznačujú rozšírenie komercializácie technológií na báze ZnON. Spoločnosti ako ULVAC, Inc. a Applied Materials, Inc. aktívne pracujú na vývoji a dodávke pokročilých systémov spenenia a plazmou podporovaného chemickej pary (PECVD), ktoré sú nevyhnutné pre škálovú výrobu tenkých filmov ZnON. Integráciu ZnON do displejových podložiek a senzorových aplikácií skúmajú poprední výrobcovia displejových panelov, vrátane LG Display Co., Ltd., ktorí verejne preukázali záujem o polovodiče na báze oxidu novej generácie pre vysoké rozlíšenie a energeticky efektívne displeje.

Aj keď sú presné údaje o veľkosti trhu špecifické pre tenkovrstvé polovodiče ZnON obmedzené vzhľadom na novosť technológie, súvisiace segmenty oxidu polovodičov ponúkajú pohľad na potenciálne trajektórie. Celosvetový trh oxidu TFT—segment, kde sa očakáva, že ZnON získa podiel—bol v roku 2023 ocenený na niekoľko stoviek miliónov USD a v roku 2030 by mal presiahnuť 2 miliardy USD, čím sa podťahuje nárast dopytu po OLED a microLED displejoch, rovnako ako pokročilých senzorových poliach. Superior elektrické vlastnosti ZnON a znížená závislosť od kritických kovov (ako je indium) ďalej zvyšujú jeho príťažlivosť v súvislosti s obavami o dodávateľský reťazec a udržateľnosť.

S výhľadom dopredu sa očakáva, že miera prijatia tenkých filmov ZnON sa od roku 2025 zrýchli, pretože pilotné linky sa presunú do hromadnej výroby a cykly kvalifikovania zariadení sa skráti. Odvetvové plány od TCL CSOT a Sharp Corporation naznačujú, že TFT na báze ZnON by mohli začať byť súčasťou komerčných displejových panelov a senzorových polí už v rokoch 2026-2027. Tento prechod pravdepodobne umožnia pokračujúce optimalizácie procesov, zlepšenia v rovnomernosti filmov a preukázaná dlhodobá stabilita zariadení.

Do roku 2030 sa očakáva, že výroba tenkých filmových polovodičov ZnON získa významný podiel na trhu v rámci širšieho ekosystému oxidu polovodičov, podporovaná pokračujúcimi investíciami od dodávateľov vybavenia, výrobcov materiálov a výrobcov displejov. Ako sa dodávateľské reťazce zrelaxujú a výnosnosť výroby sa zlepší, výhody nákladov a výkonu ZnON pravdepodobne povedú k ďalšiemu rozšíreniu trhu v oblasti spotrebnej elektroniky, automobilových displejov a priemyselných senzorových platforiem.

Hlavní hráči a strategické partnerstvá (Zdroje: samsung.com, lg.com, ieee.org)

Krajina tenkovrstvých polovodičov z oxynitridu zinku (ZnON) v roku 2025 sa vyznačuje vznikom hlavných výrobcov elektroniky a strategických spoluprác, ktoré sa zameriavajú na rozšírenie výroby a optimalizáciu výkonu zariadení. Samsung naďalej vedie výskum a vývoj, čerpajúc zo svojej odbornosti v technológii tenkovrstvých tranzistorov (TFT) pre pokročilé aplikácie displejov. Na základe predchádzajúcich investícií do oxidu polovodičov, Samsung integruje ZnON ako kanálový materiál s cieľom zlepšiť mobilitu elektrónov a umožniť vysoké rozlíšenie a nízkofrekvenčné displeje, pričom pilotné výrobné linky s cieľom OLED a kvantovo-bodových displejov.

LG je podobne aktívny, zameriavajúc sa na TFT na báze ZnON pre veľkoplošné displeje a pokročilú transparentnú elektroniku. V roku 2024 LG založilo spoluprácu s dodávateľmi materiálov a výrobcami zariadení na zjednodušenie procesov nanášania ZnON pomocou pokročilých techník spenenia a atomového usadzovania (ALD). Tento spolupráca má za cieľ znižovať hustotu defektov a zlepšiť rovnomernosť filmov, čím sa LG dostáva do pozície, aby vyhovelo rastúcemu dopytu po ultra-vysokých rozlíšení panelov a flexibilných zariadeniach v roku 2025 a neskôr.

Strategické aliancie sú tiež viditeľné v spoločných výskumoch a snahách o štandardizáciu. IEEE—cez svoju spoločnosť Electron Devices Society a technické sympóziá—podporilo pracovné skupiny naprieč priemyslom zamerané na spoľahlivosť zariadení ZnON, škálovateľnosť a environmentálny dopad. V roku 2025 sa očakáva, že tieto iniciatívy prinesú nové smernice pre integráciu ZnON do komerčných procesov, čím sa uľahčí širšie prijatie naprieč spotrebiteľskou elektronikou a vznikajúcimi sektorami ako sú automobilové zobrazenia a nositeľné biosenzory.

S výhľadom dopredu sa v nasledujúcich rokoch pravdepodobne zvýši intenzívna spolupráca medzi výrobcami displejov, dodávateľmi vybavenia a akademickými partnermi. Kľúčové ciele sú zahrnuté v optimalizácii rovnomernosti tenkého filmu ZnON na výrobnej úrovni, znižovaní procesných teplôt pre kompatibilitu s flexibilnými substrátmi a vývoji proprietárnych zloženie, ktoré ďalej zvýšia mobilitu nosičov. Ako technológia ZnON zreje, vedúci hráči ako Samsung a LG sú dobre umiestnení na využitie zvýšenej spotrebiteľskej dopytu po energeticky efektívnych, vysoko výkonných elektronických displejoch, zatiaľ čo priemyselné organizácie ako IEEE zohrávajú kľúčovú úlohu pri vytváraní štandardizovanej a spoľahlivej implementácie v globálnych trhoch.

Zameranie na aplikácie: Technológie displejov, senzory a výkonové zariadenia

Tenko-filmové polovodiče z oxynitridu zinku (ZnON) sa objavujú ako presvedčivá voľba materiálu pre pokročilú elektroniku, najmä v technologických displejoch, senzorových platformách a výkonových zariadeniach. K roku 2025 sa tlak na vyššiu mobilitu, lepšiu transparentnosť a spracovanie pri nízkych teplotách zvyšuje prijatie ZnON naprieč viacerými sektorom.

V technológiách displejov získavajú tenké filmy ZnON na popularite ako aktívne kanálové materiály pre tenkovrstvé tranzistory (TFT) novej generácie, ktoré sú kriticky dôležité pre vysokorozlíšenové OLED a LCD panely. Hlavní výrobcovia displejov, ako sú LG Display a Samsung Display, aktívne skúmajú alternatívy polovodičov na báze oxidu, vrátane ZnON, kvôli ich lepšej mobilite elektrónov v porovnaní s amorfným silíkom a lepšou rovnomernosťou než IGZO pri nižších teplotách výroby. Tento prechod podporuje výrobu ultra-vysokých rozlíšení, flexibilných a energeticky efektívnych displejov, pričom sa očakáva, že pilotné výrobné linky vzrastú v priebehu roka 2025 a neskôr.

Senzory predstavujú ďalšiu sľubnú oblasť aplikácií. Nastaviteľné zakrývacie pásmo ZnON a silná chemická citlivosť ho robí vhodným pre plynové, fotodetektorové a biosenzorové zariadenia. Spoločnosti špecializujúce sa na integrované riešenia pre senzory, ako je TDK Corporation a Murata Manufacturing, hodnotia vlastnosti ZnON pre vysokovýkonné environmentálne a lekárske senzory, využívajúce jeho kompatibilitu so širokoplošným nanášaním a nízkymi teplotami. Inovácie v atomovom vrstevnom (ALD) a spenení—techniky nanášania, ktoré podporujú dodávatelia ako ULVAC, Inc.—umožňujú presnú kontrolu nad zložením a hrúbkou filmov ZnON, čo je kritické pre reprodukovateľnosť a citlivosť zariadení.

Výrobcovia výkonových zariadení tiež skúmajú ZnON ako alternatívu k tradičnému kremíku a širokopásmovým materiálom pre tenkovrstvé tranzistory a diódy. Spoločnosť Panasonic Holdings Corporation a KYOCERA Corporation hlásili výskum týkajúci sa zariadení na báze ZnON pre aplikácie s nízkou spotrebou energie a transparentnú elektroniku. Vysoké napätie prekonania a efektívny transport náboja ZnON sú osobitne atraktívne pre transparentnú výkonovú elektroniku a integráciu obvodov v inteligentných oknách a zariadeniach IoT.

S výhľadom do budúcnosti je sektor výroby tenkovrstvých polovodičov ZnON pripravený na stabilný rast, povzbudzovaný pokrokmi v zariadeniach na nanášanie, čistej materiálne proizvodnosti a integračných procesoch. Spolupráce medzi dodávateľmi materiálov, výrobcom zariadení a poskytovateľmi vybavenia sa očakáva, že urýchli komercializáciu. V nasledujúcich rokoch by sa ZnON mal pevne etablovať v dodávateľskom reťazci pre displeje, senzory a výkonové zariadenia, ako sa výroba zohľadňuje a metriky spoľahlivosti zariadení sa ďalšie preukáže.

Konkurenčné prostredie: Oxynitrid zinku vs. IGZO a iné polovodiče

Konkurenčné prostredie pre výrobu tenkých filmov z oxynitridu zinku (ZnON) sa rýchlo vyvíja, najmä preto, že výrobcovia displejov a elektroniky hľadajú alternatívy k indium-galium-zinku (IGZO) a iným oxidovým polovodičom. ZnON ponúka niekoľko potenciálnych výhod oproti IGZO, vrátane vyššej mobility elektrónov, nastaviteľných elektronických vlastností a používania bohatších, zemných prvkov, čo by mohlo viesť k nižším dlouhodobým nákladom a zlepšenej rezistencii dodávateľského reťazca.

V roku 2025 zostáva IGZO dominantným materiálom pre pokročilé tenkovrstvé tranzistory (TFT) vo veľkoplošných displejoch, pričom výrobcovia ako Sharp Corporation a LG Display škálujú IGZO založené OLED a LCD panely do masovej výroby. Stabilita IGZO, vysoká mobilita (typicky 10–20 cm²/V·s) a zavedená procesná integrácia s existujúcimi výrobnými linkami amorfného silíka naďalej stimulujú jeho široké prijatie v prémiových televízoroch a mobilných displejoch.

Avšak, ZnON získava pozornosť ako alternatíva novej generácie, s intenzifikovanými výskumami a pilotnou výrobou. Spoločnosti ako Toray Industries, Inc. oznámili pokroky v cieľoch pri produktoch ZnON a procesoch nanášania, sústreďujúc sa na dosiahnutie vysokej mobility (potenciálne prevyšujúcej 30 cm²/V·s) a uniformity vhodných pre veľké substráty. Ďalej, znížená závislosť od India a Gália zohľadňuje obavy o zásobovanie kritik elektrickými surovinami, najmä keď elektronický priemysel predpokladá zvýšený dopyt po týchto prvkoch.

Dodávatelia zariadení ako Applied Materials, Inc. a ULVAC, Inc. spolupracujú s výrobcami displejov a dodávateľmi materiálov na vývoji škálovateľných procesov nanášania a annealovania ZnON, s cieľom integrácie do existujúcich tokov procesov TFT. Tieto partnerstvá by mali urýchliť zrelosť procesu ZnON v nasledujúcich dvoch až troch rokoch, pričom sa očakáva, že pilotné výrobné linky začnú prevádzku už v roku 2026.

Okrem displejov sa ZnON tiež hodnotí pre aplikácie senzorov a transparentnec elektroniky, pričom organizácie ako Novaled GmbH skúmajú jeho využitie v organických elektronických zariadeniach. V nasledujúcich rokoch sa pravdepodobne zvýši konkurencia medzi ZnON a IGZO, pričom komerčná životaschopnosť ZnON závisí na prekonaní výziev spojených s kontrolou defektov, dlhodobou spoľahlivosťou a kompatibilitou s vybavením štandardného priemyslu.

Celkovo, hoci IGZO udržuje svoju komerčnú výhodu v roku 2025 vďaka zrelosti procesu a infraštruktúre dodávateľského reťazca, konkurenčné prostredie sa chystá na disruptívne zmeny, keď technológia tenkých filmov ZnON približuje k komerčnej pripravenosti. Pozorovatelia v priemysle predpokladajú, že úspešné pilotné linky, spolu s preukázanými nákladovými a výkonnostnými výhodami, by mohli umožniť ZnON získať trhové podiely v pokročilých aplikáciách displejov a flexibilnej elektroniky do konca 2020-tych rokov.

Výzvy: škálovateľnosť, náklady a problémy so dodávateľským reťazcom

Tenko-filmové polovodiče z oxynitridu zinku (ZnON) získali významnú pozornosť za svoj potenciál v elektronike a optoelektronike novej generácie. Avšak, ako odvetvie prechádza k širšej komercializácii v roku 2025 a neskôr, pretrvávajú viaceré výzvy týkajúce sa škálovateľnosti, nákladov a stability dodávateľských reťazcov.

Škálovateľnosť zostáva centrálnym problémom, pretože väčšina výroby tenkých filmov ZnON je momentálne obmedzená na laboratórne a pilotné procesy. Vysokotlakové a veľkoplošné techniky nanášania, ako je spenenie a atomové usadzovanie (ALD), sú skúmané; avšak medzi dosiahnutím jednotkovej kvality filmu a reprodukovateľnosti na veľkých substrátach existuje stále množstvo výziev. Výrobcovia zariadení, ako Oxford Instruments a ULVAC, Inc., postupne vyvíjajú platformy na nanášanie novej generácie, aby umožnili hromadnú výrobu, ale integrácia do existujúcich polovodičových firiem pomaly napreduje v dôsledku prísnych procesných kontrol, ktoré sú požadované pre filmy ZnON.

Náklady sú úzko spojené so škálovateľnosťou. Súčasná závislosť na vysokočistých predpokladoch zinku a dusíka, spolu s potrebou presnej kontroly procesu, zvyšuje náklady na výrobu. Okrem toho, nedostatok zavedených dodávateľských reťazcov pre kľúčové predpoklady a terčové zariadenia špecifické pre ZnON znamená, že ceny zostávajú volatilné. Výrobcovia zariadení, ako je spoločnosť Sharp Corporation, hlásia, že aj keď ZnON ponúka vyššiu mobilitu než amorfný silík, jeho náklady na spracovanie ešte nie sú konkurencieschopné pre vysokovýkonné aplikácie ako displejové podložky a transparentnú elektroniku.

Problémy so dodávateľským reťazcom sú tiež kritické. Polovodičový priemysel čelil širokým prerušeniam v dodávke špeciálnych plynov a kovov od roku 2020, čo zostáva nevyriešené pre špecifické materiály, ako sú tie, ktoré sú potrebné na syntézu ZnON. Dodávatelia ako American Elements a Alfa Aesar rozširujú svoje katalógy vysokopurifikovaných zlúčenín zinku, kyslíka a dusíka, avšak globálne zásoby zostávajú koncentrované a viaceré sú zraniteľné voči geopolitickým a logistickým prerušeniam.

S výhľadom do roku 2025 a nasledujúcich rokov prioritizujú účastníci sily budovanie odolnejších a diverzifikovanejších dodávateľských reťazcov, ako aj investície do výskumu na zníženie komplexnosti procesov a nákladov. Očakáva sa pokrok v štandardizácii špecifikácií materiálov ZnON a procesných parametrov, pričom priemyslové konsorcia ako SEMI začínajú riešiť tieto potreby. Napriek týmto snahám však prechod tenkovrstvých polovodičov ZnON z pilotných liniek na hlavný prúd výroby pravdepodobne bude pozvoľný, riadený prebiehajúcimi aktivitami v oblasti škálovateľnosti, znižovania nákladov a odolnosti dodávateľských reťazcov.

Regulačné a environmentálne úvahy (Zdroje: ieee.org, semiconductors.org)

Regulačné a environmentálne prostredie pre výrobu tenkých filmov z oxynitridu zinku (ZnON) sa rýchlo vyvíja, keď odvetvie reaguje na rastúce vládne sledovanie a iniciatívy v oblasti udržateľnosti v celom sektore. V roku 2025 čelí výroba pokročilých polovodičov zvýšeným očakávaniam v oblasti transparentnosti, chemickej bezpečnosti a správy životného cyklu, najmä keď potenciál ZnON pre širokoplošné elektroniku a transparentné zariadenia prináša nové materiály do hlavnej výroby.

Regulačné rámce v kľúčových trhoch—ako je REACH (Registrácia, hodnotenie, autorizácia a obmedzenie chemických látok) Európskej únie a TSCA (Zákon o kontrole toxických látok) Spojených štátov— formujú prijatie a spracovanie oxynitridu zinku. Tieto pravidlá vyžadujú dôkladnú charakterizáciu chemikálií, odpadov a vedľajších produktov, čo núti výrobcov investovať do pokročilých systémov environmentálneho monitorovania a reportovania. Zväz polovodičových priemyselných spoločností vyzdvihol prebiehajúce snahy v priemysle s cieľom proaktívne identifikovať a zmierniť riziká spojené s inovatívnymi materiálmi tenkých filmov, vrátane ZnON, prostredníctvom spolupráce s regulátormi a organizáciami na stanovovanie štandardov.

Environmentálne úvahy tiež poháňajú inováciu procesov. Výroba ZnON typicky zahŕňa reaktívne spenenie alebo plazmou podporované chemické pary—procesy, ktoré môžu emitovať oxidy dusíka, ozón a stopové kovové častice. Spoločnosti preto zavádzajú systémy na odstraňovanie a uzavreté recyklovanie pre procesné plyny a terčové materiály, čím sa zhodujú so širším záväzkom odvetvia na znižovanie emisií skleníkových plynov a nebezpečného odpadu, ako je stanovené v pracovných skupinách IEEE o udržateľnej výrobe polovodičov.

S výhľadom do budúcnosti sa v nasledujúcich rokoch očakáva prijatie prísnejších dobrovoľných usmernení a štandardov pre výrobu ZnON. Priemyslové konsorcia vyvíjajú protokoly osvedčených postupov pre získavanie materiálov, používanie energie a nakladanie na konci životnosti, s cieľom minimalizovať environmentálny dopad a zabezpečiť regulačné dodržiavanie pri škálovaní prijatia ZnON. Dôraz na zásady cirkulárnej ekonomiky—najmä recykláciu transparentných vodičov bez indíka—dáva ZnON ako atraktívnu alternatívu k viac zdrojovo náročným materiálom, pokiaľ výrobcovia dokážu preukázať bezpečnú a udržateľnú výrobu na škále.

Vo zhrnutí, regulačné a environmentálne úvahy vo výrobe tenkovrstvých polovodičov ZnON sa v roku 2025 a v nasledujúcich rokoch zostrujú, pričom účastníci v priemysle úzko spolupracujú s vládou a organizáciami stanovujúcimi štandardy, aby zabezpečili zodpovedné hospodárenie s materiálmi, kontrolu emisií a transparentnosť procesov.

Budúci prehľad: Kľúčové príležitosti a potenciál na disruptívne zmeny do roku 2030

Tenko-filmové polovodiče z oxynitridu zinku (ZnON) sú pripravené reconfigurovať viaceré elektronické a optoelektronické trhy do roku 2030, čerpajúc z ich jedinej nastaviteľnej zakrývacej pásma, vysokej mobilitě elektrónov a kompatibility s širokými oblasťami, nízkoteplotnými procesmi. K roku 2025 sa objavujú viaceré cesty inovácií a priemyselného prijatia, ktoré sú poháňané dopytom po pokročilých podložkách displejov, rýchlych logických zariadeniach a ekologickejších alternatívach k materiálom na báze india.

Podložky displejov: Kľúčoví výrobcovia displejov zintenzívňujú úsilie o integráciu tenkých filmov ZnON do aktívnych maticových podložiek pre AMOLED a microLED displeje. Vysoká mobilita nosiča materiálu (často prevyšujúca 30 cm²/Vs) podporuje rýchlejšie prepínanie a vyššie rozlíšenie, čo prekračuje tradičný amorfný silikón a blíži sa výkonnosti IGZO. Spoločnosti ako LG Display a Samsung Display sa zintenzívňujú pilotné výrobné linky pre podložky polovodičov na báze oxidu, pričom ZnON sa považuje za kandidáta novej generácie vzhľadom na flexibilitu procesov a nákladovú štruktúru.
Spracovanie pri nízkych teplotách a flexibilná elektronika: Schopnosť ZnON byť nanášaný metódou spenenia alebo atomového usadzovania pri teplotách pod 200°C otvára nové možnosti vo flexibilnej a nositeľnej elektronike. Táto vlastnosť uľahčuje integráciu s plastovými substrátmi a výrobu článkov rolovateľných, čo je oblasť aktívne preskúmavaná spoločnosťami ako JX Nippon Mining & Metals, globálnym dodávateľom pokročilých cieľov a tenkých filmových materiálov.
Udržateľnosť a bezpečnosť zdrojov: Ako sa elektronický priemysel snaží nájsť alternatívy k materiálom na báze india a gália, závislosť ZnON na hojných prvkoch zohľadňuje firemné ciele udržateľnosti. Vedení dodávatelia materiálov, ako je Umicore, investujú do technológií založených na zinkových zlúčeninách, predpokladajúc nárast dopytu zo sektorov displejov, senzorov a výkonovej elektroniky.
Integrácia s novými technológiami: ZnON sa skúma pre použitie v transparentnej elektronike, neuromorfných počítačoch a budúcich senzorch. Jeho nastaviteľné elektronické vlastnosti a kompatibilita s existujúcou výrobnou infraštruktúrou umiesťujú ho ako potenciálneho umožniteľa pre disruptívne architektúry zariadení do roku 2030.

Podľa výhľadu je práca na výrobe tenkovrstvých polovodičov ZnON silná, pričom očakáva prechody nepilotných nasadení na komerčnú výrobu do rokov 2027–2028. Pokračujúca spolupráca medzi dodávateľmi materiálov, výrobcami zariadení a integrátormi zariadení bude kľúčová v prekonávaní výziev súvisiacich so škálovaním a rovnomernosťou procesov. Ako vedúce osobnosti odvetvia prispôsobujú nanášanie a integráciu zariadení ZnON, materiál sa očakáva sa, že zohrá základnú úlohu pri evolúcii displejov, flexibilnej elektroniky a ďalších aspektov.

Zdroje a odkazy

China's Breakthrough in Lithography Technology for Semiconductor Manufacturing #semiconductor

Watch this video on YouTube