锌氧氮化物薄膜半导体：2025年将颠覆电子制造的突破性技术

执行摘要：锌氧氮薄膜半导体制造的关键趋势
技术概述：锌氧氮的性质和优势
2025年的制造工艺创新
市场规模及2030年前的增长预测
主要公司及战略合作伙伴（来源：samsung.com, lg.com, ieee.org）
应用聚焦：显示技术、传感器和电源设备
竞争格局：锌氧氮对比IGZO及其他半导体
挑战：可扩展性、成本与供应链问题
监管和环境考虑（来源：ieee.org, semiconductors.org）
未来展望：2030年前的关键机会与颠覆潜力
来源与参考

执行摘要：锌氧氮薄膜半导体制造的关键趋势

锌氧氮（ZnON）薄膜半导体制造正迅速发展，行业正在寻求替代传统非晶硅（a-Si）和铟镓锌氧（IGZO），用于下一代显示器、传感器和柔性电子产品。到2025年，几种关键趋势正在塑造这一领域，这些趋势受到该材料良好的电子特性、丰富的组成元素以及与低温工艺兼容的推动。

在先进显示技术中的应用： 显示制造商正在越来越多地探索将ZnON作为薄膜晶体管（TFT）的通道材料，因为它具有较高的电子迁移率和可见光透过率。诸如LG Display和Samsung Display等公司正在开展以锌基氧氮半导体为重点的研发项目，潜在用于OLED和微型LED背板，旨在提高分辨率和响应速度，同时保持低功耗。
工艺集成与制造可扩展性： Applied Materials和ULVAC等设备供应商正在优化物理气相沉积和反应溅射系统，以精确控制ZnON薄膜生长过程中氧和氮的掺入。这些工艺进步对于在第6代及更大面板尺寸上实现均匀性和可重复性至关重要，直接影响大规模生产的可行性。
材料采购与可持续性： ZnON的锌基组成缓解了对关键原材料依赖的担忧，因为锌比铟更丰富且成本更低。这与像Novaled和SDI等供应链领导者的可持续发展目标相一致，他们正在评估ZnON用于环保设备架构。
设备性能与可靠性： 与国家材料科学研究所（NIMS）等组织的合作研究正在集中于改善在偏置应力和环境条件下的稳定性，这是高端电子产品商业部署的关键参数。

展望2020年代末，ZnON薄膜半导体制造的前景积极。行业路线图显示，特别是在高端显示领域和透明电子、可穿戴设备等新兴应用中，仍将继续投资于试点线和早期商业部署。随着工艺成熟度的提高和设备可靠性指标的达成，ZnON预计将在多样化半导体材料生态系统中发挥重要作用。

技术概述：锌氧氮的性质和优势

锌氧氮（ZnON）薄膜半导体作为一种下一代电子设备制造材料，尤其是在需要高迁移率、透明性和低温处理的应用中，正迅速获得关注。ZnON独特的性质来源于其三元组成，结合了氧化锌（ZnO）和氮化锌（Zn₃N₂），产生可调带隙（通常为1.0-3.3 eV）和优越的电气特性，相较于传统的非晶硅或金属氧化物半导体。

ZnON的一大优势是其高电子迁移率，可在室温下超过40 cm²/Vs，显著高于当前显示技术中常用的非晶铟镓锌氧（a-IGZO）。这一性能提升使得薄膜晶体管（TFT）具备更快的开关速度和更低的功耗，使得ZnON成为先进显示背板、逻辑电路和传感器阵列的理想选择。

ZnON在可见光谱中也提供出色的光学透明性，使其适合用于透明电子和光电设备。其宽带隙和可调电子特性支持透明TFT、太阳能电池和紫外光探测器的设计。此外，低温制造兼容性（通常低于200°C）允许ZnON薄膜沉积在柔性塑料基板上，便利了柔性和可穿戴电子设备的制造。

从制造的角度来看，ZnON薄膜可以使用现有技术如反应性溅射或脉冲激光沉积进行沉积，两者均可扩展至工业生产。领先的设备供应商如ULVAC, Inc.和Oxford Instruments正在积极开发针对三元氧氮材料的溅射和等离子体增强沉积系统，以实现对薄膜成分和厚度的精确控制。

ZnON的另一个关键特性是其环境稳定性和与现有半导体工艺流程的兼容性。与一些替代材料不同，ZnON表现出良好的化学耐久性，并具备对湿气和氧气渗透的抵抗能力，这是确保设备寿命的关键需求，特别是在显示器和传感器应用中。

对于2025年及今后几年，ZnON薄膜半导体制造的前景乐观。随着LG Display和Samsung Display等主要显示和半导体制造商持续投资，以及设备供应商的沉积技术不断优化，ZnON预计在下一代电子设备中发挥重要作用，提供良好的性能、可制造性和成本平衡。

2025年的制造工艺创新

锌氧氮（ZnON）薄膜半导体因其高电子迁移率和可调特性，正在半导体行业中获得越来越多的关注，尤其是在下一代显示器、透明电子和高频设备的应用中。到2025年，制造创新的重点是改善材料质量、工艺可扩展性和设备集成。

最显著的进展之一是低温沉积技术的采用，如等离子体增强原子层沉积（PEALD）和脉冲激光沉积（PLD），这些技术使得高质量的ZnON薄膜能够在柔性和敏感基板上制造。作为领先的设备供应商，ULVAC, Inc.扩展了其产品组合，包含专为氧化物和氧氮薄膜生产定制的先进溅射和PEALD系统，促进大面积均匀ZnON涂层的制造，这对平板显示器制造至关重要。

同时，向在线监测和工艺自动化的趋势也在增长。这体现在Applied Materials公司，在其薄膜沉积平台中集成了实时等离子体诊断和基板温度控制。这样的能力对于确保决定ZnON电子特性的氧和氮的精确化学计量至关重要。这些过程控制正在被制造设施采纳，以在规模上实现可重复和可靠的电子特性。

材料创新也在进行中。像Tosoh Corporation这样的公司推出了更高纯度的锌和氮前体，以减少污染并提高ZnON薄膜中的载流子迁移率。这些特殊材料的整合使得设备制造商能够将ZnON基薄膜晶体管（TFT）的性能推向接近于非晶硅和铟镓锌氧（IGZO），但成本更低，环境稳定性更好。

展望未来，未来几年可能会看到沉积设备供应商和显示面板制造商之间的更多合作，例如LG Display，他们正在积极探索用于先进显示背板的替代半导体通道。工艺创新，包括用于柔性电子的卷对卷沉积和快速材料筛选的组合溅射，预计将从试点线转移到大规模生产。

总体而言，设备、材料和设备创新之间的协同作用将巩固ZnON在薄膜半导体技术中的角色，2025年将成为可扩展、高性能ZnON制造工艺成熟的重要年份。

市场规模及2030年前的增长预测

锌氧氮（ZnON）薄膜半导体的市场虽然仍在发展中，但随着对先进显示技术、柔性电子和高性能薄膜晶体管（TFT）需求的加速，预计到2030年将实现相当大的增长。ZnON结合了高电子迁移率、光学透明性和低温处理相容性，使其成为传统非晶硅甚至铟镓锌氧（IGZO）半导体的有前景的替代品。

2024年和2025年初的行业发展表明，ZnON基技术的商业化正在扩大。诸如ULVAC, Inc.和Applied Materials, Inc.等公司积极参与先进溅射和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）系统的开发和供应，这些系统对于ZnON薄膜的可扩展生产至关重要。领先的显示面板制造商，包括LG Display Co., Ltd.，正在探索将ZnON集成到显示背板和传感器应用中的可能性，已公开表明对用于高分辨率和能源效率显示器的下一代氧化物半导体的兴趣。

尽管有关ZnON薄膜半导体的具体市场规模数据有限，但与该技术相关的氧化物半导体领域提供了一些潜在的趋势洞察。全球氧化物TFT市场——一个ZnON预计将在其中获得市场份额的细分市场——在2023年的估值达到数亿美元，并预计到2030年将超过20亿美元，主要受到OLED和微型LED显示器以及先进传感器阵列的需求激增的推动。ZnON优越的电气特性和减少对关键金属（如铟）的依赖进一步增强了其在供应链和可持续性考虑中的吸引力。

展望未来，预计自2025年起ZnON薄膜的采用率将加速，因为试点线向大规模生产过渡，设备资格认证周期缩短。TCL CSOT和夏普公司等行业路线图表明，ZnON基TFT可能在2026年到2027年间首次出现在商业显示面板和传感器阵列中。这一过渡有望通过持续的工艺优化、薄膜均匀性改善和长期设备稳定性展示来实现。

到2030年，ZnON薄膜半导体制造预计将在更广泛的氧化物半导体生态系统中占据显著的市场份额，得到设备供应商、材料公司和显示制造商的持续投资支持。随着供应链的成熟和生产产量的提高，ZnON在成本和性能上的优势将驱动其在消费电子、汽车显示和工业传感平台上的进一步市场扩展。

主要公司及战略合作伙伴（来源：samsung.com, lg.com, ieee.org）

在2025年，锌氧氮（ZnON）薄膜半导体市场的特点是主要电子制造商的崛起和旨在扩大生产与优化设备性能的战略合作。三星在科研和开发方面持续领先，利用其在薄膜晶体管（TFT）技术方面的专业知识，应用于先进显示。基于对氧化物半导体的先前投资，三星正在将ZnON作为通道材料整合，以提高电子迁移率，支持高分辨率、低功耗的显示，试点制造线针对OLED和量子点显示。

LG同样积极，针对大面积显示和下一代透明电子的ZnON基TFT。2024年，LG与材料供应商和设备制造商建立了合作关系，以使用先进的溅射和原子层沉积（ALD）技术简化ZnON沉积工艺。此合作旨在减少缺陷密度并改善薄膜均匀性，使LG能够满足2025年及以后对超高清面板和柔性设备日益增长的需求。

战略联盟在联合研究和标准化努力中也显而易见。IEEE通过其电子设备协会和技术研讨会，促进了跨行业的工作小组，专注于ZnON设备的可靠性、可扩展性和环境影响。预计在2025年，这些举措将产生有关ZnON集成的商业流程的新指引，有助于在消费电子和新兴领域（如汽车平视显示器和可穿戴生物传感器）中更广泛地采用ZnON。

展望未来，未来几年可能会看到显示制造商、设备供应商和学术合作伙伴之间的合作加剧。关键目标包括在生产规模上优化ZnON薄膜的均匀性，降低生产温度以与柔性基板兼容，以及开发进一步提升载流子迁移率的专有组分。随着ZnON技术的成熟，像三星和LG这样的领先公司将能够把握对节能、高性能电子显示器日益增长的消费者需求，同时IEEE等行业机构在全球市场上为标准化和可靠的实施打下基础。

应用聚焦：显示技术、传感器和电源设备

锌氧氮（ZnON）薄膜半导体正在成为先进电子产品的一个引人注目的材料选择，特别是在显示技术、传感平台和电源设备中。到2025年，对更高迁移率、增强透明性和低温处理的驱动正在加速ZnON在多个行业的采用。

在显示技术方面，ZnON薄膜逐渐被用作下一代薄膜晶体管（TFT）的主动通道材料，这对于高分辨率OLED和LCD面板至关重要。领先的显示制造商如LG Display和Samsung Display正在积极探索氧化物半导体替代品，包括ZnON，因为其在电子迁移率上优于非晶硅，并且在较低生产温度下的均匀性优于IGZO。这一转变支持超高清、柔性和节能显示器的制造，预计试点生产线将在2025年及以后加速投入。

传感器是另一个有前景的应用领域。ZnON的可调带隙和强大的化学敏感性使其适用于气体、光电探测器和生物传感器。专注于集成传感解决方案的公司如TDK Corporation和Murata Manufacturing正在评估ZnON在高性能环境和医学传感器中的特性，利用其适用于大面积沉积和低热预算的优势。原子层沉积（ALD）和溅射中的创新——这些沉积技术由ULVAC, Inc.等供应商支持——正在实现对ZnON薄膜成分和厚度的精确控制，这对于设备的可重复性和灵敏度至关重要。

电源设备制造商也在研究ZnON作为薄膜晶体管和二极管的传统硅和宽带隙材料的替代品。松下控股公司和京瓷公司已报告对ZnON基设备架构在低功耗和透明电子应用中的研究。ZnON的高击穿电压和高效率的电荷传输对于透明电力电子和智能窗口和物联网设备中的电路集成尤为吸引人。

展望未来，ZnON薄膜半导体制造行业有望稳步增长，受到沉积设备、材料纯度和集成过程的进步的推动。材料供应商、设备制造商和设备制造者之间的跨行业合作预计将加速商业化。在接下来的几年中，ZnON将在显示器、传感器和电源设备的供应链中稳固其地位，随着生产规模的扩大和设备可靠性指标的进一步验证。

竞争格局：锌氧氮对比IGZO及其他半导体

锌氧氮（ZnON）薄膜半导体制造的竞争格局正在迅速演变，尤其是随着显示和电子制造商寻求铟镓锌氧（IGZO）和其他氧化物半导体的替代品。ZnON相比IGZO提供几种潜在优势，包括更高的电子迁移率、可调的电子特性以及使用更为丰富的元素，这可能导致长期材料成本降低和供应链弹性改善。

在2025年，IGZO仍然是大面积显示中的先进薄膜晶体管（TFT）材料的主导材料，夏普公司和LG Display等制造商正将基于IGZO的OLED和LCD面板扩大到大规模生产中。IGZO的稳定性、高迁移率（通常为10-20 cm²/V·s）以及与现有的非晶硅制程流的充分集成继续推动其在高端电视和移动显示中的广泛应用。

然而，ZnON作为下一代替代方案在获得关注，研究和试点制造活动正在增强。东丽工业株式会社已经宣布在ZnON溅射靶和沉积工艺中的进展，旨在实现高迁移率（可能超过30 cm²/V·s）和适合于大基板的均匀性。此外，ZnON减少对铟和镓的依赖也解决了对关键原材料供应的担忧。此外，鉴于电子行业预计对这些元素需求的增长，供应链的稳定性受到广泛关注。

设备供应商如Applied Materials, Inc.和ULVAC, Inc.据报道正在与显示制造商和材料供应商合作，开发可扩展的ZnON沉积和退火设备，使其与现有TFT制程流进行整合。这些合作有望在未来两到三年内加速ZnON的工艺成熟，预计试点生产线将在2026年开始投入运营。

不仅在显示领域，ZnON在传感器和透明电子应用中的应用也在评估中，类似Novaled GmbH等组织正在探索其在有机电子设备中的使用。未来几年可能会看到ZnON和IGZO之间的竞争加剧，ZnON的商业可行性取决于克服与缺陷控制、长期可靠性和与行业标准制造设备的兼容性相关的挑战。

总体而言，虽然由于工艺成熟度和供应链基础设施的原因，2025年IGZO仍然保持其商业优势，但竞争格局即将被打乱，因为ZnON薄膜技术接近商业准备。行业观察人士预计，成功的试点生产线，以及显示出成本和性能的优势，可能使ZnON在2020年代末的先进显示和柔性电子应用中占据市场份额。

挑战：可扩展性、成本与供应链问题

锌氧氮（ZnON）薄膜半导体因其在下一代电子和光电设备中的潜力而受到高度关注。然而，随着行业向2025年及以后的更广泛商业化发展，仍然面临着可扩展性、成本和供应链稳定性方面的一些挑战。

可扩展性仍然是一个核心问题，因为目前大多数ZnON薄膜的制造仅限于实验室和试点规模。高通量和大面积沉积技术，如溅射和原子层沉积（ALD），正在被探索；然而，在大基板上实现均匀的薄膜质量和可重复性仍然是一个挑战。设备制造商如Oxford Instruments和ULVAC, Inc.正逐步开发下一代沉积平台以实现大规模生产，但因ZnON薄膜所需的严格工艺控制而在现有半导体厂的集成进展缓慢。

成本因素与可扩展性密切相关。目前对高纯度锌和氮前体的依赖，加上需要精确的工艺控制，导致生产费用上涨。此外，缺乏针对ZnON特定前体和靶材的成熟供应链，使得价格波动仍然较大。像夏普公司这样的设备制造商报告，虽然ZnON的迁移率优于非晶硅，但其加工成本尚未在高容量应用（如显示背板和透明电子产品）中具备竞争力。

供应链问题也正成为关键性问题。自2020年以来，半导体行业在特种气体和金属供应方面面临广泛中断，这一问题在ZnON合成所需的小众材料中依然未得到解决。供应商如American Elements和Alfa Aesar正在扩展其高纯度锌、氧和氮化合物的产品目录，但全球供应仍然集中且容易受到地缘政治和后勤干扰的影响。

展望2025年及以后的几年，行业利益相关者正在优先建立更具弹性和多元化的供应链，并投资于降低工艺复杂性和成本的研究。预计将推进对ZnON材料规格和工艺参数的标准化，行业联盟如SEMI开始解决这些需求。尽管如此，ZnON薄膜半导体的试点生产线向主流制造的过渡可能会缓慢，受到可扩展性、成本降低和供应链韧性持续发展的影响。

监管和环境考虑（来源：ieee.org, semiconductors.org）

锌氧氮（ZnON）薄膜半导体制造的监管和环境领域正在迅速演变，行业需要应对政府监管和行业可持续发展计划的日益严格。到2025年，先进半导体制造商面临对透明度、化学安全和生命周期管理的增强期望，特别是随着ZnON在大面积电子产品和透明设备中的潜力将新材料带入主流生产。

关键市场的监管框架——如欧盟的REACH（化学品的注册、评估、许可和限制）和美国的TSCA（有毒物质控制法）——正在塑造锌氧氮的采用和处理。这些法规要求对前体化学物质、排放物和副产品进行彻底表征，促使制造商投资于先进的环境监测和报告系统。半导体行业协会强调了行业在主动识别和减轻与新型薄膜材料（包括ZnON）相关的风险方面的持续努力，通过与监管机构和标准制定团体的合作。

环境考虑也推动了工艺创新。ZnON的制造通常涉及反应性溅射或等离子体增强化学气相沉积——这些过程可能会排放氮氧化物、臭氧和微量金属颗粒。因此，公司正在实施废气处理系统和过程气体与金属靶材的闭环回收，以符合该行业的更广泛承诺，减少温室气体排放和有害废物，这在IEEE的可持续半导体制造工作小组中有详细阐述。

展望未来，预计未来几年将采取更严格的ZnON制造自愿指南和标准。行业联盟正在制定最佳实践协议，涵盖材料采购、能源使用和生命周期处理，旨在最小化环境影响，并确保在ZnON规模化采用期间符合规定。强调整体经济原则，尤其是无铟透明导体的回收，将ZnON定位为较为可取的选择，前提是制造商能够证明安全、可持续的大规模生产。

总之，到2025年及以后的锌氧氮薄膜半导体制造中的监管和环境考虑正在加剧，行业利益相关者与政府和标准组织紧密合作，以确保负责任的材料管理、减排和工艺透明度。

未来展望：2030年前的关键机会与颠覆潜力

锌氧氮（ZnON）薄膜半导体预计将在2030年前重塑多个电子和光电市场，充分利用其独特的带隙可调性、高电子迁移率，以及与大面积、低温处理的兼容性。直到2025年，推动先进显示背板、高速逻辑设备和更环保的铟基材料替代品的多个创新和工业采用途径正在涌现。

显示背板： 主要显示制造商正在加大将ZnON薄膜集成到AMOLED和微型LED显示器的主动矩阵背板中的努力。该材料高载流子迁移率（通常超过30 cm²/Vs）支持更快的开关和更高的分辨率，超越传统非晶硅，接近IGZO的性能。像LG Display和Samsung Display这样的公司正在扩大氧化物半导体背板的试点生产线，ZnON被视为下一代候选材料，因其改进的工艺灵活性和成本结构。
低温处理和柔性电子： ZnON可通过溅射或原子层沉积在低于200°C的温度下沉积，这为柔性和可穿戴电子产品打开了新的机会。这一特性便于与塑料基板和卷对卷制造的集成，这是JX Nippon Mining & Metals等公司正在积极探索的领域，致力于提供先进的溅射靶和薄膜材料。
可持续性和资源安全： 随着电子行业寻求铟和镓基材料的替代品，ZnON对丰富元素的依赖与企业可持续发展目标相一致。领先的材料供应商如Umicore正在投资锌基化合物半导体技术，预计将满足显示、传感器和电源电子领域的日增需求。
与新兴技术的集成： ZnON正在评估用于透明电子、神经形态计算和下一代传感器。其可调的电子特性和与现有制造基础设施的兼容性使其在2030年前能够推动颠覆性的设备架构。

展望未来，ZnON薄膜半导体制造的前景乐观，预计试点规模的部署将在2027年至2028年间转向商业规模生产。材料供应商、设备制造商和设备集成商之间的持续合作将在克服可扩展性和工艺均匀性挑战方面发挥关键作用。随着行业领导者对ZnON沉积和设备集成的不断迭代，预计该材料将在显示技术、柔性电子产品及其他领域的发展中发挥基础性作用。