国际IGZO文献计量分析

陈慧琪

随着科学技术的迅速发展，社会生活中人们对信息量的需求急剧膨胀，人们在日常生活中需要掌握比以往更多的信息，为顺应此趋势，显示器也开始向更大面积、更高分辨率发展。现有的非晶硅薄膜晶体管的迁移率较低，很难满足大尺寸液晶显示器的要求，以铟镓锌氧化物（Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO）为代表的金属氧化物是一种极具潜力的新型显示材料，具有迁移率高、透过率高、可低温制备等特点，逐渐成为近几年的研究热点[1]。

IGZO是一种典型的透明非晶氧化物半导体材料，是目前显示领域最为看好的材料之一，得到各大显示器厂商的青睐。利用IGZO这种半导体材料来制成平板显示中控制像素的TFT（即IGZO TFT），因为拥有高迁移率、对可见光不敏感、低功耗、生产成本低和可制作柔性显示产品等优点，被应用于OLED、AMOLED等显示屏技术，具有巨大的应用价值[2]，最新的iPad Air即采用了IGZO TFT技术，是一款具有代表性的产品。

目前，日本、韩国在IGZO领域的相关研究最多，IGZO专利技术也基本被日、韩等企业所持有。因此，我国科研人员有必要通过对IGZO领域科技文献进行定量考察和分析，了解IGZO技术的研究现状和趋势，借鉴国际前沿性研究成果，提高自身研发和设计水平。

一、IGZO计量分析

本文选取Web of Science平台上的科学引文索引数据库网络扩展版（SCIE）作为数据来源，检索式为TS=（IGZO OR INGAZNO OR IN-GA-ZN-O OR“INDIUM GALLIUM ZINC OXIDE”OR INGA-ZN-OXIDE），时间跨度=所有年限，文献类型为“Article”，检索时间为 2014年3月31日，排除不相关文献，共检索出IGZO期刊论文857篇。

1.时间分布

文献数量在一定程度上能够反映一门学科领域的研究水平和发展程度[3]。对SCIE数据库收录的IGZO论文的发表数量进行分析，如图1所示。论文在2004-2006年间有连续产出，但是论文的数量较少；2007年开始，IGZO论文数量开始增加，已有11篇；2009年开始，IGZO论文数量开始高速增长，达到85篇；2013年，IGZO论文已经达到214篇。近年来IGZO研究论文有增无减，且成高速增长趋势，可以认为目前IGZO研究正处于大发展时期。

2.国家/地区分布

对第一作者所在的国家进行统计，列出了2004-2014年1-6月份IGZO发文量排名前10的国家和地区（见表1）。

从发文数量上看，排名前5的国家/地区发表论文812篇，占总文献数的94.75%，说明IGZO研究比较集中，主要分布在韩国、中国台湾地区和日本。其中，韩国论文数为406篇，占IGZO领域总論文量的47.37%；其次是台湾和日本，分别发表论文145篇和124篇，分别占16.92%和14.47%。

从被引次数上看，发文量排名第 3的日本的论文被引次数和篇均被引次数分别达到4298次和34.66次，不仅远超发文数相近的台湾，也领先发文数排名第1的韩国，显示出极强的研发领导力和竞争力。

3.期刊分布

分析SCIE收录的IGZO科技期刊论文显示，2004-2012年间，共有857篇IGZO研究论文刊载在40种期刊上，载文量排名前10的期刊分布情况如表2所示。可以看出Applied Physics Letters（应用物理快报）是载文量最多的期刊。IGZO领域期刊主要分布于物理学科、材料科学、半导体材料、薄膜材料等领域。同时结合IGZO论文主要研究领域（图2），可以看出物理学、材料科学是IGZO的主要研究领域，包括IGZO TFT半导体技术（迁移率，稳定性等指标）、IGZO薄膜制备等。

4.作者团体分析

统计每篇文献的所有作者，2004-2014年间，IGZO发表的857篇论文中共有1 735位作者，人均发文量0.49篇，合作度为2.02人/篇，表明IGZO研究以合作研究为主，且合作现象非常广泛，说明IGZO是个需集体智慧与力量的研究领域。

CiteSpace软件的一个重要功能是突现词（burst term）检测，通过考察频次的时间分布，将其中词频变化率高的词从大量的术语中检测出来，不仅仅是频次的高低，同时依靠频次的变动趋势，来确定某领域研究的前沿演进过程[4]。利用CiteSpace对IGZO论文进行作者-突显术语共现的可视化分析，通过作者合作网络来确定该领域的主要合作团体[5]。运行软件得到IGZO论文作者合作知识图谱，根据CiteSpace自动聚类以及节点信息，将IGZO研究领域作者划分为不同的作者团体，并统计出各个团体的主要成员、主要突显术语及其所属机构（表3）。

结合图3和表3可以得到，IGZO领域已经初步形成几个规模不同并且相对稳定的作者合作团体。

G1团体为东京工业大学，主要人物是Hideo Hosono、Kenji Nomura、Katsumi Abe等，该团体的研究前沿是柔性基板（flexible substrates）、场效应迁移率 （field effect mobilities）、电子结构（electronic structure）等。由Hideo Hosono教授带领的研究团队在IGZO领域的研究领先全球，其发表的论文得到其他研究者的大量引用，成为IGZO研究领域的最重要团体。

G2、G3是韩国的2个研究团体。G2团体是由三星尖端技术研究所、三星SDI有限公司、三星移动显示器有限公司等三星团队和延世大学、首尔大学组成的团体。团体中主要人物有Jeong Jae Kyeong、Jin-Seong Park、JangYeon Kwon，他们来自三星尖端技术研究所，Cheol Seong Hwang来自首尔大学。他们的研究前沿是溶胶-凝胶法、栅极绝缘层、可见光区。G3团体是韩国电子通信研究院（ETRI）和国民大学，主要人物是Sang-hee Ko Park、Woo-Seok Cheong、Yong Woo Jeon。他们的研究前沿是刻蚀过程、原子层沉积、离子化物理气相淀积等薄膜制作工业，以及在平板显示领域应用的研究。韩国的几个主要团体间，在相同的研究领域上有大量合作，其中，三星同各个高校的合作最多。

5.研究热点分析

关键词在一篇文章中所占的篇幅虽然很小，但却是文章主题的高度概括和凝练，是文章内容的核心与精髓[6]。因此本论文选择对文献的关键词进行分析，通过对关键词词频统计和可视化分析，确定IGZO领域的研究热点问题。运行CiteSpace软件，通过对IGZO论文的关键词进行聚类分析，得到IGZO研究热点图谱，经过整理，将具有相同意义的关键词合并，按照关键词词频进行降序排列，得到高频关键词表（表4）。

二、研究热点

结合图4和表4，可以得出IGZO的几个研究热点：液晶显示领域、IGZO薄膜的制备工艺、IGZOTFT稳定性研究。

1.液晶显示领域

从表4可以看出，出现频次最高的关键词是薄膜晶体管（thin film transistor），频次为476，排在第2位的是非晶氧化物半导体（amorphous oxide semiconductor），词频为407。IGZO是一种半导体材料，目前研究最多的就是使用IGZO半导体材料制成平板显示中控制像素的TFT技术，即IGZO TFT背板技术。关键词透明（transparent）排在第5，词频为94。结合柔性（flexible）、有源矩阵有机发光二极体面板（amoled）等关键词，可以看出IGZO TFT因为拥有高迁移率、高电流开关比、对可见光不敏感、可制作柔性显示产品和生产成本低等技术优势，被应用于OLED、AMOLED等显示屏，具有巨大的应用价值。Hajime Yamaguchi等人开发了基于IGZO TFT的11.7寸柔性AMOLED显示屏。在2013年国际消费类电子产品展览会（International Consumer Electronics Show，CES）上，各大主要液晶企业推出了大量采用IGZO TFT技术的显示产品，其中包括三星85英寸超大液晶電视、夏普85英寸8K分辨率液晶电视以及3.4英寸IGZO可弯曲屏幕。

2.IGZO薄膜的制备工艺

关键词溅射沉积（sputter deposition）是由射频溅射（RF sputter）、直流磁控溅射（DC magnetron sputtering）、原子层沉积（atomic layer deposition）等关键词合并，表明采取不同制备工艺，提高IGZO薄膜性能是IGZO研究中值得关注的热点领域。结合关键词退火（annealing）、制备（fabrication）、室温（room temperature）等，可以看出研究人员通过采用不同的薄膜制备技术、改善沉积条件及退火温度等方式，改进IGZO薄膜的成膜工艺，同时也相应对IGZO TFT各层薄膜材料与结构进行了改进。

3.IGZO TFT稳定性研究

关键词稳定性stability出现37次，但中心度较高，表明IGZO TFT稳定性是IGZO的一个研究热点。IGZO TFT在空气中不稳定，特别是对氧气和水蒸气很敏感。如何提高IGZO TFT的稳定性，是研究者的主要研究方向。三星尖端科技研究所分别在干燥空气、潮湿空气和氮气环境中对IGZO TFT 制作的显示面板进行稳定性测试。Munzenrieder等通过增加保护膜的方式提高IGZO TFT稳定性[7]。

此外，通过改变channel layer（沟道层）的厚度[8]提高IGZO TFT性能、增大IGZO TFT场效应迁移率（mobility/high mobility）等也是IGZO研究人员关注的热点研究方向。

三、结语

通过分析SCIE数据库收录的IGZO科技论文，总结目前国际IGZO研究具有以下特点：第一， IGZO研究处于快速发展阶段，在国际上越来越受到重视；第二，韩国发文量最高，日本排名第3，但日本发表了大量高质量、有影响力的论文，中国影响力较低；第三，IGZO主要研究领域物理学和材料科学；第四，高校和研究院所是IGZO研究的主体，韩国已经初步形成了产学研结合的局面，其中三星同众多高校进行密切合作，充分体现了产学研合作的优势；第五，液晶显示领域等是IGZO研究的主要热点领域。IGZO主要应用在液晶显示领域，尤其是柔性显示和透明化显示等领域；薄膜制备工艺也是IGZO的重要热点研究领域，主要包括制备技术的改进、沉积条件的改善、衬底材料的选择等。

IGZO是一个相对较新的技术领域，目前正处于快速发展阶段，夏普最早实现了IGZO TFT技术的量产，三星和LG也有小量生产，而我国的研究相对落后。我国是电视及平板显示的消费大国，但目前IGZO布局非常薄弱，仅有京东方在合肥和重庆各规划一条可能采用部分IGZO制程的产线。因此我国IGZO有巨大的市场前景，但要达到大规模产业化，还存在一定距离。根据IGZO文献计量分析结果，对我国IGZO技术及产业发展提出以下建议：

第一，IGZO属于新型显示技术领域快速发展的前沿研究方向，我国IGZO研究机构之间合作较少，存在明显的封闭性。我国科研机构应加强同东京工业大学、三星等机构的学术交流，以提高我国机构的研究水平，同时应积极引进优秀人才，充实和加强我国的科研队伍，促进我国IGZO领域的科研和产业发展。

第二，紧跟IGZO研究前沿，如IGZO在柔性显示领域的应用、低功耗、增大开关比、柔性薄膜制作等；要重视IGZO薄膜成膜工藝的改进、IGZO TFT设备稳定性研究，积极鼓励上述研究内容的开展和立项。此外，我国应鼓励机构在IGZO领域申请独有专利，以获得具有自主知识产权的IGZO产品，发展自己的优势领域；注重引进技术的二次开发，我国企业目前技术创新能力较弱，可通过引进技术的基础上进行二次开发，加快企业的技术升级。

第三，建议国家加大对IGZO相关研发的支持力度，设立更多应用导向型研发项目，加大人才培养力度，通过政产学研合作，促进我国IGZO技术基础研究与产业化开发的有机衔接，最终实现我国IGZO技术及其产业跨越式发展。

参考文献

[1] 刘翔，薛建设，贾勇，等.金属氧化物IGZO薄膜晶体管的最新研究进展[J].现代显示，2010（10）：28-32.

[2] 王莉红，覃正才.IGZO-TFT技术：未来大尺寸平板显示应用发展的助推器[J].集成电路应用，2013（05）：8-20.

[3] 邱均平.信息计量学[M].武汉：武汉大学出版社，2007.

[4] 栾春娟，侯海燕，王贤文.国际科技政策研究热点与前沿的可视化分析[J].科学学研究，2009，27（2）：240-243.

[5] Perianes-Rodríguez A，Olmeda-Gómez C，Moya-Anegón F.Detecting，identifying and visualizing research groups in co-authorship networks[J].Scientometrics，2010，82（2）：307-319.

[6] 奉国和，吴敬学.国内机构知识库研究文献的可视化分析[J].图书情报工作，2011，55（22）：95-100.

[7] Munzenrieder N，Cherenack K H，Troster G.The effects of mechanical bending and illumination on the performance of flexible IGZO TFTs[J].Electron Devices，IEEE Transactions on，2011，58（7）：2041-2048.

[8] Cho E N，Kang J H，Yun I.Effects of channel thickness variation on bias stress instability of InGaZnO thin-film transistors[J].Microelectronics Reliability，2011，51（9）：1792-1795.