Brevet FR2910982A1 — publié le 20080704

TRANSISTOR EN COUCHES MINCES POUR DISPOSITIF D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES La présente invention concerne un transistor en couches minces pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides (LCD : liquid crystal display). Avec les récentes avancées en termes d'utilisation d'une tension basse, de consommation de puissance basse, de miniaturisation, de profil mince et d'allègement du poids de divers dispositifs électroniques fondés sur le développement rapide de la technologie des semiùconducteurs, on a constaté une augmentation des demandes concernant des dispositifs d'affichage à panneau plat qui sont utilisés en tant que dispositifs d'affichage des dispositifs électroniques. Par conséquent, les divers dispositifs d'affichage à panneau plat ont été développés, par exemple, un dispositif d'affichage à cristaux liquides (LCD), un panneau d'affichage à plasma (PDP : plasma display panel), et une diode électroluminescente organique (OLED : organic Iightùemitting diode). Parmi ces dispositifs d'affichage à panneau plat, le dispositif LCD a suscité le plus grand intérêt en raison de ses excellentes qualités en ternies de miniaturisation, profil et légèreté, et pour ce qui est de la consommation en puissance basse et la tension d'entraînement basse. Le dispositif LCD est composé d'un substrat supérieur correspondant à un substrat d'isolation transparent comportant une électrode commune, un filtre chromatique et une matrice noire ; un substrat inférieur correspondant à un substrat d'isolation transparent comportant un dispositif de commutation et une électrode de pixel et une couche de cristaux liquides formée par injection d'un matériau de cristaux liquides ayant une constante diélectrique anisotropique dans un espace entre les substrats inférieur et supérieur. Selon que des potentiels électriques différents sont appliqués à l'électrode de pixel et l'électrode commune, il est possible de commander une intensité d'un champ électrique formé dans le matériau de cristaux liquides, alignant de ce fait des molécules de cristaux liquides de la couche à cristaux liquides. Au travers de l'alignement des molécules de cristaux liquides, la quantité de lumière passant au travers du substrat d'isolation transparent est commandée de sorte que des images souhaitées y soient affichées. Ce dispositif LCD est fourré de manière générale dans un dispositif LCD à transistors en couches minces, qui utilise un transistor en couches minces (TFT : thin 35 film transistor) en tant que le dispositif de commutation. Le transistor en couches minces est composé d'un substrat, d'une électrode de grille, d'un film d'isolation de grille, d'électrodes source et drain et d'une couche semiùconductrice. 2 Pour fabriquer le transistor en couches minces présentant la propriété électrique adéquate telle qu'une mobilité de charge élevée, il est nécessaire de former le film d'isolation de grille à partir d'un matériau d'isolation à constante diélectrique élevée. Cependant, si l'on forme le film d'isolation de grille à partir d'un matériau d'isolation à constante diélectrique élevée, un courant de fuite d'un transistor en couches minces peut être augmenté, abaissant de ce fait le rendement du transistor en couches mmces. Par conséquent, la présente invention est orientée vers un transistor en couches minces pour un dispositif LCD qui pare sensiblement à un ou plusieurs problèmes ]o dus à des limitations et inconvénients de la technique apparentée. Un objet de la présente invention consiste à mettre à disposition un transistor en couches minces pour un dispositif LCD, prévu avec un film d'isolation de grille en un matériau d'isolation ayant une constante diélectrique élevée, qui permette d'obtenir une mobilité de charge élevée et diminuer un courant de fuite. 15 Des avantages, objets et particularités additionnels de l'invention seront exposés en partie dans la description qui suit et deviendront en partie évidents pour l'homme du métier après examen de ce qui suit ou peuvent être appris par la mise en pratique de l'invention. Les objectifs et autres avantages de l'invention peuvent être obtenus et atteints grâce à la structure présentée de manière particulière dans la 20 description écrite et ses revendications, ainsi que les dessins annexés. Pour parvenir à ces objets et autres avantages, et conformément au but de l'invention, un transistor en couches minces pour un dispositif LCD comprend une électrode de grille formée sur un substrat et un film d'isolation de grille formé à partir d'un isolant à constante diélectrique élevée ayant une structure de liaison d'un 25 groupe fonctionnel, d'oxyde métallique, de silicium et d'oxygène et des électrodes source et drain formées sur le film d'isolation de grille. Le silicium et l'oxyde métallique peuvent être disposés au niveau de six sommets, pour former une structure d'unité en échelle. De même, le silicium et l'oxyde métallique peuvent être disposés au niveau de huit sommets, pour former une 30 structure d'unité en cage. De même, le silicium et l'oxyde métallique peuvent être disposés au niveau de neuf à dix-huit sommets, pour former une structure d'unité en cage. Selon des modes de réalisation, l'isolant à constante diélectrique élevée est prévu avec une structure de liaison d'unité d'oxyde métallique (Me) -oxygène (0) -- 35 oxyde métallique (Me), ou une structure de liaison d'unité de silicium (Si) - oxygène (0) - silicium (Si). 3 Le groupe fonctionnel peut être formé de l'un quelconque parmi un groupe organique, des polymères inorganiques, un polymère hybride organique/inorganique, un polymère organique simple ou un polymère organique complexe. L'oxyde métallique peut être formé de l'un quelconque parmi du titanate de baryumùstrontium, du titanate de zirconateùbaryum, du titanateùzirconate de plomb, du titanate de lanthane et de plomb, du titanate de strontium, du titanate de baryum, du fluorure de magnésium et baryum, du titanate de bismuth, du tantalate de strontium et bismuth, du niobate et tantalate de strontium et bismuth, AI2O3, MgO, CaO, ZrSiO4, HfSiO4, Y2O3, ZrO2, HfO2, SrO, La2O3, Ta205, BaO ou TiO2. En préférence, le transistor en couches minces comprend une couche semiù conductrice formée entre le film d'isolation de grille et les électrodes source/drain. Selon un mode de réalisation, la couche semiùconductrice est formée d'une couche de silicium. Selon un autre mode de réalisation, la couche semiùconductrice est formée d'une couche semiùconductrice organique qui correspond à l'un quelconque parmi un copolymère séquencé de polyfluorène cristallin liquide (LCPBC : liquid crystalline polyfluorene block copolymer), pentacène ou polythiophène. On comprendra que tant la description générale précédente que la description détaillée suivante de la présente invention sont exemplaires et explicatives et sont destinées à fournir davantage d'explications de l'invention telle que revendiquée. Les dessins joints, qui sont inclus afin de fournir davantage de compréhension de l'invention et sont incorporés dans et constituent une partie de cette demande, illustrent un/des modes de réalisation de l'invention, et conjointement avec la description, servent à expliquer le principe de l'invention. Sur les dessins : la figure l est une vue en coupe transversale illustrant un transistor en couches minces pour un dispositif LCD selon la présente invention. Il va maintenant être fait référence en détail aux modes de réalisation préférés de la présente invention, dont des exemples sont illustrés sur les dessins joints. Partout où cela est possible, les mêmes numéros de référence seront utilisés dans tous les dessins pour faire référence aux mêmes parties ou à des parties identiques. Ciùaprès, un transistor en couches minces pour un dispositif LCD selon la présente invention sera décrit en se référant aux dessins joints. La figure I est une vue en coupe transversale illustrant un transistor en couches minces pour un dispositif LCD selon la présente invention. Comme représenté sur la figure 1, le transistor en couches minces est composé d'une électrode de grille 1 I formée sur un substrat d'isolation transparent 10 : un film d'isolation de grille 12 formé d'un matériau d'isolation ayant une constante diélectrique élevée sur l'électrode de grille I l : une couche semiùconductrice 13 formée sur le film d'isolation de grille 12, dans laquelle la couche semiùconductrice 13 est composée d'un matériau de silicium amorphe à impuretés qui est hautement dopé en impuretés de type n, et un matériau de silicium amorphe qui n'est pas dopé en impuretés ; et des électrodes source et drain 16a et 16b qui exposent une portion prédéterminée de la couche semiùconductrice 13 auùdessus de l'électrode de grille 11, formée à un intervalle prédéterminé entre elles. Puis, une couche de passivation 18 est formée sur les électrodes source et drain 16a et 16b, dans laquelle la couche de passivation 18 est prévue avec un trou de contact pour exposer l'électrode drain 16b. Au travers du trou de contact, une t o électrode de pixel 19 est raccordée électriquement à l'électrode drain 16b. Dans le cas où le transistor en couches minces a la structure susmentionnée, le film d'isolation de grille est formé à partir d'un isolant à constante diélectrique élevée qui a une structure de liaison d'un groupe fonctionnel (R), d'oxyde métallique (Me), de silicium (Si) et d'oxygène (0). 15 L'isolant à constante diélectrique élevée, qui est formé dans la structure de liaison d'un groupe fonctionnel (R), d'oxyde métallique (Me), de silicium (Si) et d'oxygène (0), a une constante diélectrique de 8 ou plus. Le groupe fonctionnel (R) peut être formé de l'un quelconque parmi un groupe organique, des polymères inorganiques (par exemple, polysphosphazène, 20 polysiloxane, polysiloxane, polysilane, etc.), un polymère hybride organique/inorganique, un polymère organique simple (par exemple, polyacrylate, polyimide, polyester), ou un polymère organique complexe (par exemple, un copolymère). De même, l'oxyde métallique (Me) peut être formé de l'un quelconque parmi du titanate de baryumùstrontium. du titanate de zirconateùbaryum, du titanate 25 zirconate de plomb, du titanate de lanthane et de plomb, du titanate de strontium, du titanate de baryum, du fluorure de magnésium et baryum, du titanate de bismuth, du tantalate de strontium et bismuth, du niobate et tantalate de strontium et bismuth, Al203, MgO, CaO, ZrSiO4, HfSiO4, Y2O3, ZrO2, HfO2, SrO, La203, Ta2Os, BaO ou TiO2. 30 L'isolant à constante diélectrique élevée peut être formé en une structure d'unité en échelle qui a une structure de liaison bidimensionnelle représentée par la formule chimique 1, ou peut être formée en une structure d'unité en cage qui a une structure de liaison tri-dimensionnelle représentée par la formule 2. 35 [formule chimique 1] R R R \ \ Me~Oi _O~ 1 o 0 / o \ S> ,__Si-_~ Me - / 0 R R [formule chimique 2] R 0 0 0/ l /z /Si äo~ùMe R Par conséquent, la structure d'unité en échelle représentée par la formule Io chimique l est prévue avec trois atomes de silicium (Si) et trois oxydes métalliques (Me) disposés au niveau des sommets respectifs, pour former la liaison d'unité de silicium (Si) ù oxygène (0) ù oxyde métallique (Me). La structure d'unité en cage représentée par la formule 2 est prévue avec quatre atomes de silicium (Si) et quatre oxydes métalliques (Me) disposés au niveau des sommets respectifs, pour former la 15 structure de liaison d'unité de silicium (Si) oxygène (0) ù oxyde métallique (Me). La structure d'unité de type en cage hexaédrique est formée avec les quatre atomes de silicium (Si) et quatre oxydes métalliques (Me) disposés respectivement au niveau des huit sommets. Cependant, il est possible de prévoir une structure 5 R R MeR \S1 0 _Me 0 a Si 0 -r Me ____R , / â 0 1-- 0 R d'unité en cage polyédrique dont le silicium (Si) et les oxydes métalliques (Me) sont respectivement disposés au niveau des neuf à dixùhuit sommets. Etant donné que le nombre d'oxydes métalliques (Me) est augmenté, la constante diélectrique est augmentée. De même, les structures d'unité en échelle et en cage décrivent toutes deux la structure d'unité de silicium (Si) ù oxygène (0) ù oxyde métallique (Me). Cependant, la structure d'unité peut être changée en silicium (Si) ù oxygène (0) ù silicium (Si) ou oxyde métallique (Me) ù oxygène (0) ù oxyde métallique (Me). L'isolant à constante diélectrique élevée est appliqué sur le transistor en couches minces pour le dispositif LCD comportant la couche semiùconductrice 13 de la couche de silicium. Cependant, l'isolant à constante diélectrique élevée peut être appliqué sur un transistor en couches minces organique comportant une couche semiùconductrice organique. A ce moment, la couche semiùconductrice organique est formée de l'un quelconque parmi un copolymère séquencé de polyfluorène cristallin liquide (LCPBC), pentacène ou polythiophène. Comme mentionné ciùdessus, le transistor en couches minces pour le dispositif LCD selon la présente invention présente les avantages suivants. Dans le cas du transistor en couches minces pour le dispositif LCD selon la présente invention, le film d'isolation de grille est formé de l'isolant à constante diélectrique élevée ayant la structure de liaison d'un groupe fonctionnel (R), oxyde métallique (Me), silicium (Si) et oxygène (0), réalisant de ce fait la mobilité de charge élevée et diminuant le courant de fuite d'un transistor en couches minces. L'homme du métier s'apercevra de façon évidente que diverses modifications et variantes peuvent être apportées à la présente invention sans s'écarter de l'esprit ou de la portée des inventions. Ainsi, il est prévu que la présente invention couvre les modifications et variantes de cette invention à condition qu'elles entrent dans la portée des revendications annexées et de leurs équivalents. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ciùdessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes de réalisation et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Transistor en couches minces pour un dispositif LCD comprenant : une électrode de grille (11) formée sur un substrat (10) ; un film d'isolation de grille (12) formé à partir d'un isolant à constante diélectrique élevée ayant une structure de liaison d'un groupe fonctionnel (R), oxyde métallique (Me), silicium (Si) et oxygène (0) ; et des électrodes source et drain (16a, 16b) formées sur le film d'isolation de grille. 2. Transistor en couches minces selon la revendication 1, dans lequel l'isolant à constante diélectrique élevée est prévu avec une structure de liaison d'unité de silicium (Si) ù oxygène (0) ù oxyde de métal (Me). 3. Transistor en couches minces selon la revendication 2, dans lequel le silicium (Si) et l'oxyde métallique (Me) sont disposés au niveau de six sommets, pour former une structure d'unité en échelle. 4. Transistor en couches minces selon la revendication 2, dans lequel le silicium (Si) et l'oxyde métallique (Me) sont disposés au niveau de huit sommets, pour former une structure d'unité en cage. 5. Transistor en couches minces selon la revendication 2, dans lequel le silicium (Si) et l'oxyde métallique (Me) sont disposés au niveau de neuf à dixùhuit sommets pour former une structure d'unité en cage. 6. Transistor en couches minces selon la revendication 1, dans lequel l'isolant à constante diélectrique élevée est prévu avec une structure de liaison d'unité d'oxyde métallique (Me) ù oxygène (0) ù oxyde métallique (Me). 7. Transistor en couches minces selon la revendication 1, dans lequel l'isolant à constante diélectrique élevée est prévu avec une structure de liaison d'unité de silicium (Si) ù oxygène (0) -- silicium (Si). 8. Transistor en couches minces selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le groupe fonctionnel est formé de l'un quelconque parmi un groupe organique, un polymère inorganique, un polymère hybride organique/inorganique, un polymère organique simple ou un polymère organique complexe. 9. Transistor en couches minces selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'oxyde métallique (Me) est formé de l'un quelconque parmi du titanate de baryumùstrontium, du titanate de zirconateùbaryum, du titanateùzirconate de plomb, du titanate de lanthane et de plomb, du titanate de strontium, du titanate de baryum, du fluorure de magnésium et baryum, du titanate de bismuth, du tantalate de strontium et bismuth. du niobate et tantalate de strontium et 8 bismuth, Al203, MgO, CaO, ZrSiO4, HfSiO4, Y203, ZrO2, HfO2, SrO, La203, Ta205, BaO ou TiO2.. 10. Transistor en couches minces selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre une couche semiùconductrice (13) formée entre le film d'isolation de grille (12) et les électrodes source/drain (16a, 16b). l 1. Transistor en couches minces selon la revendication 10, dans lequel la couche semiùconductrice (13) est formée d'une couche de silicium. 12. Transistor en couches minces selon la revendication 10, dans lequel la couche semiùconductrice (13) est formée d'une couche semiùconductrice organique l0 qui correspond à l'un quelconque parmi un copolymère séquencé de polyfluorène cristallin liquide (LCPBC), pentacène ou polythiophène.