(57)【要約】【課題】本発明の目的は、移動度が高く、高ＯＮ／ＯＦＦ比を示す薄膜電界効果型トランジスタおよびそれを用いて高階調な電界発光装置を提供することである。【解決手段】基板上に、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記活性層が、室温から温度の低下と伴に電子キャリア濃度が減少する傾向を有し、その活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である非晶質酸化物を含有することを特徴とする薄膜電界効果型トランジスタ、およびそれを用いた電界発光装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記活性層が、室温から温度の低下と伴にキャリア濃度が減少し、その活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である非晶質酸化物を含有することを特徴とする薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記非晶質酸化物がＩｎとＺｎを含む複合酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記非晶質酸化物中に含まれるＩｎとＺｎの原子数比Ｉｎ／Ｚｎが０．１〜４．０であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記非晶質酸化物がＧａを更に含む複合酸化物であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記非晶質酸化物がＩｎとＺｎとＧａの複合酸化物であることを特徴とする請求項４に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記非晶質酸化物の室温でのキャリア濃度が６×１０１３ｃｍ−３以上６×１０１５ｃｍ−３未満であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
前記活性層が、活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である前記非晶質酸化物からなる第１の領域と、活性化エネルギーが０．０４ｅＶ未満である第２の非晶質酸化物からなる第２の領域とを少なくとも有し、前記第２の領域は前記ゲート絶縁膜と接し、前記第２の領域と前記ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方との間に前記第１の領域が電気的に接続して配されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
前記第２の非晶質酸化物がＩｎとＺｎとＧａの複合酸化物であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項９】
前記第２の非晶質酸化物の室温でのキャリア濃度が６×１０１５ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３未満であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
前記基板がフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
一対の電極間に少なくとも１層の発光層を含む薄膜層を有する発光素子と、該発光素子を駆動するための薄膜電界効果型トランジスタを備えた電界発光装置であって、該薄膜電界効果型トランジスタが前記請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタであることを特徴とする電界発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜電界効果型トランジスタおよびそれを用いた電界発光装置に関する。特に活性層に非晶質酸化物半導体を用いた薄膜電界効果型トランジスタおよびそれを用いた電界発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶やエレクトロルミネッセンス（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）技術等の進歩により、平面薄型画像表示装置（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）が実用化されている。特に、電流を通じることによって励起され発光する薄膜材料を用いた有機電界発光素子（以後、「有機ＥＬ素子」と記載する場合がある）は、低電圧で高輝度の発光が得られるために、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で、デバイスの薄型化、軽量化、小型化、および省電力などの効果が期待されている。
これらＦＰＤは、ガラス基板上に設けた非晶質シリコン薄膜や多結晶シリコン薄膜を活性層に用いた薄膜電界効果型トランジスタ（以後の説明で、Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、もしくはＴＦＴと記載する場合がある）のアクティブマトリクス回路により駆動されている。
【０００３】
一方、これらＦＰＤのより一層の薄型化、軽量化、耐破損性の向上を求めて、ガラス基板の替わりに軽量で可撓性のある樹脂基板を用いる試みも行われている。
しかし、上述のシリコン薄膜を用いるトランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要し、一般的に耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。
そこで、低温での成膜が可能な非晶質酸化物、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非晶質酸化物を半導体薄膜に用いるＴＦＴの開発が活発に行われている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。特に電子キャリア濃度が１０１８ｃｍ−３未満の非晶質酸化物を活性層として用いることにより良好なノーマリーオフ型のトランジスタ特性が得られることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
非晶質酸化物半導体を用いたＴＦＴは、室温成膜が可能であり、フイルム上に作製が可能であるので、フイルム（フレキシブル）ＴＦＴの活性層の材料として最近注目を浴びている。特に、東工大・細野らにより、ａ−ＩＧＺＯを用いたＴＦＴは、ＰＥＮ基板上でも電界効果移動度が約１０ｃｍ２／Ｖｓとガラス上のａ−Ｓｉ系ＴＦＴよりも高移動度が報告されて、特にフイルムＴＦＴとして注目されるようになった（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
しかし、このａ−ＩＧＺＯを用いたＴＦＴを例えば表示装置の駆動回路として用いる場合、１ｃｍ２／Ｖｓ〜１０ｃｍ２／Ｖｓという移動度では、まだ不十分であり、また、ＯＦＦ電流が高く、ＯＮ／ＯＦＦ比が低いという問題がある。有機ＥＬ素子でアクティブマトリックス駆動回路により高階調画像を得るためには、高いＯＮ／ＯＦＦ比のＴＦＴが必要とされるが、現状ではＯＮ／ＯＦＦ比が不十分なため十分な階調が得られていない。特に有機ＥＬ素子を用いた表示装置に用いるためには、ＴＦＴのさらなる移動度の向上、ＯＮ／ＯＦＦ比の向上が要求される。
【特許文献１】特開２００６−１８６３１９号公報
【非特許文献１】Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ，ｖｏｌ．４８６（２００５）、３８頁−４１頁
【非特許文献２】ＮＡＴＵＲＥ、Ｖｏｌ．４３２（２５  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ、２００４）、４８８頁−４９２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、電界効果移動度が高く、高ＯＮ／ＯＦＦ比を示す非晶質酸化物半導体を用いた薄膜電界効果型トランジスタを提供することにある。特に、フレキシブル基板上に作製可能な高性能の薄膜電界効果型トランジスタを提供することにある。
また、その高いＯＮ／ＯＦＦ比を有する薄膜電界効果型トランジスタを用いて高階調画像表示が可能な電界発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。
＜１＞  基板上に、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記活性層が、室温から温度の低下と伴にキャリア濃度が減少する傾向を有し、その活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である非晶質酸化物を含有することを特徴とする薄膜電界効果型トランジスタ。
＜２＞  前記非晶質酸化物がＩｎとＺｎを含む複合酸化物であることを特徴とする＜１＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜３＞  前記非晶質酸化物中に含まれるＩｎとＺｎの原子数比Ｉｎ／Ｚｎが０．１〜４．０であることを特徴とする＜２＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。    
＜４＞  前記非晶質酸化物がＧａを更に含む複合酸化物であることを特徴とする＜２＞または＜３＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜５＞  前記非晶質酸化物がＩｎとＺｎとＧａの複合酸化物であることを特徴とする＜４＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜６＞  前記非晶質酸化物の室温でのキャリア濃度が６×１０１３ｃｍ−３以上６×１０１５ｃｍ−３未満であることを特徴とする＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜７＞  前記活性層が、活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である前記非晶質酸化物からなる第１の領域と、活性化エネルギーが０．０４ｅＶ未満である第２の非晶質酸化物からなる第２の領域とを少なくとも有し、前記第２の領域は前記ゲート絶縁膜と接し、前記第２の領域と前記ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方との間に前記第１の領域が電気的に接続して配されていることを特徴とする＜１＞〜＜６＞のいずれかに記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜８＞  前記第２の非晶質酸化物がＩｎとＺｎとＧａの複合酸化物であることを特徴とする＜７＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜９＞  前記第２の非晶質酸化物の室温でのキャリア濃度が６×１０１５ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３未満であることを特徴とする＜７＞又は＜８＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜１０＞  前記基板がフレキシブル基板であることを特徴とする＜１＞〜＜９＞のいずれかに記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜１１＞  一対の電極間に少なくとも１層の発光層を含む薄膜層を有する発光素子と、該発光素子を駆動するための薄膜電界効果型トランジスタを備えた電界発光装置であって、該薄膜電界効果型トランジスタが前記＜１＞〜＜１０＞のいずれかに記載の薄膜電界効果型トランジスタであることを特徴とする電界発光装置。
【０００７】
非晶質酸化物半導体を用いたＴＦＴは、室温成膜が可能であり、可撓性プラスチックフイルムを基板として作製が可能であるので、フイルム（フレキシブル）ＴＦＴの活性層の材料として注目された。特に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物を半導体層（活性層）に用いることにより、電界効果移動度１０ｃｍ２／Ｖｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比１０３超の性能を持つＰＥＴ上に形成されたＴＦＴが報告されている。しかしながら、これを例えば表示装置の駆動回路に用いる場合、移動度、ＯＮ／ＯＦＦ比の観点から駆動回路を動作するには性能がまだ不十分であった。
それは、従来の技術では、ＯＦＦ電流を低減させる為に、活性層の電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満にする必要があった。活性層に用いられる非晶質酸化物半導体は、電子キャリア濃度が下がると電子移動度が下がる傾向があるので、良好なＯＦＦ特性と、高移動度を両立するＴＦＴを形成することが困難であったからである。
【０００８】
本発明者らは、ＴＦＴの電界効果移動度を高め、かつＯＮ／ＯＦＦ比を改良する手段の探索を鋭意進めた。その結果、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、非晶質酸化物半導体を含有する活性層、ソース電極及びドレイン電極を順次有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記活性層が、室温から温度の低下と伴に電子キャリア濃度が減少する傾向を有し、その活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である非晶質酸化物を含有する構成が有効な手段として見出された。さらに、室温から温度の低下と伴に電子キャリア濃度が減少する傾向を有し、その活性化エネルギーが０．０４ｅＶ未満である非晶質酸化物を併用して含有させることにより優れた性能が得られることが見出された。その結果、本発明に到達した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、電界効果移動度が高く、高ＯＮ／ＯＦＦ比を示す薄膜電界効果型トランジスタおよびそれを用いて高階調画像表示が可能な電界発光装置を提供することができる。特に、可撓性基板を用いたフイルム（フレキシブル）ＴＦＴとして有用な薄膜電界効果型トランジスタおよびそれを用いた電界発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
１．薄膜電界効果型トランジスタ
本発明の薄膜電界効果型トランジスタは、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を順次有し、ゲート電極に電圧を印加して、活性層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。ＴＦＴ構造として、スタガ構造及び逆スタガ構造のいずれをも形成することができる。活性層に流れる電流は電気伝導度に比例する。電気伝導度は物質のキャリア濃度とキャリア移動度に比例する。活性層がｎ型半導体である場合にはキャリアは電子であり、キャリア濃度とは電子キャリア濃度を、キャリア移動度とは電子移動度を示す。本発明の薄膜電界効果型トランジスタは電界効果移動度が高く、高ＯＮ／ＯＦＦ比を示すものである。鋭意検討の結果、我々はゲート電極に印加する電圧により活性層にキャリアが誘起される応答性（即ち、ＯＮ／ＯＦＦ比）は、電子キャリア濃度、電子移動度、電気伝導度の絶対値のみでは決定されず、特に電子キャリア濃度が温度により変化する性質、即ち電子キャリア濃度の活性化エネルギーが重要な因子であることを見出した。一般に半導体のキャリア濃度を増加させてキャリア濃度が有効状態密度以上になるとｎ型半導体ではフェルミ準位が伝導帯下端準位を上回る（ｐ型半導体ではフェルミ準位が価電子帯上端準位を下回る。この場合の準位は電子エネルギー準位を示す）。このような半導体は縮退半導体と呼ばれる。活性層がｎ型縮退半導体である場合にはキャリアは電子であり、電子キャリア濃度の活性化エネルギーは約０ｅＶである。このｎ型縮退半導体ではゲート電極に十分な電圧を印加しなくても活性層にキャリアが容易に誘起されるのでＯＦＦ電流値が増加して応答性（即ち、ＯＮ／ＯＦＦ比）が著しく悪化し、好ましくない。
【００１１】
電子キャリア濃度の活性化エネルギーが０ｅＶより大きく０．０４ｅＶ未満である場合には、前記縮退半導体よりは応答性（即ち、ＯＮ／ＯＦＦ比）は良化するものの依然としてＯＦＦ電流値が高く好ましくない。電子キャリア濃度の活性化エネルギーが０．１０ｅＶより大きい場合には、ゲート電極に十分な電圧を印加しても活性層にキャリアが誘起されにくく、ＯＮ電流値が著しく減少するため、応答性（即ち、ＯＮ／ＯＦＦ比）が悪化し、好ましくない。電子キャリア濃度の活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である場合には、ゲート電極に十分な電圧を印加しない状態では活性層にキャリアが誘起されないのでＯＦＦ電流低く、ゲート電極に電圧を印加した状態では活性層にキャリアが誘起されるのでＯＮ電流が高く、応答性（即ち、ＯＮ／ＯＦＦ比）に優れる。
【００１２】
本発明における前記活性層は、特許文献１に記載されている様な電子キャリア濃度の絶対値を規定することには意味が無く、電子キャリア濃度が温度により変化する性質、即ち電子キャリア濃度の活性化エネルギーを規定することに大きな意味がある。室温から温度の低下と伴に電子キャリア濃度が減少する傾向を有し、その活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である第１の非晶質酸化物を含有する。活性化エネルギーが０．０４ｅＶ未満ではＯＦＦ電流の増加によりＯＮ／ＯＦＦ比が悪化して本発明の効果が不十分であり、０．１０ｅＶを越えると低移動度によりＴＦＴ伝達特性が悪化する問題を生じるために好ましくない。
【００１３】
本発明における前記活性層は、更に、室温から温度の低下と伴に電子キャリア濃度が減少する傾向を有し、その活性化エネルギーが０．０４ｅＶ未満である第２の非晶質酸化物を含有するのが好ましい。本発明に於ける第２の非晶質酸化物の活性化エネルギーが０．０４ｅＶを越えると第１の非晶質酸化物と性質差が無くなり、その効果が十分に発揮されない。
【００１４】
本発明における第１の非晶質酸化物と第２の非晶質酸化物は、２層構造にして用いることができる。その場合、活性層が少なくとも活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である非晶質酸化物からなる第１の層と活性化エネルギーが０．０４ｅＶ未満である非晶質酸化物からなる第２の層とを有し、前記第２の層はゲート絶縁膜と接し、第前記２の層とソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方との間に前記第１の層が電気的に接続して配されていることがより好ましい。
【００１５】
本発明における非晶質酸化物とは、Ｘ線回折スペクトルにおいてハローパターンが観測されて特定の回折ピークが観察されない酸化物を指す。
本発明における非晶質酸化物は、Ｉｎを含む酸化物が好ましい。より好ましくは、Ｉｎ及びＧａを含む複合酸化物、又はＩｎ及びＺｎを含む複合酸化物である。更に好ましくは、Ｉｎ及びＧａ及びＺｎを含む複合酸化物である。
【００１６】
本発明に於ける非晶質酸化物の前記活性化エネルギーは、（ａ）非晶質酸化物を成膜する際の酸素分圧、（ｂ）非晶質酸化物の金属組成比、（ｃ）非晶質酸化物をスパッタ成膜する際のターゲットと基板の距離及び位置、（ｄ）非晶質酸化物を成膜する際の水分圧、（ｅ）水素原子又は重水素原子によるドーピングの少なくとも１つもしくは複数の組み合わせによって所望の範囲の値に調整することができる。
【００１７】
１）電子キャリア濃度、およびその温度依存性（活性化エネルギー）
本発明における活性層の電子キャリア濃度は電気伝導度より求めることができる。
電気伝導度は、物質の電気伝導のしやすさを表す物性値であり、物質のキャリア濃度ｎ、電荷素量をｅ、キャリア移動度μとすると物質の電気伝導度σは以下の式で表される。
σ＝ｎｅμ
活性層がｎ型半導体である時はキャリアは電子であり、キャリア濃度とは電子キャリア濃度を、キャリア移動度とは電子移動度を示す。同様に活性層がｐ型半導体ではキャリアは正孔であり、キャリア濃度とは、正孔キャリア濃度を、キャリア移動度とは正孔移動度を示す。
【００１８】
＜測定方法＞
厚みが分かっている膜のシート抵抗を測定することにより、膜の電気伝導度を求め、その値から電子キャリア濃度を求めることができる。また、測定温度を変えて膜の電気伝導度を求め、そのアレニウス図表を作製し、その温度勾配より電子キャリア濃度の活性化エネルギーを求めることができる。
本文記載の電子キャリア濃度は、２５℃での値を示し、活性化エネルギーは２５℃〜−１９６℃の温度範囲での値である。
【００１９】
２）構造
本発明における薄膜電界効果型トランジスタの構造は特に限定されないが、従来知られているスタガ構造および逆スタガ構造のいずれであっても良い。
図１は、逆スタガ構造の一例を示す模式図である。基板１がプラスチックフィルムなどの可撓性基板の場合、基板１の一方の面に絶縁層６を配し、その上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３、活性層４を積層して有し、その表面にソース電極５−１とドレイン電極５−２が設置される。
図２は、逆スタガ構造の別の例を示す模式図である。活性層４として電子キャリア濃度の異なる２層の活性層４−１，４−２を積層して有している。
【００２０】
図３は、本発明の薄膜電界効果型トランジスタ（以後、ＴＦＴと略記する場合がある）を用いたアクティブマトリクス駆動型有機電界発光装置の等価回路の模式図である。スイッチングＴＦＴ８４、駆動ＴＦＴ８３および有機ＥＬ素子８１の主要部の概略回路図である。本発明における電界発光装置の画素回路は、特に図３に示すものに限定されるものではなく、従来公知の画素回路をそのまま応用することができる。
【００２１】
３）ゲート絶縁膜
ゲート絶縁膜としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２等の絶縁体、又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物が用いられる。また、ポリイミドのような高分子絶縁体もゲート絶縁膜として用いることができる。
【００２２】
ゲート絶縁膜の膜厚としては１０ｎｍ〜１０μｍが好ましい。ゲート絶縁膜はリーク電流を減らすこと、及び電圧耐性を上げる為に、ある程度膜厚を厚くする必要がある。しかし、ゲート絶縁膜の膜厚を厚くすると、ＴＦＴの駆動電圧の上昇を招く結果となる。その為、ゲート絶縁膜の膜厚は無機絶縁体の場合は、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、高分子絶縁体の場合は、０．５μｍ〜５μｍで用いられることがより好ましい。特に、ＨｆＯ２のような高誘電率絶縁体をゲート絶縁膜に用いると、膜厚を厚くしても、低電圧でのＴＦＴ駆動が可能であるので、特に好ましい。
【００２３】
４）活性層
本発明に用いられる活性層には、酸化物半導体を用いることが好ましい。特に非晶質酸化物半導体がさらに好ましい。酸化物半導体、特に非晶質酸化物半導体は、低温で成膜可能である為に、プラスティックのような可撓性樹脂基板に作製が可能である。低温で作製可能な良好な非晶質酸化物半導体としては、特開２００６−１６５５２９号公報に開示されているような、Ｉｎを含む酸化物、ＩｎとＺｎを含む酸化物、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物であり、組成構造としては、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）のものが好ましいことが知られている。これらは、キャリアが電子のｎ型半導体である。もちろん、ＺｎＯ・Ｒｈ２Ｏ３、ＣｕＧａＯ２、ＳｒＣｕ２Ｏ２のようなｐ型酸化物半導体を活性層に用いても良い。
【００２４】
具体的に本発明に係る非晶質酸化物は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏを含み、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）で表される非晶質酸化物半導体が好ましい。特に、ＩｎＧａＺｎＯ４がより好ましい。この組成の非晶質酸化物半導体の特徴としては、電気伝導度が増加するにつれ、電子移動度が増加する傾向を示す。また、電気伝導度は、成膜中の酸素分圧により制御が可能であることが特開２００６−１６５５２９号公報に開示されている。
もちろん、活性層には酸化物半導体だけではなく、Ｓｉ、Ｇｅなどの無機半導体、ＧａＡｓ等の化合物半導体、ペンタセン、ポリチオフェン等の有機半導体材料、カーボンナノチューブ等も適応可能である。
【００２５】
＜活性層の電子キャリア濃度＞
本発明における温度の低下とともにキャリア濃度が減少し、その活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である非晶質酸化物がＩｎ、Ｚｎ及びＧａの複合酸化物の場合、活性層の電子キャリア濃度は、好ましくは、１．０×１０１３ｃｍ−３以上１．０×１０１６ｃｍ−３以下であり、より好ましくは、６．０×１０１３ｃｍ−３以上６．０×１０１５ｃｍ−３以下である。
【００２６】
上記の構成の活性層を用いることにより、移動度が１０ｃｍ２／（Ｖ・秒）以上の高い移動度のＴＦＴで、ＯＮ／ＯＦＦ比が１０６以上のトランジスタ特性を実現できる。
【００２７】
＜電子キャリア濃度の調整手段＞
本発明における活性層の電子キャリア濃度は、上述のように前記活性層が含有する非晶質酸化物によって調整される。本発明に用いられる非晶質酸化物は、室温から温度の低下と伴に電子キャリア濃度が減少する傾向を有し、その電子キャリア濃度の活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である。
【００２８】
電子キャリア濃度の調整手段としては、下記の手段を挙げることが出来る。
（１）酸素分圧による調整
酸化物半導体において、酸素欠陥ができると、キャリア電子が発生し、電気伝導度が大きくなることが知られている。よって、酸素欠陥量を調整することにより、酸化物半導体の電気伝導度を制御することが可能である。酸素欠陥量を制御する具体的な方法としては、成膜中の酸素分圧、成膜後の後処理時の酸素濃度と処理時間等がある。ここでいう後処理とは、具体的に１００℃以上の熱処理、酸素プラズマ、ＵＶオゾン処理がある。これらの方法の中でも、生産性の観点から成膜中の酸素分圧を制御する方法が好ましい。成膜中の酸素分圧を調整することにより、酸化物半導体の電子キャリア濃度の制御ができることは、特開２００６−１６５５２９号公報に開示されており、本手法を利用することができる。
【００２９】
（２）組成比による調整
酸化物半導体の金属組成比を変えることにより、電気伝導度が変化することが知られている。例えば、ＩｎＧａＺｎ１−ＸＭｇＸＯ４において、Ｍｇの比率が増えていくと、電気伝導度が小さくなることが、特開２００６−１６５５２９号公報に開示されている。また、（Ｉｎ２Ｏ３）１−Ｘ（ＺｎＯ）Ｘの酸化物系において、Ｚｎ／Ｉｎ比が１０％以上では、Ｚｎ比率が増加するにつれ、電気伝導度が小さくなることが報告されている（「透明導電膜の新展開ＩＩ」シーエムシー出版、Ｐ．３４−３５）。本発明においては、Ｉｎを含む酸化物が好ましく、より好ましくは、Ｉｎ及びＧａを含む複合酸化物、又はＩｎ及びＺｎを含む複合酸化物である。さらに好ましくは、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む複合酸化物である。本発明においては、非晶質酸化物中に含まれるＩｎとＺｎの原子数比Ｉｎ／Ｚｎは０．１〜４．０が好ましく、０．２〜２．０がより好ましい。
【００３０】
これら組成比を変える具体的な方法としては、例えば、スパッタによる成膜方法においては、組成比が異なるターゲットを用いる。または、多元のターゲットにより、共スパッタし、そのスパッタレートを個別に調整することにより、膜の組成比を変えることが可能である。  
【００３１】
（３）不純物による調整
酸化物半導体に、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌｒ、Ａｌ等の元素を不純物として添加し、組成を多元化することにより、電子キャリア濃度を減少させること、つまり電気伝導度を小さくすることが可能であることが、特開２００６−１６５５２９号公報に開示されている。不純物を添加する方法としては、酸化物半導体と不純物元素とを共蒸着により行う、成膜された酸化物半導体膜に不純物元素のイオンをイオンドープ法によりドープする方法等がある。
（４）スパッタ成膜する際のターゲットと基板の距離及び位置による調整
スパッタ成膜する際のターゲットと基板の位置が直上であり距離が近いほど、スパッタによるダメージが大きく酸素欠陥が生じやすくなり、電気伝導度が大きくなる。逆にターゲットと基板の位置がオフセットであり距離が遠いほど、スパッタによるダメージが小さく酸素欠陥が生じにくくなり、電気伝導度が小さくなる。
（５）非晶質酸化物を成膜する際の水分圧による調整
スパッタ成膜する際の水分圧が高いと、スパッタによるダメージが小さく酸素欠陥が生じにくくなり、電気伝導度が小さくなる。逆に、スパッタ成膜する際の水分圧が低いと、スパッタによるスパッタによるダメージが大きく酸素欠陥が生じやすくなり、電気伝導度が大きくなる。
（６）水素原子又は重水素原子によるドーピングによる調整
スパッタ成膜する際に、水素原子又は重水素原子のドーピングによりキャリア濃度を調整できる。具体的には、アルゴンガス、酸素ガス及び水素ガスの混合雰囲気中にてスパッタ成膜を行う。
【００３２】
（７）酸化物半導体材料による調整
上記（１）〜（６）においては、同一酸化物半導体系での電気伝導度の調整方法を述べたが、もちろん酸化物半導体材料を変えることにより、電気伝導度を変えることができる。例えば、一般的にＳｎＯ２系酸化物半導体は、Ｉｎ２Ｏ３系酸化物半導体に比べて電気伝導度が小さいことが知られている。このように酸化物半導体材料を変えることにより、電気伝導度の調整が可能である。
電子キャリア濃度を調整する手段としては、上記（１）〜（７）の方法を単独に用いても良いし、組み合わせても良い。
【００３３】
例えば、電子キャリア濃度が減少する傾向を有し、その活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１０ｅＶ以下である第１の非晶質酸化物は、好ましくは下記の条件で調製される。
好ましい金属組成比はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：０．５〜５．０：０．２５〜１０．０、より好ましくはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１．０〜５．０：０．２５〜１０．０である。酸素分圧は０．０１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下が好ましく、より好ましくは０．０２Ｐａ以上０．２Ｐａ以下である。水分圧は１．０×１０−５Ｐａ以上１．０×１０−１Ｐａ以下が好ましく、より好ましくは５．０×１０−５Ｐａ以上５．０×１０−２Ｐａ以下である。
【００３４】
一方、室温から温度の低下と伴に電子キャリア濃度が減少する傾向を有し、その活性化エネルギーが０．０４ｅＶ未満である第２の非晶質酸化物は、好ましくは下記の条件で調製される。
好ましい金属組成比はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：０〜２．０：０．２５〜１０．０、より好ましくはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：０〜１．０：０．２５〜１０．０である。酸素分圧は０．０００５Ｐａ以上０．２Ｐａ以下が好ましく、より好ましくは０．００１Ｐａ以上０．１Ｐａ以下である。水分圧は１．０×１０−７Ｐａ以上１．０×１０−３Ｐａ以下が好ましく、より好ましくは５．０×１０−７Ｐａ以上５．０×１０−４Ｐａ以下である。
好ましくは、第１の非晶質酸化物の金属組成比のＧａ含率は、第２の非晶質酸化物の金属組成比のＧａ含率より０．１以上大きい。
更に好ましくは、第１の非晶質酸化物の酸素分圧は、第２の非晶質酸化物の酸素分圧より１桁以上大きい。第１の非晶質酸化物の水分圧は、第２の非晶質酸化物の水分圧より１桁以上大きい。
【００３５】
＜活性層の形成方法＞
活性層の成膜方法は、酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが良い。気相成膜法の中でも、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタリング法が好ましい。
【００３６】
例えば、ＲＦマグネトロンスパッタリング蒸着法により、真空度及び酸素流量を制御して成膜される。酸素流量が多いほど電気伝導度を小さくすることができる。
【００３７】
成膜した膜は、周知のＸ線回折法によりアモルファス膜であることが確認できる。
また、膜厚は触針式表面形状測定により求めることができる。組成比は、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）分析法により求めることができる。
【００３８】
５）ゲート電極
本発明におけるゲート電極としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられる。
ゲート電極の厚みは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００３９】
ゲート電極の成膜法は特に限定されることはなく、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。例えば、ＩＴＯを選択する場合には、直流あるいは高周波スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレ−ティング法等に従って行うことができる。またゲート電極の材料として有機導電性化合物を選択する場合には湿式製膜法に従って行うことができる。
【００４０】
６）ソース電極及びドレイン電極
本発明におけるソース電極及びドレイン電極材料として、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられる。
ソース電極及びドレイン電極の厚みは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４１】
ソース電極及びドレイン電極の製膜法は特に限定されることはなく、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。例えば、ＩＴＯを選択する場合には、直流あるいは高周波スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレ−ティング法等に従って行うことができる。またソース電極及びドレイン電極の材料として有機導電性化合物を選択する場合には湿式製膜法に従って行うことができる。
【００４２】
７）基板
本発明に用いられる基板は特に限定されることはなく、例えばＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレ−ト等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカ−ボネ−ト、ポリエ−テルスルホン、ポリアリレ−ト、アリルジグリコ−ルカ−ボネ−ト、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の合成樹脂等の有機材料、などが挙げられる。前記有機材料の場合、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、低吸湿性等に優れていることが好ましい。
【００４３】
本発明においては特に可撓性基板が好ましく用いられる。可撓性基板に用いる材料としては、光透過率の高い有機プラスチックフィルムが好ましく、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等のプラスティックフィルムを用いることができる。また、フィルム状プラスティック基板には、絶縁性が不十分の場合は絶縁層、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、フィルム状プラスティック基板の平坦性や電極や活性層との密着性を向上するためのアンダーコート層等を備えることも好ましい。
【００４４】
ここで、可撓性基板の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。これは、可撓性基板の厚みを５０μｍ未満とした場合には、基板自体が十分な平坦性を保持することが難しいためである。また、可撓性基板の厚みを５００μｍよりも厚くした場合には、基板自体を自由に曲げることが困難になる、すなわち基板自体の可撓性が乏しくなるためである。
【００４５】
２．発光装置
本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、液晶やＥＬ素子を用いた画像表示装置、特に平面薄型表示装置（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）などの発光装置に好ましく用いられる。より好ましくは、基板に有機プラスチックフィルムのような可撓性基板を用いたフレキシブル表示装置に用いられる。特に、本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、移動度が高く、ＯＮ／ＯＦＦ比が高いことから有機ＥＬ素子を用いた高階調な電界発光装置、フレキシブル電界発光装置に最も好ましく用いられる。
【００４６】
（応用）
本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、液晶やＥＬ素子を用いた画像表示装置、特にＦＰＤのスイッチング素子、駆動素子として用いることができる。特に、フレキシブルＦＰＤ装置のスイッチング素子、駆動素子として用いるのが適している。さらに本発明の電界効果型薄膜トランジスタを用いた電界発光装置は、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で幅広い分野で応用される。
また、本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、電界発光装置以外にも、有機プラスチックフィルムのような可撓性基板上に本発明の電界効果型薄膜トランジスタを形成し、ＩＣカードやＩＤタグなどに幅広く応用が可能である。
【実施例】
【００４７】
以下に、本発明の薄膜電界効果型トランジスタについて、実施例により説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【００４８】
実施例１
１．活性層の作製
（非晶質酸化物の調製）
＜条件１＞
ＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒガス共存下、全ガス圧０．３７Ｐａ、Ｏ２分圧０．０００５Ｐａに保ち、ＲＦパワー２００Ｗの条件で行った。この時、水分圧は１．０×１０−４Ｐａであった。基板としては、無アルカリガラス板（コーニング社、品番ＮＯ．１７３７）を用いた。基板の重心はターゲットの重心の直上９０ｍｍに設置した。この時、基板面とターゲット面の重心を結ぶ線はターゲット面に対して９０度であった。
＜条件２＞
条件１と同様に、但しＯ２分圧０．００１Ｐａの条件に変更して行った。
＜条件３＞
条件１と同様に、但しＯ２分圧０．０３Ｐａの条件に変更して行った。
＜条件４＞
条件１と同様に、但しＯ２分圧０．１５Ｐａの条件に変更して行った。
＜条件５＞
条件１と同様に、但しＯ２分圧０．０００５Ｐａの条件を０．０００１Ｐａに変更して行った。
【００４９】
＜条件６＞
ＩｎＧａＺｎ０．２Ｍｇ０．８Ｏ４の組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒガス共存下、全ガス圧０．４０Ｐａ、Ｏ２分圧０．０５Ｐａに保ち、ＲＦパワー２００Ｗの条件で行った。
＜条件７＞
ＩｎＧａＭｇＯ４の組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒガス共存下、全ガス圧０．４１Ｐａ、Ｏ２分圧０．２１Ｐａに保ち、ＲＦパワー２００Ｗの条件で行った。
＜条件８＞
Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝質量比９０：１０の組成を有するターゲット（出光興産製）を用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒガス共存下、全ガス圧０．３７Ｐａ、Ｏ２分圧０．０３７Ｐａに保ち、ＲＦパワー２００Ｗの条件で行った。
【００５０】
＜条件９＞
Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝質量比９０：１０の組成を有するターゲット（出光興産製）を用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒガス共存下、全ガス圧０．３７Ｐａ、Ｏ２分圧０．０６１Ｐａに保ち、ＲＦパワー２００Ｗの条件で行った。
＜条件１０＞
Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝質量比９０：１０の組成を有するターゲット（出光興産製）を用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒガス共存下、全ガス圧０．３７Ｐａ、Ｏ２分圧０．１０５Ｐａに保ち、ＲＦパワー２００Ｗの条件で行った。
【００５１】
＜条件１１＞
条件１に対して、基板の重心はターゲットの重心の斜め１０３．９ｍｍ（＝９０ｍｍ／ｓｉｎ６０°）に設置した。この時、基板面とターゲット面の重心を結ぶ線はターゲット面に対して６０度であった。
＜条件１２＞
条件１に対して、基板の重心はターゲットの重心の斜め１２７．３ｍｍ（＝９０ｍｍ／ｓｉｎ４５°）に設置した。この時、基板面とターゲット面の重心を結ぶ線はターゲット面に対して４５度であった。
＜条件１３＞
条件１に対して、水分圧を１．０×１０−３Ｐａの条件に変更して行った。
＜条件１４＞
条件１に対して、水分圧を１．０×１０−２Ｐａの条件に変更して行った。
【００５２】
（物性測定）
上記条件１〜１４で調製した非晶質酸化物を記無アルカリガラス基板（コーニング社、品番ＮＯ．１７３７）に直接１００ｎｍの厚みに蒸着した物性測定用サンプルを作製した。これらの物性測定用サンプルを周知のＸ線回折法により分析した結果、これらの膜はアモルファス膜であることが確認できた。また、これらの物性測定用サンプルの電気伝導度および、ホール測定法によるキャリア濃度、及び組成比を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００５３】
−電気伝導度の測定方法−
物性測定用サンプルの電気伝導度は、サンプルの測定されたシート抵抗と膜厚から計算し求めた。ここで、シート抵抗をρ（Ω／□）、膜厚をｄ（ｃｍ）とすると、電気伝導度σ（Ｓｃｍ−１）は、σ＝１／（ρ＊ｄ）として算出される。
本実施例において、物性測定用サンプルのシート抵抗１０７Ω／□未満の領域ではロレスタ−ＧＰ（三菱化学社製）、シート抵抗１０７Ω／□以上の領域ではハイテスタ−ＵＰ（三菱化学社製）を用いて２５℃の環境下で行った。物性測定用サンプルの膜厚測定には触針式表面形状測定器ＤｅｋＴａｋ−６Ｍ（ＵＬＶＡＣ社製）を用いた。
さらに、測定温度０℃、−１００℃、および−１９６℃で同様に測定を行った。
【００５４】
−ホール効果測定法によるキャリア濃度測定−
物性測定用サンプルのキャリア濃度は、ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型（東陽テクニカ社製）を用いてホール効果測定を行うことにより求めた。ホール効果測定は２５℃の環境下で行った。尚、ホール効果測定を行うことにより、キャリア濃度だけではなく、キャリアのホール移動度も求めることができる。また、キャリア濃度の測定温度依存性より、キャリア濃度の活性化エネルギーが算出される。
【００５５】
−キャリア濃度の活性化エネルギーの測定方法−
キャリア濃度の測定温度依存性より、キャリア濃度の活性化エネルギーが算出される。
【００５６】
得られた電子キャリア濃度、活性化エネルギーを表１に示した。
表１より明らかなように、条件３，６，８，９，１１，１３で調製した非晶質酸化物の活性化エネルギーが０．０４ｅＶ以上０．１ｅＶ以内の範囲内にあった。条件１〜２、５は０．０４ｅＶより小さく、条件４，７，１０，１２，１４では０．１ｅＶを越える値を示した。
【００５７】
【表１】
2010103451.tif 000002
【００５８】
２．ＴＦＴ素子の作製
基板としては、無アルカリガラス板（コーニング社、品番ＮＯ．１７３７）を用いた。純水１５分→アセトン１５分→純水１５分の順で超音波洗浄を行った前記基板上に、ＳｎＯ２含有率が１０質量％である酸化インジウム錫（ＩＴＯ）タ−ゲット（インジウム：錫＝９５：５（モル比））を用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ（条件：成膜温度４３℃、スパッタガスＡｒ＝１２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４０Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）により、ゲート電極としてのＩＴＯ薄膜（厚み３０ｎｍ）を形成した。ゲート電極ＩＴＯのパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
【００５９】
次にゲート電極上に、下記のゲート絶縁膜の形成を行った。
ゲート絶縁膜：ＳｉＯ２をＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法（条件：ターゲットＳｉＯ２、成膜温度５４℃、スパッタガスＡｒ／Ｏ２＝１２／２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４００Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）にて２００ｎｍ形成し、ゲート絶縁膜を設けた。ゲート絶縁膜ＳｉＯ２のパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
【００６０】
この上に、活性層を設けた。活性層は条件１〜１４で調製した各非晶質酸化物をそれぞれ蒸着厚み５０ｎｍに蒸着した。活性層の蒸着条件は上記の「１．活性層の作製」に示す通りである。尚、活性層のパターニングには、上記と同様に、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
【００６１】
次いで、上記活性層の上にソース電極及びドレイン電極としてＩＴＯを４０ｎｍの厚みにＲＦマグネトロンスパッタ（条件：成膜温度４３℃、スパッタガスＡｒ＝１２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４０Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）にて、蒸着した。尚、ソース電極およびドレイン電極のパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。以上により、チャネル長Ｌ＝２００μｍ、チャネル幅Ｗ＝１０００μｍの逆スタガ構造のＴＦＴ素子を作製した。
【００６２】
３．性能評価
（界面均一性）
作製された素子の面状を視覚的観察により官能評価により下記評点で数値化した。
評点４：面状が均一で全く異常が観察されないレベル。
評点３：滑らかな表面凹凸が観察されるが、クラックは観察されないレベル。
評点２：表面凹凸が観察され、弱いクラックが観察されるレベル。
評点１：表面凹凸が観察され、膜の内部に及ぶクラックが観察されるレベル。
【００６３】
（ＴＦＴ性能）
得られた各ＴＦＴ素子について、横軸をゲート電圧（Ｖｇ）、縦軸をドレイン電流（Ｉｄ）とする電流−電圧特性曲線を作製し、Ｖｇ＝０における飽和領域ドレイン電圧Ｖｄ＝４０Ｖ（ゲート電圧−２０Ｖ≦Ｖｇ≦４０Ｖ）でのＴＦＴ伝達特性の測定を行い、ＴＦＴの電子移動度およびＯＮ／ＯＦＦ比を評価した。ＴＦＴ伝達特性の測定は、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用いて行った。
Ｉｄｓは、Ｖｇ＝０における電流値であり、ＯＦＦ電流値（リーク電流値）を表す。Ｉｄｓは、１×１０−１０Ａ以下であることが好ましく、これ以上大きいとＴＦＴのＯＮ／ＯＦＦ特性が悪化するので好ましくない。
【００６４】
−電子移動度の算出方法−
飽和領域における電子移動度μは、ＴＦＴ伝達特性から次式で求められる。
μ＝（２Ｌ／Ｗ＊Ｃｏｘ）＊（∂Ｉｄ１／２／∂Ｖｇ）
ここで、Ｌはチャネル長、Ｗはチャネル幅、Ｃｏｘはゲート絶縁膜の静電容量、Ｉｄはドレイン電流、Ｖｇはゲート電圧を示す。
【００６５】
得られた結果を表１に示した。
表１より明らかに、条件３，６，８，９，１１，１３で調製した非晶質酸化物を用いた本発明のＴＦＴはＩｄｓが１０−１１Ａ台の少ない値でかつ高い電子移動度を示した。条件１、２、５は高い電子移動度を示したが、１×１０−１０Ａを遙かに越える高いＩｄｓ値を示し、ＯＮ／ＯＦＦ特性が好ましくなかった。条件７，１０で調製した非晶質酸化物を用いたＴＦＴは、Ｉｄｓが１×１０−１０Ａ以下であったが、移動度が０．８ｃｍ２．Ｖ−１．Ｓ−１以下と低くかった。また、条件４，１２，１４の非晶質酸化物を用いたＴＦＴは活性層表面にクラックが発生し、電流のショートなどの懸念があり好ましくなかったが、条件３，６，９，１１，１３の非晶質酸化物を用いた本発明のＴＦＴは非常に優れた界面均一性を示すこともわかった。
【００６６】
電子キャリア濃度が１０１６ｃｍ−３オーダーのサンプル６と１０を比較すると活性化エネルギーが０．０５１ｅＶのサンプル６は移動度が５．３ｃｍ２／Ｖ・Ｓと優れるが、活性化エネルギーが０．１０８ｅＶのサンプル１０は移動度が０．８ｃｍ２／Ｖ・Ｓと低い結果であった。同様に電子キャリア濃度が１０１８ｃｍ−３オーダーのサンプル１と８と９を比較すると活性化エネルギーが〜０ｅＶのサンプル１はＩｄｓが５×１０−７Ａと高いが、活性化エネルギーが０．０４３ｅＶのサンプル８及び活性化エネルギーが０．０５８ｅＶのサンプル９はＩｄｓが各々３×１０−１１Ａ及び２×１０−１１Ａと優れた結果であった。以上の結果からも、電界効果移動度が高く、高ＯＮ／ＯＦＦ比を示す非晶質酸化物半導体を用いた薄膜電界効果型トランジスタを得るためには、電子キャリア濃度の絶対値を規定することには意味が無く、電子キャリア濃度が温度により変化する性質、即ち電子キャリア濃度の活性化エネルギーを規定することに大きな意味があることが示された。
【００６７】
実施例２
実施例１のＴＦＴ構成において、図２で表されるキャリア濃度の異なる２層の活性層を積層した構成とした。
活性層第１の領域：条件３で調製した非晶質酸化物を蒸着厚み４０ｎｍに設けた。
活性層第２の領域層：条件１で調製した非晶質酸化物を蒸着厚み１０ｎｍに設けた。
得られたＴＦＴは、Ｉｄｓ＝５×１０−１１Ａ、電子移動度１３．８ｃｍ２．Ｖ−１．Ｓ−１と、さらに優れた性能を示した。
【００６８】
実施例３
実施例１のＴＦＴ構成において、活性層を下記の非晶質酸化物の共蒸着層を用いた。
条件３で調製した非晶質酸化物と条件１で調製した非晶質酸化物を４：１（質量比）となるように共蒸着した。蒸着厚みは５０ｎｍであった。
得られたＴＦＴは、Ｉｄｓ＝７×１０−１１Ａ、電子移動度１２．５ｃｍ２・Ｖ−１・Ｓ−１と、さらに優れた性能を示した。
【００６９】
実施例４
実施例１〜３のＴＦＴを用いて有機電界発光装置を作製した結果、高階調な画像表示が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の逆スタガ構造のＴＦＴ素子構造を示す模式図である。
【図２】本発明の逆スタガ構造の別の態様のＴＦＴ素子構造を示す模式図である。
【図３】本発明のＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス駆動型有機ＥＬ発光装置の等価回路の模式図である。
【符号の説明】
【００７１】
１：基板
２：ゲート電極
３：ゲート絶縁膜
４：活性層、４−１：第２の領域、４−２：第１の領域
５−１：ソース電極
５−２：ドレイン電極
６：絶縁層
８１：有機ＥＬ素子
８２：陰極
８３：駆動ＴＦＴ
８４：スイッチングＴＦＴ
８５：コンデンサー
８６：共通電線
８７：信号電線
８８：走査電線
【図１】
2010103451.tif 000003
【図２】
2010103451.tif 000004
【図３】
2010103451.tif 000005