(57)【要約】      （修正有）【課題】移動度が大きく、ソース・ドレイン間電流のオン・オフ比が大きく、トランスファー特性のオフ状態からオン状態への立ち上がりが急峻な電界効果型トランジスタを提供する。【解決手段】電解効果型トランジスタは、ゲート電圧を印加するためのゲート電極２６と、電流を取り出すためのソース電極２３及びドレイン電極２４と、ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、酸化物半導体からなる活性層２２と、ゲート電極と活性層との間に設けられたゲート絶縁層２５と、を備える。ゲート絶縁層が、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物であり、活性層のキャリア密度が、４．０×１０１７／ｃｍ３以上である。【選択図】図１
2017108136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、酸化物半導体からなる活性層と、
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と、
を備える電界効果型トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層が、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物であり、
前記活性層のキャリア密度が、４．０×１０１７／ｃｍ３以上であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート絶縁層が、更に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、及びＴａの少なくともいずれかである第Ｃ元素を含む請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。 
【請求項３】
前記ゲート絶縁層の比誘電率が、７．０より大きい請求項１から２のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記活性層が、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＴｉの少なくともいずれかを含有するｎ型酸化物半導体である請求項１から３のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記ｎ型酸化物半導体が、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、６価のカチオン、７価のカチオン、及び８価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされており、
前記ドーパントの価数が、前記ｎ型酸化物半導体を構成する金属イオン（ただし、前記ドーパントを除く）の価数よりも大きい請求項４に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記活性層のキャリア密度が、１．０×１０１８／ｃｍ３以上である請求項１から５のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と、
請求項１から６のいずれかに記載の電界効果型トランジスタを含み、前記光制御素子を駆動する駆動回路と、
を備えることを特徴とする表示素子。
【請求項８】
画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、
マトリックス状に配置された複数の請求項７に記載の表示素子と、
前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧と信号電圧とを個別に印加するための複数の配線と、
前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタの前記ゲート電圧と前記信号電圧とを前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
請求項８に記載の画像表示装置と、
表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と、
を備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置、及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、電子ペーパー等の平面薄型ディスプレイ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）は、非晶質シリコンや多結晶シリコンを活性層に用いた薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を含む駆動回路により駆動されている。そして、ＦＰＤは、さらなる大型化、高精細化、高速駆動性が求められており、それに伴って、キャリア移動度が高くオン・オフ比が高くオフからオンへの立ち上がりが急峻といった良好なスイッチング特性を有するトランジスタが求められている。
【０００３】
しかしながら、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（特に低温ポリシリコン：Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉｌｉｃｏｎ：ＬＴＰＳ）を活性層に用いたＴＦＴは、それぞれに一長一短があり、同時に全ての要求を満たすことは困難であった。
【０００４】
例えば、ａ−Ｓｉ  ＴＦＴは、大画面のＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を高速駆動するには移動度が不足しており、また連続駆動時の閾値電圧シフトが大きいという欠点を抱えている。ＬＴＰＳ−ＴＦＴは、移動度は大きいが、エキシマレーザーアニーリングによって活性層を結晶化するプロセスのために閾値電圧のバラツキが大きく、量産ラインのマザーガラスサイズを大きくできないという問題が存在する。
【０００５】
そこで、室温成膜が可能でアモルファス状態でａ−Ｓｉ以上の移動度を示すＩｎＧａＺｎＯ４（ａ−ＩＧＺＯ）が提案され（非特許文献１参照）、これをきっかけとして、移動度の高いアモルファス酸化物半導体が精力的に研究されるに至った。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、移動度が大きく、ソース・ドレイン間電流のオン・オフ比が大きく、トランスファー特性のオフ状態からオン状態への立ち上がりが急峻な電界効果型トランジスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
本発明の電界効果型トランジスタは、
ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、酸化物半導体からなる活性層と、
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と、
を備える電界効果型トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層が、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物であり、
前記活性層のキャリア密度が、４．０×１０１７／ｃｍ３以上である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、移動度が大きく、ソース・ドレイン間電流のオン・オフ比が大きく、トランスファー特性のオフ状態からオン状態への立ち上がりが急峻な電界効果型トランジスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、トップコンタクト・ボトムゲート型の電界効果型トランジスタの一例を示す概略構成図である。
【図２】図２は、ボトムコンタクト・ボトムゲート型の電界効果型トランジスタの一例を示す概略構成図である。
【図３】図３は、トップコンタクト・トップゲート型の電界効果型トランジスタの一例を示す概略構成図である。
【図４】図４は、ボトムコンタクト・トップゲート型の電界効果型トランジスタの一例を示す概略構成図である。
【図５】図５は、本発明のシステムとしてのテレビジョン装置の一例を示す概略構成図である。
【図６】図６は、図５における画像表示装置を説明するための図（その１）である。
【図７】図７は、図５における画像表示装置を説明するための図（その２）である。
【図８】図８は、図５における画像表示装置を説明するための図（その３）である。
【図９】図９は、本発明の表示素子の一例を説明するための図である。
【図１０】図１０は、表示素子における有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの位置関係の一例を示す概略構成図である。
【図１１】図１１は、表示素子における有機ＥＬ素子と電界効果型トランジスタの位置関係の他の一例を示す概略構成図である。
【図１２】図１２は、有機ＥＬ素子の一例を示す概略構成図である。
【図１３】図１３は、表示制御装置を説明するための図である。
【図１４】図１４は、液晶ディスプレイを説明するための図である。
【図１５】図１５は、図１４における表示素子を説明するための図である。
【図１６】図１６は、実施例１のゲート絶縁層のＸ線回折測定結果である。
【図１７】図１７は、実施例１のトランスファー特性を示すグラフである。
【図１８】図１８は、比較例１のトランスファー特性を示すグラフである。
【図１９】図１９は、比較例２のトランスファー特性を示すグラフである。
【図２０】図２０は、比較例３のトランスファー特性を示すグラフである。
【図２１】図２１は、比較例４のトランスファー特性を示すグラフである。
【図２２】図２２は、比較例５のゲート絶縁層のＸ線回折測定結果である。
【図２３】図２３は、比較例５のトランスファー特性を示すグラフである。
【図２４】図２４は、比較例６、及び７のトランスファー特性を示すグラフである。
【図２５】図２５は、実施例２〜５のトランスファー特性を示すグラフである。
【図２６】図２６は、実施例６〜８のトランスファー特性を示すグラフである。
【図２７】図２７は、実施例９〜１１のトランスファー特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（電界効果型トランジスタ）
本発明の電界効果型トランジスタは、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、活性層と、ゲート絶縁層とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。そして、上記の課題を達成するためには、キャリア密度が４．０×１０１７／ｃｍ３以上である酸化物半導体を活性層に用い、且つアルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物をゲート絶縁層に用いることが有効であることを見出した。活性層のキャリア密度が４．０×１０１７／ｃｍ３以上と高めであることは、トランジスタがオンの状態でソース・ドレイン間を流れる電流値（いわゆるオン電流値）を増加させるのに有効である。また、このような多数のキャリアをゲート電圧によって有効に制御してオフ状態からオン状態への立ち上がりが急峻な特性を実現するためには、ゲート絶縁層の電気的特性が重要となり、特にアルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物がこの場合のゲート絶縁層の材料として適していることを見出した。この材料からなるゲート絶縁層を用いると、ゲート絶縁層を介したリーク電流を小さく抑えられることからオフ電流が低減され、オン・オフ比が高い特性が得られる。以上により、本発明の完成に至った。
【００１２】
＜ゲート電極＞
前記ゲート電極としては、ゲート電圧を印加するための電極であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ゲート電極の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属乃至合金、ＩＴＯ、ＡＴＯ等の透明導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）等の有機導電体などが挙げられる。
【００１３】
前記ゲート電極の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、（ｉ）スパッタ法、ディップコーティング法等による成膜後、フォトリソグラフィーによってパターニングする方法、（ｉｉ）インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜する方法などが挙げられる。
【００１４】
前記ゲート電極の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２０ｎｍ〜１μｍが好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍがより好ましい。
【００１５】
＜ゲート絶縁層＞
前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられた絶縁層である。
【００１６】
前記ゲート絶縁層は、アルカリ土類金属（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ）である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物である。
【００１７】
前記ゲート絶縁層に含まれる前記アルカリ土類金属は、１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。
【００１８】
ゲート絶縁層がアモルファス材料で形成されていることは、トランジスタの特性を向上させる点で好ましい形態である。ゲート絶縁層が結晶性の材料で形成されていると結晶粒界に起因するリーク電流を低く抑えることができず、トランジスタ特性の悪化につながるためである。
【００１９】
また、ゲート絶縁層が常誘電体であることは、トランジスタのトランスファー特性におけるヒステリシスを低減させる点で必要となる。トランジスタをメモリ等の用途で使用する特殊な場合は例外であるが、通常トランジスタのスイッチング特性を利用するデバイスにおいてはヒステリシスが存在することは好ましくない。
常誘電体とは、圧電体、焦電体、強誘電体以外の誘電体であり、すなわち圧力によって分極が発生したり、外部電界のない状態で自発分極を有したりすることがない誘電体を指す。また、圧電体、焦電体及び強誘電体は、その特性を発現させるために結晶である必要がある。すなわち、ゲート絶縁層をアモルファス材料で形成すると、必然的にこのゲート絶縁層は常誘電体となる。
【００２０】
アルカリ土類金属酸化物は大気中の水分や二酸化炭素と反応しやすく、容易に水酸化物や炭酸塩に変化してしまい、単独では電子デバイスへの応用は適さない。また、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイド等の単純酸化物は結晶化しやすく、リーク電流が問題となる。しかし発明者等は、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む酸化物は大気中において安定で且つ広範な組成領域で常誘電性のアモルファス膜を形成でき、ゲート絶縁層に適していることを見出した。Ｃｅはランタノイドの中で特異的に４価になりアルカリ土類金属との間でペロブスカイト構造の結晶を形成するため、アモルファス相を得るためには第Ｂ元素がＣｅではないことが好ましい。
【００２１】
アルカリ土類金属酸化物とＧａ酸化物の間にはスピネル構造などの結晶相が存在するが、これらの結晶はペロブスカイト構造結晶と比較して、非常に高温でないと析出しない（一般には１０００℃以上）。また、アルカリ土類金属酸化物とＳｃ、Ｙ、及びランタノイドからなる酸化物との間には安定な結晶相の存在が報告されておらず、高温の後工程を経てもアモルファス相からの結晶析出は希である。更に、アルカリ土類金属と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドとを含む酸化物を３種類以上の金属元素で構成すると、アモルファス相は更に安定する。
【００２２】
高誘電率膜を作製するという観点からすると、好ましくはＢａ、Ｓｒ、Ｌｕ、Ｌａ等の元素の組成比を高めることが好ましい。
【００２３】
前記ゲート絶縁層は、更に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、及びＴａの少なくともいずれかである第Ｃ元素を含むことが好ましい。これによってアモルファス相が更に安定化し、また熱安定性及び緻密性をより向上させることができる。
【００２４】
ゲート絶縁層の比誘電率は、活性層のキャリア密度が４．０×１０１７／ｃｍ３以上と高い場合に、トランスファー特性における急峻な立ち上がりと高い移動度を実現する観点から、７．０より大きいことが好ましく、８．０より大きいことがより好ましく、９．０より大きいことが更に好ましい。前記比誘電率の上限値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記比誘電率は、５０．０以下が好ましく、３０．０以下がより好ましい。
前記比誘電率の値は、絶縁層の上下を電極膜で挟んでコンデンサを形成し、測定した容量の値から算出することができる。
【００２５】
前記ゲート絶縁層において、第Ａ元素と第Ｂ元素の比率に応じて比誘電率は変化することから、好ましい比誘電率を実現するためにゲート絶縁層の組成を最適化することが好ましい方法である。
【００２６】
前記常誘電体アモルファス酸化物における前記第Ａ元素の原子数の合計（ＮＡ）と、前記第Ｂ元素の原子数の合計（ＮＢ）との原子比（ＮＡ：ＮＢ）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、以下の範囲であることが好ましい。
ＮＡ：ＮＢ＝（３〜５０）ａｔ％：（５０〜９７）ａｔ％
ただし、ＮＡ＋ＮＢ＝１００ａｔ％
【００２７】
前記常誘電体アモルファス酸化物における前記第Ａ元素の原子数の合計（ＮＡ）と、前記第Ｂ元素の原子数の合計（ＮＢ）と、前記第Ｃ元素の原子数の合計（ＮＣ）との原子比（ＮＡ：ＮＢ：ＮＣ）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、以下の範囲であることが好ましい。
ＮＡ：ＮＢ：ＮＣ＝（３〜４７）ａｔ％：（５０〜９４）ａｔ％：（３〜４７）ａｔ％
ただし、ＮＡ＋ＮＢ＋ＮＣ＝１００ａｔ％
【００２８】
前記常誘電体アモルファス酸化物におけるＮＡ、ＮＢ、ＮＣの比率は、例えば、蛍光Ｘ線分析、電子線マイクロ分析（ＥＰＭＡ）、誘電結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ−ＡＥＳ）等により酸化物の陽イオン元素を分析することにより算出できる。
【００２９】
上述の材料は絶縁性に優れ絶縁破壊電圧が高く大きな比誘電率を持つことから、これでゲート絶縁層を形成することにより、ゲート電圧が印加された際にゲート絶縁層を介して活性層に印加される電界が効率良く働き、活性層中のキャリアが多い場合においてもオフ状態からオン状態への立ち上がりが急峻な良好なスイッチング特性を有するトランジスタが得られる。また、多くのキャリアが効果的に制御されるために、オフ電流は小さく、オン電流は高く、すなわちオン・オフ比の高い特性が得られる。また、トランスファーカーブにおいて、ゲート電圧をマイナスからプラスに変化させた時とプラスからマイナスに変化させた時の差（いわゆるヒステリシス）が小さい。更に、ゲート絶縁層がアモルファスであることで、活性層のゲート絶縁層との界面を平滑で欠陥の少ないものとし易く、キャリアの移動が容易となることから移動度の高いトランジスタ特性が得られる。
【００３０】
−ゲート絶縁層の形成方法−
前記ゲート絶縁層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタ法、パルスレーザーデポジッション（ＰＬＤ）法、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、原子層蒸着（ＡＬＤ）法等の真空プロセスによる成膜後、フォトリソグラフィーによってパターニングする方法などが挙げられる。
また、前記ゲート絶縁層は、前記常誘電体アモルファス酸化物の前駆体を含有する塗布液（ゲート絶縁層形成用塗布液）を調合し、それを被塗物上に塗布又は印刷し、これを適切な条件で焼成することによっても成膜することができる。
【００３１】
−−ゲート絶縁層形成用塗布液−−
前記ゲート絶縁層形成用塗布液は、第Ａ元素含有化合物と、第Ｂ元素含有化合物と、溶媒とを少なくとも含有し、好ましくは、第Ｃ元素含有化合物を含有し、更に必要に応じて、その他成分を含有する。
【００３２】
−−−第Ａ元素含有化合物−−−
前記第Ａ元素含有化合物としては、例えば、第Ａ元素の無機化合物、第Ａ元素の有機化合物などが挙げられる。前記第Ａ元素含有化合物における第Ａ元素としては、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｒａ（ラジウム）が挙げられる。
【００３３】
前記第Ａ元素の無機化合物としては、例えば、第Ａ元素の硝酸塩、第Ａ元素の硫酸塩、第Ａ元素の塩化物、第Ａ元素のフッ化物、第Ａ元素の臭化物、第Ａ元素のよう化物などが挙げられる。
前記第Ａ元素の硝酸塩としては、例えば、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウムなどが挙げられる。
前記第Ａ元素の硫酸塩としては、例えば、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。
前記第Ａ元素の塩化物としては、例えば、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ストロンチウム、塩化バリウムなどが挙げられる。
前記第Ａ元素のフッ化物としては、例えば、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウムなどが挙げられる。
前記第Ａ元素の臭化物としては、例えば、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、臭化ストロンチウム、臭化バリウムなどが挙げられる。
前記第Ａ元素のよう化物としては、例えば、よう化マグネシウム、よう化カルシウム、よう化ストロンチウム、よう化バリウムなどが挙げられる。
【００３４】
前記第Ａ元素の有機化合物としては、第Ａ元素と、有機基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記第Ａ元素と前記有機基とは、例えば、イオン結合、共有結合、又は配位結合で結合している。
【００３５】
前記有機基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいアセチルアセトナート基、置換基を有していてもよいスルホン酸基などが挙げられる。前記アルキル基としては、例えば、炭素数１〜６のアルキル基などが挙げられる。前記アルコキシ基としては、例えば、炭素数１〜６のアルコキシ基などが挙げられる。前記アシルオキシ基としては、例えば、炭素数１〜１０のアシルオキシ基、安息香酸のように一部がベンゼン環に置換されたアシルオキシ基、乳酸のように一部がヒドロキシ基に置換されたアシルオキシ基、シュウ酸、及びクエン酸のようにカルボニル基を２つ以上有するアシルオキシ基などが挙げられる。
【００３６】
前記第Ａ元素の有機化合物としては、例えば、マグネシウムメトキシド、マグネシウムエトキシド、ジエチルマグネシウム、酢酸マグネシウム、ギ酸マグネシウム、アセチルアセトンマグネシウム、２−エチルヘキサン酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、ナフテン酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、安息香酸マグネシウム、シュウ酸マグネシウム、トリフルオロメタンスルホン酸マグネシウム、カルシウムメトキシド、カルシウムエトキシド、酢酸カルシウム、ギ酸カルシウム、アセチルアセトンカルシウム、カルシウムジピバロイルメタナート、２−エチルヘキサン酸カルシウム、乳酸カルシウム、ナフテン酸カルシウム、クエン酸カルシウム、サリチル酸カルシウム、ネオデカン酸カルシウム、安息香酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、ストロンチウムイソプロポキシド、酢酸ストロンチウム、ギ酸ストロンチウム、アセチルアセトンストロンチウム、２−エチルヘキサン酸ストロンチウム、乳酸ストロンチウム、ナフテン酸ストロンチウム、サリチル酸ストロンチウム、シュウ酸ストロンチウム、バリウムエトキシド、バリウムイソプロポキシド、酢酸バリウム、ギ酸バリウム、アセチルアセトンバリウム、２−エチルヘキサン酸バリウム、乳酸バリウム、ナフテン酸バリウム、ネオデカン酸バリウム、シュウ酸バリウム、安息香酸バリウム、トリフルオロメタンスルホン酸バリウムなどが挙げられる。
【００３７】
前記ゲート絶縁層形成用塗布液における前記第Ａ元素含有化合物の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００３８】
−−−第Ｂ元素含有化合物−−−
前記第Ｂ元素としては、Ｇａ（ガリウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）が挙げられる。
【００３９】
前記第Ｂ元素含有化合物としては、例えば、第Ｂ元素の無機化合物、第Ｂ元素の有機化合物などが挙げられる。
【００４０】
前記第Ｂ元素の無機化合物としては、例えば、第Ｂ元素の硝酸塩、第Ｂ元素の硫酸塩、第Ｂ元素のフッ化物、第Ｂ元素の塩化物、第Ｂ元素の臭化物、第Ｂ元素のヨウ化物などが挙げられる。
前記第Ｂ元素の硝酸塩としては、例えば、硝酸ガリウム、硝酸スカンジウム、硝酸イットリウム、硝酸ランタン、硝酸セリウム、硝酸プラセオジム、硝酸ネオジム、硝酸サマリウム、硝酸ユウロピウム、硝酸ガドリニウム、硝酸テルビウム、硝酸ジスプロシウム、硝酸ホルミウム、硝酸エルビウム、硝酸ツリウム、硝酸イッテルビウム、硝酸ルテチウムなどが挙げられる。
前記第Ｂ元素の硫酸塩としては、例えば、硫酸ガリウム、硫酸スカンジウム、硫酸イットリウム、硫酸ランタン、硫酸セリウム、硫酸プラセオジム、硫酸ネオジム、硫酸サマリウム、硫酸ユウロピウム、硫酸ガドリニウム、硫酸テルビウム、硫酸ジスプロシウム、硫酸ホルミウム、硫酸エルビウム、硫酸ツリウム、硫酸イッテルビウム、硫酸ルテチウムなどが挙げられる。
前記第Ｂ元素のフッ化物としては、例えば、フッ化ガリウム、フッ化スカンジウム、フッ化イットリウム、フッ化ランタン、フッ化セリウム、フッ化プラセオジム、フッ化ネオジム、フッ化サマリウム、フッ化ユウロピウム、フッ化ガドリニウム、フッ化テルビウム、フッ化ジスプロシウム、フッ化ホルミウム、フッ化エルビウム、フッ化ツリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化ルテチウムなどが挙げられる。
前記第Ｂ元素の塩化物としては、例えば、塩化ガリウム、塩化スカンジウム、塩化イットリウム、塩化ランタン、塩化セリウム、塩化プラセオジム、塩化ネオジム、塩化サマリウム、塩化ユウロピウム、塩化ガドリニウム、塩化テルビウム、塩化ジスプロシウム、塩化ホルミウム、塩化エルビウム、塩化ツリウム、塩化イッテルビウム、塩化ルテチウムなどが挙げられる。
前記第Ｂ元素の臭化物としては、例えば、臭化ガリウム、臭化スカンジウム、臭化イットリウム、臭化ランタン、臭化プラセオジム、臭化ネオジム、臭化サマリウム、臭化ユウロピウム、臭化ガドリニウム、臭化テルビウム、臭化ジスプロシウム、臭化ホルミウム、臭化エルビウム、臭化ツリウム、臭化イッテルビウム、臭化ルテチウムなどが挙げられる。
前記第Ｂ元素のヨウ化物としては、例えば、ヨウ化ガリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化イットリウム、ヨウ化ランタン、ヨウ化セリウム、ヨウ化プラセオジム、ヨウ化ネオジム、ヨウ化サマリウム、ヨウ化ユウロピウム、ヨウ化ガドリニウム、ヨウ化テルビウム、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化エルビウム、ヨウ化ツリウム、ヨウ化イッテルビウム、ヨウ化ルテチウムなどが挙げられる。
【００４１】
前記第Ｂ元素の有機化合物としては、第Ｂ元素と、有機基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記第Ｂ元素と前記有機基とは、例えば、イオン結合、共有結合、又は配位結合で結合している。
【００４２】
前記有機基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアセチルアセトナート基、置換基を有していてもよいシクロペンタジエニル基などが挙げられる。前記アルキル基としては、例えば、炭素数１〜６のアルキル基などが挙げられる。前記アルコキシ基としては、例えば、炭素数１〜６のアルコキシ基などが挙げられる。前記アシルオキシ基としては、例えば、炭素数１〜１０のアシルオキシ基などが挙げられる。
【００４３】
前記第Ｂ元素の有機化合物としては、例えば、ガリウムアセチルアセトナート、スカンジウムイソプロポキシド、酢酸スカンジウム、トリス（シクロペンタジエニル）スカンジウム、イットリウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸イットリウム、トリス（アセチルアセトナート）イットリウム、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム、ランタンイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸ランタン、トリス（アセチルアセトナート）ランタン、トリス（シクロペンタジエニル）ランタン、２−エチルヘキサン酸セリウム、トリス（アセチルアセトナート）セリウム、トリス（シクロペンタジエニル）セリウム、プラセオジムイソプロポキシド、シュウ酸プラセオジム、トリス（アセチルアセトナート）プラセオジム、トリス（シクロペンタジエニル）プラセオジム、ネオジムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸ネオジム、トリフルオロアセチルアセトナートネオジム、トリス（イソプロピルシクロペンタジエニル）ネオジム、トリス（エチルシクロペンタジエニル）プロメチウム、サマリウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸サマリウム、トリス（アセチルアセトナート）サマリウム、トリス（シクロペンタジエニル）サマリウム、２−エチルヘキサン酸ユウロピウム、トリス（アセチルアセトナート）ユウロピウム、トリス（エチルシクロペンタジエニル）ユウロピウム、ガドリニウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸ガドリニウム、トリス（アセチルアセトナート）ガドリニウム、トリス（シクロペンタジエニル）ガドリニウム、酢酸テルビウム、トリス（アセチルアセトナート）テルビウム、トリス（シクロペンタジエニル）テルビウム、ジスプロシウムイソプロポキシド、酢酸ジスプロシウム、トリス（アセチルアセトナート）ジスプロシウム、トリス（エチルシクロペンタジエニル）ジスプロシウム、ホルミウムイソプロポキシド、酢酸ホルミウム、トリス（シクロペンタジエニル）ホルミウム、エルビウムイソプロポキシド、酢酸エルビウム、トリス（アセチルアセトナート）エルビウム、トリス（シクロペンタジエニル）エルビウム、酢酸ツリウム、トリス（アセチルアセトナート）ツリウム、トリス（シクロペンタジエニル）ツリウム、イッテルビウムイソプロポキシド、酢酸イッテルビウム、トリス（アセチルアセトナート）イッテルビウム、トリス（シクロペンタジエニル）イッテルビウム、シュウ酸ルテチウム、トリス（エチルシクロペンタジエニル）ルテチウムなどが挙げられる。
【００４４】
前記ゲート絶縁層形成用塗布液における前記第Ｂ元素含有化合物の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００４５】
−−−第Ｃ元素含有化合物−−
前記第Ｃ元素としては、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）が挙げられる。
【００４６】
前記第Ｃ元素含有化合物としては、例えば、第Ｃ元素の無機化合物、第Ｃ元素の有機化合物などが挙げられる。
【００４７】
前記第Ｃ元素の無機化合物としては、例えば、第Ｃ元素の硝酸塩、第Ｃ元素の硫酸塩、第Ｃ元素のフッ化物、第Ｃ元素の塩化物、第Ｃ元素の臭化物、第Ｃ元素のヨウ化物などが挙げられる。
【００４８】
前記第Ｃ元素の有機化合物としては、第Ｃ元素と、有機基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記第Ｃ元素と前記有機基とは、例えば、イオン結合、共有結合、又は配位結合で結合している。
【００４９】
前記有機基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアセチルアセトナート基、置換基を有していてもよいシクロペンタジエニル基などが挙げられる。前記アルキル基としては、例えば、炭素数１〜６のアルキル基などが挙げられる。前記アルコキシ基としては、例えば、炭素数１〜６のアルコキシ基などが挙げられる。前記アシルオキシ基としては、例えば、炭素数１〜１０のアシルオキシ基などが挙げられる。
【００５０】
前記ゲート絶縁層形成用塗布液における前記第Ｃ元素含有化合物の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００５１】
−−−溶媒−−−
前記溶媒としては、前記各種化合物を安定に溶解又は分散する溶媒であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、シメン、ペンチルベンゼン、ドデシルベンゼン、ビシクロヘキシル、シクロヘキシルベンゼン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、テトラリン、デカリン、安息香酸エチル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、炭酸プロピレン、２−エチルヘキサン酸、ミネラルスピリッツ、ジメチルプロピレンウレア、４−ブチロラクトン、２−メトキシエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、イソプロピルアルコール、メタノール、水などが挙げられる。
【００５２】
前記ゲート絶縁層形成用塗布液における前記溶媒の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００５３】
前記ゲート絶縁層形成用塗布液における前記第Ａ元素含有化合物と、前記第Ｂ元素含有化合物との組成比としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、以下の範囲であることが好ましい。
即ち、前記各化合物中に含有される前記第Ａ元素の原子数の合計（ＮＡ）と、前記第Ｂ元素の原子数の合計（ＮＢ）との原子比（ＮＡ：ＮＢ）換算で、以下の範囲であることが好ましい。
ＮＡ：ＮＢ＝（３〜５０）ａｔ％：（５０〜９７）ａｔ％
ただし、ＮＡ＋ＮＢ＝１００ａｔ％
【００５４】
前記ゲート絶縁層形成用塗布液における前記第Ａ元素含有化合物と、前記第Ｂ元素含有化合物と、前記第Ｃ元素含有化合物との組成比としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、以下の範囲であることが好ましい。
即ち、前記各化合物中に含有される前記第Ａ元素の原子数の合計（ＮＡ）と、前記第Ｂ元素の原子数の合計（ＮＢ）と、前記第Ｃ元素の原子数の合計（ＮＣ）との原子比（ＮＡ：ＮＢ：ＮＣ）換算で、以下の範囲であることが好ましい。
ＮＡ：ＮＢ：ＮＣ＝（３〜４７）ａｔ％：（５０〜９４）ａｔ％：（３〜４７）ａｔ％
【００５５】
−−ゲート絶縁層形成用塗布液を用いたゲート絶縁層の形成方法−−
前記ゲート絶縁層形成用塗布液を用いた前記ゲート絶縁層の形成方法の一例について説明する。前記ゲート絶縁層の形成方法は、塗布工程と、熱処理工程とを含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
【００５６】
前記塗布工程としては、被塗物に前記ゲート絶縁層形成用塗布液を塗布する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記塗布の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、溶液プロセスによる成膜後、フォトリソグラフィーによってパターンニングする方法、インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷法によって、所望の形状を直接成膜する方法などが挙げられる。前記溶液プロセスとしては、例えば、ディップコーティング、スピンコート、ダイコート、ノズルプリンティングなどが挙げられる。
【００５７】
前記熱処理工程としては、前記被塗物に塗布された前記ゲート絶縁層形成用塗布液を熱処理する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。なお、前記熱処理する際には、前記被塗物に塗布された前記ゲート絶縁層形成用塗布液は、自然乾燥などにより乾燥していてもよい。前記熱処理により、前記溶媒の乾燥、前記常誘電体アモルファス酸化物の生成などが行われる。
【００５８】
前記熱処理工程では、前記溶媒の乾燥（以下、「乾燥処理」と称する。）と、前記常誘電体アモルファス酸化物の生成（以下、「生成処理」と称する。）を、異なる温度で行うことが好ましい。即ち、前記溶媒の乾燥を行った後に、昇温して前記常誘電体アモルファス酸化物の生成を行うことが好ましい。前記常誘電体アモルファス酸化物の生成の際には、例えば、前記第Ａ元素含有化合物、前記第Ｂ元素含有化合物、前記第Ｃ元素含有化合物の分解が起こる。
【００５９】
前記乾燥処理の温度としては、特に制限はなく、含有する溶媒に応じて適宜選択することができ、例えば、８０℃〜１８０℃が挙げられる。前記乾燥においては、低温化のために減圧オーブンなどを使用することが有効である。前記乾燥処理の時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１分間〜１時間が挙げられる。
【００６０】
前記生成処理の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１００℃以上５５０℃未満が好ましく、２００℃〜５００℃がより好ましい。前記生成処理の時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１時間〜５時間が挙げられる。
【００６１】
なお、前記熱処理工程では、前記乾燥処理及び前記生成処理を連続して実施してもよいし、複数の工程に分割して実施してもよい。
【００６２】
前記熱処理の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記被塗物を加熱する方法などが挙げられる。前記熱処理における雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、酸素雰囲気が好ましい。前記酸素雰囲気で熱処理を行うことにより、分解生成物を速やかに系外に排出し、前記常誘電体アモルファス酸化物の生成を促進させることができる。
【００６３】
前記熱処理の際には、波長４００ｎｍ以下の紫外光を前記乾燥処理後の物質に照射することが、前記生成処理の反応を促進する上で有効である。波長４００ｎｍ以下の紫外光を照射することにより、前記乾燥処理後の物質中に含有される有機物などの化学結合を切断し、有機物を分解できるため、効率的に前記常誘電体アモルファス酸化物を形成することができる。前記波長４００ｎｍ以下の紫外光としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エキシマランプを用いた波長２２２ｎｍの紫外光などが挙げられる。また、前記紫外光の照射に代えて、又は併用して、オゾンを付与することも好ましい。前記オゾンを前記乾燥処理後の物質に付与することにより、酸化物の生成が促進される。
【００６４】
前記ゲート絶縁層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５０ｎｍ〜３μｍが好ましく、１００ｎｍ〜１μｍがより好ましい。
【００６５】
＜活性層＞
前記活性層は、前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられた層である。
【００６６】
前記活性層は、キャリア密度が４．０×１０１７／ｃｍ３以上である酸化物半導体である。キャリア密度は１．０×１０１８／ｃｍ３以上であることがより好ましい。また、上限値としては、目的に応じて適宜選択することができるが、１．０×１０２１／ｃｍ３以下が好ましく、１．０×１０２０／ｃｍ３以下がより好ましい。キャリア数があまりに過剰の場合はゲート電圧による制御が効かなくなってしまうためである。
【００６７】
本発明のトランジスタは、活性層にキャリア密度が高い酸化物半導体を用いていることにより高いオン電流値を実現し、またゲート絶縁層が前述の材料であることによって多数のキャリアを効果的に制御して立ち上がり特性が急峻で高移動度の特性を得ている。
【００６８】
前記キャリア密度は、酸化物半導体膜に対してホール測定を行うことにより求めることができる。
【００６９】
前記活性層のキャリア密度を調整する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化物の組成の調整や、成膜プロセスにおける加熱温度や雰囲気の条件の調整などが挙げられる。
【００７０】
前記活性層が、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＴｉの少なくともいずれかを含有するｎ型酸化物半導体であることは好ましい形態である。
【００７１】
また、前記ｎ型酸化物半導体は、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、６価のカチオン、７価のカチオン、及び８価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされており、前記ドーパントの価数が、前記ｎ型酸化物半導体を構成する金属イオン（ただし、前記ドーパントを除く）の価数よりも大きいことが好ましい。なお、前記置換ドーピングは、ｎ型ドーピングともいう。
【００７２】
この置換ドーピングされたｎ型酸化物半導体においては、母相であるｎ型酸化物半導体を構成する金属イオンの一部が、価数がより大きいドーパントによって置換され、価数に差があることで過剰となり放出された電子がｎ型電導のキャリアとして寄与する。このような置換ドーピングによって生成されたキャリア電子が半導体特性を担っている場合、その特性はより安定なものとなる。なぜなら、酸素欠損由来のキャリア電子数が、半導体と外部（雰囲気や隣接する層）との間で酸素がやり取りされることによる酸化・還元反応や膜表面への酸素吸着等の影響を受けて容易に変動するのに対し、置換ドーピング由来のキャリア電子数はそのような状態変化の影響を比較的受けないからである。
また、置換ドーピング由来のキャリア電子数は制御性が良く、所望のキャリア濃度を容易に実現できる点も利点の一つである。前述のように、酸素は比較的容易に半導体の外部に出入りすることから、その量を精密にコントロールしたり、所望の値に保ったりすることが難しい。一方、置換ドーピング由来のキャリア電子数は、主にドーパント元素の種類とドープ量の選択によって容易かつ精密にコントロールすることができる。
【００７３】
本発明の電界効果型トランジスタの活性層は４．０×１０１７／ｃｍ３以上のキャリア密度を有するが、ドーパント元素の種類とドープ量の適切な選択によってこのキャリア密度が実現できているのが好ましい形態である。また、組成や成膜プロセス条件の調整によって活性層中の酸素欠損を極力少なく抑え、キャリアが主に置換ドーピングによって生成されている状態とするのが好ましい。
【００７４】
活性層中の酸素欠損を減らすには、ｎ型酸化物半導体層（活性層）の成膜工程においてより多くの酸素を膜中に導入することが有効である。例えば、スパッタ法でｎ型酸化物半導体層を形成する場合、スパッタ雰囲気中の酸素濃度を高めることで酸素欠損の少ない膜を形成できる。或いは、塗布液の塗布・焼成によってｎ型酸化物半導体層を形成する場合、焼成時の雰囲気中の酸素濃度を高めることで酸素欠損の少ない膜を形成できる。
また、ｎ型酸化物半導体の組成によって、酸素欠損量を減少させることもできる。例えば、酸素との親和性の高い金属元素（Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｎ、及びアルカリ土類金属等）を一定量導入することで、酸素欠損の発生を抑制できる。
【００７５】
ドーパントの種類は、イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮して選択することが好ましい。ドーパント濃度は、母相の材料、ドーパントの種類や置換するサイト、成膜プロセス、所望のトランジスタ特性等に応じて、適切に選択することができる。
理論的には、一つの原子が置換された場合に生成される電子の数は、ドーパントであるカチオンの価数からｎ型酸化物半導体を構成する母相の金属原子の価数を引いた値となる。すなわち、より少ないドープ量で同じ数の電子を発生させるためには、ドーパントの価数が大きいことが好ましい。更に、ドーパントの価数とｎ型酸化物半導体を構成する金属原子の価数との差が大きい方が好ましい。ドーパントは多量に存在すると結晶構造や原子の配列を乱しキャリア電子の移動を妨げる要因となってしまうため、なるべく少ないドープ量で必要充分なキャリア電子を発生させることは好ましい形態である。
また、イオン半径が置換される原子のものと近いドーパントを選択することも好ましい形態である。これにより置換効率が上がり、キャリア生成に寄与しない不要なドーパントがトランジスタ特性を悪化させることを抑制できる。
ドーピングによるキャリア生成効率はトランジスタ作製時の各種プロセス条件にも依存するため、生成効率が上がるプロセス条件を選択することも重要である。例えば、スパッタ法でｎ型酸化物半導体層を形成する場合の基板温度や、塗布液の塗布・焼成によってｎ型酸化物半導体層を形成する場合の焼成温度、ｎ型酸化物半導体層を形成した後に施すアニールの温度等を適切に選択することで、より少ないドープ量で所望のキャリア濃度を達成することができる。
【００７６】
ドーパントの濃度は、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、移動度及び立ち上がり特性の点から、０．０１ａｔ％〜１０ａｔ％が好ましく、０．０１ａｔｌ％〜５ａｔ％がより好ましく、０．０５ａｔ％〜２ａｔ％が特に好ましい。ここでのａｔ％とは、置換される金属元素の半導体中の原子数（即ち、前記ｎ型酸化物半導体に含まれる、前記ドーパントにより置換される対象となる前記金属元素のモル数）とドーパントの原子数との和を１００％とし、それに対するドーパントの原子数の割合を表したものである。この範囲のドープ量で且つプロセス条件を適切に設定することにより、酸化物半導体のキャリア濃度を４．０×１０１７ｃｍ−３以上、キャリア移動度を０．１ｃｍ２／Ｖｓ以上とすることができ、これらは本発明の電界効果型トランジスタの活性層として好ましい特性である。
【００７７】
活性層を形成するｎ型酸化物半導体において、置換ドーピングが効果的に作用するために、該ｎ型酸化物半導体は単結晶或いは多結晶となっていることが好ましい。或いは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）等で回折線が観測されず長距離秩序が存在しない場合（一般にはこれをアモルファス状態と呼んでいる。）であっても、短距離においては秩序を持って原子が配列しているリジッドな構造を有していることが好ましい。これは、母相となる酸化物半導体がアモルファス性の高い材料である場合、置換ドープを行ったとしても局所的に安定した状態に構造が変化してしまうことでキャリアが発生しないからである。リジッドな構造を有する酸化物であれば、酸素配位多面体（例えばＷＯ６やＩｎＯ６八面体）やその連結様式（例えばＩｎＯ６稜共有鎖）が維持され、置換ドーピングが有効に作用する。このような構造においてはアモルファス状態特有の裾状態（Ｔａｉｌ  Ｓｔａｔｅｓ）の状態密度は小さいため、サブギャップ吸収は少なく、その結果、光劣化特性は、アモルファス性の高い材料よりも優れる。
長距離秩序が存在する単結晶・多結晶状態であっても、同様にドーピングは有効である。重金属イオンの４ｓ、５ｓ、６ｓバンドで伝導帯が構成される場合は粒界の影響も少なく、多結晶状態であっても良好な特性が得られる。但し、ドープ量が過多でドーパントが粒界に偏析するような場合には、ドーパント濃度を下げることが好ましい。また、ソース・ドレイン電極と活性層との界面の密着性や電気的な接触を良好にするために、２００℃〜３００℃でポストアニールすることも好ましい。また、より高温でアニールして結晶性を高めてもよい。
【００７８】
本発明者らの検討では、ｎ型酸化物半導体の母相として、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＴｉの少なくともいずれかを含有する酸化物を選択した場合に、置換ドーピングがより有効に機能し、より良好なトランジスタ特性が得られた。
また、酸素欠損を減らすため、酸素親和性の高い元素を活性層に含有させることが有効であると前述したが、そのような酸素親和性の高い元素としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｎ、及びアルカリ土類金属が適していることを見出した。
【００７９】
前記活性層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００８０】
置換ドーピングは、活性層を形成する際の母層の原料にドーパントの原料を添加することで容易に達成される。例えば、スパッタ法により活性層を形成する場合は、所望の濃度でドーパント元素を添加した母相のターゲットを用いれば良い。ただし、所望のドープ量が小さい場合（例えば０．２ａｔ％以下）においては、そのような僅かな量の原子を正確な値でかつターゲット全体に均一に含有させることが難しいという問題点がある。
ドープ量の制御性の面から、活性層を塗布プロセスで形成することはより好ましい形態である。塗布プロセスにおいては、半導体原料化合物と、前記ドーパントとなる元素を含有する化合物（ドーパント元素含有化合物）と、溶媒とを含有するｎ型酸化物半導体膜形成用塗布液を被塗布物上に塗布し、焼成を行うことで活性層を形成する。この塗布液において、半導体原料化合物に対する前記ドーパント元素含有化合物の配合比率を所望のドープ量に対応させることで、所望のドーピングが実現される。塗布液においては、ドーパント量として０．２ａｔ％以下といったごく微量の割合で前記ドーパント元素含有化合物を添加し均一に攪拌することも容易にできるため、置換ドーピングされたｎ型酸化物半導体の形成方法としては塗布プロセスがより適していると言える。
【００８１】
＜ソース電極、及びドレイン電極＞
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極としては、電流を取り出すための電極であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００８２】
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｇ等の金属や合金、ＩＴＯ、ＡＴＯ等の透明導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）等の有機導電体などが利用できる。
【００８３】
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記ゲート電極の説明において記載した形成方法と同じ方法が挙げられる。
【００８４】
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２０ｎｍ〜１μｍが好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍがより好ましい。
【００８５】
＜絶縁層（保護層）＞
ソース電極、ドレイン電極、及び活性層の少なくともいずれかの上に絶縁層（保護層）が積層されている構成もトランジスタとして好ましい形態である。この絶縁層は多くの場合、ソース電極、ドレイン電極、及び活性層が直接大気中の酸素や水分に触れて特性が変化することを防ぐ所謂保護層の役割を果たす。また、電界効果型トランジスタを用いた表示装置においては、トランジスタの上部に発光層等を含む表示素子が積層されることがあるが、その際はこの絶縁層がトランジスタの形状に応じた段差を吸収して面を平滑にする所謂平坦化膜の役割を兼ねる場合もある。
【００８６】
前記絶縁層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮｘ等の既に広く量産に利用されている材料や、ポリイミド（ＰＩ）やフッ素系樹脂等の有機材料などが挙げられる。
【００８７】
前記電界効果型トランジスタの構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トップコンタクト・ボトムゲート型（図１）、ボトムコンタクト・ボトムゲート型（図２）、トップコンタクト・トップゲート型（図３）、ボトムコンタクト・トップゲート型（図４）などが挙げられる。
なお、図１〜図４中、符号２１は基材、符号２２は活性層、符号２３はソース電極、符号２４はドレイン電極、符号２５はゲート絶縁層、符号２６はゲート電極を表す。これらの図には前述の絶縁層（保護層）は図示していない。
【００８８】
前記電界効果型トランジスタは、後述する表示素子に好適に使用できるが、これに限られるものではなく、例えば、ＩＣカード、ＩＤタグなどにも使用することができる。
【００８９】
＜電界効果型トランジスタの製造方法＞
前記電界効果型トランジスタの製造方法の一例を説明する。
【００９０】
まず、基材上にゲート電極を形成する。
前記基材の形状、構造、及び大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記基材の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス基材、プラスチック基材などが挙げられる。
前記ガラス基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、無アルカリガラス、シリカガラスなどが挙げられる。
前記プラスチック基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などが挙げられる。
なお、前記基材は、表面の清浄化及び密着性向上の点で、酸素プラズマ、ＵＶオゾン、ＵＶ照射洗浄等の前処理が行われることが好ましい。
【００９１】
続いて、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する。
続いて、チャネル領域であって前記ゲート絶縁層上に、酸化物半導体からなる活性層を形成する。
続いて、前記ゲート絶縁層上に、前記活性層を跨ぐようにソース電極及びドレイン電極を離間して形成する。
以上により、電界効果型トランジスタが製造される。この製造方法では、例えば、図１に示すようなトップコンタクト・ボトムゲート型の電界効果型トランジスタが製造される。
【００９２】
（表示素子）
本発明の表示素子は、少なくとも、光制御素子と、前記光制御素子を駆動する駆動回路とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
【００９３】
＜光制御素子＞
前記光制御素子としては、駆動信号に応じて光出力を制御する素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、エレクトロクロミック（ＥＣ）素子、液晶素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子などが挙げられる。
【００９４】
＜駆動回路＞
前記駆動回路としては、本発明の前記電界効果型トランジスタを有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００９５】
＜その他の部材＞
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００９６】
前記表示素子は、本発明の前記電界効果型トランジスタを有しているため、高速駆動が可能で、長寿命かつ低消費電力なものとすることが可能となる。
【００９７】
（画像表示装置）
本発明の画像表示装置は、少なくとも、複数の表示素子と、複数の配線と、表示制御装置とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
【００９８】
＜複数の表示素子＞
前記複数の表示素子としては、マトリックス状に配置された複数の本発明の前記表示素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００９９】
＜複数の配線＞
前記複数の配線は、前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧と信号電圧とを個別に印加可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【０１００】
＜表示制御装置＞
前記表示制御装置としては、画像データに応じて、各電界効果型トランジスタのゲート電圧と信号電圧とを前記複数の配線を介して個別に制御可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【０１０１】
＜その他の部材＞
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記画像表示装置は、本発明の前記表示素子を有しているため、素子間のばらつきも小さくすることが可能になり、大画面で高品質の画像を表示することが可能となる。
【０１０２】
（システム）
本発明のシステムは、少なくとも、本発明の前記画像表示装置と、画像データ作成装置とを有する。
前記画像データ作成装置は、表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する。
前記システムは、本発明の前記画像表示装置を備えているため、画像情報を高精細に表示することが可能となる。
【０１０３】
以下、本発明の表示素子、画像表示装置、及びシステムを、図を用いて説明する。
まず、本発明のシステムとしてのテレビジョン装置を、図５を用いて説明する。なお、図５の構成は一例であって、本発明のシステムとしてのテレビジョン装置は、これに限定されない。
【０１０４】
図５において、テレビジョン装置１００は、主制御装置１０１、チューナ１０３、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１０４、復調回路１０５、ＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｓｔｒｅａｍ）デコーダ１０６、音声デコーダ１１１、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２、音声出力回路１１３、スピーカ１１４、映像デコーダ１２１、映像・ＯＳＤ合成回路１２２、映像出力回路１２３、画像表示装置１２４、ＯＳＤ描画回路１２５、メモリ１３１、操作装置１３２、ドライブインターフェース（ドライブＩＦ）１４１、ハードディスク装置１４２、光ディスク装置１４３、ＩＲ受光器１５１、及び通信制御装置１５２を備える。
映像デコーダ１２１と、映像・ＯＳＤ合成回路１２２と、映像出力回路１２３と、ＯＳＤ描画回路１２５とが、画像データ作成装置を構成する。
【０１０５】
主制御装置１０１は、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、及びＲＡＭなどから構成され、テレビジョン装置１００の全体を制御する。
前記フラッシュＲＯＭには、前記ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム、及び前記ＣＰＵでの処理に用いられる各種データなどが格納されている。
また、ＲＡＭは、作業用のメモリである。
【０１０６】
チューナ１０３は、アンテナ２１０で受信された放送波の中から、予め設定されているチャンネルの放送を選局する。
【０１０７】
ＡＤＣ１０４は、チューナ１０３の出力信号（アナログ情報）をデジタル情報に変換する。
【０１０８】
復調回路１０５は、ＡＤＣ１０４からのデジタル情報を復調する。
【０１０９】
ＴＳデコーダ１０６は、復調回路１０５の出力信号をＴＳデコードし、音声情報及び映像情報を分離する。
【０１１０】
音声デコーダ１１１は、ＴＳデコーダ１０６からの音声情報をデコードする。
【０１１１】
ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２は、音声デコーダ１１１の出力信号をアナログ信号に変換する。
【０１１２】
音声出力回路１１３は、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１１２の出力信号をスピーカ１１４に出力する。
【０１１３】
映像デコーダ１２１は、ＴＳデコーダ１０６からの映像情報をデコードする。
【０１１４】
映像・ＯＳＤ合成回路１２２は、映像デコーダ１２１の出力信号とＯＳＤ描画回路１２５の出力信号を合成する。
【０１１５】
映像出力回路１２３は、映像・ＯＳＤ合成回路１２２の出力信号を画像表示装置１２４に出力する。
【０１１６】
ＯＳＤ描画回路１２５は、画像表示装置１２４の画面に文字や図形を表示するためのキャラクタ・ジェネレータを備えており、操作装置１３２、ＩＲ受光器１５１からの指示に応じて表示情報が含まれる信号を生成する。
【０１１７】
メモリ１３１には、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ−Ｖｉｓｕａｌ）データ等が一時的に蓄積される。
【０１１８】
操作装置１３２は、例えば、コントロールパネルなどの入力媒体（図示省略）を備え、ユーザから入力された各種情報を主制御装置１０１に通知する。
【０１１９】
ドライブＩＦ１４１は、双方向の通信インターフェースであり、一例としてＡＴＡＰＩ（ＡＴ  Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に準拠している。
【０１２０】
ハードディスク装置１４２は、ハードディスクと、該ハードディスクを駆動するための駆動装置などから構成されている。駆動装置は、ハードディスクにデータを記録するとともに、ハードディスクに記録されているデータを再生する。
【０１２１】
光ディスク装置１４３は、光ディスク（例えば、ＤＶＤなど）にデータを記録するとともに、光ディスクに記録されているデータを再生する。
【０１２２】
ＩＲ受光器１５１は、リモコン送信機２２０からの光信号を受信し、主制御装置１０１に通知する。
【０１２３】
通信制御装置１５２は、インターネットとの通信を制御する。インターネットを介して各種情報を取得することができる。
【０１２４】
図６は、本発明の画像表示装置の一例を示す概略構成図である。
図６において、画像表示装置１２４は、表示器３００と、表示制御装置４００とを有する。
表示器３００は、図７に示されるように、複数（ここでは、ｎ×ｍ個）の表示素子３０２がマトリックス状に配置されたディスプレイ３１０を有する。
また、ディスプレイ３１０は、図８に示されるように、Ｘ軸方向に沿って等間隔に配置されているｎ本の走査線（Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・、Ｘｎ−２、Ｘｎ−１）と、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本のデータ線（Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・、Ｙｍ−１）、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本の電流供給線（Ｙ０ｉ、Ｙ１ｉ、Ｙ２ｉ、Ｙ３ｉ、・・・・・、Ｙｍ−１ｉ）とを有する。
よって、走査線とデータ線とによって、表示素子を特定することができる。
【０１２５】
以下、本発明の表示素子を図９を用いて説明する。
図９は、本発明の表示素子の一例を示す概略構成図である。
前記表示素子は、一例として図９に示されるように、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子３５０と、該有機ＥＬ素子３５０を発光させるためのドライブ回路３２０とを有している。ドライブ回路３２０は電流駆動型の２Ｔｒ−１Ｃの基本回路であるが、これに限定されるものではない。即ち、ディスプレイ３１０は、いわゆるアクティブマトリックス方式の有機ＥＬディスプレイである。
【０１２６】
図１０には、表示素子３０２における有機ＥＬ素子３５０とドライブ回路としての電界効果型トランジスタ２０との位置関係の一例が示されている。ここでは、電界効果型トランジスタ２０の横に有機ＥＬ素子３５０が配置されている。なお、電界効果型トランジスタ１０及びキャパシタ（図示せず）も同一基材上に形成されている。
【０１２７】
図１０には図示されていないが、活性層２２の上部に保護膜を設けることも好適である。前記保護膜の材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、フッ素系ポリマー等、適宜利用できる。
【０１２８】
また、例えば、図１１に示されるように、電界効果型トランジスタ２０の上に有機ＥＬ素子３５０が配置されてもよい。この場合には、ゲート電極２６に透明性が要求されるので、ゲート電極２６には、ＩＴＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｇａが添加されたＺｎＯ、Ａｌが添加されたＺｎＯ、Ｓｂが添加されたＳｎＯ２などの導電性を有する透明な酸化物が用いられる。なお、符号３６０は層間絶縁膜（平坦化膜）である。この層間絶縁膜にはポリイミドやアクリル系の樹脂等を利用できる。
【０１２９】
図１２は、有機ＥＬ素子の一例を示す概略構成図である。
図１２において、有機ＥＬ素子３５０は、陰極３１２と、陽極３１４と、有機ＥＬ薄膜層３４０とを有する。
【０１３０】
陰極３１２の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金、アルミニウム（Ａｌ）−リチウム（Ｌｉ）合金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などが挙げられる。なお、マグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金は、充分厚ければ高反射率電極となり、極薄膜（２０ｎｍ程度未満）では半透明電極となる。図１２では陽極側から光を取り出しているが、陰極を透明、又は半透明電極とすることによって陰極側から光を取り出すことができる。
【０１３１】
陽極３１４の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、銀（Ａｇ）−ネオジウム（Ｎｄ）合金などが挙げられる。なお、銀合金を用いた場合は、高反射率電極となり、陰極側から光を取り出す場合に好適である。
【０１３２】
有機ＥＬ薄膜層３４０は、電子輸送層３４２と、発光層３４４と、正孔輸送層３４６とを有する。電子輸送層３４２は、陰極３１２に接続され、正孔輸送層３４６は、陽極３１４に接続されている。陽極３１４と陰極３１２との間に所定の電圧を印加すると、発光層３４４が発光する。
【０１３３】
ここで、電子輸送層３４２と発光層３４４が１つの層を形成してもよく、また、電子輸送層３４２と陰極３１２との間に電子注入層が設けられてもよく、更に、正孔輸送層３４６と陽極３１４との間に正孔注入層が設けられてもよい。
【０１３４】
また、基材側から光を取り出すいわゆる「ボトムエミッション」の場合について説明したが、基材と反対側から光を取り出す「トップエミッション」であってもよい。
【０１３５】
図９におけるドライブ回路３２０について説明する。
ドライブ回路３２０は、２つの電界効果型トランジスタ１０及び２０と、キャパシタ３０を有する。
【０１３６】
電界効果型トランジスタ１０は、スイッチ素子として動作する。電界効果型トランジスタ１０のゲート電極Ｇは、所定の走査線に接続され、電界効果型トランジスタ１０のソース電極Ｓは、所定のデータ線に接続されている。また、電界効果型トランジスタ１０のドレイン電極Ｄは、キャパシタ３０の一方の端子に接続されている。
【０１３７】
電界効果型トランジスタ２０は、有機ＥＬ素子３５０に電流を供給する。電界効果型トランジスタ２０のゲート電極Ｇは、電界効果型トランジスタ１０のドレイン電極Ｄと接続されている。そして、電界効果型トランジスタ２０のドレイン電極Ｄは、有機ＥＬ素子３５０の陽極３１４に接続され、電界効果型トランジスタ２０のソース電極Ｓは、所定の電流供給線に接続されている。
【０１３８】
キャパシタ３０は、電界効果型トランジスタ１０の状態、即ちデータを記憶する。キャパシタ３０の他方の端子は、所定の電流供給線に接続されている。
【０１３９】
そこで、電界効果型トランジスタ１０が「オン」状態になると、信号線Ｙ２を介して画像データがキャパシタ３０に記憶され、電界効果型トランジスタ１０が「オフ」状態になった後も、電界効果型トランジスタ２０を画像データに対応した「オン」状態に保持することによって、有機ＥＬ素子３５０は駆動される。
【０１４０】
図１３は、本発明の画像表示装置の他の一例を示す概略構成図である。
図１３において、画像表示装置は、表示素子３０２と、配線（走査線、データ線、電流供給線）と、表示制御装置４００とを有する。
表示制御装置４００は、画像データ処理回路４０２と、走査線駆動回路４０４と、データ線駆動回路４０６とを有する。
画像データ処理回路４０２は、映像出力回路１２３の出力信号に基づいて、ディスプレイにおける複数の表示素子３０２の輝度を判断する。
走査線駆動回路４０４は、画像データ処理回路４０２の指示に応じてｎ本の走査線に個別に電圧を印加する。
データ線駆動回路４０６は、画像データ処理回路４０２の指示に応じてｍ本のデータ線に個別に電圧を印加する。
【０１４１】
また、上記実施形態では、光制御素子が有機ＥＬ素子の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、光制御素子がエレクトロクロミック素子であってもよい。この場合は、上記ディスプレイは、エレクトロクロミックディスプレイとなる。
【０１４２】
また、前記光制御素子が液晶素子であってもよく、この場合ディスプレイは、液晶ディスプレイとなり、図１４に示されるように、表示素子３０２’に対する電流供給線は不要となる。また、図１５に示されるように、ドライブ回路３２０’は、電界効果型トランジスタ１０及び２０と同様の１つの電界効果型トランジスタ４０により構成することができる。電界効果型トランジスタ４０において、ゲート電極Ｇが所定の走査線に接続され、ソース電極Ｓが所定のデータ線に接続されている。また、ドレイン電極Ｄが、キャパシタ３６１及び液晶素子３７０の画素電極に接続されている。
【０１４３】
また、前記光制御素子は、電気泳動素子、無機ＥＬ素子、エレクトロウェッティング素子であってもよい。
【０１４４】
以上、本発明のシステムがテレビジョン装置である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、画像及び情報を表示する装置として画像表示装置１２４を備えていればよい。例えば、コンピュータ（パソコンを含む）と画像表示装置１２４とが接続されたコンピュータシステムであってもよい。
【０１４５】
また、携帯電話、携帯型音楽再生装置、携帯型動画再生装置、電子ＢＯＯＫ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯情報機器、スチルカメラやビデオカメラなどの撮像機器における表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。また、車、航空機、電車、船舶等の移動体システムにおける各種情報の表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。さらに、計測装置、分析装置、医療機器、広告媒体における各種情報の表示手段に画像表示装置１２４を用いることができる。
【実施例】
【０１４６】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
【０１４７】
（実施例１）
＜電界効果型トランジスタの作製＞
−ゲート電極の形成−
ガラス基板上に、１００ｎｍの厚みになるようにＡｌを蒸着し、フォトリソグラフィを行ってライン状にパターニングすることによって、ゲート電極を形成した。
【０１４８】
−ゲート絶縁層の形成−
Ｌａ（ｔｈｄ）３、Ｂａ（ｔｈｄ）２（ｔｈｄ＝２,２,６,６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３,５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｏ）をそれぞれテトラエチレングリコールジメチルエーテル（ｔｅｔｒａｇｌｙｍｅ)、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解させたものを液体原料とし、ＣＶＤ法により、ゲート電極を含むガラス基板上にＬａＢａ酸化物絶縁膜を約１００ｎｍ成膜し、これをゲート絶縁層とした。酸化物絶縁膜中のＬａとＢａの原子数の比率はＬａ：Ｂａ＝９：１である。
【０１４９】
−活性層の形成−
チャンバー内にアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ２）ガスを導入し、ＭｇＩｎ２Ｏ４焼結体ターゲットを用いて、常温でＤＣスパッタ法を行うことにより、活性層となるＭｇＩｎ２Ｏ４膜を成膜した。成膜時にチャンバー内に導入するガスの流量における酸素比率は、全流量（アルゴンガスと酸素ガスの流量の和）に対し酸素１．０％とした。パターニングはメタルマスクを介して成膜することで行った。続けて、オーブンを用い大気中３００℃１時間の加熱処理を行った。このようなアニール処理は、活性層とゲート絶縁層膜との間の界面欠陥準位密度を減らすことによりトランジスタ特性を向上させることを目的として一般的に行われるものである。
【０１５０】
−ソース電極及びドレイン電極の形成−
前記ゲート絶縁層上及び前記活性層上に、真空蒸着法を用いて厚み１００ｎｍのソース電極及びドレイン電極を形成した。蒸着源にはＡｌを用いた。パターニングはメタルマスクを介して成膜することで行い、チャネル幅を２００μｍ、チャネル長を５０μｍとした。続けて、活性層とソース・ドレイン電極との間の電気的な接触を良くするため、オーブンを用いて大気中２００℃で１時間の加熱処理を行った。
【０１５１】
以上のプロセスにより、図１に類似のトップコンタクト・ボトムゲート型の電界効果型トランジスタを得た。
【０１５２】
＜活性層のキャリア密度の測定＞
ホール測定用の素子を作製するため、別のガラス基板上に活性層と同じ条件でＭｇＩｎ２Ｏ４膜を形成した。スパッタの際にはシャドウマスクを用い、８ｍｍ角のパターンを形成した。続いて、真空蒸着法を用い、ＭｇＩｎ２Ｏ４膜上の四隅にシャドウマスクを用いてホール測定用のコンタクト電極を形成した。蒸着源にはＡｌを用いた。
このホール測定素子について、ホール効果測定システム（東陽テクニカ社製、ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００）を用いて、比抵抗測定及びホール効果測定を行い、ＭｇＩｎ２Ｏ４膜の電子キャリア密度（／ｃｍ３）を求めた。結果は、５．７×１０１７／ｃｍ３であった。
【０１５３】
＜ゲート絶縁層の比誘電率の測定＞
比誘電率測定用の素子を作製するため、別のガラス基板上にＡｌを蒸着して下部電極を形成した後、ゲート絶縁層と同じ条件でＬａＢａ酸化物絶縁膜を形成した。続いてＡｌを蒸着して上部電極を形成した。全ての成膜においてシャドウマスクを用いて所望のパターンを形成し、面積０．５ｍｍ２のコンデンサが得られた。これに対し容量計測を行い比誘電率を算出した。周波数１ｋＨｚでの比誘電率は１１．８であった。
【０１５４】
＜ゲート絶縁層の結晶性の測定＞
Ｘ線回折実験を行うため、別のガラス基板上にゲート絶縁層と同じ条件でＬａＢａ酸化物絶縁膜を形成した。続けて、熱履歴をトランジスタのゲート絶縁層と同じとするため、３００℃で１時間の加熱処理と２００℃で１時間の加熱処理とを行った。この膜に対しＰｈｉｌｉｐｓ社製、Ｘ‘ＰｅｒｔＰｒｏを用いてＸ線回折測定を行った結果を図１６に示す。使用したＸ線はＣｕのＫα線（波長１．５４０５Å）である。回折ピークは観測されず、ゲート絶縁層はアモルファス酸化物膜であることがわかった。
【０１５５】
＜トランジスタ特性の測定＞
得られた電界効果型トランジスタについて、半導体パラメータ・アナライザ装置（アジレントテクノロジー社製、半導体パラメータ・アナライザ４１５６Ｃ）を用いて、トランジスタ性能評価を実施した。ソース・ドレイン間電圧Ｖｄｓを１０Ｖとし、ゲート電圧Ｖｇを−１５Ｖから＋１５Ｖに変化させてソース・ドレイン間電流Ｉｄｓを計測し、トランスファー特性（Ｖｇ−Ｉｄｓ特性）を評価した。得られた結果を図１７に示した。また、続けてＶｇを＋１５Ｖから−１５Ｖに変化させてＩｄｓを計測したが、得られたトランスファー特性は図１７と重なり、ヒステリシスは観測されなかった。図１７には、ゲート電流Ｉｇの絶対値も図示した。リーク電流は０．１ｐＡ以下と充分小さいことが確認できた。
図１７に示したトランスファー特性を基に、飽和領域における電界効果移動度μを算出した。また、Ｉｄｓのオン／オフ比を算出した。ここでは、オン状態のＩｄｓをＶｇ＝１５Ｖでの値とし、オフ状態のＩｄｓをＶｇ＝−１５Ｖ〜−１０Ｖでの値の平均値として計算した。また、オフ状態からオン状態への立ち上がりの急峻さを示すｓ値（Ｉｄｓを１桁増加させるのに必要なゲート電圧差）を計算した。結果を表１に示した。
なお、図及び表において、「ｅ」、及び「Ｅ」は、１０のべき乗を表す。即ち、「１ｅ−３」、及び「１Ｅ−３」は、「１×１０−３」を表し、「１ｅ−１０」、及び「１Ｅ−１０」は「１×１０−１０」を表す。
【０１５６】
（比較例１）
ゲート絶縁層の成膜方法を以下のようにした以外は実施例１と同様にして、電界効果型トランジスタを作製した。
【０１５７】
−ゲート絶縁層の形成−
ゲート電極を含むガラス基板上に、ＲＦスパッタ法を用いてＳｉＯ２膜を２００ｎｍ形成し、これをゲート絶縁層とした。スパッタターゲットとしてはＳｉＯ２ガラスターゲットを用いた。成膜の際はアルゴンガスと酸素ガスをチャンバーに流し、酸素ガスの流量比を２５．０％とした。また、実施例１と同様にして、このＳｉＯ２膜の比誘電率を測定したところ、３．９であった。
【０１５８】
＜トランジスタ特性の測定＞
実施例１と同様に、トランジスタ特性を評価した。トランスファー特性を図１８に、算出した電界効果移動度とオン／オフ比の値を表１に示した。但しここでは、オフ電流の値をＶｇが−１５Ｖの時のＩｄｓとして計算した。また、ｓ値については、今回の計測範囲（Ｖｇ＝−１５Ｖ〜１５Ｖ）では明確なオフ状態が存在せず立ち上がりを定義することができなかったため、不明とした。
【０１５９】
（比較例２）
ゲート絶縁層の成膜方法を以下のようにした以外は実施例１と同様にして、電界効果型トランジスタを作製した。
【０１６０】
−ゲート絶縁層の形成−
ゲート電極を含むガラス基板上に、プラズマＣＶＤにより、原料にＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガスを用いて２００℃の温度で２００ｎｍの厚みのＳｉＯＮを成膜し、これをゲート絶縁層とした。また、実施例１と同様にして、このＳｉＯＮ膜の比誘電率を測定したところ、７．０であった。
【０１６１】
＜トランジスタ特性の測定＞
実施例１と同様に、トランジスタ特性を評価した。トランスファー特性を図１９に、算出した電界効果移動度、オン／オフ比、ｓ値の値を表１に示した。但しここでは、オフ電流の値をＶｇが−１５Ｖの時のＩｄｓとして計算した。
【０１６２】
（比較例３及び比較例４）
活性層の形成方法を以下のように変えた以外は比較例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。（比較例３）
また、活性層の形成方法を以下のように変えた以外は比較例２と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。（比較例４）
【０１６３】
−活性層の形成−
チャンバー内にアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ２）ガスを導入し、ＭｇＩｎ２Ｏ４焼結体ターゲットを用いて、常温でＤＣスパッタ法を行うことにより、活性層となるＭｇＩｎ２Ｏ４膜を成膜した。成膜時にチャンバー内に導入するガスの流量における酸素比率は、全流量に対し酸素４０．０％とした。パターニングはメタルマスクを介して成膜することで行った。続けて、オーブンを用い大気中３００℃１時間の加熱処理を行った。また、実施例１と同様にしてこのＭｇＩｎ２Ｏ４膜のキャリア密度を求めたところ、７．５１×１０１６／ｃｍ３であった。
【０１６４】
＜トランジスタ特性の測定＞
実施例１と同様に、トランジスタ特性を評価した。トランスファー特性を図２０（比較例３）及び図２１（比較例４）に示した。算出した電界効果移動度、オン／オフ比、ｓ値の値を表１に示した。
【０１６５】
（比較例５）
ゲート絶縁層の形成方法を以下のように変えた以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。
【０１６６】
−ゲート絶縁層の形成−
トルエン１２ｍＬに、２−エチルヘキサン酸イットリウムトルエン溶液（Ｙ含量８ｗｔ％）１１ｍＬと、２−エチルヘキサン酸カルシウムミネラルスピリット溶液（Ｃａ含量５ｗｔ％）０．４ｍＬとを混合し、イットリウムカルシウム酸化物絶縁膜形成用塗布液を得た。塗布液中の原子数の比率はＹ：Ｃａ＝１０：０．５である。
ゲート電極を含むガラス基板上に前記塗布液をスピンコートし、オーブンを用いて１２０℃大気中１時間で乾燥させた後、酸素雰囲気下で４００℃３時間の焼成を行い、ゲート絶縁層を形成した。ゲート絶縁層の平均厚みは１０５ｎｍであった。実施例１と同様にしてこの膜の比誘電率を測定したところ、１１．４であった。また、実施例１と同様にしてＸ線回折を測定した結果を図２２に示した。２θが約２９度、約３４度、約４８．５度、約５８度のところにピークが観測され、これらは蛍石型構造のイットリア（Ｙ２Ｏ３）の（２，２，２）、（４，０，０）、（４，４，０）、（６，２，２）回折ピークに相当する。すなわちこの膜中には、多結晶のイットリアが存在することがわかった。
【０１６７】
＜トランジスタ特性の測定＞
実施例１と同様に、トランジスタ特性を評価した。トランスファー特性を図２３に示した。また、ゲートリーク電流の値も同図に示した。算出した電界効果移動度、オン／オフ比、ｓ値の値を表１に示した。
【０１６８】
【表１】
2017108136.tif 000003
表１中、「Ｅ」は、「１０のべき乗」を表す。例えば、「１Ｅ＋５」は、「１０００００」を表す。
【０１６９】
実施例１では、５．７３×１０１７／ｃｍ３のキャリア密度を持つ活性層に対し、ＬａＢａ酸化物絶縁膜（ＬａＢａ膜）をゲート絶縁層に用いている。ＬａＢａ膜の比誘電率は１１．８と高い。この場合得られるトランジスタは良好なスイッチング特性を示し、５．３３ｃｍ２／Ｖｓという高い移動度を実現した。オフ電流及びゲートリーク電流は０．１ｐＡ以下と極めて低く、またトランスファー特性にヒステリシスが見られなかったことから、このアモルファスＬａＢａ膜によって優良な絶縁性を有する常誘電体ゲート絶縁層が形成できたと言える。オン／オフ比は１０９を超え、実用面から鑑みて充分良好な特性である。立ち上がりの急峻さを示すｓ値は、０．３９Ｖ／ｄｅｃａｄｅと充分小さい値となった。
【０１７０】
比較例１では、実施例１と同じキャリア密度を持つ活性層に対し、ＳｉＯ２をゲート絶縁層に用いている。トランスファー特性においては、Ｖｇに対応したＩｄｓの変調は見られるものの、Ｖｇ＝−１５Ｖから１５Ｖの範囲では明確なオフ状態が存在しない。オン／オフ比に相当する値としてＩｄｓの最大値と最小値の比をとっても１０５台しかなく、立ち上がりが不明瞭であるためｓ値は算出できなかった。
【０１７１】
比較例２では、実施例１と同じキャリア密度を持つ活性層に対し、ＳｉＯＮをゲート絶縁層に用いている。トランスファー特性は立ち上がりがマイナスのいわゆるデプレッションの傾向が強い。オフ状態は存在するが、オフ電流の値はｐＡ台とやや高めである。オン／オフ比は１０７台と実施例１より２桁小さく、ｓ値も１．５４Ｖ／ｄｅｃａｄｅと大きい。
【０１７２】
比較例３及び比較例４では、ゲート絶縁層にそれぞれＳｉＯ２膜とＳｉＯＮ膜を用いている。比較例１及び２との違いは活性層のキャリア密度であり、活性層を成膜する際の酸素流量比を上げることによりキャリア密度を小さくしている。キャリアが減ったことで立ち上がりの電圧がプラス方向に動き、ゲート絶縁層がＳｉＯ２であっても比較例３ではオフ状態が確認できる（図２０）。しかし、実施例１（図１７）と比べると明らかに立ち上がりの急峻さに差があり、ｓ値を見ると比較例３及び比較例４では１Ｖ／ｄｅｃａｄｅを超えており実用的に充分な特性とは言えない。
【０１７３】
比較例５では、ゲート絶縁層にＣａとＹを含む酸化物膜を用いている。この絶縁層はＹ酸化物の含有率が高く、図２２に示したＸ線回折の結果からわかるようにＹ２Ｏ３の多結晶が膜中に存在している。比較例５の活性層は実施例１と同じ条件で形成しており、キャリア密度も等しい。図２３に示したトランスファー特性では、実施例１（図１７）と比べてオフ電流値が高く、オン／オフ比は１０５台と小さい。オフ電流値は同図に示したゲートリーク電流の値と一致しており、ゲート絶縁層を介したリークの影響でオフ電流が上がっていることがわかる。すなわち、ゲート絶縁層のＣａＹ酸化物膜がアモルファスではなく多結晶であるために、結晶粒界に起因してゲートリークが発生しトランジスタ特性を悪化させている。
【０１７４】
実用面を考慮してトランジスタに求められる特性は、用途によって異なるものではあるが、一般的には、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上、より好ましくは５ｃｍ２／Ｖｓ以上であり、オン／オフ比が１０６以上、より好ましくは１０７以上、更に好ましくは１０８以上であり、ｓ値が１Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以下、より好ましくは０．５Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以下である。実施例１はこの条件を満たしているが、比較例では特性が不充分である。
【０１７５】
（比較例６、７、及び実施例２〜５）
ゲート絶縁層と活性層の形成方法を以下のように変えた以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。
【０１７６】
−ゲート絶縁層の形成−
Ｌａ（ｔｈｄ）３、Ｍｇ（ｔｈｄ）２（ｔｈｄ＝２,２,６,６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３,５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎａｔｏ）をそれぞれテトラエチレングリコールジメチルエーテル（ｔｅｔｒａｇｌｙｍｅ)、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解させたものを液体原料とし、ＣＶＤ法により、ＬａＭｇ酸化物絶縁膜を約１００ｎｍ形成しこれをゲート絶縁膜とした。酸化物絶縁膜中のＬａとＭｇの原子数の比はＬａ：Ｍｇ＝８：２である。実施例１と同様にしてこの膜の比誘電率を測定したところ、８．１であった。また、実施例１と同様にしてＸ線回折を測定したところ、ピークは観測されずアモルファスであることがわかった。
【０１７７】
−活性層の形成−
３５．４８８ｇの硝酸インジウム（Ｉｎ（ＮＯ３）３・３Ｈ２Ｏ）を秤量し、エチレングリコールモノメチルエーテル１００ｍＬに溶解し、Ａ液とした。
２．３３０ｇの塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ４）を秤量し、エチレングリコールモノメチルエーテル１００ｍＬに溶解し、Ｂ液とした。
３．９６５ｇの塩化タングステン（ＷＣｌ６）を秤量し、エチレングリコールモノメチルエーテル１００ｍＬに溶解し、Ｃ液とした。
Ａ液、Ｂ液、Ｃ液、及びエチレングリコールモノメチルエーテルと１，２−プロパンジオールを、各々の比較例６、７、及び実施例２〜５に対し、表２に示す分量で混合して室温で撹拌し、酸化物半導体膜形成用塗布液を作製した。
【０１７８】
次に、前記ゲート絶縁層上に、上記酸化物半導体膜形成用塗布液をインクジェット法で所望の場所に塗布し、４００℃で１時間大気中で焼成して活性層を形成した。
比較例６の条件では、塗布液を基板上に塗布し焼成することによってＩｎＺｒＯ膜が形成される。ＩｎとＺｒの原子数の比率は１００：５であり、Ｚｒは酸素欠損の発生を抑制する目的で加えている。比較例７及び実施例２〜５では、母相であるＩｎＺｒＯ膜中の一部のＩｎ（＋３価）がＷ（＋６価）で置換ドープされており、これによってキャリアが発生する。Ｉｎの全サイト数のうち何％をＷが置換しているかをＷ濃度と定義し、その値を表２に記載した。また、実施例１と同様にしてこれらの膜のキャリア密度をホール測定によって求め、結果を表２に記した。Ｗ濃度の増加に伴ってキャリア密度が増えており、Ｗの置換ドーピングによってキャリアが有効に生成されていることがわかった。
【０１７９】
＜トランジスタ特性の測定＞
実施例１と同様に、トランジスタ特性を評価した。トランスファー特性を図２４（比較例６、７）及び図２５（実施例２〜５）に、算出した電界効果移動度、オン／オフ比、ｓ値の値を表３に示した。比較例６、７、実施例２〜５のいずれにおいてもトランスファー特性にヒステリシスは見られなかった。
【０１８０】
比較例６、７及び実施例２〜５では、ゲート絶縁層に同じ組成の膜を用いているが、活性層のキャリア密度が異なる。キャリア密度が４．０×１０１７／ｃｍ３以下の比較例６及び比較例７では、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以下、オン／オフ比が１０７以下、ｓ値が０．５Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以上となっており、図２４のトランスファー特性からも明らかなようにスイッチングの挙動が充分良好ではない。一方、キャリア密度が４．０×１０１７／ｃｍ３以上の実施例２〜５では、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上、オン／オフ比が１０７以上、ｓ値が０．５Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以下であり、オフ状態からオン状態へ急峻にＩｄｓが立ち上がる良好なスイッチング特性が得られている（図２５）。移動度を高める観点からは、特にキャリア密度が１．０×１０１８／ｃｍ３以上が好ましいことがわかる。
【０１８１】
【表２】
2017108136.tif 000004
【０１８２】
【表３】
2017108136.tif 000005
【０１８３】
（実施例６〜１１）
ゲート絶縁層の形成方法を以下のように変えた以外は実施例４と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。
【０１８４】
−ゲート絶縁層の形成−
トルエンと、２−エチルヘキサン酸ランタントルエン溶液（Ｌａ含量７重量％）と、２−エチルヘキサン酸マグネシウムトルエン溶液（Ｍｇ含量３重量％）を表４に示す分量で混合し、ゲート絶縁層形成用塗布液を得た。
ゲート電極を含むガラス基板上に前記塗布液をスピンコートし、オーブンを用いて１２０℃大気中１時間で乾燥させた後、酸素雰囲気下で４００℃３時間の焼成を行い、ＬａＭｇ酸化物絶縁膜からなるゲート絶縁層を形成した。酸化物膜中のＬａとＭｇの原子数の比率を表４に示した。ゲート絶縁層の平均厚みは１２０ｎｍであった。実施例１と同様にしてこれらの膜の比誘電率を測定した。結果を表４に示した。また、実施例１と同様にしてＸ線回折を測定したところ、ピークは観測されずアモルファスであることがわかった。
【０１８５】
＜トランジスタ特性の測定＞
実施例１と同様に、トランジスタ特性を評価した。トランスファー特性を図２６（実施例６〜８）及び図２７（実施例９〜１１）に、算出した電界効果移動度、オン／オフ比、ｓ値の値を表５に示した。いずれの実施例においてもトランスファー特性にヒステリシスは見られなかった。
【０１８６】
実施例６〜１１のいずれにおいても、実用面から考えて充分良好な特性が得られている。ゲート絶縁層の組成を変え比誘電率を下げていった時のトランジスタ特性の傾向を見ると比誘電率の減少に伴ってｓ値の増加傾向が見られ、特に比誘電率が７．０以下になるとトランスファーカーブの立ち上がりの傾きが緩やかになる傾向が顕著になることから（図２７）、４．０×１０１７／ｃｍ３以上のキャリア密度の酸化物活性層に対してはゲート絶縁層の比誘電率を７．０より大きくすることがより好ましいことがわかる。
【０１８７】
【表４】
2017108136.tif 000006
【０１８８】
【表５】
2017108136.tif 000007
【０１８９】
（実施例１２〜２０）
ゲート絶縁層の形成方法と活性層の形成方法を以下のように変えた以外は実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。
【０１９０】
−ゲート絶縁層形成用塗布液の作製−
−−実施例１２−−
トルエン１０ｍＬにガリウムアセチルアセトナート０．３７ｍｇを溶解後、２−エチルヘキサン酸バリウムトルエン溶液（Ｂａ含量８ｗｔ％）１．７ｍＬを加え混合し、バリウムガリウム酸化物絶縁膜形成用塗布液を得た。塗布液中の原子数の比率はＧａ：Ｂａ＝１：１である。
【０１９１】
−−実施例１３−−
２−エチルヘキサン酸マグネシウムトルエン溶液（Ｍｇ含量３ｗｔ％）２ｍＬと、２−エチルヘキサン酸イットリウムトルエン溶液（Ｙ含量８ｗｔ％）１１ｍＬと、チタニウムｎ−ブトキシド０．３５ｍＬとを混合し、更にトルエン１５ｍＬを加え希釈し、マグネシウムチタンイットリウム酸化物絶縁膜形成用塗布液を得た。塗布液中の原子数の比率はＭｇ：Ｙ：Ｔｉ＝２．５：１０：１である。
【０１９２】
−−実施例１４−−
トルエン２０ｍＬにアルミニウムジ（ｓ−ブトキシド）アセト酢酸エステルキレート（Ａｌ含量８．４ｗｔ％）０．９４ｍＬと、２−エチルヘキサン酸マグネシウムトルエン溶液（Ｍｇ含量３ｗｔ％）５ｍＬと、２−エチルヘキサン酸イットリウムトルエン溶液（Ｙ含量８ｗｔ％）１１ｍＬとを混合し、マグネシウムアルミニウムイットリウム酸化物絶縁膜形成用塗布液を得た。塗布液中の原子数の比率はＡｌ：Ｍｇ：Ｙ＝３：６．２５：１０である。
【０１９３】
−−実施例１５−−
トルエン１０ｍＬにネオデカン酸バリウム（Ｂａ含量２９ｗｔ％）０．４８ｇを溶解し、これに２−エチルヘキサン酸ランタントルエン溶液（Ｌａ含量７ｗｔ％）４ｍＬと、ビス（２−エチルヘキサン酸）酸化ジルコニウムミネラルスピリット溶液（Ｚｒ含量１２ｗｔ％）０．７６ｍＬとを混合し、バリウムジルコニウムランタン酸化物絶縁膜形成用塗布液を得た。塗布液中の原子数の比率はＢａ：Ｌａ：Ｚｒ＝１：２：１である。
【０１９４】
−−実施例１６−−
トルエン１０ｍＬにネオデカン酸ストロンチウム（Ｓｒ含量２０ｗｔ％）０．４３ｇを溶解し、これに２−エチルヘキサン酸ランタントルエン溶液（Ｌａ含量７ｗｔ％）４ｍＬと、２−エチルヘキサン酸ニオブ（ＩＶ）２−エチルヘキサン酸溶液（Ｎｂ含量１１ｗｔ％）０．８３ｍＬとを混合し、ストロンチウムニオブランタン酸化物絶縁膜形成用塗布液を得た。塗布液中の原子数の比率はＳｒ：Ｌａ：Ｎｂ＝１：２：１である。
【０１９５】
−−実施例１７−−
２−エチルヘキサン酸マグネシウムトルエン溶液（Ｍｇ含量３ｗｔ％）２ｍＬと、２−エチルヘキサン酸ランタントルエン溶液（Ｌａ含量７ｗｔ％）２０ｍＬと、タンタルエトキシド（純度９９．９８％）１ｍＬとを、混合し、更にトルエン２５ｍＬを加え希釈し、マグネシウムタンタルランタン酸化物絶縁膜形成用塗布液を得た。塗布液中の原子数の比率はＭｇ：Ｌａ：Ｔａ＝２．５：１０：４である。
【０１９６】
−−実施例１８−−
１，２−エタンジオール１５ｍＬに、硝酸マグネシウム６水和物０．７７ｇと、硝酸ランタン６水和物４．３ｇと、ハフニウム（ＩＶ）ジクロリドオキシド八水和物０．８２ｇとを溶解し、マグネシウムハフニウムランタン酸化物絶縁膜形成用塗布液を得た。塗布液中の原子数の比率はＭｇ：Ｌａ：Ｈｆ＝３：１０：２である。
【０１９７】
−−実施例１９−−
プロピレングリコール１０ｍＬに、硝酸スカンジウム５水和物０．３２ｇと、塩化ストロンチウム６水和物０．２７ｇとを溶解し、スカンジウムストロンチウム酸化物絶縁膜形成用塗布液を得た。塗布液中の原子数の比率はＳｃ：Ｓｒ＝１：１である。
【０１９８】
−−実施例２０−−
２−エチルヘキサン酸ランタントルエン溶液（Ｌａ含量７ｗｔ％）２０ｍＬと、２−エチルヘキサン酸カルシウムミネラルスピリット溶液（Ｃａ含量５ｗｔ％）０．８ｍＬとを混合し、更にトルエン１２ｍＬを加え希釈し、ランタンカルシウム酸化物絶縁膜形成用塗布液を得た。塗布液中の原子数の比率はＬａ：Ｃａ＝１０：１である。
【０１９９】
−ゲート絶縁層の形成−
ゲート電極を含むガラス基板上に前記塗布液をスピンコートし、オーブンを用いて１２０℃大気中１時間で乾燥させた後、酸素雰囲気下で４００℃３時間の焼成を行い、ゲート絶縁層を形成した。ゲート絶縁層の平均厚みは１２０ｎｍであった。実施例１と同様にしてこれらの膜の比誘電率を測定した。結果を表６に示した。また、実施例１と同様にしてＸ線回折を測定したところ、ピークは観測されずこの絶縁層がアモルファスであることがわかった。
【０２００】
−活性層の形成−
３５．４８８ｇの硝酸インジウム（Ｉｎ（ＮＯ３）３・３Ｈ２Ｏ）を秤量し、エチレングリコールモノメチルエーテル１００ｍＬに溶解し、Ａ液とした。
２９．７４９ｇの硝酸亜鉛（Ｚｎ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を秤量し、エチレングリコールモノメチルエーテル１００ｍＬに溶解し、Ｂ液とした。
１．６３１ｇの二酸化モリブデン（ＶＩ）ビス（アセチルアセトナート）を秤量し、エチレングリコールモノメチルエーテル５００ｍＬに溶解し、Ｃ液とした。
Ａ液９９．８ｍＬ、Ｂ液１００ｍＬ、及びＣ液２０ｍＬと、エチレングリコールモノメチルエーテル１８０．２ｍＬ、及び１，２−プロパンジオール４００ｍＬとを室温で混合撹拌し、酸化物半導体膜形成用塗布液を作製した。
【０２０１】
次に、ゲート絶縁層上の所望の領域に、上記酸化物半導体膜形成用塗布液をインクジェット法で塗布し、４００℃で１時間大気中で焼成し活性層を形成した。これによって得られる活性層の酸素以外の元素の比率はＩｎ：Ｚｎ：Ｍｏ＝９９．８：１００：０．２である。母相であるＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５中のＩｎ（＋３価）に対してＭｏ（＋６価）が０．２ａｔ％の濃度で置換ドープされており、これによってキャリアが発生する。
【０２０２】
実施例１と同様にしてホール測定によりこの酸化物半導体膜のキャリア密度を測定したところ、１．２１×１０１８／ｃｍ３であった。
【０２０３】
＜トランジスタ特性の測定＞
実施例１と同様に、トランジスタ特性を評価した。算出した電界効果移動度、オン／オフ比、ｓ値の値を表６に示した。いずれの実施例においてもトランスファー特性にヒステリシスは見られなかった。
実施例１２〜２０のいずれにおいても、高い移動度と高いオン／オフ比、及び小さいｓ値が得られており、実用面から考えて充分良好な特性が得られた。
【０２０４】
【表６】
2017108136.tif 000008
【０２０５】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、酸化物半導体からなる活性層と、
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と、
を備える電界効果型トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層が、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物であり、
前記活性層のキャリア密度が、４．０×１０１７／ｃｍ３以上であることを特徴とする電界効果型トランジスタである。
＜２＞  前記ゲート絶縁層が、更に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、及びＴａの少なくともいずれかである第Ｃ元素を含む前記＜１＞に記載の電界効果型トランジスタである。  ＜３＞  前記ゲート絶縁層の比誘電率が、７．０より大きい前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の電界効果型トランジスタである。
＜４＞  前記活性層が、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＴｉの少なくともいずれかを含有するｎ型酸化物半導体である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の電界効果型トランジスタである。
＜５＞  前記ｎ型酸化物半導体が、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、６価のカチオン、７価のカチオン、及び８価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされており、
前記ドーパントの価数が、前記ｎ型酸化物半導体を構成する金属イオン（ただし、前記ドーパントを除く）の価数よりも大きい前記＜４＞に記載の電界効果型トランジスタである。
＜６＞  前記活性層のキャリア密度が、１．０×１０１８／ｃｍ３以上である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の電界効果型トランジスタである。
＜７＞  駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と、
前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の電界効果型トランジスタを含み、前記光制御素子を駆動する駆動回路と、
を備えることを特徴とする表示素子である。
＜８＞  画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、
マトリックス状に配置された複数の前記＜７＞に記載の表示素子と、
前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧と信号電圧とを個別に印加するための複数の配線と、
前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタの前記ゲート電圧と前記信号電圧とを前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と、
を備えることを特徴とする画像表示装置である。
＜９＞  前記＜８＞に記載の画像表示装置と、
表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と、
を備えることを特徴とするシステムである。
【符号の説明】
【０２０６】
１０    電界効果型トランジスタ
２０    電界効果型トランジスタ
２２    活性層
２３    ソース電極
２４    ドレイン電極
２５    ゲート絶縁層
２６    ゲート電極
４０    電界効果型トランジスタ
３０２、３０２’  表示素子
３１０  ディスプレイ
３２０、３２０’  ドライブ回路
３７０  液晶素子
４００  表示制御装置
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０２０７】
【非特許文献１】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，他５名、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、ＶＯＬ４３２、Ｎｏ．２５、ＮＯＶＥＭＢＥＲ、２００４、ｐ．４８８−４９２
【図１】
2017108136.tif 000009
【図２】
2017108136.tif 000010
【図３】
2017108136.tif 000011
【図４】
2017108136.tif 000012
【図５】
2017108136.tif 000013
【図６】
2017108136.tif 000014
【図７】
2017108136.tif 000015
【図８】
2017108136.tif 000016
【図９】
2017108136.tif 000017
【図１０】
2017108136.tif 000018
【図１１】
2017108136.tif 000019
【図１２】
2017108136.tif 000020
【図１３】
2017108136.tif 000021
【図１４】
2017108136.tif 000022
【図１５】
2017108136.tif 000023
【図１６】
2017108136.tif 000024
【図１７】
2017108136.tif 000025
【図１８】
2017108136.tif 000026
【図１９】
2017108136.tif 000027
【図２０】
2017108136.tif 000028
【図２１】
2017108136.tif 000029
【図２２】
2017108136.tif 000030
【図２３】
2017108136.tif 000031
【図２４】
2017108136.tif 000032
【図２５】
2017108136.tif 000033
【図２６】
2017108136.tif 000034
【図２７】
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