ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА
FIELD-EFFECT TRANSISTOR AND METHOD OF MANUFACTURING A FIELD-EFFECT TRANSISTOR

Область техники
Данное изобретение относится к полевому транзистору и способу изготовления полевого транзистора.
Предшествующий уровень техники
В последнее время активно проводились разработки устройства отображения с активной матрицей (например, жидкокристаллического устройства отображения, люминесцентного устройства отображения и электрофоретического устройства отображения), в котором на пиксель отображения, расположенный в образованной матрице, предусмотрен переключающий элемент, образованный тонкопленочным транзистором (TFT), являющимся полевым транзистором (FET).
2
3
В этих разработках внимание было сосредоточено на технологии, в которой тонкопленочный транзистор (TFT) изготавливают с использованием пленки оксидного полупроводника, который имеет высокую подвижность носителей заряда и дает меньшую степень неравномерности между элементами в области формирования канала тонкопленочного транзистора (TFT), и при этом данный тонкопленочный транзистор (TFT) используют для электронного устройства или оптического устройства. Например, раскрыт полевой транзистор (FET), использующий в качестве пленки оксидного полупроводника оксид цинка (ZnO), InO или In-Ga-Zn-O (см., например, Патентный документ 1).
В отношении полевого транзистора, используемого для устройства, требуется такой транзистор, который имеет высокую дрейфовую подвижность, высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и небольшое абсолютное значение напряжения включения.
Устройство отображение, которое отображает на большой площади, имеет проблему с задержкой сигнала от токопроводящих дорожек до каналов тонкопленочных транзисторов (TFT) из-за электрического сопротивления. Следовательно, в качестве материала электрода тонкопленочного транзистора (TFT) требуется использование материала, имеющего низкое удельное электрическое сопротивление.
При изготовлении устройства отображения с использованием тонкопленочного транзистора (TFT) поверх образованного тонкопленочного транзистора (TFT) наслаивают элемент отображения. Следовательно в процессе, выполняемом после формирования тонкопленочного транзистора (TFT), выполняют термообработку или обработку в окислительной атмосфере. По этой причине желательно использовать электродный материал, который не вызывает загрязнения в течение термообработки или обработки в окислительной атмосфере, выполняемой после формирования тонкопленочного транзистора (TFT).
11
-3
18
-3
14
-3
17
-3
15
-3
16
-3
Патентный документ 1 раскрывает, что диапазон концентрации носителей заряда в пленке оксидного полупроводника (например, пленке оксида индия-галлия-цинка (IGZO)), применимой в качестве канала полупроводникового слоя, составляет 1×10 см или более, однако менее 1×10 см, предпочтительно 1×10 см или более, однако менее 1×10 см, более предпочтительно 1×10 см или более, однако менее 1×10 см.
18
-3
18
-3
Это обусловлено тем, что большой электрический ток может проходить между электродом истока и электродом стока при отсутствии напряжения затвора транзистора, прикладываемого, когда в качестве канала тонкопленочного транзистора (TFT) используют оксид, концентрация электронов - носителей заряда в котором составляет 1×10 см или более, и тонкопленочный транзистор (TFT) может стать нормально открытым тонкопленочным транзистором (TFT). Для того, чтобы изготовить нормально закрытый тонкопленочный транзистор (TFT), применимый для устройства отображения изображения, такое как люминесцентное устройство, широко известно, что в качестве канала тонкопленочного транзистора (TFT) используют оксид, имеющий концентрацию электронов - носителей заряда менее 1×10 см.
17
-3
Предложенная предпочтительная концентрация носителей заряда в слое оксидного полупроводника (оксида индия-галлия-цинка (IGZO)), используемого для канала, составляет менее 1×10 см (см., например, Патентный документ 2). Это обусловлено тем, что полученный в результате тонкопленочный транзистор может становиться нормально открытым типом, если концентрация носителей заряда больше, чем вышеуказанный диапазон. Кроме того, раскрыт способ, в котором оксидный электропроводный материал, имеющий более высокую концентрацию носителей заряда, чем слой оксидного полупроводника, размещен в качестве буферного слоя между слоем электрода истока-стока и слоем оксидного полупроводника, с целью уменьшения сопротивления контакта между слоем оксидного полупроводника и слоем электрода истока-стока. Это обусловлено тем, что сопротивление контакта может становиться большим, когда в качестве электрода истока и электрода стока используют материал, имеющий низкое удельное электрическое сопротивление (например, золото), который является подходящим в качестве токопроводящих дорожек или электродов. В случае, когда буферный слой не предусмотрен, в качестве электрода в тонкопленочном транзисторе (TFT) обычно используют металл, имеющий низкую работу выхода, такой как Al, Mo и Ti, с использованием в качестве активного слоя оксидного полупроводника n-типа, для того, чтобы улучшить электрический контакт между активным слоем и электродами истока и стока. Однако металл, имеющий низкую работу выхода, имеет проблему, заключающуюся в том, что металл окисляется во время термообработки или обработки в окислительной атмосфере, выполняемой после формирования полевого транзистора, что увеличивает удельное электрическое сопротивление.
-3
18
20
Кроме того, раскрыто получение полевого транзистора, который имеет высокую подвижность и надежность, при регулировании концентрации электронов - носителей заряда n (см) в диапазоне 10 < n < 10 (см., например, Патентный документ 3). В раскрытом способе в качестве электродов истока и стока используют структуру, состоящую из титана (Ti)/золота (Au)/титана (Ti).
-3
18
Кроме того, раскрыто получение тонкопленочного транзистора, имеющего высокую дрейфовую подвижность при регулировании концентрации электронов - носителей заряда n (см) в диапазоне n≤5×10 (см., например, Патентный документ 4). В раскрытом способе в качестве электродов истока и стока используют золото (Au), из которого распылением образована пленка.
Кроме того, раскрыт способ, в котором полупроводниковый слой и электродный слой образованы нанесением покрытия (см., например, Патентный документ 5). В качестве способа формирования полупроводникового слоя тонкопленочного транзистора (TFT) с использованием оксидного полупроводника или слоя электрода истока-стока обычно используют вакуумное осаждение или распыление. Для того, чтобы выполнить любой из этих способов, однако, имеет место проблема, заключающаяся в том, что необходимо сложное и дорогое устройство. Кроме того, другая проблема заключается в том, что затруднено формирование тонкой пленки большой площади. Соответственно, способ формирования полупроводникового слоя или электродного слоя посредством нанесения покрытия, как предполагается, является способом, который делает возможным формирование пленки большой площади простым образом.
Оксидный полупроводник n-типа имеет тенденцию проявлять более высокую подвижность, поскольку выше концентрация электронов - носителей заряда. Поэтому имеется возможность, что достигается более высокий ток включения, поскольку выше концентрация электронов - носителей заряда, когда оксидный полупроводник n-типа используют для полевого транзистора.
В обычном уровне техники, однако, полевой транзистор, который имеет электрод истока и электрод стока, имеющие высокую устойчивость к термообработке и обработке в окислительной атмосфере, выполняемым после формирования полевого транзистора, и имеющие низкое удельное электрическое сопротивление, не требует буферного слоя, имеет высокую дрейфовую подвижность, имеет высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и имеет небольшое абсолютное значение напряжения включения, не предоставляется даже в случае, когда концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа высокая.
Соответственно, в настоящее время имеется потребность в полевом транзисторе, который имеет электрод истока и электрод стока, имеющие высокую устойчивость к термообработке и обработке в окислительной атмосфере, выполняемым после формирования полевого транзистора, и имеющие низкое удельное электрическое сопротивление, не требует буферного слоя, имеет высокую дрейфовую подвижность, имеет высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и имеет небольшое абсолютное значение напряжения включения, даже в случае, когда концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа высокая.
Список ссылок
Патентные документы
Патентный документ 1: Патент Японии (JP-B) № 5118811.
Патентный документ 2: Выложенная заявка на патент Японии (JP-A) № 2010-62546.
Патентный документ 3: JP-A № 2011-103402.
Патентный документ 4: JP-A № 2013-4555.
Патентный документ 5: JP-A № 2010-283190.
Сущность изобретения
Техническая проблема
Настоящее изобретение направлено на решение вышеуказанных различных проблем в данной области техники и на достижение указанной ниже цели. Более конкретно, целью настоящего изобретения является предоставление полевого транзистора, который имеет электрод истока и электрод стока, которые имеют высокую устойчивость к процессу термообработки и обработке в окислительной атмосфере, выполняемым после формирования полевого транзистора, даже когда концентрация носителей заряда оксидного полупроводника n-типа является высокой, и имеют низкое удельное электрическое сопротивление, и который не требует буферного слоя, который имеет высокую дрейфовую подвижность, высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и небольшое абсолютное значение напряжения включения, даже в случае, когда концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа высокая.
Решение проблемы
Средства для решения вышеуказанных проблем являются следующими.
Полевой транзистор по настоящему изобретению содержит:
электрод затвора, предназначенный для приложения напряжения затвора;
электрод истока и электрод стока, оба из которых предназначены для вывода электрического тока;
активный слой, образованный из оксидного полупроводника n-типа, предусмотренный в контакте с электродом истока и электродом стока; и
изолирующий слой затвора, предусмотренный между электродом затвора и активным слоем,
при этом работа выхода электрода истока и электрода стока составляет 4,90 эВ или более, и
17
-3
при этом концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа составляет 4,0×10 см или более.
Преимущественные эффекты изобретения
Настоящее изобретение может решить вышеуказанные различные проблемы в данной области техники и может предоставить полевой транзистор, который имеет электрод истока и электрод стока, которые имеют высокую устойчивость к процессу термообработки и обработке в окислительной атмосфере, выполняемых после формирования полевого транзистора, даже когда концентрация носителей заряда оксидного полупроводника n-типа является высокой, и имеют низкое удельное электрическое сопротивление, и который не требует буферного слоя, который имеет высокую дрейфовую подвижность, высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и небольшое абсолютное значение напряжения включения, даже в случае, когда концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа высокая.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой схематический вид поперечного сечения, иллюстрирующий один пример полевого транзистора с нижним затвором/нижним контактом.
Фиг. 2 представляет собой схематический вид поперечного сечения, иллюстрирующий пример полевого транзистора с нижним затвором/верхним контактом.
Фиг. 3 представляет собой схематический вид поперечного сечения, иллюстрирующий пример полевого транзистора с верхним затвором/нижним контактом.
Фиг. 4 представляет собой схематический вид поперечного сечения, иллюстрирующий пример полевого транзистора с верхним затвором/верхним контактом.
Фиг. 5A представляет собой схематический вид поперечного сечения, иллюстрирующий пример способа изготовления полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением (часть 1).
Фиг. 5B представляет собой схематический вид поперечного сечения, иллюстрирующий пример способа изготовления полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением (часть 2).
Фиг. 5C представляет собой схематический вид поперечного сечения, иллюстрирующий пример способа изготовления полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением (часть 3).
Фиг. 5D представляет собой схематический вид поперечного сечения, иллюстрирующий пример способа изготовления полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением (часть 4).
15
-3
Фиг. 6 представляет собой график, отображающий вольт-амперную характеристику полевого транзистора из Сравнительного примера 1 с концентрацией носителей заряда 5,9×10 см.
18
-3
Фиг. 7 представляет собой график, отображающий вольт-амперную характеристику полевого транзистора из Примера 1 с концентрацией носителей заряда 1,0×10 см.
15
-3
Фиг. 8 представляет собой график, отображающий вольт-амперную характеристику полевого транзистора, использующего в качестве оксидного полупроводника n-типа тонкую пленку оксидного полупроводника на основе Mg-In (концентрация электронов - носителей заряда: 5,9×10 см) и Al в качестве электрода истока и электрода стока.
18
-3
Фиг. 9 представляет собой график, отображающий вольт-амперную характеристику полевого транзистора, использующего в качестве оксидного полупроводника n-типа тонкую пленку оксидного полупроводника на основе Mg-In (концентрация электронов - носителей заряда: 1,0×10 см) и Al в качестве электрода истока и электрода стока.
Фиг. 10 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую один пример телевизионного устройства в качестве системы по настоящему изобретению.
Фиг. 11 представляет собой схему (часть 1) для пояснения устройства отображения изображения по Фиг. 10.
Фиг. 12 представляет собой схему (часть 2) для пояснения устройства отображения изображения по Фиг. 10.
Фиг. 13 представляет собой схему (часть 3) для пояснения устройства отображения изображения по Фиг. 10.
Фиг. 14 представляет собой схему для пояснения одного примера элемента отображения по настоящему изобретению.
Фиг. 15 представляет собой схематическое изображение, показывающее один пример расположения органического электролюминесцентного (EL) элемента и полевого транзистора в элементе отображения.
Фиг. 16 представляет собой схематическое изображение, показывающее другой пример расположения органического электролюминесцентного (EL) элемента и полевого транзистора в элементе отображения.
Фиг. 17 представляет собой схематическое изображение, показывающее один пример органического электролюминесцентного (EL) элемента.
Фиг. 18 представляет собой схему для пояснения устройства управления отображением.
Фиг. 19 представляет собой схему для пояснения жидкокристаллического дисплея.
Фиг. 20 представляет собой схему для пояснения элемента отображения по Фиг. 19.
18
-3
Фиг. 21 представляет собой график, отображающий вольт-амперную характеристику полевого транзистора по Примеру 18 с концентрацией носителей заряда 5,2×10 см.
18
-3
Фиг. 22 представляет собой график, отображающий вольт-амперные характеристики полевого транзистора по Примеру 18 с концентрацией носителей заряда 5,2×10 см.
15
-3
Фиг. 23 представляет собой график, отображающий вольт-амперную характеристику полевого транзистора из Сравнительного примера 3 с концентрацией носителей заряда 5,7×10 см.
15
-3
Фиг. 24 представляет собой график, отображающий вольт-амперные характеристики полевого транзистора из Сравнительного примера 3 с концентрацией носителей заряда 5,7×10 см.
Описание вариантов осуществления
(Полевой транзистор)
Полевой транзистор по настоящему изобретению содержит по меньшей мере электрод затвора, электрод истока, электрод стока, активный слой и изолирующий слой затвора, и может дополнительно содержать другие элементы в соответствии с необходимостью.
Полевой транзистор по настоящему изобретению может быть изготовлен, например, способом изготовления полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением.
11
-3
18
-3
В вышеуказанных JP-B № 5118811 и JP-A № 2010-62546 раскрыта технология для реализации функционирования нормально закрытого транзистора при регулировании концентрации электронов - носителей заряда в слое оксидного полупроводника до диапазона от 1×10 см до 1×10 см. В JP-B № 5118811 для выводов истока-стока используют золото, однако между слоем оксидного полупроводника, который будет являться каналом, и золотом размещена аморфная пленка In-Ga-Zn-O, имеющая высокую электропроводность.
15
-3
16
-3
В результате исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, было подтверждено, что надлежащее функционирование транзистора не может быть достигнуто посредством тонкопленочного транзистора (TFT), в котором активный слой образован из пленки оксидного полупроводника, концентрация носителей заряда которого находится в диапазоне 1×10 см или более, однако менее 1×10 см, который раскрыт как предпочтительный диапазон в JP-B № 5118811, а электроды истока и стока, образованные из золота, соединены непосредственным образом. Причиной этому является следующее. В случае, когда металл, имеющий высокую работу выхода, такой как золото, приведен в контакт с оксидным полупроводником n-типа, имеющим низкую работу выхода, на контактной границе раздела формируется барьер Шоттки, и в результате этого, как считают, электрическое сопротивление становится высоким.
-3
18
20
В JP-A № 2011-103402 раскрыто, что полевой транзистор, имеющий высокую подвижность и надежность, может быть получен при регулировании концентрации электронов - носителей заряда n (см) в диапазоне 10<n<10 и использовании для электродов истока и стока титана (Ti)/золота (Au)/титана (Ti). В этом транзисторе плоскость на стороне электрода в зоне контакта между активным слоем оксидного полупроводника и электродами истока и стока является титаном.
18
-3
В результате исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, однако, было подтверждено, что высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях не может быть достигнуто посредством полевого транзистора, использующего оксидный полупроводник, имеющий концентрацию электронов - носителей заряда 1×10 см или более, и титана для электродов истока и стока. Поскольку металл, имеющий низкую работу выхода, т.е. титан, приведен в контакт с оксидным полупроводником, электрический контакт между оксидным полупроводником и электродами является превосходным. Однако высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях не может быть достигнуто по причинам, раскрытым в JP-B № 5118811 и JP-A № 2010-62546.
В JP-A № 2010-283190 раскрыт тонкопленочный транзистор (TFT), в котором электрод истока и электрод стока образованы при нанесении наночастиц Ag методом струйной печати.
15
-3
16
-3
В результате исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, однако, тонкопленочный транзистор (TFT), использующий пленку оксидного полупроводника, имеющего концентрацию носителей заряда в диапазоне 1×10 см или более, однако менее 1×10 см, который раскрыт как более предпочтительный диапазон, и электроды истока и стока, образованные нанесением покрытия из наночастиц Ag, имеет плохую электрическую проводимость между оксидным полупроводником и электродами и не может достигать высокой дрейфовой подвижности (которая может называться «подвижностью носителей заряда» здесь далее). Тонкая пленка, которая образована нанесением покрытия с последующим обжигом и имеет низкое удельное электрическое сопротивление, обычно является серебром (Ag) или золотом (Au). Пока еще отсутствует технология, в которой металлический материал, такой как Al, Mo и Ti, формируют в виде краски и наносят в качестве краски, с последующим обжигом, с образованием тем самым тонкой пленки.
Помимо металлического материала, в качестве электропроводного материала, который может быть образован в виде пленки посредством нанесения покрытия, общеизвестным является, например, легированный оловом оксид индия (ITO). Однако удельное электрическое сопротивление пленки ITO, образованной нанесением покрытия, выше, чем его значение в случае пленки, образованной вакуумным процессом. В устройстве отображения, в котором представляют дисплей большой площади, задержка сигнала вследствие электрического сопротивления от токопроводящих дорожек до канала тонкопленочного транзистора (TFT) становится значительной. Следовательно, этот материал является неудовлетворительным для применения в качестве электродного материала тонкопленочного транзистора (TFT).
Авторы настоящего изобретения провели исследования, приведенные ниже, основанные на результате исследований, связанных с обычным уровнем техники.
15
-3
Авторы настоящего изобретения изготовили полевой транзистор, в котором в качестве оксидного полупроводника n-типа использовали оксидный полупроводник на основе Mg-In, и Al использовали в качестве электрода истока и электрода стока, и провели эксперимент для подтверждения характеристик транзистора. Концентрацию электронов - носителей заряда оксидного полупроводника на основе Mg-In измеряли нижеупомянутым устройством для измерения эффекта Холла, и результатом являлась значение 5,9×10 см.
2
7
Фиг. 8 представляет собой график, отображающий вольт-амперную характеристику полевого транзистора с нижним затвором/верхним контактом, и показывает взаимосвязь между напряжением Vg затвора и электрическим током Ids исток-сток при напряжении исток-сток Vds, составляющем 20 В. Дрейфовая подвижность, рассчитанная в области насыщения, составляла 4,6 см/(В∙с). Кроме того, отношение (отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях) электрического тока исток-сток во включенном состоянии (например, Vg = 20 В) транзистора к току в выключенном состоянии (например, Vg = -20 В) составляло 5,9×10. Кроме того, напряжение затвора (напряжение включения), при котором электрический ток исток-сток начинал увеличиваться, составляло Vg = -2 В.
18
-3
1
Фиг. 9 отображает результаты измерений вольт-амперной характеристики изготовленного полевого транзистора с нижним затвором/верхним контактом, в котором концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника на основе Mg-In составляет 1,0×10 см. Когда напряжение затвора находилось в диапазоне от -30 В до +30 В, транзистор не переходил в отчетливое выключенное состояние. Отношение тока исток-сток при Vg = 20 В к току при Vg = -20 В составляло 3,3×10.
15
-3
16
-3
В случае, когда концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника составляет от 1×10 см до 1×10 см, и металл, имеющий низкую работу выхода, используют в качестве электродов истока и стока, как описано выше, могут быть достигнуты такие характеристики транзистора, что дрейфовая подвижность является высокой, отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях является высоким, и абсолютное значение напряжения включения является небольшой.
18
-3
Когда концентрация электронов - носителей заряда составляет 1,0×10 см или более, с другой стороны, получают такие характеристики транзистора, что отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях является небольшим, и абсолютное значение напряжения включения является большим.
Транзистор, имеющий такую характеристику, как показано на Фиг. 8, может быть подходящим образом использован для устройства отображения с активной матрицей, принимая во внимание данную характеристику, однако Al электрод ухудшается, когда после формирования транзистора выполняют термообработку и обработку в окислительной атмосфере, и, как результат, подтверждено ухудшение характеристики транзистора.
Поэтому авторы настоящего изобретения изготовили полевой транзистор с использованием золота в качестве электродов истока и стока, и провели эксперимент, чтобы подтвердить характеристики изготовленного полевого транзистора.
15
-3
18
-3
15
-3
18
-3
Фиг. 6 (случай, в котором концентрация носителей заряда составляет 5,9×10 см в Сравнительном примере l) и Фиг. 7 (случай, в котором концентрация носителей заряда составляет 1,0×10 см в Примере 1) представляют собой графики, отображающие вольт-амперные характеристики полевого транзистора с использованием золота в качестве электрода истока и стока, с концентрацией электронов - носителей заряда оксидного полупроводника на основе Mg-In, составляющей 5,9×10 см и 1,0×10 см соответственно.
-9
15
-3
16
-3
Как можно понять из Фиг. 6, ток включения является низким, т.е. примерно 1×10 A, и транзистор едва функционирует, когда концентрация электронов - носителей заряда находится в диапазоне от 1×10 см до 1×10 см, который считается более подходящим для использования в транзисторе с использованием оксидного полупроводника n-типа, и золото используют в качестве электрода истока и стока. Это обусловлено тем, что на плоскости, где в контакте находятся золото, имеющее сравнительно высокую работу выхода, и оксидный полупроводник n-типа, формируется барьер Шоттки, и, таким образом, сопротивление контакта становится высоким.
18
-3
2
8
С другой стороны, когда золото используют в качестве электрода истока и стока с концентрацией электронов - носителей заряда 1×10 см или более, которая обычно рассматривалась как диапазон, который не подходит для использования в транзисторе с использованием оксидного полупроводника n-типа, из Фиг. 7 установлено, что характеристики транзистора таковы, что дрейфовая подвижность является высокой, т.е. 5,6 см/(В∙с), отношение (отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях) тока исток-сток при Vg = 20 В к току при Vg = -20 В является высоким, т.е. 4,7×10, и абсолютное значение напряжения включения является небольшим, т.е. Vg = 1,0 В.
Транзисторы, отображенные на Фиг. 6-9, проявляли подходящие характеристики вследствие сочетания концентрации электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа и золота, поскольку материал электрода истока и стока и концентрацию электронов - носителей заряда изменяли.
Кроме того, авторы настоящего изобретения провели эксперимент, чтобы определить работу выхода металла, образованного вакуумным осаждением, таким как распыление и вакуумное осаждение из паровой фазы, и работу выхода металла, образованного нанесением наночастиц. В результате было обнаружено, что работа выхода тонкой пленки металла показывает различное значение в зависимости от способа формирования пленки, и металл, образованный нанесением наночастиц, имеет более высокую работу выхода, чем ее значение для металла, образованного вакуумным осаждением, даже хотя они являются идентичными металлами.
В качестве примера авторы настоящего изобретения провели эксперимент, чтобы определить работы выхода золота (Au) и серебра (Ag), образованных вакуумным осаждением, и работы выхода золота (Au) и серебра (Ag), образованных нанесением наночастиц или металлоорганического соединения. В результате работы выхода золота (Au) и серебра (Ag), образованных вакуумным осаждением, составляли соответственно от 4,70 эВ до 4,79 эВ и от 4,80 эВ до 4,83 эВ. С другой стороны, работы выхода золота (Au) и серебра (Ag), образованных нанесением наночастиц или металлоорганического соединения, составляли соответственно от 4,90 эВ до 5,10 эВ и от 5,05 эВ до 5,30 В. Было обнаружено, что металл, образованный нанесением наночастиц или металлоорганического соединения, имеет более высокую работу выхода, чем металл, образованный вакуумным осаждением.
17
-3
В результате дополнительных исследований, проведенных на основе вышеуказанных результатов, было обнаружено, что полевой транзистор, который имеет электрод истока и электрод стока, имеющие высокую устойчивость к термообработке и обработке в окислительной атмосфере, выполняемых после формирования полевого транзистора, и имеющие низкое удельное электрическое сопротивление, не требует буферного слоя, имеет высокую подвижность в электрическом поле, высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и небольшое абсолютное значение напряжения включения, может быть предоставлен, когда работа выхода электрода истока и электрода стока составляет 4,90 эВ или более, и концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа составляет 4,0×10 см или более.
18
-3
Кроме того, было обнаружено, что полевой транзистор, в котором как электрод истока, так и электрод стока образованы нанесением наночастиц или металлоорганического соединения (например, Au, Ag, Ag/Pd и Pt), имеет высокую дрейфовую подвижность, высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и небольшое абсолютное значение напряжения включения, даже когда концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа составляет более 5,0×10 см.
<Электрод затвора>
Электрод затвора выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что он является электродом, предназначенным для приложения напряжения затвора.
2
3
2
Материал электрода затвора выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и его примеры включают: металл, такой как платина, палладий, золото, серебро, медь, цинк, алюминий, никель, хром, тантал, молибден и титан; сплавы вышеуказанных металлов; и смесь вышеуказанных металлов. Кроме того, его дополнительные примеры включают: электропроводный оксид, такой как оксид индия, оксид цинка, оксид олова, оксид галлия, оксид ниобия, легированный оловом (Sn) InO (ITO), легированный галлием (Ga) ZnO, легированный алюминием (Al) ZnO, и легированный сурьмой (Sb) SnO; их сложное соединение; и их смесь.
Среднюю толщину электрода затвора выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, однако его средняя толщина составляет предпочтительно от 10 нм до 200 нм, более предпочтительно от 50 нм до 100 нм.
<Изолирующий слой затвора>
Изолирующий слой затвора выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что он является изолирующим слоем, образованным между электродом затвора и активным слоем.
Материал изолирующего слоя затвора выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и его примеры включают неорганический изолирующий материал и органический изолирующий материал.
Примеры неорганического изолирующего материала включают оксид кремния, оксид алюминия, оксид тантала, оксид титана, оксид иттрия, оксид лантана, оксид гафния, оксид циркония, нитрид кремния, нитрид алюминия и их смесь.
Примеры органического изолирующего материала включают полиимид, полиамид, полиакрилат, поливиниловый спирт и новолачную смолу.
Среднюю толщину изолирующего слоя затвора выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, однако его средняя толщина составляет предпочтительно от 50 нм до 1000 нм, более предпочтительно от 100 нм до 500 нм.
<Электрод истока и электрод стока>
Электрод истока и электрод стока являются электродами, предназначенными для вывода электрического тока.
Работа выхода электрода истока и электрода стока составляет 4,90 эВ или более.
Поскольку работа выхода электрода истока и электрода стока составляет 4,90 эВ или более, устойчивость электрода истока и электрода стока к термообработке или обработке в окислительной атмосфере, выполняемых после формирования полевого транзистора, становится высокой, и удельное электрическое сопротивление электрода истока и электрода стока поддерживается низким.
Материалом электрода истока и электрода стока является предпочтительно металл, сплав или и тот, и другой. При этом выражение «металл, сплав или и тот, и другой» не исключает содержание примесей до степени, при которой они не оказывают отрицательного влияния на работу выхода и удельное электрическое сопротивление.
Примеры металла включают золото, серебро, палладий, платину, никель, иридий и родий.
Сплав включает те, что проявляют металлическую проводимость и состоят из нескольких металлических элементов или комбинации металлического элемента и неметаллического элемента, и его примеры включают твердый раствор, эвтектический кристалл и интерметаллическое соединение.
Сплав предпочтительно является сплавом нескольких металлов, выбранных из группы, состоящей из золота, серебра, палладия, платины, никеля, иридия и родия.
Электрод истока и электрод стока могут быть каждый образован посредством электрического соединения нескольких металлов, нескольких сплавов или комбинации единственного или нескольких металлов и единственного или нескольких сплавов.
Электрод истока и электрод стока предпочтительно формируют обжигом частиц металла, частиц сплава, металлоорганического соединения или любой их комбинации.
Примеры частиц металла включают частицы золота, частицы серебра, частицы палладия, частицы платины, частицы никеля, частицы иридия и частицы родия.
Примеры частиц сплава включают частицы, образованные из любого из вышеуказанных сплавов. Например, частицы сплава являются частицами сплава серебро-палладий.
Частицы сплава могут иметь структуру сердцевина-оболочка или слоистую структуру, образованную из нескольких вышеуказанных металлов.
Частицы металла и частицы сплава могут содержать поверхностно-активное вещество или диспергирующий агент для улучшения диспергируемости частиц в растворителе, при условии, что они не оказывают отрицательного влияния на получаемый эффект настоящего изобретения. Кроме того, частицы металла и частицы сплава могут содержать ингибитор (защитное средство) для улучшения стабильности при хранении, когда частицы диспергированы в растворителе.
Электрод истока и электрод стока могут быть каждый образован посредством электрического соединения множества частиц металла, множества частиц сплава или комбинации единственной или множества частиц металла и единственной или множества частиц сплава.
Металлоорганическое соединение выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что оно является соединением, содержащим металл и органическую группу. Термин «металлоорганическое соединение» означает, в узком смысле, соединение, содержащее связь металл-углерод. В настоящем описании, однако, в дополнение к связи металл-углерод, термин «металлоорганическое соединение» также включает соединение, в котором металл и органическая группа связаны ковалентной связью, ионной связью или координационной связью.
Примеры связи металл-углерод включают связь металл-карбонил, связь металл-алкил и связь металл-олефин. Примеры органической группы, связанной с металлом посредством связи металл-углерод, включают карбонильную группу, алкильную группу, алкенильную группу и алкинильную группу.
Примеры органической группы, связанной с металлом ковалентной связью, включают алкоксигруппу.
Примеры органической группы, группы, связанной с металлом ионной связью, включают органическую кислоту, такую как карбоновая кислота и октиловая кислота.
Примеры органической группы, связанной с металлом координационной связью, включают ацетилацетонатную группу и тиолатную группу.
Примеры металлоорганического соединения включают ацетиленистое соединение металла, алкоксид металла, карбоксилат металла и тиолатный комплекс металла.
Электрод истока и электрод стока предпочтительно образуют посредством нанесения жидкости для нанесения покрытия, содержащей частицы металла, частицы сплава, металлоорганическое соединение или любую их комбинацию, в капельно-струйной системе, и обжигом частиц металла, частиц сплава, металлоорганического соединения или любой их комбинации. Примеры капельно-струйной системы включают краскоструйную систему.
-Жидкость для нанесения покрытия-
Жидкость для нанесения покрытия выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что жидкость для нанесения покрытия содержит частицы металла, частицы сплава, металлоорганическое соединение или любую их комбинацию. Жидкость для нанесения покрытия предпочтительно является жидкостью для нанесения покрытия, содержащей частицы золота, частицы серебра, частицы сплава серебро-палладий, частицы палладия, частицы платины, частицы никеля, частицы иридия, частицы родия, металлоорганическое соединение или любую их комбинацию.
Формы частиц металла и частиц сплава выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и их примеры включают сферические формы, эллипсоидные формы и многогранные формы. Среди них предпочтительными являются сферические формы. Следует отметить, что сферические формы не ограничиваются сферами.
Средний диаметр частиц металла или сплава выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, однако его верхний предел составляет предпочтительно 1 мкм или менее, более предпочтительно 500 нм или менее и особенно предпочтительно 100 нм или менее. Нижний предел среднего диаметра частиц составляет предпочтительно 1 нм или более, более предпочтительно 5 нм или более.
Известно, что наночастицы металла могут быть обычно спечены при температуре, которая значительно ниже температуры плавления объемного металла, когда средний диаметр его частиц составляет от нескольких нанометров до нескольких десятков нанометров. Эффект снижения температуры обжига следует ожидать при установлении среднего диаметр частиц до диапазона от 1 нм до 10 нм. В случае, когда электрод истока и электрод стока образуют с использованием капельно-струйной системы, такой как краскоструйная система, считают, что небольшой средний размер частиц может способствовать предотвращению засорения сопла.
Жидкость для нанесения покрытия может содержать органический растворитель. Примеры органического растворителя включают: углеводород, такой как тетрадекан; циклический углеводород, такой как циклогексан и циклододецен; ароматический углеводород, такой как толуол, ксилол и мезитилен; гликолевый эфир, такой как моноэтиловый эфир диэтиленгликоля; эфир моноспирта, такой как монометиловый эфир этиленгликоля; многоатомный спирт, такой как этиленгликоль и пропиленгликоль; и одноатомный спирт, такой как бутанол. Они могут быть использованы по отдельности или в комбинации.
Работа выхода электрода истока и электрода стока составляет 4,90 эВ или более, предпочтительно 5,00 эВ или более. Когда работа выхода менее 4,90 эВ, трудно стабильно реализовать высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и небольшое абсолютное значение напряжения включения посредством высокой концентрации электронов - носителей заряда. Верхний предел работы выхода выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, однако работа выхода составляет предпочтительно 6,00 эВ или менее.
Измерение работы выхода может быть выполнено, например, посредством фотоэлектронного спектрометра для измерения в воздушной среде AC-2 (производства компании RIKEN REIKI Co. Ltd.).
Среднюю толщину электрода истока и электрода стока выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, однако его средняя толщина составляет предпочтительно от 10 нм до 500 нм, более предпочтительно от 50 нм до 200 нм.
<Активный слой>
Активный слой предусматривают в контакте с электродом истока и электродом стока.
Активный слой образуют из оксидного полупроводника n-типа.
17
-3
18
-3
18
-3
18
-3
20
-3
19
-3
Концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа составляет 4,0×10 см или более, предпочтительно 1,0×10 см или более, более предпочтительно 5,1×10 см или более и особенно предпочтительно 7,5×10 см или более. Верхний предел концентрации электронов - носителей заряда выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, однако концентрация электронов - носителей заряда составляет предпочтительно 1,0×10 см или менее, более предпочтительно 5,0×10 см или менее.
17
-3
Когда концентрация электронов - носителей заряда ниже 4,0×10 см, полученный в результате полевой транзистор не может достигать высоких характеристик транзистора.
20
-3
Когда концентрация электронов - носителей заряда выше 1,0×10 см, трудно достичь высокого отношения уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и небольшого абсолютного значения напряжения включения.
Концентрация электронов - носителей заряда может быть измерена, например, посредством устройства для измерения эффекта Холла.
Эффект Холла представляет собой явление, заключающееся в том, что в направлении, перпендикулярном как направлению электрического тока, так и направлению магнитного поля, по мере того как магнитное поле прилагают поперечно электрическому току, создается электродвижущая сила, и применяется главным образом для определения концентрации носителей заряда, их подвижности и типа носителей заряда полупроводника.
Примеры устройства для измерения эффекта Холла включают систему для измерения удельного электрического сопротивления/эффекта Холла ResiTest8300 (производства компании TOYO Corporation).
17
-3
Оксидный полупроводник n-типа выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что он имеет концентрацию электронов - носителей заряда 4,0×10 см или более. Однако оксидный полупроводник n-типа предпочтительно содержит индий, цинк, олово, галлий, титан или любую их комбинацию.
2
2
3
2
2
3
Примеры оксидного полупроводника n-типа включают ZnO, SnO, InO, TiO и GaO. Кроме того, также может быть использован оксид, содержащий несколько металлов, такой как оксид на основе In-Zn, оксид на основе In-Sn, оксид на основе In-Ga, оксид на основе Sn-Zn, оксид на основе Sn-Ga, оксид на основе Zn-Ga, оксид на основе In-Zn-Sn, оксид на основе In-Ga-Zn, оксид на основе In-Sn-Ga, оксид на основе Sn-Ga-Zn, оксид на основе In-Al-Zn, оксид на основе Al-Ga-Zn, оксид на основе Sn-Al-Zn, оксид на основе In-Hf-Zn и оксид на основе In-Al-Ga-Zn.
Оксидный полупроводник n-типа предпочтительно содержит индий, цинк, олово, галлий, титан или любую их комбинацию и щелочноземельный металл, поскольку достигается высокая дрейфовая подвижность, и концентрация электронов - носителей заряда легко регулируется надлежащим образом. Более предпочтительно, чтобы оксидный полупроводник n-типа содержал индий и щелочноземельный металл.
Примеры щелочноземельного металла включают бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий.
18
-3
20
-3
Концентрация электронов - носителей заряда оксида индия изменяется в диапазоне от примерно 10 см до примерно 10 см в зависимости от количества кислородных дефектов. Следует отметить, что оксид индия имеет тенденцию к образованию кислородных дефектов, и имеет место случай, когда непреднамеренные кислородные дефекты могут быть образованы на более поздней этапа после формирования пленки оксидного полупроводника. Формирование оксида в основном из двух металлов, которыми являются индий и щелочноземельный металл, который легче связывается с кислородом, чем индий, является особенно предпочтительным, поскольку образование непреднамеренных кислородных дефектов может быть предотвращено, и концентрация электронов - носителей заряда регулируется надлежащим образом, поскольку состав оксида легко регулируется.
Концентрация электронов - носителей заряда активного слоя может быть отрегулирована до надлежащего диапазона посредством элементов для образования активного слоя, условий процесса изготовления и последующей обработки, выполняемой после формирования активного слоя.
Среднюю толщину активного слоя выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, однако его средняя толщина составляет предпочтительно от 1 нм до 200 нм, более предпочтительно от 2 нм до 100 нм.
Структуру полевого транзистора выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и ее примеры включают тип с нижним затвором/нижним контактом (Фиг. 1), тип с нижним затвором/верхним контактом (Фиг. 2), тип с верхним затвором/нижним контактом (Фиг. 3) и тип с верхним затвором/верхним контактом (Фиг. 4).
На Фиг. 1-4 1 обозначает основу, 2 обозначает электрод затвора, 3 обозначает изолирующий слой затвора, 4 обозначает электрод истока, 5 обозначает электрод стока, и 6 обозначает активный слой.
17
-3
Полевой транзистор не требует буферного слоя, поскольку его концентрация носителей заряда составляет 4,0×10 см или более, и соответственно сопротивление контакта на поверхности контакта между оксидным полупроводником и электродом истока и электродом стока не становится высоким.
Полевой транзистор по настоящему изобретению используют соответствующим образом в качестве цепи возбуждения пикселя жидкокристаллического дисплея, органического электролюминесцентного (EL) дисплея или электрохромного дисплея или в качестве полевого транзистора для логической схемы.
(Способ изготовления полевого транзистора)
<Первый способ изготовления>
Способ формирования полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением (первый способ изготовления) включает по меньшей мере этап образования электрода истока и электрода стока и может дополнительно содержать другие этапы, такие как этап формирования электрода затвора, этап формирования изолирующего слоя затвора и этап формирования активного слоя, в соответствии с необходимостью.
Способ формирования полевого транзистора является способом формирования полевого транзистора по настоящему изобретению.
<<Этап формирования электрода затвора>>
Этап формирования электрода затвора выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что он является этапом, включающим формирование электрода затвора на основе. Его примеры включают: (i) этап, содержащий, после формирования пленки распылением или нанесением покрытия погружением, формирование рисунка на пленке посредством фотолитографии; и (ii) этап, содержащий непосредственное формирование пленки требуемой формы посредством процесса печати, такого как струйная печать, наноимпринтинг и глубокая печать.
-Основа-
Форму, структуру и размер основы выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения.
Материал основы выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и его примеры включают стеклянную основу и пластиковую основу.
Стеклянную основу выбирают подходящим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и её примеры включают нещелочное стекло и кварцевое стекло.
Пластиковую основу выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и её примеры включают поликарбонат (PC), полиимид (PI), полиэтилентерефталат (PET) и полиэтиленнафталат (PEN). Следует отметить, что предпочтительно на основе выполняют предварительную обработку, такую как кислородно-плазменная обработка, обработка ультрафиолетовым излучением и озоном и очистка УФ излучением, чтобы очистить её поверхность и чтобы улучшить адгезию с другими слоями.
<<Этап формирования изолирующего слоя затвора>>
Этап формирования изолирующего слоя затвора выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что он является этапом, включающим формирование изолирующего слоя затвора на электроде затвора. Его примеры включают: (i) этап, содержащий после формирования пленки распылением или нанесением покрытия погружением, формирование рисунка на пленке посредством фотолитографии; и (ii) этап, содержащий непосредственное формирование пленки требуемой формы посредством процесса печати, такого как струйная печать, наноимпринтинг и глубокая печать.
<<Этап формирования электрода истока и электрода стока>>
Этап формирования электрода истока и электрода стока представляет собой этап, включающий нанесение жидкости для нанесения покрытия, содержащей частицы металла, частицы сплава, металлоорганическое соединение или любую их комбинацию, на изолирующий слой затвора и обжиг частиц металла, частиц сплава, металлоорганического соединения или любой их комбинации с образованием тем самым электрода истока и электрода стока.
В результате этапа формирования электрода истока и электрода стока, по меньшей мере на изолирующем слое затвора с зазором между электродом истока и электродом стока формируются электрод истока и электрод стока.
Способ нанесения выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и его примеры включают трафаретную печать, нанесение покрытия валиком, нанесение покрытия погружением, нанесение покрытия центрифугированием, струйную печать и наноимпринтинг.
Когда в качестве способа нанесения используют струйную печать или наноимпринтинг, жидкость для нанесения покрытия может быть нанесена при комнатной температуре. При нагревании покрываемой основы (например, с изолирующим слоем затвора) до диапазона от примерно 25°C до примерно 50°C непосредственно после нанесения жидкости для нанесения покрытия может быть предотвращено смачивание и растекание жидкости для нанесения покрытия на поверхности покрытой основы.
После нанесения предпочтительно выполняют сушку и обжиг.
Сушку выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что ее выполняют при условиях, которые могут удалять летучие компоненты в жидкости для нанесения покрытия. Следует отметить, что отсутствует необходимость в полном удалении летучего компонента посредством сушки, при условии, что летучие компоненты удалены до такой степени, при которой на обжиг не оказывается отрицательное влияние.
Температуру обжига выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что она равна или ниже температуры термической деформации покрываемой основы. Температура обжига составляет предпочтительно от 180°C до 600°C.
Атмосферу обжига выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и ее примеры включают атмосферу, содержащую кислород, такую как кислород и воздух. Кроме того, атмосферой обжига может являться инертный газ, такой как газообразный азот.
Продолжительность обжига выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения.
<<Этап формирования активного слоя>>
Этап формирования активного слоя выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что он является этапом, включающим формирование активного слоя, образованного из оксидного полупроводника n-типа, по меньшей мере на изолирующем слое затвора, который будет областью канала. Его примеры включают: физическое осаждение из паровой фазы (физическое выращивание из паровой фазы), такое как распыление, и импульсное лазерное осаждение (PLD); химическое осаждение из паровой фазы, такое как плазменное химическое осаждение из паровой фазы CVD; метод нанесения покрытия из раствора, такой как золь-гель метод; и другие обычные методы формирования пленки. Примеры способа формирования рисунка активного слоя включают способ с использованием литографии с зазором, способ с использованием фотолитографии и способ, содержащий формирование пленки требуемой формы непосредственным образом посредством печати или струйной печати.
По мере того, как выполняют этап формирования активного слоя и этапы формирования электрода истока и электрода стока, между электродом истока и электродом стока формируется активный слой.
При применении физического осаждения из паровой фазы, такого как распыление, количество кислорода в оксидном полупроводнике n-типа может быть отрегулировано посредством количества кислорода в атмосфере формирования пленки. В случае, когда электроны - носители заряда образуются кислородными дефектами оксидного полупроводника n-типа, концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа может быть увеличена снижением количества кислорода в атмосфере формирования пленки.
Кроме того, содержание кислорода в пленке может быть отрегулировано выполнением термообработки после формирования оксидного полупроводника n-типа. В этом случае концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа может быть отрегулирована до заданной значение регулированием температуры нагревания, продолжительности нагревания, скорости нагревания, скорости охлаждения и атмосферы (фракций газа, давления) для нагревания.
В случае мокрого процесса, такого как способ нанесения покрытия из раствора, концентрация электронов - носителей заряда в оксидном полупроводнике n-типа может быть отрегулирована до заданного значения регулированием условий термообработки, выполняемой после нанесения покрытия, а именно, температуры обжига, продолжительности обжига, скорости нагревания, скорости охлаждения и атмосферы (фракций газа, давления) для обжига. Кроме того, концентрация электронов - носителей заряда может быть отрегулирована дополнительным выполнением термообработки после обжига.
В первом способе изготовления порядок выполнения этапа формирования электрода истока и электрода стока и этапа формирования активного слоя не ограничивается. Этап формирования активного слоя может быть выполнен после этапа формирования электрода истока и электрода стока. В качестве альтернативы, этап формирования электрода истока и электрода стока может быть выполнен после этапа формирования активного слоя.
Когда этап формирования активного слоя выполняют после этапа формирования электрода истока и электрода стока в первом способе изготовления, может быть изготовлен полевой транзистор с нижним затвором/нижним контактом.
Когда этап формирования электрода истока и электрода стока выполняют после этапа формирования активного слоя в первом способе изготовления, может быть изготовлен полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом.
Способ изготовления полевого транзистора с нижним затвором/верхним контактом пояснен здесь далее со ссылкой на Фиг. 5A по 5D.
Сначала на основе 1, образованной стеклянной подложкой, посредством распыления формируют электропроводную пленку, образованную из алюминия, и образованную электропроводную пленку структурируют в виде рисунка травлением с образованием тем самым электрода 2 затвора (Фиг. 5A).
2
После этого на электроде 2 затвора и основе 1 распылением формируют изолирующий слой 3 затвора, образованный из SiO, чтобы покрыть электрод 2 затвора (Фиг. 5B).
Затем на изолирующем слое 3 затвора распылением формируют пленку оксидного полупроводника n-типа, и образованную пленку оксидного полупроводника структурируют в виде рисунка травлением с образованием тем самым активного слоя 6 (Фиг. 5C).
После этого посредством капельно-струйной системы, такой как краскоструйная система, наносят жидкость для нанесения покрытия, содержащую частицы металла, частицы сплава, металлоорганическое соединение или любую их комбинацию, чтобы покрыть часть активного слоя 6, с последующим выполнением термообработки с образованием тем самым электрода 4 истока и электрода 5 стока (Фиг. 5D).
Таким образом, как описано выше, изготавливают полевой транзистор.
<Второй способ изготовления>
Способ изготовления полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением (второй способ изготовления) включает по меньшей мере этап формирования электрода истока и электрода стока и может дополнительно содержать другие этапы в соответствии с необходимостью.
Способ изготовления полевого транзистора (второй способ изготовления) является способом изготовления полевого транзистора по настоящему изобретению.
<<Этап формирования электрода истока и электрода стока>>
Этап формирования электрода истока и электрода стока представляет собой нанесение жидкости для нанесения покрытия, содержащей частицы металла, частицы сплава, металлоорганическое соединение или любую их комбинацию, по меньшей мере на основу и обжиг частиц металла, частиц сплава, металлоорганического соединения или любой их комбинации с образованием тем самым электрода истока и электрода стока.
В результате этапа формирования электрода истока и электрода стока по меньшей мере на основе с зазором между электродом истока и электродом стока формируются электрод истока и электрод стока.
-Основа-
Основу выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и её примеры включают те, что перечислены в качестве основы в первом способе изготовления.
Примеры этапа формирования электрода истока и электрода стока включают способы, перечисленные в качестве этапа формирования электрода истока и электрода стока в первом способе изготовления.
<<Этап формирования активного слоя>>
Этап формирования активного слоя выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что он включает формирование активного слоя, образованного из оксидного полупроводника n-типа по меньшей мере на основе, который будет областью канала.
Примеры этапа формирования активного слоя включают способы, перечисленные в качестве этапа формирования активного слоя в первом способе изготовления.
По мере того, как выполняют этап формирования активного слоя и этапа формирования электрода истока и электрода стока, между электродом истока и электродом стока формируется активный слой.
<<Этап формирования изолирующего слоя затвора>>
Этап формирования изолирующего слоя затвора выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что он включает формирование изолирующего слоя затвора на активном слое. Ее примеры включают способы, перечисленные в качестве этапа формирования изолирующего слоя затвора в первом способе изготовления.
<<Этап формирования электрода затвора>>
Этап формирования электрода затвора выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что он включает формирование электрода затвора на изолирующем слое затвора. Его примеры включают способы, перечисленные в качестве этапа формирования электрода затвора в первом способе изготовления.
Во втором способе изготовления, порядок выполнения этапа формирования электрода истока и электрода стока и этапа формирования активного слоя не ограничивается. Этап формирования активного слоя может быть выполнен после этапа формирования электрода истока и электрода стока. В качестве альтернативы, этап формирования электрода истока и электрода стока может быть выполнен после этапа формирования активного слоя.
Когда этап формирования активного слоя выполняют после этапа формирования электрода истока и электрода стока во втором способе изготовления, может быть изготовлен полевой транзистор с верхним затвором/нижним контактом.
Когда этап формирования электрода истока и электрода стока выполняют после этапа формирования активного слоя во втором способе изготовления, может быть изготовлен полевой транзистор с верхним затвором/верхним контактом.
17
-3
В соответствии с полевым транзистором по настоящему изобретению, концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа является высокой (4,0×10 см или более), и работа выхода электродов истока и стока в контакте с оксидным полупроводником n-типа составляет 4,90 эВ или более. Следовательно, полевой транзистор по настоящему изобретению может достигать высокой дрейфовой подвижности, высокого отношения уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и небольшого абсолютного значения напряжения включения.
Поскольку работа выхода электродов истока и стока составляет 4,90 эВ или более в полевом транзисторе по настоящему изобретению, электроды не окисляются при термообработке или обработке в окислительной атмосфере, выполняемой после формирования полевого транзистора, и может быть получен полевой транзистор, характеристики которого не ухудшаются. Кроме того, использование в качестве электродного материала металла, имеющего низкое удельное электрическое сопротивление, может поддерживать электрическое сопротивление токопроводящих дорожек низким и тем самым не вызывать проблемы задержки сигнала.
Кроме того, отсутствует необходимость в предоставлении этапа для введения буферного слоя на контактной границе раздела между оксидным полупроводником n-типа и электродом истока и стока для улучшения электрического контакта между оксидным полупроводником n-типа и электродами истока и стока, и электроды истока и стока и токопроводящие дорожки могут быть образованы из одного и того же материала. Следовательно, процесс изготовления является простым.
Кроме того, электроды истока и стока, имеющие работу выхода 4,90 эВ или более, могут быть образованы в виде тонкой пленки, имеющей низкое удельное электрическое сопротивление, посредством нанесения жидкости для нанесения покрытия, содержащей частицы металла, частицы сплава, металлоорганическое соединение или любую их комбинацию, с последующим обжигом. Следовательно, для процесса изготовления полевого транзистора может быть применен процесс печати, такой как капельно-струйная система (например, краскоструйная система), и, соответственно, может быть выбран способ изготовления, который является простым и может формировать пленку большой площади.
(Элемент отображения)
Элемент отображения по настоящему изобретению содержит по меньшей мере светорегулирующий элемент и цепь возбуждения, предназначенную для возбуждения светорегулирующего элемента, и может дополнительно содержать другие элементы, в соответствии с необходимостью.
<Светорегулирующий элемент>
Светорегулирующий элемент выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что он является элементом, предназначенным для управления световым выходом в соответствии с сигналом возбуждения. Его примеры включают электролюминесцентный (EL) элемент, электрохромный (EC) элемент, жидкокристаллический элемент, электрофоретический элемент и элемент с эффектом электросмачивания.
<Цепь возбуждения>
Цепь возбуждения выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что она содержит полевой транзистор по настоящему изобретению.
<Другие элементы>
Другие элементы выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения.
Поскольку элемент отображения содержит полевой транзистор по настоящему изобретению, то реализуется возбуждение с высокой скоростью, его срок службы является продолжительным и могут быть уменьшены вариации между элементами. Даже когда со временем в элементе отображения происходит изменение, возбуждающий транзистор может функционировать при неизменном электроде затвора.
(Устройство отображения изображения)
Устройство отображения изображения по настоящему изобретению содержит по меньшей мере множество элементов отображения, множество токопроводящих дорожек и устройство управления отображением, и может дополнительно содержать другие элементы, в соответствии с необходимостью.
<Множество элементов отображения>
Множество элементов отображения выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что они являются множеством элементов отображения по настоящему изобретению, которые расположены в виде матрицы.
<Множество токопроводящих дорожек>
Множество токопроводящих дорожек выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что они способны к индивидуальному приложению напряжения затвора и сигнала данных изображения к каждому полевому транзистору в элементах отображения.
<Устройство управления отображением>
Устройство управления отображением выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, при условии, что оно может индивидуально регулировать напряжение затвора и напряжение сигнала каждого полевого транзистора в соответствии с данными изображения посредством токопроводящих дорожек.
<Другие элементы>
Другие элементы выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения.
Поскольку устройство отображения изображения содержит элемент отображения по настоящему изобретению, могут быть уменьшены вариации между элементами, и может быть отображено широкоформатное изображение высокого качества.
(Система)
Система по настоящему изобретению содержит по меньшей мере устройство отображения изображения по настоящему изобретению и устройство генерирования данных изображения.
Устройство генерирования данных изображения предназначено для генерирования данных изображения на основе информации об отображаемом изображении и вывода сгенерированных данных изображения в устройство отображения изображения.
Поскольку система снабжена устройством отображения изображения по настоящему изобретению, информация об изображении может быть отображена высокоточным образом.
Элемент отображения, устройство отображения изображения и система по настоящему изобретению пояснены здесь далее со ссылкой на чертежи.
Сначала пояснено телевизионное устройство в качестве системы по настоящему изобретению со ссылкой на Фиг. 10.
На Фиг. 10 телевизионное устройство 100 снабжено основным устройством 101 управления, тюнером 103, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 104, демодулирующей цепью 105, декодером 106 транспортного потока данных (ТП), декодером 111 звука, цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) 112, цепью 113 вывода звука, динамиком 114, декодером 121 изображения, цепью 122 синтеза изображения и экранного меню (OSD), цепью 123 вывода изображения, устройством 124 отображения изображения, цепью 125 формирования экранного меню (OSD), памятью 131, управляющим устройством 132, интерфейсом 141 привода (приводным IF), накопителем 142 на жёстком диске, накопителем 143 на оптическом диске, ИК фотодетектором 151 и блоком 152 управления связью.
Декодер 121 изображения, цепь 122 синтеза изображения и экранного меню (OSD), цепь 123 вывода изображения и цепь 125 формирования экранного меню (OSD) составляют устройство генерации данных изображения.
Основное устройство 101 управления состоит из центрального процессора (ЦП), флэш-ПЗУ и ОЗУ, и выполнено с возможностью управления телевизионным устройством 100 в целом.
Во флэш-ПЗУ хранятся программа, записанная с помощью кода, который может быть декодирован центральным процессором (ЦП), и различные данные, используемые для обработки в центральном процессоре (ЦП).
В дополнение к этому, ОЗУ является памятью для выполнения операций.
Тюнер 103 выполнен с возможностью выбора каналов, которые были заданы предварительно, из сигналов станций телевизионного вещания, принятых антенной 210.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 104 выполнен с возможностью преобразования выходного сигнала (аналоговой информации) тюнера 103 в цифровую информацию.
Демодулирующая цепь 105 выполнена с возможностью демодулирования цифровой информации от аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 104.
Декодер 106 транспортного потока данных (ТП) выполнен с возможностью декодирования в качестве транспортного потока данных выходного сигнала демодулирующей цепи 105 для разделения его на звуковую информацию и информацию об изображении.
Декодер 111 звука выполнен с возможностью декодирования звуковой информации от декодера 106 транспортного потока данных (ТП).
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 112 выполнен с возможностью преобразования выходного сигнала декодера 111 звука в аналоговый сигнал.
Цепь 113 вывода звука выполнена с возможностью вывода выходного сигнала цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 112 в динамик 114.
Декодер 121 изображения выполнен с возможностью декодирования информации об изображении от декодера 106 транспортного потока данных (ТП).
Цепь 122 синтеза изображения и экранного меню (OSD) выполнена с возможностью синтезирования выходного сигнала декодера 121 изображения и выходного сигнала цепи 125 формирования экранного меню (OSD).
Цепь 123 вывода изображения выполнена с возможностью вывода выходных сигналов цепи 122 синтеза изображения и экранного меню (OSD) в устройство 124 отображения изображения.
Цепь 125 формирования экранного меню (OSD) снабжена знакогенератором, чтобы отображать символы или графические данные на экране устройства 124 отображения изображения, и выполнен с возможностью генерирования сигнала, включающего информацию, воспроизводимую на экране дисплея, на основе команд от управляющего устройства 132 и ИК фотодетектора 151.
Память 131 выполнена с возможностью временно сохранять аудиовизуальные (AV) данные.
Управляющее устройство 132 снабжено средством ввода данных (не проиллюстрировано), таким как панель управления, и выполнено с возможностью передачи различной информации, которая была введена пользователем, в основное устройство 101 управления.
Интерфейс привода (приводной IF) 141 является интерактивным коммуникационным интерфейсом. В качестве примера, интерфейс привода (приводной IF) соответствует пакетному интерфейсу периферийных устройств для АТ-совместимых компьютеров (ATAPI).
Накопитель 142 на жёстком диске состоит из жесткого диска и приводного устройства, предназначенного для приведения в действие жесткого диска. Данное приводное устройство записывает данные на жесткий диск, а также воспроизводит данные, записанные на жесткий диск.
Накопитель 143 на оптическом диске записывает данные на оптический диск (например, DVD), а также воспроизводит данные, записанные на оптический диск.
ИК фотодетектор 151 принимает фотосигнал от дистанционно-управляемого передатчика 220 и передает сообщение в основной устройство 101 управления.
Блок 152 управления связью управляет соединением с интернетом. Через интернет могут быть получены различные виды информации.
Фиг. 11 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее один пример устройства отображения изображения по настоящему изобретению.
На Фиг. 11 устройство 124 отображения изображения содержит блок 300 отображения и устройство 400 управления отображением.
Как проиллюстрировано на Фиг. 12, блок 300 отображения содержит дисплей 310, в котором множество (число «n» × число «m» в этом случае) элементов отображения 302 расположено в виде матрицы.
Как проиллюстрировано на Фиг. 13, кроме того, дисплей 310 содержит число «n» линий сканирования (X0, X1, X2, X3, ... Xn-2, Xn-1), расположенных вдоль направления оси X с постоянным интервалом, число «m» линий данных (Y0, Y1, Y2, Y3, ... Ym-1), расположенных вдоль направления оси Y с постоянным интервалом, и число «m» линий подачи тока (Y0i, Y1i, Y2i, Y3i, ... Ym-1i), расположенных вдоль направления оси Y с постоянным интервалом.
Как описано выше, элемент отображения может быть указан с помощью линии сканирования и линии данных.
Элемент отображения по настоящему изобретению пояснен здесь далее со ссылкой на Фиг. 14.
Фиг. 14 представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий один пример элемента отображения по настоящему изобретению.
Как проиллюстрировано в качестве примера на Фиг. 14, элемент отображения содержит органический электролюминесцентный (EL) элемент 350 и цепь 320 возбуждения, выполненную с возможностью излучения света из органического электролюминесцентного (EL) элемента 350. Более конкретно, дисплей 310 является органическим электролюминесцентным (EL) дисплеем с так называемой системой активной матрицы. Кроме того, дисплей 310 является 32-дюймовым (81,28 см) цветным дисплеем. Следует отметить, что размер дисплея не ограничивается вышеуказанным размером.
Фиг. 15 иллюстрирует один пример относительного расположения для органического электролюминесцентного (EL) элемента 350 и полевого транзистора 20 в качестве цепи возбуждения в элементе 302 отображения. В этом примере органический электролюминесцентный (EL) элемент 350 расположен рядом с полевым транзистором 20. Следует отметить, что полевой транзистор 10 и конденсатор (не проиллюстрирован) сформированы на одной и той же подложке.
2
x
2
3
Хотя это не проиллюстрировано на Фиг. 15, предпочтительно, чтобы поверх активного слоя 22 была предусмотрена пассивирующая пленка. В качестве материала пассивирующей пленки используют соответствующим образом SiO, SiN, AlO или фторполимер.
2
3
2
2
Как проиллюстрировано на Фиг. 16, например, органический электролюминесцентный (EL) элемент 350 может быть расположен на полевом транзисторе 20. В этом случае для электрода 26 затвора требуется прозрачность. Следовательно, в качестве электрода 26 затвора используют прозрачный электропроводный оксид, такой как легированный оловом оксид индия (ITO), InO, SnO, ZnO, легированный Ga ZnO, легированный Al ZnO и легированный Sb SnO. Следует отметить, что ссылочный номер 360 представляет межслойную изолирующую пленку (выравнивающую пленку). В качестве межслойной изолирующей пленки может быть использован полиимид или акриловая смола.
Фиг. 17 представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий один пример органического электролюминесцентного (EL) элемента.
На Фиг. 17 органический электролюминесцентный (EL) элемент 350 содержит катод 312, анод 314 и слой 340 органической электролюминесцентной (EL) тонкой пленки.
Материал катода 312 выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и его примеры включают алюминий (Al), сплав магния (Mg)-серебра (Ag), сплав алюминия (Al)-лития (Li), и оксид олова-индия (ITO). Следует отметить, что сплав магния (Mg)-серебра (Ag) образует электрод с высоким коэффициентом отражения при его достаточной толщине, а его чрезвычайно тонкая пленка (менее чем примерно 20 нм) образует полупрозрачный электрод. На Фиг. 17 свет выпускается со стороны анода, однако свет может быть выпущен со стороны катода, при выполнении катода в виде прозрачного или полупрозрачного электрода.
Материал анода 314 выбирают надлежащим образом в зависимости от целевого назначения без какого-либо ограничения, и его примеры включают оксид олова-индия (ITO), оксид цинка-индия (IZO) и сплав серебра (Ag)-неодима (Nd). Следует отметить, что в случае, когда используют сплав серебра, полученный в результате электрод становится электродом с высоким коэффициентом отражения, который подходит для выпуска света со стороны катода.
Слой 340 органической электролюминесцентной (EL) тонкой пленки содержит слой 342 переноса электронов, светоизлучающий слой 344 и слой 346 переноса дырок. Слой 342 переноса электронов соединен с катодом 312, а слой 346 переноса дырок соединен с анодом 314. Светоизлучающий слой 344 излучает свет по мере того, как заданное напряжение прикладывают между анодом 314 и катодом 312.
При этом слой 342 переноса электронов и светоизлучающий слой 344 могут образовывать один слой. Кроме того, между слоем 342 переноса электронов и катодом 312 может быть предусмотрен слой инжекции электронов. Помимо того, между слоем 346 переноса дырок и анодом 314 может быть предусмотрен слой инжекции дырок.
Что касается светорегулирующего элемента, кроме того, органический электролюминесцентный (EL) элемент с так называемой «нижней эмиссией», в котором свет выводится со стороны подложки, пояснен выше. Однако светорегулирующий элемент может быть органическим электролюминесцентным (EL) элементом с «верхней эмиссией», в котором свет выводится со стороны, противоположной подложке.
Теперь будет пояснена цепь 320 возбуждения на Фиг. 14.
Цепь 320 возбуждения содержит два полевых транзистора 10, 20 и конденсатор 30.
Полевой транзистор 10 функционирует в качестве переключающего элемента. Электрод G затвора полевого транзистора 10 соединен с заданной линией сканирования, а электрод S истока полевого транзистора 10 соединен с заданной линией данных. Кроме того, электрод D стока полевого транзистора 10 соединен с одним выводом конденсатора 30.
Полевой транзистор 20 выполнен с возможностью подачи электрического тока к органическому электролюминесцентному (EL) элементу 350. Электрод G затвора полевого транзистора 20 соединен с электродом D стока полевого транзистора 10. Электрод D стока полевого транзистора 20 соединен с анодом 314 органического электролюминесцентного (EL) элемента 350, а электрод S истока полевого транзистора 20 соединен с заданной токопроводящей дорожкой для подачи тока.
Конденсатор 30 выполнен с возможностью хранения состояния полевого транзистора 10, т.е. данных. Другой вывод конденсатора 30 соединен с заданной токопроводящей дорожкой для подачи тока.
Как только полевой транзистор 10 переключают в состоянии «Включено», данные изображения сохраняются в конденсаторе 30 посредством сигнальной линии Y2. Даже после переключения полевого транзистора 10 в состояние «Отключено» полевой транзистор 20 поддерживается в состоянии «Включено», соответствующем данным изображения, так что органический электролюминесцентный (EL) элемент 350 возбуждается.
Фиг. 18 представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий другой пример устройства отображения изображения по настоящему изобретению.
На Фиг. 18 устройство отображения изображения содержит элемент 302 отображения, линии (линии сканирования, линии данных и токопроводящие дорожки для подачи тока) и устройство 400 управления отображением.
Устройство 400 управления отображением содержит цепь 402 обработки данных изображения, цепь возбуждения 404 линии сканирования и цепь возбуждения 406 линии данных.
Цепь 402 обработки данных изображения оценивает яркость множества элементов 302 отображения в дисплее на основе выходного сигнала цепи 123 вывода изображения.
Цепь 404 возбуждения линии сканирования индивидуально прикладывает напряжение к числу «n» линий сканирования в соответствии с командами цепи 402 обработки данных изображения.
Цепь 406 возбуждения линии данных индивидуально прикладывает напряжение к числу «m» линий данных в соответствии с командой цепи 402 обработки данных изображения.
Вариант осуществления, представленный выше, поясняет случай, в котором светорегулирующий элемент является органическим электролюминесцентным (EL) элементом, однако светорегулирующий элемент не ограничивается органическим электролюминесцентным (EL) элементом. Например, светорегулирующий элемент может быть электрохромным элементом. В этом случае, дисплей является электрохромным дисплеем.
Кроме того, светорегулирующий элемент может быть жидкокристаллическим элементом. В этом случае дисплей является жидкокристаллическим дисплеем, и токопроводящая дорожка для подачи тока является необязательной для элемента 302’ отображения, как проиллюстрировано на Фиг. 19. Как проиллюстрировано на Фиг. 20, кроме того, цепь 320’ возбуждения может состоять из одного полевого транзистора 40, который идентичен полевым транзисторам 10 и 20. В полевом транзисторе 40 электрод G затвора соединен с заданной линией сканирования, а электрод S истока соединен с заданной линией данных.
Кроме того, электрод D стока соединен с конденсатором 361 и электродом пикселя жидкокристаллического элемента 370.
Кроме того, светорегулирующим элементом может быть электрофоретический элемент, неорганический электролюминесцентный (EL) элемент или элемент с эффектом электросмачивания.
Случай, в котором система по настоящему изобретению является телевизионным устройством, пояснен выше, однако система не ограничивается этим, при условии, что система содержит отображения устройство 124 отображения изображения в качестве устройства для отображения изображений и информации. Например, система может быть компьютерной системой, в которой компьютер (включая персональный компьютер) соединен с устройством 124 отображения изображения.
Кроме того, устройство 124 отображения изображения может быть использовано в качестве блока отображения в мобильном устройстве с информационными функциями (например, сотовом телефоне, портативном музыкальном плейере, портативном видеоплейере, электронной книге, персональном цифровом помощнике (PDA)) или фотоустройстве (например, фотоаппарате, видеокамере). Устройство 124 отображения изображения может быть использовано в качестве блока отображения для различных видов информации в транспортной системе (например, автомобиле, воздушном судне, поезде и корабле). Помимо этого, устройство 124 отображения изображения может быть использовано в качестве блока отображения для различных видов информации в измерительном приборе, аналитическом приборе, медицинском оборудовании или средстве рекламы.
Примеры
Примеры настоящего изобретения разъяснены здесь далее, однако приведенные ниже примеры не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения каким-либо образом.
(Пример 1)
<Изготовление полевого транзистора>
-Формирование электрода затвора-
На стеклянную подложку осаждением из паровой фазы осаждали Al имеющим толщину 100 нм, и затем осажденный Al структурировали в виде рисунка в форме токопроводящих дорожек фотолитографией и травлением с образованием тем самым электрода затвора.
-Формирование изолирующего слоя затвора-
2
Пленку из SiO, имеющую толщину 200 нм, формировали плазмохимическим осаждением из паровой фазы с образованием тем самым изолирующего слоя затвора.
-Формирование активного слоя-
2
4
-5
На образованном изолирующем слое формировали пленку оксидного полупроводника на основе Mg-In (активный слой) распылением способом, описанным в Примерах JP-A № 2010-74148. В качестве мишени использовали поликристаллическую спеченную прессовку, имеющую состав InMgO. Противодавление в распылительной камере устанавливали на 2×10 Па. Полное давление устанавливали на 0,3 Па регулированием расходов газообразного аргона и газообразного кислорода, подаваемых во время распыления. Количеством кислорода в пленке оксидного полупроводника и концентрацией электронов - носителей заряда управляли, регулируя расход газообразного кислорода. Расход кислорода во время распыления представлен в Таблице 1.
Толщина полученной пленки оксидного полупроводника (активного слоя) составляла 50 нм.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованный активный слой наносили золотосодержащую нанометаллическую краску (Au-1Chb, производства компании ULVAC, Inc., средний диаметр частиц: 5 нм, содержание металла: 50 мас.%) в виде заданного рисунка посредством краскоструйного устройства. Нанесенную краску нагревали на воздухе в течение 30 минут при 300°C с образованием электрод истока и электрод стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. Ширина канала составляла 400 мкм, а длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
Таким образом, как описано выше, изготавливали полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом.
-Изготовление элементов, используемых для измерения работы выхода-
Для того, чтобы измерить работу выхода, при формировании металлической пленки на стеклянной подложке таким же образом, что и при формировании электрода истока и электрода стока, получали используемый для измерения работы выхода элемент.
<Изготовление элемента для измерения эффекта Холла>
-Формирование пленки оксидного полупроводника n-типа-
Таким же образом, что и при вышеуказанном формировании активного слоя полевого транзистора, на стеклянной подложке посредством литографии с зазором формировали рисунок в виде квадрата из оксидного полупроводника n-типа с размером стороны 8 мм. Условия распыления устанавливали такими же, что и при формировании активного слоя. Условия распыления представлены в Таблице 1.
-Формирование контактного электрода-
Контактный электрод для измерения эффекта Холла формировали на стеклянной подложке, на которой была образована пленка оксидного полупроводника n-типа, вакуумным осаждением с использованием литографии с зазором. В качестве источника для осаждения использовали Al.
<Оценка плотности (концентрации) электронов - носителей заряда>
-3
Элемент для измерения эффекта Холла подвергали измерениям удельного электрического сопротивления и эффекта Холла посредством системы для измерения эффекта Холла (ResiTest8300, производства компании TOYO Corporation) с определением тем самым концентрации электронов - носителей заряда (см) оксидного полупроводника n-типа. Полученная плотность (концентрация) электронов - носителей заряда представлена в Таблице 1.
<Оценка работы выхода>
Работу выхода металлической пленки элемента для измерения работы выхода определяли посредством фотоэлектронного спектрометра для измерения в воздушной среде AC-2 (производства компании RIKEN KEIKI Co., Ltd.). Полученная работа выхода представлена в Таблице 1.
<Оценка характеристик транзистора>
Оценку характеристик транзистора выполняли на полученном полевом транзисторе посредством анализатора параметров полупроводников (Semiconductor Parameter Analyzer 4156C, производства компании Agilent Technologies, Inc.). Вольт-амперные характеристики оценивали при установке напряжения исток-сток Vds на 20 В и изменении напряжения затвора Vg от -30 В до +30 В. Дрейфовую подвижность рассчитывали в области насыщения. Кроме того, рассчитывали отношение (отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях) тока Ids между истоком и стоком транзистора в состоянии «включено» (например, Vg = 20 В) к току в состоянии «выключено» (например, Vg = -20 В). Кроме того, рассчитывали напряжение затвора (напряжение включения), при котором ток Ids между истоком и стоком начинал увеличиваться. Результаты представлены в Таблице 1.
18
-3
15
-3
Следует отметить, что Фиг. 7 представляет собой график, отображающий вольт-амперную характеристику Примера 1 с концентрацией носителей заряда 1,0×10 см. Кроме того, Фиг. 6 представляет собой график, отображающий вольт-амперную характеристику Сравнительного примера 1 с концентрацией носителей заряда 5,9×10 см.
(Пример 2)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 1, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока изменяли на приведенный ниже способ. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 2.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованный активный слой наносили серебросодержащую нанометаллическую краску (NPS-J, производства компании Harima Chemical Group, Inc., средний диаметр частиц: 5 нм, содержание металла: 59 мас.%) в виде заданного рисунка посредством краскоструйного устройства. Нанесенную краску нагревали на воздухе в течение 30 минут при 220°C с образованием тем самым электрода истока и электрода стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. Ширина канала составляла 400 мкм, и длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
(Пример 3)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 1, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока изменяли на приведенный ниже способ. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 3.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованный активный слой наносили пасту из наночастиц серебра-палладия (NAGNPD 15-K04, производства компании DAIKEN CHEMICAL CO., LTD., средний диаметр частиц: от 4 нм до 10 нм, содержание металла: 21 мас.%) в виде заданного рисунка посредством краскоструйного устройства. Нанесенную краску нагревали на воздухе в течение 30 минут при 300°C с образованием тем самым электрода истока и электрода стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. Ширина канала составляла 400 мкм, и длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
(Пример 4)
Полевой транзистор с нижним затвором/нижним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 1, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока и формирование активного слоя изменяли на приведенные ниже способы. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 4.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованном изолирующем слое затвора формировали электрод истока и электрод стока с использованием Pt посредством фотолитографии и процесса обратной литографии. Пленку из Pt формировали распылением. В отношении распыления, мощность для распыления составляла 200 Вт, давление во время формирования пленки составляло 0,35 Па и толщина пленки составляла 50 нм. Длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
-Формирование активного слоя-
2
4
-5
На образованных электроде истока и электроде стока, а также на изолирующем слое затвора формировали пленку оксидного полупроводника на основе Mg-In (активный слой) распылением способом, описанным в JP-A № 2010-74148. В качестве мишени использовали поликристаллическую спеченную прессовку, имеющую состав InMgO. Противодавление в распылительной камере устанавливали на 2×10 Па. Полное давление устанавливали на 0,3 Па регулированием расходов газообразного аргона и газообразного кислорода, подаваемых во время распыления. Количеством кислорода в пленке оксидного полупроводника и концентрацией электронов - носителей заряда управляли, регулируя расход газообразного кислорода. Расход кислорода во время распыления представлен в Таблице 4.
Толщина полученной пленки оксидного полупроводника (активного слоя) составляла 50 нм.
(Пример 5)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 1, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока изменяли на приведенный ниже способ. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 5.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованный активный слой наносили раствор резината Au (металлоорганического соединения, производства компании DAIKEN CHEMICAL CO., LTD., содержание металла: 20 мас.%) в виде заданного рисунка посредством краскоструйного устройства. Нанесенную краску нагревали на воздухе в течение 60 минут при 300°C с образованием тем самым электрода истока и электрода стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. Ширина канала составляла 400 мкм, и длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
(Пример 6)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 1, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока изменяли на приведенный ниже способ. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 6.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованный активный слой наносили раствор резината Pt (органического соединения платины, производства компании DAIKEN CHEMICAL CO., LTD., содержание металла: 10 мас.%) в виде заданного рисунка посредством краскоструйного устройства. Нанесенную краску нагревали на воздухе в течение 60 минут при 300°C с образованием тем самым электрода истока и электрода стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. Ширина канала составляла 400 мкм, и длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
(Сравнительный пример 1)
Полевой транзистор с нижним затвором/нижним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 1, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока и формирование активного слоя изменяли на приведенные ниже способы. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 7.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованном изолирующем слое затвора вакуумным осаждением формировали электрод истока и электрод стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. В качестве источника для осаждения использовали золото. Ширина канала составляла 400 мкм, а длина канала составляла 50 мкм.
-Формирование активного слоя-
2
4
-5
На образованных электроде истока и электроде стока, а также на изолирующем слое затвора формировали пленку оксидного полупроводника на основе Mg-In (активный слой) распылением способом, описанным в JP-A № 2010-74148. В качестве мишени использовали поликристаллическую спеченную прессовку, имеющую состав InMgO. Противодавление в распылительной камере устанавливали на 2×10 Па. Полное давление устанавливали на 0,3 Па регулированием расходов газообразного аргона и газообразного кислорода, подаваемых во время распыления. Количеством кислорода в пленке оксидного полупроводника и концентрацией электронов - носителей заряда управляли, регулируя расход газообразного кислорода. Расход кислорода во время распыления представлен в Таблице 7.
Таблица 1Толщина полученной пленки оксидного полупроводника (активного слоя) составляла 50 нм.
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE)) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 1
10
4,7E+17
Au
Нанесение покрытия
4,91
5,4
2,3
2,0
2,00
1,0E+18
5,6
4,7
1,0
1,00
1,2E+18
5,9
3,6
1,0
0,90
4,0E+18
6
5,7
0,5
0,80
5,1E+18
6,3
5,1
0,5
0,70
7,5E+18
8,4
2,8
0,5
0,60
9,5E+18
8,6
1,9
0,0
0,50
1,1E+19
8,8
1,3
0,0
0,35
2,1E+19
8,9
1,2
0,0
0,20
4,0E+19
9
1,1
0,0
17
Следует отметить, что «E» в Таблицах 1-16, 18 и 19 означает «десятичное основание степени, равное 10». Например, «1,0E+17» является «1,0×10», а «1,0E-05» является «0,00001». E означает то же самое на Фиг. 6-9 и 21-24.
Таблица 2
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE)) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 2
10
4,7E+17
Ag
Нанесение покрытия
5,10
4,2
5,2
3,0
2,00
1,0E+18
4,3
2,8
3,0
1,00
1,2E+18
4,5
3,7
2,0
0,90
4,0E+18
5,1
2,6
2,0
0,80
5,1E+18
5,6
4,8
2,0
0,70
7,5E+18
8,6
3,1
2,0
0,60
9,5E+18
9,2
4,1
1,0
0,50
1,1E+19
10,1
3,4
1,0
0,35
2,1E+19
10,7
2,8
1,0
0,20
4,0E+19
10,7
2,8
0,0
Таблица 3
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 3
10
4,7E+17
Ag/Pd
Нанесение покрытия
5,20
2,5
6,6
3,0
2,00
1,0E+18
3,2
4,3
3,0
1,00
1,2E+18
3,5
5,6
3,0
0,90
4,0E+18
3,9
4,7
2,0
0,80
5,1E+18
6,1
3,8
2,0
0,70
7,5E+18
7,5
1,4
2,0
0,60
9,5E+18
9,4
3,3
2,0
0,50
1,1E+19
10,6
1,8
1,0
0,35
2,1E+19
10,9
1,2
1,0
0,20
4,0E+19
10,9
1,2
0,0
Таблица 4
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 4
10
4,7E+17
Pt
Вакуумное осаждение
5,30
2,4
8,9
3,0
2,00
1,0E+18
3,2
8,7
3,0
1,00
1,2E+18
3,4
7,4
2,5
0,90
4,0E+18
3,8
7,1
2,5
0,80
5,1E+18
6,3
6,4
2,5
0,70
7,5E+18
7,6
5,7
2,5
0,60
9,5E+18
9,4
6,1
2,0
0,50
1,1E+19
10,5
5,5
2,0
0,35
2,1E+19
11,1
3,9
1,0
0,20
4,0E+19
11,1
3,9
1,0
Таблица 5
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 5
10
4,7E+17
Au
Нанесение покрытия
4,95
4,3
4,1
2,0
2,00
1,0E+18
4,3
3,2
1,0
1,00
1,2E+18
4,6
2,6
1,0
0,90
4,0E+18
4,8
2,4
1,0
0,80
5,1E+18
5,2
1,5
1,0
0,70
7,5E+18
6,3
6,2
0,5
0,60
9,5E+18
7,7
1,1
0,5
0,50
1,1E+19
7,9
1,2
0,0
0,35
2,1E+19
8,2
1,1
0,0
0,20
4,0E+19
10,3
1,1
0,0
Таблица 6
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 6
10
4,7E+17
Pt
Нанесение покрытия
5,40
3,6
3,6
3,0
2,00
1,0E+18
4,1
2,9
3,0
1,00
1,2E+18
4,1
4,8
2,5
0,90
4,0E+18
4,6
4,7
2,5
0,80
5,1E+18
5,8
3,5
2,0
0,70
7,5E+18
6,4
6,1
2,0
0,60
9,5E+18
7,8
7,4
2,0
0,50
1,1E+19
9,3
1,8
1,5
0,35
2,1E+19
9,8
2,4
0,5
0,20
4,0E+19
10,4
2,7
0,0
Таблица 7
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Сравн. прим. 1
50
5,9E+15
Au
Вакуумное осаждение
4,74
-
-
-
10
4,7E+17
1,8
0,3
-0,5
2,00
1,0E+18
1,9
1,2
-1,0
1,00
1,2E+18
2,1
1,4
-2,0
0,90
4,0E+18
2,5
2,3
-4,0
0,80
5,1E+18
5,3
1,2
-5,0
0,70
7,5E+18
6,1
0,2
-8,0
0,60
9,5E+18
7,5
0,025
-15
0,50
1,1E+19
-
0,0001
-
0,35
2,1E+19
-
0,00001
-
0,20
4,0E+19
-
0,000001
-
2
2
6
7
8
Что касается тонкопленочного транзистора (TFT), применяемого в качестве переключающего элемента, его дрейфовая подвижность (подвижность носителей заряда) составляет предпочтительно 1,0 см/(В⋅с) или более, более предпочтительно 2,0 см/(В⋅с) или более. Кроме того, отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях составляет предпочтительно 1×10 или более, более предпочтительно 1×10 или более и особенно предпочтительно 1,0×10 или более. Абсолютное значение напряжения включения составляет предпочтительно 5 В или менее, более предпочтительно 3 В или менее. Кроме того, свойства в нормально закрытом состоянии, при которых напряжение включения составляет 0 В или более, являются особенно предпочтительными.
Таблицы 1-7 отображают условия формирования пленок оксидного полупроводника, образованных в Примерах 1-6 и Сравнительном примере 1, концентрацию носителей заряда в пленках оксидного полупроводника, типы электродов истока и стока, способы формирования электрода истока и стока, работы выхода металлических пленок, образованных таким же образом, что и электроды истока и стока, и характеристики полевых транзисторов.
17
-3
19
-3
Примеры 1-6 показывают результаты, когда Au, Ag, Ag/Pd или Pt, образованные посредством нанесения покрытия, или Pt, образованную вакуумным осаждением, используют в качестве электродов истока и стока. Из результатов характеристик транзисторов, представленных в Таблицах 1-6, можно сделать вывод, что высокая дрейфовая подвижность, высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и небольшое абсолютное значение напряжения включения были достигнуты при концентрации электронов - носителей заряда в диапазоне от 4,0×10 см до 4,0×10 см. Поскольку концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника была высокой, сопротивление контакта между металлом и оксидным полупроводником не было большим на контактной границе раздела, и, следовательно, были проявлены требуемые свойства устройства.
17
-3
Транзистор, использующий Au, образованное нанесением покрытия, имел высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и свойства нормально закрытого транзистора при небольшом абсолютном значении напряжения включения даже в оксидном полупроводнике, имеющем концентрацию электронов - носителей заряда 4,0×10 см или более. Это обусловлено тем, что работа выхода Au, образованного нанесением покрытия, выше, чем работа выхода Au, образованного вакуумным осаждением.
15
-3
15
-3
16
-3
-9
С другой стороны, результаты Сравнительного примера 1 с плотностью (концентрацией) электронов - носителей заряда 5,9×10 см показывают результаты характеристики транзистора, использующего оксидный полупроводник n-типа, имеющий плотность (концентрацию) электронов - носителей заряда от 1×10 см до 1×10 см, который обычно используют соответствующим образом для транзистора, использующего оксидный полупроводник n-типа, и использующего золото, образованное вакуумным осаждением, в качестве электрода истока и стока. В этом случае ток включения является низким, т.е. примерно 1×10 A, и транзистор едва функционирует. Это обусловлено тем, что на плоскости, где золото, имеющее сравнительно высокую работу выхода и оксидный полупроводник n-типа находятся в контакте, формируется барьер Шоттки, и, таким образом, сопротивление контакта становится высоким.
17
-3
17
-3
18
-3
18
-3
19
-3
В отличие от представленного выше, Сравнительный пример 1 показывает результаты характеристик транзистора, использующего оксидный полупроводник n-типа с концентрацией электронов - носителей заряда 4,0×10 см или более и золото, образованное вакуумным осаждением, в качестве электрода истока и стока. В случае, когда концентрация электронов - носителей заряда находится в диапазоне 4,0×10 см или более, однако менее 1,2×10 см, получают транзистор, характеризующийся тем, что дрейфовая подвижность является высокой, отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях является высоким и абсолютное значение напряжения включения является небольшой. Однако напряжение включения является отрицательным, что означает, что это не является нормальной операцией выключения. Когда концентрация электронов - носителей заряда равна или более чем вышеуказанный диапазон (4,0×10 см или более), абсолютное значение напряжения включения имеет тенденцию быть высокой. Когда концентрация электронов - носителей заряда составляет 1,1×10 см или более, функционирование транзистора не может быть обеспечено.
(Пример 7)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 1, при условии, что формирование активного слоя изменяли на приведенный ниже способ. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 8.
-Формирование активного слоя-
На образованном изолирующем слое формировали тонкую пленку из оксида на основе In-Ga-Zn посредством распыления при постоянном токе (DC).
В качестве мишени использовали поликристаллическую спеченную прессовку In-Ga-Zn-O, чтобы предоставить соотношение компонентов In:Ga:Zn = 1:1:1. Мощность для распыления устанавливали на 140 Вт, давление во время формирования пленки устанавливали на 0,69 Па, а температуру подложки не контролировали. Полное давление устанавливали на 0,69 Па регулированием расходов газообразного аргона и газообразного кислорода, подаваемых во время распыления. Продолжительность формирования пленки составляла 20 минут, и толщина пленки составляла 70 нм. Количеством кислорода в пленке оксидного полупроводника управляли, регулируя расхода кислорода, с управлением тем самым концентрацией электронов - носителей заряда. Расход кислорода во время распыления представлен в Таблице 8.
(Пример 8)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 7, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока изменяли на приведенный ниже способ. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 9.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованный активный слой наносили серебросодержащую нанометаллическую краску (NPS-J, производства компании Harima Chemical Group, Inc., средний диаметр частиц: 5 нм, содержание металла: 59 мас.%) в виде заданного рисунка посредством краскоструйного устройства. Нанесенную краску нагревали на воздухе в течение 30 минут при 220°C с образованием тем самым электрода истока и электрода стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. Ширина канала составляла 400 мкм, и длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
(Пример 9)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 7, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока изменяли на приведенный ниже способ. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 10.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованный активный слой наносили пасту из наночастиц серебра-палладия (NAGNPD 15-K04, производства компании DAIKEN CHEMICAL CO., LTD., средний диаметр частиц: от 4 нм до 10 нм, содержание металла: 21 мас.%) в виде заданного рисунка посредством краскоструйного устройства. Нанесенную краску нагревали на воздухе в течение 30 минут при 300°C с образованием тем самым электрода истока и электрода стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. Ширина канала составляла 400 мкм, и длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
(Пример 10)
Полевой транзистор с нижним затвором/нижним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 7, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока и формирование активного слоя изменяли на приведенные ниже способы. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 11.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованном изолирующем слое затвора с использованием Pt формировали электрод истока и электрод стока посредством фотолитографии и процесса обратной литографии. Пленку из Pt формировали распылением. В отношении распыления, мощность для распыления составляла 200 Вт, давление во время формирования пленки составляло 0,35 Па и толщина пленки составляла 50 нм. Длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
-Формирование активного слоя-
На образованных электроде истока и электроде стока, а также на изолирующем слое затвора, формировали тонкую пленку из оксида на основе In-Ga-Zn распылением при постоянном токе (DC).
В качестве мишени использовали спеченную прессовку, чтобы предоставить соотношение компонентов In:Ga:Zn = 1:1:1. Мощность для распыления устанавливали на 140 Вт, давление во время формирования пленки устанавливали на 0,69 Па, а температуру подложки не контролировали. Полное давление устанавливали на 0,69 Па регулированием расходов газообразного аргона и газообразного кислорода, подаваемых во время распыления. Продолжительность формирования пленки составляла 20 минут, и толщина пленки составляла 70 нм. Количеством кислорода в пленке оксидного полупроводника можно было управлять, регулируя расход кислорода, с управлением тем самым концентрацией электронов - носителей заряда. Расход кислорода во время распыления представлен в Таблице 11.
(Пример 11)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 7, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока изменяли на приведенный ниже способ. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 12.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованный активный слой наносили раствор резината Au (металлоорганического соединения, производства компании DAIKEN CHEMICAL CO., LTD., содержание металла: 20 мас.%) в виде заданного рисунка посредством краскоструйного устройства. Нанесенную краску нагревали на воздухе в течение 60 минут при 300°C с образованием тем самым электрода истока и электрода стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. Ширина канала составляла 400 мкм, и длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
(Пример 12)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 7, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока изменяли на приведенный ниже способ. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 13.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованный активный слой наносили раствор резината Pt (органического соединения платины, производства компании DAIKEN CHEMICAL CO., LTD., содержание металла: 10 мас.%) в виде заданного рисунка посредством краскоструйного устройства. Нанесенную краску нагревали на воздухе в течение 60 минут при 300°C с образованием тем самым электрода истока и электрода стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. Ширина канала составляла 400 мкм, и длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
(Сравнительный пример 2)
Полевой транзистор изготавливали таким же образом, как и в Примере 7, при условии, что формирование электрода истока и электрода стока и формирование активного слоя изменяли на приведенные ниже способы. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 14.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованном изолирующем слое затвора вакуумным осаждением формировали электрод истока и электрод стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. В качестве источника для осаждения использовали золото. Ширина канала составляла 400 мкм, и длина канала составляла 50 мкм.
-Формирование активного слоя-
На образованных электроде истока и электроде стока, а также на изолирующем слое затвора распылением при постоянном токе (DC) формировали тонкую пленку из оксида на основе In-Ga-Zn.
В качестве мишени использовали спеченную прессовку In-Ga-Zn-O, чтобы предоставить соотношение компонентов In:Ga:Zn = 1:1:1. Мощность для распыления устанавливали на 140 Вт, давление во время формирования пленки устанавливали на 0,69 Па, а температуру подложки не контролировали. Полное давление устанавливали на 0,69 Па регулированием расходов газообразного аргона и газообразного кислорода, подаваемых во время распыления. Продолжительность формирования пленки составляла 20 минут, и толщина пленки составляла 70 нм. Количеством кислорода в пленке оксидного полупроводника можно было управлять, регулируя расход кислорода, с управлением тем самым концентрацией электронов - носителей заряда. Расход кислорода во время распыления представлен в Таблице 14.
Таблица 8
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 7
1,7
7,5E+17
Au
Нанесение покрытия
4,91
7,7
3,9
1,0
1,5
1,2E+18
7,7
7,2
1,0
1,4
2,0E+18
7,8
5,6
0,5
1,3
5,2E+18
8,2
4,5
0,5
1,1
9,3E+18
8,5
4,3
0,5
1,0
1,5E+19
9,0
1,8
0,0
0,9
4,1E+19
11,2
3,6
0,0
Таблица 9
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 8
1,7
7,5E+17
Ag
Нанесение покрытия
5,10
7,6
2,8
1,0
1,5
1,2E+18
7,7
4,5
1,0
1,4
2,0E+18
8,1
4,1
1,0
1,3
5,2E+18
8,1
1,8
0,0
1,1
9,3E+18
8,7
2,9
0,0
1,0
1,5E+19
9,2
3,8
0,0
0,9
4,1E+19
10,3
2,4
0,0
Таблица 10
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 9
1,7
7,5E+17
Ag/Pd
Нанесение покрытия
5,20
7,1
2,3
3,0
1,5
1,2E+18
7,2
3,7
3,0
1,4
2,0E+18
7,4
2,4
2,0
1,3
5,2E+18
7,6
1,9
2,0
1,1
9,3E+18
7,9
2,5
1,0
1,0
1,5E+19
9,1
3,8
1,0
0,9
4,1E+19
9,8
6,4
1,0
Таблица 11
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 10
1,7
7,5E+17
Pt
Вакуумное осаждение
5,30
6,9
5,6
3,0
1,5
1,2E+18
7
6,4
3,0
1,4
2,0E+18
7
5,3
3,0
1,3
5,2E+18
7,5
7,8
2,5
1,1
9,3E+18
8,1
4,3
2,5
1,0
1,5E+19
8,3
6,5
2,0
0,9
4,1E+19
9,5
4,1
1,0
Таблица 12
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 11
1,7
7,5E+17
Au
Нанесение покрытия
4,95
7,6
4,2
1,0
1,5
1,2E+18
7,6
3,9
1,0
1,4
2,0E+18
7,7
3,7
1,0
1,3
5,2E+18
8,1
3,1
1,0
1,1
9,3E+18
8,6
2,6
0,0
1,0
1,5E+19
8,9
2,1
0,0
0,9
4,1E+19
10,1
2,4
0,0
Таблица 13
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 12
1,7
7,5E+17
Pt
Нанесение покрытия
5,40
6,1
4,7
3,0
1,5
1,2E+18
6,8
3,2
3,0
1,4
2,0E+18
6,9
5,1
2,5
1,3
5,2E+18
7,1
2,8
2,5
1,1
9,3E+18
7,5
3,6
2,5
1,0
1,5E+19
8,4
7,1
1,5
0,9
4,1E+19
8,7
5,6
0,5
Таблица 14
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Сравн. прим. 2
1,9
5,9E+16
Au
Вакуумное осаждение
4,77
0,2
0,03
3,0
1,7
7,5E+17
1,8
0,9
-0,5
1,5
1,2E+18
2,3
1,2
-1,0
1,4
2,0E+18
2,5
1,4
-3,0
1,3
5,2E+18
3,4
0,7
-4,0
1,1
9,3E+18
5,8
0,1
-5,0
1,0
1,5E+19
6,2
0,04
-9,0
0,9
4,1E+19
-
0,00006
-
Таблицы 8-14 представляют условия формирования пленок оксидного полупроводника, образованных в Примерах 7-12 и Сравнительном примере 2, концентрацию носителей заряда в пленках оксидного полупроводника, типы электродов истока и стока, способы формирования электрода истока и стока, работы выхода металлических пленок, образованных таким же образом, что и электроды истока и стока, и характеристики полевых транзисторов.
17
-3
19
-3
Примеры 7-12 показывают результаты, когда в качестве электродов истока и стока используют Au, Ag или Ag/Pd, образованные посредством нанесения покрытия, или Pt, образованную вакуумным осаждением. Из результатов характеристик транзисторов, представленных в Таблицах 8-13, можно понять, что высокая дрейфовая подвижность, высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и небольшое абсолютное значение напряжения включения были достигнуты при концентрации электронов - носителей заряда в диапазоне от 4,0×10 см до 4,0×10 см. Поскольку концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника была высокой, сопротивление контакта между металлом и оксидным полупроводником не было большим на контактной границе раздела, и, следовательно, были проявлены подходящие свойства устройства.
18
-3
Транзистор, использующий Au, образованное нанесением покрытия, имел высокое отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и свойства нормально закрытого транзистора при небольшом абсолютном значении напряжения включения даже с оксидным полупроводником, имеющем концентрацию электронов - носителей заряда 4,0×10 см или более. Это обусловлено тем, что работа выхода Au, образованного нанесением покрытия, выше, чем работа выхода Au, образованного вакуумным осаждением.
16
-3
15
-3
16
-3
С другой стороны, результаты Сравнительного примера 2 с плотностью (концентрацией) электронов - носителей заряда 5,9×10 см показывают результаты характеристики транзистора, использующего оксидный полупроводник n-типа, который имеет плотность (концентрацию) электронов - носителей заряда, близкую к плотности (концентрации) электронов - носителей заряда от 1×10 см до 1×10 см и который обычно используют соответствующим образом, а в качестве электродов истока и стока используют золото, образованное вакуумным осаждением. В этом случае подвижность является низкой. Это обусловлено тем, что на плоскости, где в контакте находятся золото, имеющее сравнительно высокую работу выхода, и оксидный полупроводник n-типа, формируется барьер Шоттки, и, таким образом, сопротивление контакта становится большим.
17
-3
17
-3
18
-3
18
-3
19
-3
В отличие от представленного выше, Сравнительный пример 2 показывает результаты характеристики транзистора, использующего оксидный полупроводник n-типа с концентрацией электронов - носителей заряда 4,0×10 см или более, а в качестве электрода истока и стока используют золото, образованное вакуумным осаждением. В случае, когда концентрация электронов - носителей заряда находится в диапазоне 4,0×10 см или более, однако менее чем или равна 2,0×10 см, получают свойства транзистора такие, что дрейфовая подвижность является высокой, отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях является высоким и абсолютное значение напряжения включения является небольшой. Однако напряжение включения является отрицательным, что означает, что это не является нормальной операцией выключения. Когда концентрация электронов - носителей заряда равна или более вышеуказанного диапазона (концентрация электронов - носителей заряда составляет 5,2×10 см или более), отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях склонно быть меньше, чем в случаях Примеров 7-12, и абсолютное значение напряжения включения склонно быть высоким. Эта тенденция становится значительной при концентрации электронов - носителей заряда 1,0×10 см или более.
(Пример 13)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 1, при условии, что формирование активного слоя изменяли на приведенный ниже способ. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 15.
-Формирование активного слоя-
2
4
-5
На образованном изолирующем слое радиочастотным распылением формировали тонкую пленку из оксида на основе Zn-Sn. В качестве мишени использовали поликристаллическую спеченную прессовку (размер: 4 дюйма (10,16 см) в диаметре), имеющую состав ZnSnO. Противодавление в распылительной камере устанавливали на 2×10 Па. Количеством кислорода в пленке оксидного полупроводника можно было управлять, регулируя расходы газообразного аргона и газообразного кислорода, подаваемые во время распыления, с управлением тем самым концентрацией электронов - носителей заряда. Полное давление устанавливали на 0,3 Па.
Во время распыления температуру подложки регулировали в диапазоне от 15°C до 35°C охлаждением держателя, поддерживающего подложку, водой. Мощность для распыления устанавливали на 150 Вт и продолжительность распыления устанавливали на 20 минут с образованием тем самым пленки из оксида на основе Zn-Sn, имеющую толщину 50 нм. Расход кислорода во время распыления представлен в Таблице 15.
Таблица 15
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 13
50
7,5E+18
Au
Нанесение покрытия
4,91
7,3
5,8
0,5
(Пример 14)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 1, при условии, что формирование активного слоя изменяли на приведенный ниже способ. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 16.
-Формирование активного слоя-
2
4
-5
На образованном изолирующем слое радиочастотным распылением формировали тонкую пленку из оксида на основе Zn-Ti. В качестве мишени использовали поликристаллическую спеченную прессовку (размер: 4 дюйма (10,16 см) в диаметре), имеющую состав ZnTiO. Противодавление в распылительной камере устанавливали на 2×10 Па. Количеством кислорода в пленке оксидного полупроводника можно было управлять, регулируя расходы газообразного аргона и газообразного кислорода, подаваемые во время распыления, с управлением тем самым концентрацией электронов - носителей заряда. Полное давление устанавливали на 0,3 Па.
Во время распыления температуру подложки регулировали в диапазоне от 15°C до 35°C охлаждением держателя, поддерживающего подложку, водой. Мощность для распыления устанавливали на 140 Вт и продолжительность распыления устанавливали на 25 минут с образованием тем самым пленки из оксида на основе Zn-Ti, имеющую толщину 50 нм. Расход кислорода во время распыления представлен в Таблице 16.
Таблица 16
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 14
50
8,3E+18
Au
Нанесение покрытия
4,91
7,6
4,8
1,0
(Примеры 15-17)
Каждый полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 1, при условии, что формирование активного слоя и изготовление элемента для измерения эффекта Холла изменяли на приведенные ниже способы. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 1. Результаты представлены в Таблице 18.
-Формирование активного слоя-
3
3
2
2
2
В лабораторный стакан отвешивали 3,55 г нитрата индия (In(NO)⋅3HO) и 0,139 г хлорида стронция (SrCl⋅6HO). К ним добавляли 20 мл 1,2-пропандиола и 20 мл монометилового эфира этиленгликоля, и полученную смесь перемешивали при комнатной температуре до растворения с получением тем самым жидкости 1 для нанесения покрытия для формирования пленки оксидного полупроводника n-типа, используемой в Примере 15.
3
3
2
3
2
2
Аналогичным образом, 3,55 г нитрата индия (In(NO)⋅3HO) и 0,125 г нитрата кальция (Ca(NO)⋅4HO) отвешивали в лабораторный стакан. К ним добавляли 20 мл 1,2-пропандиола и 20 мл монометилового эфира этиленгликоля, и полученную смесь перемешивали при комнатной температуре до растворения с получением тем самым жидкости 2 для нанесения покрытия для формирования пленки оксидного полупроводника n-типа, используемой в Примере 16.
3
3
2
2
2
Аналогичным образом, 3,55 г нитрата индия (In(NO)⋅3HO) и 0,125 г хлорида бария (BaCl⋅2HO) отвешивали в лабораторный стакан. К ним добавляли 20 мл 1,2-этандиола и 20 мл монометилового эфира этиленгликоля, и полученную смесь перемешивали при комнатной температуре до растворения с получением тем самым жидкости 3 для нанесения покрытия для формирования пленки оксидного полупроводника n-типа, используемой в Примере 17.
На образованный изолирующий слой в виде заданного рисунка посредством краскоструйного устройства наносили каждую из жидкостей 1-3 для нанесения покрытия для формирования пленки оксидного полупроводника n-типа. После сушки подложки в течение 10 минут на нагревательной плите, нагретой до 120°C, нанесенную жидкость для нанесения покрытия обжигали на воздухе в течение 1 часа при 400°C с образованием тем самым пленки из оксида на основе In-Sr, пленки из оксида на основе In-Ca и пленки из оксида на основе In-Ba, соответственно. Каждую из образованных пленок использовали в качестве активного слоя.
Состав жидкости для нанесения покрытия для формирования пленки оксидного полупроводника n-типа представлен в Таблице 17.
Таблица 17
Активный слой
Исходный материал A
Исходный материал В
Исходный материал С
Исходный материал D
Вид
(г)
Вид
(г)
Вид
(мл)
Вид
(мл)
Прим. 15
Оксид на основе In-Sr
Нитрат индия
3,55
Хлорид стронция
0,139
1,2-пропандиол
20
Монометиловый эфир этиленгликоля
20
Прим. 16
Оксид на основе In-Ca
Нитрат индия
3,55
Нитрат кальция
0,125
1,2-пропандиол
20
Монометиловый эфир этиленгликоля
20
Прим. 17
Оксид на основе In-Ba
Нитрат индия
3,55
Хлорид бария
0,125
1,2-этандиол
20
Монометиловый эфир этиленгликоля
20
<Получение элемента для измерения эффекта Холла>
-Формирование пленки оксидного полупроводника n-типа-
Таким же образом, как и при вышеуказанном формировании активного слоя полевого транзистора, каждую из жидкостей 1-3 для нанесения покрытия для формирования пленки оксидного полупроводника n-типа наносили на стеклянную подложку в виде квадратного рисунка с размером стороны 8 мм посредством краскоструйного устройства. После нагревания подложки в течение 10 минут на горячей плите, нагретой до 120°C, нанесенную жидкость для нанесения покрытия обжигали на воздухе в течение 1 часа при 400°C с образованием тем самым пленки из оксида на основе In-Sr, пленки из оксида на основе In-Ca и пленки из оксида на основе In-Ba, соответственно.
-Формирование контактного электрода-
Контактный электрод для измерения эффекта Холла формировали на стеклянной подложке, на которой посредством вакуумного осаждения с использованием литографии с зазором была образована пленка из оксида на основе In-Sr, пленка из оксида на основе In-Ca или пленка из оксида на основе In-Ba. В качестве источника для осаждения использовали Al.
Таблица 18
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 15
6,1E+18
Au
Нанесение покрытия
4,91
6,3
4,8
0,5
Прим. 16
5,4E+18
Au
Нанесение покрытия
4,91
5,5
2,5
1,0
Прим. 17
5,1E+18
Au
Нанесение покрытия
4,91
4,9
6,8
0,5
Таблицы 15-16 представляют условия формирования пленок оксидного полупроводника, образованных в Примерах 13-14, концентрацию носителей заряда в пленках оксидного полупроводника, типы электродов истока и стока, способы формирования электрода истока и стока, работы выхода металлических пленок, образованных таким же образом, как и электроды истока и стока, и характеристики полевых транзисторов. Таблица 18 представляет концентрацию носителей заряда пленок оксидного полупроводника, образованных в Примерах 15-17, типы электродов истока и стока, способы формирования электрода истока и стока, работы выхода металлических пленок, образованных таким же образом, как и электроды истока и стока, и характеристики полевых транзисторов.
18
-3
18
-3
Примеры 13-17 показывают результаты, когда в качестве электрода истока и стока используют Au, образованное нанесением покрытия. Из характеристик транзисторов, представленных в Таблицах 15-16 и 18, можно понять, что функционирование нормально закрытого транзистора при высокой дрейфовой подвижности, высоком отношении уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях и небольшим абсолютным значением напряжения включения было достигнуто при концентрации электронов - носителей заряда в диапазоне от 5,1×10 см до 8,3×10 см. Поскольку концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника была высокой, сопротивление контакта между металлом и оксидным полупроводником не было большим на контактной границе раздела, и, следовательно, были проявлены подходящие свойства устройства.
(Пример 18)
<Изготовление полевого транзистора>
-Формирование электрода затвора-
На стеклянную подложку осаждением из паровой фазы осаждали Al имеющим толщину 100 нм, с последующим структурированием в виде рисунка в форме токопроводящей дорожки посредством фотолитографии и травления с образованием тем самым электрода затвора.
-Формирование изолирующего слоя затвора-
2
Затем усиленным плазмой осаждением из паровой фазы формировали пленку из SiO имеющей толщину 200 нм с образованием тем самым изолирующего слоя затвора.
-Формирование активного слоя-
2
4
-5
На образованном изолирующем слое распылением способом, описанным в Примерах JP-A № 2010-74148, формировали пленку оксидного полупроводника на основе Mg-In (активный слой). В качестве мишени использовали поликристаллическую спеченную прессовку, имеющую состав InMgO. Противодавление в распылительной камере устанавливали на 2×10 Па. Полное давление устанавливали на 0,3 Па регулированием расходов газообразного аргона и газообразного кислорода, подаваемых во время распыления. Количеством кислорода в пленке оксидного полупроводника и концентрацией электронов - носителей заряда управляли, регулируя расход газообразного кислорода. Расход кислорода во время распыления представлен в Таблице 19.
Толщина полученной пленки оксидного полупроводника (активного слоя) составляла 50 нм.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованный активный слой посредством краскоструйного устройства в виде заданного рисунка наносили золотосодержащую нанометаллическую краску (Au-1Chb, производства компании ULVAC, Inc., средний диаметр частиц: 5 нм, содержание металла: 50 мас.%). Нанесенную краску нагревали на воздухе в течение 30 минут при 300°C с образованием электрода истока и электрода стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. Ширина канала составляла 400 мкм, и длина канала, определенная расстоянием между электродом истока и электродом стока, составляла 50 мкм.
Таким образом, как описано выше, изготавливали полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом.
-Изготовление элементов, используемых для измерения работы выхода-
Для того, чтобы измерить работу выхода, элемент, используемый для измерения работы выхода, получали формированием металлической пленки на стеклянной подложке таким же образом, как при формировании электрода истока и электрода стока.
<Изготовление элемента для измерения эффекта Холла>
-Формирование пленки оксидного полупроводника n-типа-
Таким же образом, как при вышеуказанном формировании активного слоя полевого транзистора, рисунок в виде квадрата из оксидного полупроводника n-типа с размером стороны 8 мм формировали на стеклянной подложке посредством литографии с зазором. Условия распыления устанавливали такими же, как при формировании активного слоя. Условия распыления представлены в Таблице 19.
-Формирование контактного электрода-
Контактный электрод для измерения эффекта Холла формировали на стеклянной подложке, на которой была образована пленка оксидного полупроводника n-типа, вакуумным осаждением с использованием литографии с зазором. В качестве источника для осаждения использовали Al.
<Оценка плотности (концентрации) электронов - носителей заряда>
-3
Элемент для измерения эффекта Холла подвергали измерениям удельного электрического сопротивления и эффекта Холла посредством системы для измерения эффекта Холла (ResiTest8300, производства компании TOYO Corporation) с определением тем самым концентрации электронов - носителей заряда (см) оксидного полупроводника n-типа. Полученная плотность (концентрация) электронов - носителей заряда представлена в Таблице 19.
<Оценка работы выхода>
Работу выхода металлической пленки элемента для измерения работы выхода определяли посредством фотоэлектронного спектрометра для измерения в воздушной среде AC-2 (производства компании RIKEN KEIKI Co., Ltd.). Полученная работа выхода представлена в Таблице 19.
<Оценка характеристик транзистора>
Оценку характеристик транзистора выполняли на полученном полевом транзисторе посредством анализатора параметров полупроводников (Semiconductor Parameter Analyzer 4156C, производства компании Agilent Technologies, Inc.). Вольт-амперные характеристики оценивали посредством установления напряжения Vds исток-сток на 20 В и изменения напряжения Vg затвора от -30 В до +30 В. Фиг. 21 отображает измеренную вольт-амперную характеристику (характеристику пропускания). Дрейфовую подвижность рассчитывали в области насыщения. Кроме того, рассчитывали отношение (отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях) тока Ids между истоком и стоком транзистора в состоянии «включено» (например, Vg = 20 В) к току в состоянии «выключено» (например, Vg = -20 В). Кроме того, рассчитывали напряжение затвора (напряжение включения), при котором ток Ids между истоком и стоком начинал увеличиваться. Результаты представлены в Таблице 19.
Кроме того, вольт-амперные характеристики (выходные характеристики) оценивали при изменении напряжения Vg затвора от 0 В до +30 В с шагом 5 В, и изменении напряжения Vds исток-сток от 0 В до +20 В при каждом напряжении затвора. Фиг. 22 отображает измеренные вольт-амперные характеристики (характеристики пропускания).
(Сравнительный пример 3)
Полевой транзистор с нижним затвором/верхним контактом изготавливали таким же образом, как и в Примере 18, при условии, что формирование активного слоя и формирование электрода истока и электрода стока изменяли на приведенные ниже способы. Кроме того, оценки выполняли таким же образом, как и в Примере 18. Результаты представлены в Таблице 19. Кроме того, Фиг. 23 отображает его вольт-амперную характеристику (характеристику пропускания), а Фиг. 24 отображает его вольт-амперные характеристики (выходные характеристики).
-Формирование активного слоя-
2
4
-5
На образованных электроде истока и электроде стока, а также на изолирующем слое затвора распылением способом, описанным в JP-A № 2010-74148, формировали пленку оксидного полупроводника на основе Mg-In (активный слой). В качестве мишени использовали поликристаллическую спеченную прессовку, имеющую состав InMgO. Противодавление в распылительной камере устанавливали на 2×10 Па. Полное давление устанавливали на 0,3 Па регулированием расходов газообразного аргона и газообразного кислорода, подаваемых во время распыления. Количеством кислорода в пленке оксидного полупроводника и концентрацией электронов - носителей заряда управляли, регулируя расход газообразного кислорода. Расход кислорода во время распыления представлен в Таблице 19.
Толщина полученной пленки оксидного полупроводника (активного слоя) составляла 50 нм.
-Формирование электрода истока и электрода стока-
На образованном активном слое вакуумным осаждением формировали электрод истока и электрод стока, каждый из которых имел толщину 100 нм. В качестве источника для осаждения использовали Al. Ширина канала составляла 400 мкм, и длина канала составляла 50 мкм.
Таблица 19
Условие нанесения пленочного покрытия, расход кислорода (об.%)
Концентрация носителей заряда n (см<sup>-3</sup>)
Электрод истока-стока
Способ формирования пленки
Работа выхода (эВ)
Подвижность носителей заряда (μFE) (см<sup>2</sup>/(В⋅с)
Отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях (×10<sup>8</sup>)
Напряжение включения (В)
Прим. 18
0,80
5,2E+18
Au
Нанесение покрытия
4,91
6,4
1,5
0,5
Сравн. прим. 3
50
5,7E+15
Al
Вакуумное осаждение
4,30
2,3
0,61
-2,0
Таблица 19 представляет условия формирования пленок оксидного полупроводника, образованных в Примере 18 и Сравнительном примере 3, концентрацию носителей заряда в пленках оксидного полупроводника, типы электродов истока и стока, способы формирования электрода истока и стока, работы выхода металлических пленок, образованных таким же образом, как и электроды истока и стока, и характеристики полевых транзисторов.
Из вольт-амперных характеристик (выходных характеристик), отображенных на Фиг. 22, может быть подтверждено, что значение тока исток-сток линейным образом увеличивается в области, где значение напряжения исток-сток является небольшой. Можно предположить из этого результата, что контактная граница раздела между металлом и оксидным полупроводником является омическим контактом.
18
-3
Из вольт-амперной характеристики (характеристики пропускания), отображенной на Фиг. 21, и результатов характеристик транзистора по Примеру 18, представленных в Таблице 19, было обнаружено, что когда концентрация электронов - носителей заряда составляла 5,2×10 см, был получен нормально закрытый транзистор с такими характеристиками, что дрейфовая подвижность была высокой, отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях было высоким и абсолютное значение напряжения включения было небольшим.
Поскольку концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника была высокой, сопротивление контакта между металлом и оксидным полупроводником не было большим на контактной границе раздела, и, следовательно, были проявлены требуемые свойства устройства.
Применение транзистора, имеющего вольт-амперные характеристики (выходные характеристики) как на Фиг. 22, в качестве цепи возбуждения является предпочтительным, поскольку расчет напряжения возбуждения становится простым.
С другой стороны, из вольт-амперных характеристик (выходных характеристик) Сравнительного примера 3, отображенных на Фиг. 24, может быть подтверждено, что ток исток-сток увеличивался нелинейным образом в форме вогнутой кривой в области, где значение напряжения исток-сток было небольшим.
15
-3
В случае, когда концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника составляет 5,7×10 см, как представлено в Таблице 19 и на Фиг. 23, такие характеристики транзистора, как дрейфовая подвижность является высокой, отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях является высоким и абсолютное значение напряжения включения является небольшим, могут быть достигнуты посредством использования в качестве электродов истока и стока Al, который является металлом, имеющим низкую работу выхода.
15
-3
16
-3
Однако Фиг. 24 показывает, что сопротивление контакта на контактной границе раздела между металлом и оксидным полупроводником зависит от напряжения, и предположено, что контактная граница раздела металла и оксидного полупроводника является неомическим контактом. Когда транзистор, имеющий такие вольт-амперные характеристики, как отображено на Фиг. 24, используют в качестве цепи возбуждения, ток изменяется значительным образом при небольшом изменении в напряжении, приложенном к транзистору, и, следовательно, затруднено применение транзистора в качестве цепи возбуждения. При использовании металла, имеющего низкую работу выхода, для электрода истока и стока и управлении концентрацией электронов - носителей заряда оксидного полупроводника в диапазоне от 1×10 см до 1×10 см, могут быть достигнуты такие характеристики транзистора, что дрейфовая подвижность является высокой, отношение уровней сигнала во включенном и выключенном состояниях является высоким и абсолютное значение напряжения включения является небольшим. С другой стороны, однако, контактная граница раздела между металлом и оксидным полупроводником становится неомическим контактом, и, следовательно, затруднено применение в качестве цепи возбуждения.
15
-3
16
-3
Как можно понять из результатов Примера 18 и Сравнительного примера 3, полевой транзистор по настоящему изобретению может быть легко применим в качестве цепи возбуждения элемента отображения, по сравнению с обычным полевым транзистором, с использованием оксидного полупроводника, имеющего плотность электронов - носителей заряда (концентрацию) от 1×10 см до 1×10 см, который обычно используют подходящим образом в качестве оксидного полупроводника n-типа для транзистора, и металла, имеющего низкую работу выхода для электродов истока и стока.
Вариантами осуществления настоящего изобретения являются, например, следующие:
<1> Полевой транзистор, содержащий:
электрод затвора, предназначенный для приложения напряжения затвора;
электрод истока и электрод стока, оба из которых предназначены для вывода электрического тока;
активный слой, образованный из оксидного полупроводника n-типа, предусмотренный в контакте с электродом истока и электродом стока; и
изолирующий слой затвора, предусмотренный между электродом затвора и активным слоем,
при этом работа выхода электрода истока и электрода стока составляет 4,90 эВ или более, и
17
-3
при этом концентрация электронов - носителей заряда оксидного полупроводника n-типа составляет 4,0×10 см или более.
<2> Полевой транзистор в соответствии с п.<1>, в котором материалом электрода истока и электрода стока является металл, сплав или и тот, и другой.
<3> Полевой транзистор в соответствии с п.<2>, в котором металл, сплав или и тот, и другой содержат золото, серебро, палладий, платину, никель, иридий, родий или любую их комбинацию.
<4> Полевой транзистор в соответствии с любым из пп.<1>-<3>, в котором электрод истока и электрод стока образованы обжигом частиц металла, частиц сплава, металлоорганического соединения или любой их комбинации.
<5> Полевой транзистор в соответствии с п.<4>, в котором электрод истока и электрод стока образованы нанесением жидкости для нанесения покрытия, содержащей частицы металла, частицы сплава, металлоорганическое соединение или любую их комбинацию, в капельно-струйной системе и обжигом частиц металла, частиц сплава, металлоорганического соединения или любой их комбинации.
<6> Полевой транзистор в соответствии с любым из пп.<1>-<5>, в котором оксидный полупроводник n-типа содержит индий, цинк, олово, галлий, титан или любую их комбинацию.
<7> Полевой транзистор в соответствии с п.<6>, в котором оксидный полупроводник n-типа дополнительно содержит щелочноземельный металл.
<8> Способ изготовления полевого транзистора в соответствии с любым из пп.<1>-<7>, включающий:
нанесение жидкости для нанесения покрытия, содержащей частицы металла, частицы сплава, металлоорганическое соединение или любую их комбинацию, по меньшей мере на изолирующий слой затвора и обжиг частиц металла, частиц сплава, металлоорганического соединения или любой их комбинации с образованием электрода истока и электрода стока.
<9> Способ изготовления полевого транзистора в соответствии с любым из пп.<1>-<7>, включающий:
нанесение жидкости для нанесения покрытия, содержащей частицы металла, частицы сплава, металлоорганическое соединение или любую их комбинацию, по меньшей мере на основу и обжига частиц металла, частиц сплава, металлоорганического соединения или любой их комбинации с образованием электрода истока и электрода стока.
<10> Способ в соответствии с любым из п.<8> или <9>, в котором частицы металла, частицы сплава, металлоорганическое соединение или любая их комбинация содержат золото, серебро, палладий, платину, никель, иридий, родий или любую их комбинацию.
<11> Элемент отображения, содержащий:
светорегулирующий элемент, предназначенный для управления световым выходом в соответствии с сигналом возбуждения; и
цепь возбуждения, которая содержит полевой транзистор в соответствии с любым из пп.<1>-<7> и предназначена для возбуждения светорегулирующего элемента.
<12> Элемент отображения в соответствии с п.<11>, в котором светорегулирующий элемент содержит электролюминесцентный элемент или электрохромный элемент.
<13> Элемент отображения в соответствии с п.<11>, в котором светорегулирующий элемент содержит жидкокристаллический элемент или электрофоретический элемент.
<14> Устройство отображения изображения, которое отображает изображение, соответствующее данным изображения, и которое содержит:
множество элементов отображения в соответствии с любым из пп.<11>-<13>, расположенных в виде матрицы;
множество токопроводящих дорожек, предназначенных для раздельного приложения напряжения затвора к полевым транзисторам в каждом из элементов отображения; и
устройство управления отображением, предназначенное для индивидуального управления напряжением затвора каждого из полевых транзисторов посредством токопроводящих дорожек в соответствии с данными изображения.
<15> Система, содержащая:
устройство отображения изображения в соответствии с п.<14>; и
устройство генерирования данных изображения, предназначенное для генерирования данных изображения на основе информации об отображаемом изображении и вывода сгенерированных данных изображения в устройство отображения изображения.
Список обозначений
1
основа
2
электрод затвора
3
изолирующий слой затвора
4
электрод истока
5
электрод стока
6
активный слой
10
полевой транзистор
20
полевой транзистор
21
основа
22
активный слой
23
электрод истока
24
электрод стока
25
изолирующий слой затвора
26
электрод затвора
30
конденсатор
40
полевой транзистор
100
телевизионное устройство
101
основное устройство управления
103
тюнер
104
аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
105
демодулирующая цепь
106
декодер транспортного потока данных (ТП)
111
декодер звука
112
цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)
113
цепь вывода звука
114
динамик
121
декодер изображения
122
цепь синтеза изображения и экранного меню (OSD)
123
цепь вывода изображения
124
устройство отображения изображения
125
цепь формирования экранного меню (OSD)
131
память
132
управляющее устройство
141
интерфейс привода (приводной IF)
142
накопитель на жёстком диске
143
накопитель на оптическом диске
151
ИК фотодетектор
152
блок управления связью
210
антенна
220
дистанционно-управляемый передатчик
300
блок отображения
302, 302’
элемент отображения
310
дисплей
312
катод
314
анод
320, 320’
цепь возбуждения
340
слой органической электролюминесцентной (EL) тонкой пленки
342
слой переноса электронов
344
слой излучения света
346
слой переноса дырок
350
органический электролюминесцентный (EL) элемент
360
межслойная изолирующая пленка
361
конденсатор
370
жидкокристаллический элемент
400
устройство управления отображением
402
цепь обработки данных изображения
404
цепь возбуждения линии сканирования