ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ОКСИДНУЮ ПЛЕНКУ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ, И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
FIELD-EFFECT TRANSISTOR USING OXIDE FILM TO TRANSMIT INFORMATION AND PREPARATION METHOD THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение имеет отношение к полевому транзистору, включая оксидную пленку в качестве слоя полупроводника, к способу его изготовления и к устройству отображения. В особенности, настоящее изобретение относится к полевому транзистору, имеющему характеристики, позволяющие его использование в дисплее и т.п., способу его изготовления и устройству отображения.
Уровень техники
Полевой транзистор (ПТ) является трехэлектродным прибором, имеющим электрод затвора, электрод истока и электрод стока. Далее, полевой транзистор является активным электронным устройством, в котором ток, текущий через слой канала (ток между электродом истока и электродом стока), управляется напряжением, приложенным к электроду затвора. В частности, ПТ, который использует в качестве проводящего канала тонкую пленку, называется тонкопленочным ПТ (тонкопленочный транзистор, ТПТ). Устройство может быть собрано на различных подложках, сделанных из керамики, стекла, пластика и т.п.
Вышеупомянутый ТПТ имеет преимущество в том, что может быть легко собран на подложке, имеющей относительно большую площадь, поскольку ТПТ использует тонкопленочную технологию, и широко используется в качестве устройства привода в плоской индикаторной панели, такой как жидкокристаллический дисплей. Точнее, в действующем жидкокристаллическом дисплее (ДЖКД) ТПТ, собранные на стеклянной подложке, используются, чтобы включать и выключать индивидуальные единичные элементы изображений. Также в будущем, в высококачественном органическом светоизлучающем диодном дисплее (ОСДД), предполагается, вступит в силу формирователь тока элемента изображения ТПТ. Далее, был сделан высококачественный жидкокристаллический дисплей, в котором ТПТ, имеющий функцию запуска и контроля всего отображения, был собран на подложке в области изображения на экране.
Тонкопленочный транзистор, который в настоящее время наиболее широко распространен, является полевым транзистором со структурой металл-диэлектрик-полупроводник, использующим поликристаллическую кремниевую пленку или аморфную кремниевую пленку в качестве материала слоя проводящего канала. Аморфный, кремниевый ТПТ, практически используется для запуска элемента изображения, а высококачественный поликристаллический кремниевый ТПТ практически используется для контроля запуска всего изображения.
Тем не менее, аморфный кремниевый ТПТ и поликристаллический кремниевый ТПТ трудно собрать на носителе, таком как пластмассовый диск или пластиковая пленка, потому что для создания устройства необходим высокотемпературный процесс.
В последние годы была проведена активная разработка гибкого дисплея с использованием ТПТ, полученного на подложке, такой как полимерная пластина или полимерная пленка, для формирователя жидкокристаллического дисплея или органического светоизлучающего диода. Внимание было направлено на органическую полупроводниковую пленку, которая сделана из материала, который можно разместить на пластиковой пленке или нечто подобном и который может быть получен при низкой температуре.
2
-1
Например, для органической полупроводниковой пленки исследовался и разрабатывался пентацен. Органический полупроводник имеет ароматическое кольцо. Большая подвижность носителей тока получена в накопительном направлении ароматического кольца во время кристаллизации. Например, сообщается, что в случае, где пентацен использовался для действующего слоя, подвижность носителей тока составила примерно 0,5 см(Vs)(Vs - напряжение на электроде истока), которая равна этой же величине аморфного кремниевого полевого транзистора МОП-структуры (металл-окисел-полупроводник).
Тем не менее, органический полупроводник, такой как пентацен, имеет низкую термическую стабильность (он не стабилен, когда температура превышает 150°C) и токсичен (канцерогенен). По этой причине полезное устройство не было претворено в жизнь.
В последнее время внимание было обращено на материал из оксида как материал, который может быть употреблен для слоя проводящего канала ТПТ.
Например, ТПТ, используя в качестве слоя проводящего канала прозрачную токопроводящую оксидную поликристаллическую тонкую пленку, содержащую ZnO, в качестве главного ингредиента, был в процессе активной разработки. Тонкая пленка может быть получена при относительно низкой температуре и по этой причине ее можно получить прямо на подложке, такой как пластмассовая пластина или пластмассовая пленка. Тем не менее, в случае смеси, содержащей ZnO в качестве главного ингредиента, стабильная аморфная фаза не может быть получена при комнатной температуре, и получается поликристаллическая фаза. По этой причине трудно увеличить подвижность электрона из-за разрушения границ поликристаллических зерен. В дополнение, трудно достичь репродуктивности в параметрах устройства ТПТ из-за формы поликристаллических зерен и их взаимосвязи, вследствие этого они были значительно изменены в зависимости от способов получения пленки.
Тонкопленочный транзистор, использующий аморфный оксид на основе In-Ga-Zn-O, был описан в работе: K.Nomura, et al., Nature, 432, 488 (2004). Тонкопленочный транзистор может быть получен на пластмассовой пластине или стеклянной подложке при комнатной температуре. Устройство показывает замыкающие характеристики с дрейфовой подвижностью примерно от 6 до 9. Также преимущество состоит в том, что тонкопленочный транзистор является прозрачным для излучения в видимой области спектра.
Изобретатели настоящего изобретения изучили тонкопленочный транзистор, используя оксид, включающий аморфный In-Ga-Zn-O оксид. В качестве результата, есть случай, где случаются изменения транзисторных параметров (Id-Vg параметров) (Id - ток электрода стока, Vg - напряжение электрода затвора) ТПТ, хотя распространение изменений связано с проводящими материалами или условиями изготовления и т.д.
Когда ТПТ используется для, например, схемы пикселя дисплея, изменение параметров вызывает изменение в действиях органического светоизлучающего диода или работающего жидкокристаллического элемента, который в итоге понижает качество изображения дисплея.
Изложение изобретения
В связи с вышеизложенным целью настоящего изобретения является уменьшение вышеназванных изменений в параметрах.
Примеры обстоятельств изменений включают:
1) паразитное сопротивление, вызванное между каждым из электродов истока и стока и проводящим каналом; и
2) изменения в позиционных взаимоотношениях между затвором, истоком и стоком.
А именно, первая цель настоящего изобретения установить связь между проводящим каналом транзистора и каждым из электродов истока и стока, тем самым сокращая изменение параметров.
Вторая цель настоящего изобретения представить структуру способную формировать позиционное взаимоотношение между затвором, истоком и стоком с высокой точностью и способом изготовления, тем самым уменьшая изменение параметров.
Настоящее изобретение представляет полевой транзистор, включающий пленку оксида в качестве полупроводника слоя, в котором оксидная пленка включает одну из частей стока и истока, к которой добавлен один из водорода и дейтерия.
Настоящее изобретение также представляет полевой транзистор, включая пленку оксида, в качестве полупроводникового слоя, в котором оксидная пленка включает элемент проводящего канала, часть истока и часть стока; и концентрация одного из водорода или дейтерия в части истока и в части стока больше, чем концентрация одного из водорода или дейтерия в части проводящего канала.
Полевой транзистор в соответствии с настоящим изобретением используется для работы дисплея в соответствии с настоящим изобретением.
Далее, настоящее изобретение представляет способ изготовления полевого транзистора, включая оксидную пленку в качестве полупроводникового слоя, включая следующие действия: получение оксидной пленки на подложке; и добавление одного из водорода или дейтерия к части оксидной пленки, чтобы получить истоковую часть и стоковую часть.
Более того, настоящее изобретение представляет способ изготовления полевого транзистора, включая оксидную пленку в качестве полупроводникового слоя, включая следующие действия: получение оксидной пленки на подложке; получение электрода затвора на оксидной пленке через изолирующую пленку затвора; и добавление одного из водорода или дейтерия к оксидной пленке, используя образец электрода затвора в качестве шаблона, чтобы получить часть истока и часть стока в оксидной пленке при самосовмещении с образцом электрода затвора.
Краткое описание чертежей
Фиг.1А и 1Б - поперечные виды, иллюстрирующие структурные примеры полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - диаграмма, иллюстрирующая изменение удельного сопротивления аморфной In-Ga-Zn-O оксидной пленки в случае, когда туда добавлен водород.
Фиг.3А и 3Б - поперечные виды, иллюстрирующие способ изготовления полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением с использованием способа самосовмещения.
Фиг.4А, 4Б, 4С и 4Д - поперечные виды, иллюстрирующие способ изготовления полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.5А и 5Б - поперечные виды, иллюстрирующие структурные примеры полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.6 - поперечный вид, иллюстрирующий структурный пример полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.7А и 7Б - графики, иллюстрирующие параметры тонкопленочного транзистора в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.8А и 8Б - графики, иллюстрирующие характеристику гистерезиса полевого транзистора в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.9 - графики, иллюстрирующие соотношение между электропроводностью аморфной In-Ga-Zn-O оксидной пленки и парциальным давлением кислорода во время получения пленки.
Фиг.10 - поперечный вид, иллюстрирующий аппарат для получения аморфной оксидной пленки.
Фиг.11 - поперечный вид, иллюстрирующий пример устройства отображения в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.12 - поперечный вид, иллюстрирующий другой пример устройства отображения в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.13 - диаграмма, иллюстрирующая структуру устройства отображения, в которой пиксели, каждый включающий органическое электролюминесцентное устройство и тонкопленочный транзистор, являются двухмерно расположенными.
Лучший способ осуществления изобретения
Фиг.1А и 1Б являются поперечными видами, иллюстрирующими структурные примеры полевого транзистора в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Фиг.1А иллюстрирует пример структуры верхнего затвора, а Фиг.1Б иллюстрирует пример структуры нижнего затвора.
На Фиг.1А и 1Б на подложке 10 представлены: слой проводящего канала (тонкая оксидная пленка) 11, изолирующий слой затвора 12, электрод истока 13, электрод стока 14, электрод затвора 15, элемент истока 16, элемент стока 17 и элемент проводящего канала 18. Слой проводящего канала 11 включает элемент истока 16, элемент стока 17 и элемент проводящего канала 18.
Как показано на Фиг.1А, изолирующий слой затвора 12 и электрод затвора 15 находятся на слое проводящего канала 11, в упомянутом порядке, получая, таким образом, структуру верхнего затвора. Как показано на Фиг.1Б, изолирующий слой затвора 12 и слой проводящего канала 11 расположены на электроде затвора 15, в упомянутом порядке, получая, таким образом, структуру нижнего затвора. На Фиг.1А элемент истока и элемент стока служат так же, как электрод истока и электрод стока соответственно. На Фиг.1Б часть проводящего канала транзистора и электрод истока (электрод стока) соединены с каждым другим через часть истока (часть стока).
Как показано на каждой из Фиг.1А и 1Б в полевом транзисторе (ПТ) в соответствии с этим вариантом осуществления, тонкая оксидная пленка, которая является слоем проводящего канала 11, включает часть проводящего канала 18, часть истока 16 и часть стока 17. К части истока 16 и части стока 17 добавлен водород или дейтерий, чтобы вследствие этого уменьшить удельное сопротивление. Когда часть проводящего канала 18 содержит водород или дейтерий, концентрация водорода или дейтерия в каждой части истока 16 и части стока 17 поднимают до величины большей, чем концентрация водорода или дейтерия в части проводящего канала 18. Есть случай, где водород или дейтерий активно добавлены в элемент проводящего канала 18, и случай, где водород содержался без активного добавления. Как было описано позже, удельная электропроводность части истока (части стока) может быть увеличена добавлением туда водорода или дейтерия. В дополнение, когда концентрация водорода или дейтерия в части истока (части стока) повышена до значения большего, чем концентрация водорода или дейтерия в части проводящего канала 18, удельная электропроводность части истока (части стока) может быть доведена до величины большей, чем удельная электропроводность в части проводящего канала. В соответствии со структурой части проводящего канала электрод истока (стока) может быть электрически соединен с каждым другим с высокой надежностью, где на основании этого тонкопленочный транзистор, имеющий маленькие отклонения может быть претворен в жизнь.
В особенности, в соответствии с этим вариантом осуществления, часть истока и часть стока расположены в оксидной пленке. Вследствие этого может быть сделано стабильное электрическое соединение по сравнению со случаем с обычной структурой, в которой истоковый электрод и стоковый электрод непосредственно размещены на оксидной пленке.
В этом варианте осуществления структура верхнего затвора, структура нижнего затвора, структура со сдвигом или копланарная структура могут быть использованы произвольно как структуры полевого транзистора. Ввиду стабильного электрического соединения копланарная структура, представленная на Фиг.1А, может быть использована. Когда используется копланарная структура, истоковый и стоковый электроды непосредственно соединены с граничной поверхностью между изолирующим слоем затвора и слоем проводящего канала и электрическое соединение может быть достигнуто с высокой степенью надежности.
Транзистор, в соответствии с этим изобретением, может иметь структуру, в которой электрод затвора и истоковая (стоковая) части получены способом самосовмещения. Это, как было описано позднее, водород был добавлен к оксидной пленке путем использования образца электрода затвора как шаблона, на основании чего часть истока и часть стока при самосовмещении с соблюдением строения электрода затвора были расположены в оксидной пленке.
Транзистор может быть реализован, когда используют способ самосовмещения, в котором совмещение между истоковой (стоковой) частью и электродом затвора маленькое и равномерное. Как результат, паразитическая емкость конденсатора, которая вызвана совмещением части электрода затвора и части стока, может быть уменьшена и сделана постоянной. Отличный транзистор с неизменными параметрами может быть использован из-за малой паразитической емкости конденсатора.
(Истоковые и стоковые части)
Как описано ранее, к истоковой части 16 и стоковой части 17 добавлен водород или дейтерий, чтобы уменьшить удельное сопротивление. Авторы настоящего изобретения нашли, что когда водород (или дейтерий) добавлен к аморфной In-Ga-Zn-O тонкой пленке, электропроводность тонкой оксидной пленки становится больше. В случае, когда часть проводящего канала 18 содержит водород или дейтерий и концентрация водорода или дейтерия в каждой из истоковой и стоковой частей увеличена до значения больше, чем концентрация водорода или дейтерия в части проводящего канала, электрическое соединение может быть улучшено.
4
Фиг.2 - графическая зависимость, иллюстрирующая пример влияния количества введенного иона водорода на сопротивление. Фиг.2 иллюстрирует изменение электропроводности от количества введенного иона водорода в случае, где ионы введены в InGaZnO тонкую пленку, имеющую толщину примерно 500 нанометров. Абсцисса (ось х) - показывает логарифмическое представление количества введенного иона водорода на единицу площади, а ордината (ось у) - логарифмическое представление сопротивления. Поэтому водород может быть добавлен к аморфной оксидной пленке для контроля электропроводности.
Если водород или дейтерий добавлен к истоковой части и стоковой части, то вследствие этого электропроводность может быть увеличена. Если часть проводящего канала содержит водород или дейтерий, концентрация водорода в каждой из истоковой и стоковой частей увеличивается до величины большей, чем концентрация водорода в части проводящего канала. Поэтому электропроводность каждой из истоковой и стоковой частей может быть установлена на значении большем, чем электропроводность части проводящего канала. Как описано выше, когда каждая из истоковой и стоковой частей сделана из материала, в основном идентичного (кроме концентрации водорода) тому, из которого сделана часть проводящего канала, может быть получено удовлетворительное электрическое соединение между частью проводящего канала и каждым из истокового и стокового электродов. Это истоковый (стоковый) электрод соединен с частью проводящего канала через истоковую (стоковую) часть, тем самым получая удовлетворительное электрическое соединение.
В этом варианте осуществления любое сопротивление, которое меньше, чем сопротивление части проводящего канала, может быть использовано как сопротивление каждой из истоковой и стоковой частей. Сопротивление каждой из истоковой и стоковой частей может быть равно или меньше, чем 1/10 сопротивления части проводящего канала. Если сопротивление каждой из истоковой и стоковой частей становится равным или меньше чем 1/1000 сопротивления части проводящего канала, истоковая (стоковая) часть может быть использована как истоковый (стоковый) электрод.
17
3
19
3
17
3
19
3
Величина изменения сопротивления к изменению концентрации водорода зависит от состава оксидной пленки, качества пленки, или нечто подобного. Например, когда ионы водорода в количестве приблизительно 10(1/см) на единицу объема введены в In-Ga-Zn-O тонкую пленку, имеющую примерно 1000 Ωсм, сопротивление может быть уменьшено до примерно 50 Ωсм. Если введено примерно 10(1/см) ионов водорода, сопротивление может быть снижено до примерно 0,5 Ωсм. Диапазон концентраций водорода, добавленного к каждой из истоковой и стоковой частей, зависит от структуры оксидной пленки, но концентрация может быть равна или быть больше, чем 10(1/см). Особенно когда установлена концентрация, равная или больше, чем примерно 10(1/см), электропроводность каждой истоковой и стоковой частей становится больше, таким образом, истоковая и стоковая части могут быть использованы как истоковый и стоковый электроды.
Как описано выше, находясь в зависимости от условий получения пленки, в некоторых случаях оксидная пленка может содержать водород без активного добавления водорода. Поэтому, есть случай, где часть проводящего канала содержит водород без активного добавления водорода. Даже в таком случае, в порядке получения истоковой и стоковой частей, водород добавлен в последующую обработку, так что количество водорода, которое превышает количество водорода, содержащееся в части проводящего канала, введено в истоковую и стоковую части. Поэтому структура и эффект могут быть получены как описано выше.
Способ локального уменьшения количества водорода в порции оксидной пленки также может быть использован, чтобы использовать порцию как часть проводящего канала.
17
3
Концентрация водорода может быть оценена измерениями, используя ВИМС (вторично-ионная масс-спектрометрия). В зависимости от аппаратуры для оценки предел определения составляет примерно 10 (1/см). Величина, равная или меньшая, чем предел определения, может быть косвенно вычислена путем экстраполяции, основанной на линейной зависимости между параметрами процесса, добавления водорода (парциальное давление кислорода во время получения пленки или количество внедренного иона, как описано позднее) и количества водорода, содержащегося в тонкой пленке.
В каждой из Фиг.1А и 1Б единичная истоковая часть и единичная стоковая часть созданы. Как показано на Фиг.6, могут быть представлены многочисленные истоковые части 16а и 16б и многочисленные стоковые части 17а и 17б. Истоковые части 16а и 16б имеют различную электропроводность. Стоковые части 17а и 17б имеют различную электропроводность. Электропроводность может возрастать в следующем порядке: в части проводящего канала 18, в истоковой части 16а и в истоковой части 16б. Далее электропроводность может возрастать в следующем порядке: в части проводящего канала 18, в стоковой части 17а и в стоковой части 17б. Чтобы получить такую структуру, нужно только увеличить дополнительное количество ионов водорода в следующем порядке: в части проводящего канала 18, в истоковой части 16а и в истоковой части 16б и увеличить дополнительное количество водорода в следующем порядке: в части проводящего канала 18, в стоковой части 17а и в стоковой части 17б.
(Слой проводящего канала; оксидная пленка)
Любой материал, который является оксидом, может быть использован как материал слоя проводящего канала (оксидная пленка). Примеры материала включают оксид In и оксид Zn, при использовании которых может быть получена большая подвижность. Далее, слой проводящего канала может быть сделан из аморфного оксида. Если к следующей аморфной оксидной пленке добавлен водород, электропроводность может быть эффективно увеличена.
В частности, компоненты слоя проводящего канала, сделанные из аморфного оксида, представлены
1-x
x
2
1-y
y
2
3
1-z
z
[(SnM4)O]a·[(InM3)O]b·[(ZnM2O)]c,
где 0≤x≤1; 0≤y≤1; 0≤z≤1; 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤c≤1, и a+b+c=1,
M4 - элемент VI группы (Si, Ge или Zr), имеющий порядковый номер элемента меньше, чем у Sn,
M3 - это Lu или элемент III группы (B, Al, Ga или Y), имеющий порядковый номер элемента меньше, чем у In,
и M2 - это элемент II группы, (Mg или Ca), имеющий порядковый номер элемента меньше, чем у Zn.
1-y
y
2
3
2
2
3
В частности, [(InGa)O]b·[(ZnO)]c (где 0≤y≤1, 0≤b≤1, и 0≤c≤1) и [SnO]a·[(InO)]b·[(ZnO)]c (где 0≤a≤1, 0≤b≤1, и 0≤c≤1) предпочтительны.
2
2
3
Например, аморфная оксидная пленка может быть применена основываясь на одинарной, двойной или тройной композиции, расположенной во внутренней области треугольника, в котором SnO, InO, и ZnO размещены в вершинах. Находясь в зависимости от соотношения компонентов тройной композиции, есть случай, где кристаллизация происходит в диапазоне соотношения компонентов. Например, что касается в отношении двойной композиции, включая два из трех видов веществ, как описано выше (композиция размещена на стороне треугольника), аморфная In-Zn-O пленка может быть получена с композицией, в которой In содержится при равном или большем, чем примерно 80 атомн.% или более, и аморфная Sn-In-O пленка может быть получена с композицией, в которой In содержится в количестве примерно 89 атомн.%.
Далее, аморфный оксид может содержать In, Ga, и Zn.
14
18
3
Авторы настоящего изобретения изучили тонкопленочный транзистор, в котором аморфный оксид нанесен на слой проводящего канала. В результате изучения было найдено, что полуизолирующая аморфная оксидная пленка, имеющая электропроводность 10 S/см или более и 0,0001 S/см или менее, может быть нанесена на проводящий канал с целью получить отличные характеристики у тонкопленочного транзистора. Находясь в зависимости от материала композиции проводящего канала, с целью получить электропроводность, может быть получена аморфная оксидная пленка, которая имеет концентрацию носителей электронов примерно от 10 до 10 (1/см).
Если электропроводность составляет 10 S/см или более, полевой транзистор, работающий в режиме обогащения, не может быть получен и отношение вкл/выкл не может быть сделано больше. В экстремальных случаях, даже если приложено напряжение затвора, ток между истоковым и стоковым электродами не включен вкл/выкл и работа транзистора не наблюдается.
С другой стороны, в случае диэлектрика, другими словами, когда электропроводность равна или меньше чем 0,0001 S/см включенный ток не может быть сделан большим. В экстремальных случаях, даже если приложено напряжение затвора, ток между истоковым и стоковым электродами не включен вкл/выкл и работа транзистора не наблюдается.
14
18
3
Например, электропроводность оксида, использованного для слоя проводящего канала, может контролироваться контролем парциального давления кислорода во время получения пленки. Точнее, при контроле парциального давления кислорода главным образом контролируется количество мест, не занятых кислородом в тонкой пленке, в основном тем же, чем контролируется концентрация носителей электронов. Фиг.9 - диаграмма, иллюстрирующая типичную зависимость электропроводности от парциального давления кислорода, когда In-Ga-Zn-O оксидная, тонкая пленка получена напылением. В действительности при очень сильном контроле парциального давления кислорода может быть получена полуизолирующая пленка, которая является аморфной оксидной пленкой с полуизолирующим свойством, имеющей концентрацию носителя электрона от 10 до 10(1/см). При использовании тонкой пленки, как описано выше, для слоя проводящего канала может быть получен удовлетворительный тонкопленочный транзистор. Как показано на Фиг.9, при получении пленки с парциальным давлением обычно примерно 0,005 Па, может быть получена полуизолирующая тонкая пленка. Если парциальное давление кислорода составляет 0,001 Па или меньше, полученная тонкая пленка является изолирующей, тогда как, если парциальное давление кислорода составляет 0,01 Па или более, электропроводность настолько высока, что пленка является неподходящей для слоя проводящего канала транзистора.
Для сравнения транспортных свойств было приготовлено несколько аморфных оксидных пленок, полученных при различных парциальных давлениях кислорода, и в атмосфере получения пленок можно было оценить свойства по транспорту электрона. Если парциальное давление кислорода возрастало, появлялась тенденция к росту обоих и концентрации носителя и подвижности электрона. Для оценки было использовано измерение подвижности электрона по методу Холла.
В случае обычного полупроводника Si, GaAs, ZnO и т.д., когда концентрация носителя возрастает, подвижность электрона уменьшается благодаря, например, взаимодействию между носителями и примесями. С другой стороны, в случае аморфной оксидной пленки, использованной в этом варианте осуществления, подвижность электрона возрастает с ростом концентрации носителя электрона. Если напряжение приложено к электроду затвора, электроны могут быть внедрены в слой проводящего канала аморфного оксида. Поэтому ток течет между истоковым электродом и стоковым электродом, состояние "включено" получено между обоими электродами. В случае аморфной оксидной пленки в этом варианте осуществления, когда концентрация переносчика электронов растет, подвижность электрона становится больше, таким образом, напряжение, текущее в транзистор, который находится в состоянии "включено", может быть сделано больше. Это обратный ток насыщения и показатель вкл/выкл может быть сделан больше.
(Изолирующий слой затвора)
2
3
2
3
2
-7
В случае полевого транзистора, в соответствии с этим вариантом осуществления, любой материал, который имеет удовлетворительные изолирующие свойства, может быть использован для изолирующего слоя затвора 12. Например, AlO, YO, HfO, или смешанный состав, включая, по крайней мере, два из тех составов, могут использоваться для изолирующего слоя затвора 12. Поэтому каждая потеря тока, текущего между истоковым электродом и электродом затвора, и потеря тока, текущего между стоковым электродом и электродом затвора, могут быть уменьшены примерно до 10 ампер.
(Электроды)
2
3
Любой материал, который имеет удовлетворительную электропроводность и может дать соединение между истоковой частью 16 и стоковой частью 17, может быть использован для каждого из истокового электрода 13 и стокового электрода 14. Любой материал может быть также использован для электрода затвора 15. Например, прозрачная токопроводящая пленка, состоящая из InO:Sn, ZnO, или нечто подобного или металлическая пленка, состоящая из Au, Pt, Al, Ni, или нечто подобного, могут быть использованы.
Если каждая из частей затвора и стока имеет удовлетворительную электропроводность, электроды могут быть опущены, как показано на Фиг.1А.
Фиг.1Б, 5А, и 5Б, каждый, иллюстрируют схему примера, в котором представлены истоковый электрод 13 и стоковый электрод 14. На Фиг.5А изолирующий слой 19 представлен на схеме, представленной на Фиг.1А, и истоковый электрод и стоковый электрод соединены с истоковой частью и стоковой частью через сквозную область.
(Подложка)
Стеклянная подложка, пластиковая подложка, пластиковая пленка или нечто подобное могут быть использованы в качестве подложки 10.
Слой проводящего канала и изолирующий слой затвора, как описано выше, прозрачны при свете. Поэтому когда прозрачный материал использован для электродов и подложки, прозрачный тонкослойный транзистор может быть изготовлен.
(Параметры ТПТ)
Полевой транзистор является трехэлектродным прибором, включая электрод затвора 15, истоковый электрод 13 и стоковый электрод 14. Полевой транзистор является действующим электронным прибором, имеющим функцию контроля тока Id, текущего в проводящем канале на основе напряжения Vg, приложенного к электроду затвора. Это делает возможным контролировать ток Id, текущий между истоковым электродом и стоковым электродом.
Фиг.7А и 7Б иллюстрируют характерные параметры полевого транзистора в соответствии с этим вариантом осуществления.
Несмотря на то, что напряжение Vg, примерно в 5 вольт, приложено между истоковым электродом и стоковым электродом, напряжение затвора Vg, которое должно быть приложено, изменяется между 0 вольт и 5 вольт, ток Id (единица величины: µА), текущий между истоковым электродом и стоковым электродом, может контролироваться (переключением вкл/выкл). Фиг.7А иллюстрирует пример Id-Vd параметров (Id - ток электрода стока, Vd - напряжение электрода стока) при каждом Vg и Фиг.7Б иллюстрирует пример Id-Vg параметров (стокозатворная характеристика) при Vd в 6 в.
(Гистерезис)
Снижение гистерезиса, которое является одним из результатов в этом варианте осуществления, будет описано со ссылкой на Фиг.8А и 8Б. Гистерезис означает, что, как представлено на Фиг.8А и 8Б, в случае, где стокозатворная характеристика ТПТ оценена, когда Vg колеблется (поднимается и падает) несмотря на то, что Vd держится, изменения в значениях Id во время подъема напряжения отличаются от значений во время падения напряжения. Когда гистерезис большой, значение Id, полученное при установленном Vg, меняется. Поэтому устройство, имея маленький гистерезис, может быть использовано.
Фиг.8А и 8Б иллюстрируют примеры стокозатворных характеристик ТПТ в случае обычной схемы, в которой истоковый электрод и стоковый электрод получены непосредственно на оксидной пленке, и также представлены стокозатворные характеристики ТПТ в случае использования в этом варианте схемы осуществления, в которой истоковая часть и стоковая часть, каждая, имеет высокую концентрацию водорода. Обычная схема демонстрирует параметры гистерезиса, как показано на Фиг.8А. В отличие от этого, когда истоковая часть и стоковая часть, к каждой из которых добавлен водород, далее представлены, как в этом варианте осуществления, имея маленький гистерезис, может быть получено устройство, как показано на Фиг.8Б.
Если к проводящему каналу, соединенному с истоковым (стоковым) электродом через истоковую (стоковую) часть, добавлен водород, количество электрических зарядов, задержанных в соединительной порции, может быть уменьшено, чтобы понизить гистерезис.
(Способ производства)
Полевой транзистор, описанный выше, может быть произведен следующим технологическим процессом.
Этот процесс заключается в следующем: технологический процесс включает стадию получения оксидной пленки, которая является слоем проводящего канала и стадию добавления водорода к порциям оксидной пленки для получения истоковой части и стоковой части.
Может быть использован способ заблаговременного приготовления оксидной пленки, имеющей величину сопротивления, подходящую, чтобы обеспечить часть проводящего канала и затем добавлять водород к порциям оксидной пленки, чтобы получить истоковую и стоковую части.
Альтернативно может быть использован способ, в котором оксидная пленка, имеющая величину сопротивления слегка меньшую, чем величина сопротивления, подходящая, чтобы обеспечить часть проводящего канала, полученного заранее, и затем концентрацию водорода в порции оксидной пленки уменьшают, чтобы получить часть проводящего канала. Прежний способ является подходящим, потому что он прост для контроля концентрации водорода.
Несколько способов осаждения, таких как способ напыления, способ осаждения импульсным лазером или осаждение электронным лучом, могут быть использованы как способы получения оксидной пленки. Способ напыления является подходящим ввиду производительности по массе. Тем не менее, способ получения пленки не ограничен этими способами. Температура подложки во время получения пленки может поддерживаться в основном на уровне комнатной температуры без специального нагревания.
Способ, такой как введение иона водорода, плазменное прессование водорода, прессование атмосферного водорода или диффузия из примыкающей водородсодержащей пленки, может быть использован как способ добавления водорода к оксидной пленке.
+
-
+
2+
Из этих способов способ введения иона водорода наиболее приемлемый ввиду возможности контроля содержания водорода. H ион, H ион, D ион (ион дейтерия), H ион (молекулярный ион водорода), или нечто подобное могут быть использованы, как разновидности ионов для способа введения иона. В противоположность этому способ плазменного прессования водорода является подходящим ввиду высокой пропускной способности.
Например, способ плазменного прессования водорода может быть осуществлен, используя плоскопараллельный тип плазменного аппарата для химического осаждения из паровой фазы или аппарат плазменного травления типа реактивного ионного травления.
После этого в этом варианте осуществления будет описан способ самосовмещения.
В этом способе с целью создания истоковой части и стоковой части водород добавляют к оксидной пленке, используя модель электрода затвора, расположенную над слоем проводящего канала в качестве шаблона. В соответствии с этим способом истоковая часть и стоковая часть могут быть сделаны способом самосовмещения с электродом затвора.
Способ самосовмещения в этом варианте осуществления в отношении примера верхнего затвора тонкопленочного транзистора, представленного на Фиг.1А, будет описан со ссылкой на Фиг.3А и 3Б.
Первое, оксидная пленка, которая является слоем проводящего канала 11, получена на подложке 10 путем формирования рельефа. Затем наносится изолирующий слой затвора 12. Затем создают электрод затвора 15 путем формирования рельефа. В стадии добавления водорода водород добавляется в оксидную пленку способом таким же, как введение иона водорода или способом плазменного прессования водорода, используя электрод затвора в качестве шаблона (Фиг.3А), тем самым создавая истоковую часть 16 и стоковую часть 17 (Фиг.3Б). После этого может быть осуществлен обжиг, чтобы сделать однообразным содержание водорода.
Поэтому лежащий в одной плоскости транзистор может быть легко сделан способом самосовмещения с добавлением водорода к слою проводящего канала 11, используя электрод затвора 15 в качестве шаблона.
Когда используют такой способ, совмещение между электродом затвора и каждой из истоковой и стоковой частей может быть понижено. Совмещение сдерживает высокоскоростные действия транзистора, потому что совмещение действует как конденсатор (паразитический конденсатор). Изменение в совмещении вызывает изменение параметров транзистора. Когда используют процесс самосовмещения, паразитическая емкость конденсатора транзистора, которая вызвана в части совмещения между электродом затвора и каждой из частей истока и стока, может быть понижена и сделана постоянной. Как результат, можно произвести транзистор, имеющий высокую мощность привода и отличную однородность.
Когда используют этот способ, взаимное расположение между затвором, истоком и стоком может быть установлено автоматически, без совмещения фотошаблона с пластиной, которое вероятно может вызвать ошибку. Так как используют способ самосовмещения, нет необходимости в высокоточном совмещении фотошаблона с пластиной. Нет необходимости в диапазоне совмещения фотошаблона с пластиной, чтобы принять во внимание ошибку, вызванную совмещением фотошаблона с пластиной, таким образом, размер устройства может быть уменьшен.
Способ может быть осуществлен в процессе с низкой температурой, таким образом, тонкопленочный транзистор может быть получен на подложке, такой как пластиковая пластина или пластиковая пленка.
В соответствии с этим вариантом осуществления количество травлений и количество отслаиваний может быть уменьшено, чтобы получить исток и сток. Поэтому соединение электрод-полупроводник может быть получено в процессе с низкой стоимостью и с отличной стабильностью.
Может быть изготовлен дисплей, в котором сток, соответствующий выходному терминалу полевого транзистора, соединен с электродом элемента дисплея, такого как органический или неорганический электролюминесцентный (ЭЛ) элемент, или жидкокристаллический элемент. Структурный пример специального дисплея будет описан ниже со ссылкой на поперечный вид дисплея.
Например, как показано на Фиг.11, полевой транзистор, включая оксидную пленку (слой проводящего канала) 112, истоковый электрод 113, стоковый электрод 114, изолирующую пленку затвора 115 и электрод затвора 116, получен на базе 111. Стоковый электрод 114 соединен с электродом 118 через промежуточный слой диэлектрической пленки 117. Электрод 118 находится в контакте со светоизлучающим слоем 119. Светоизлучающий слой 119 находится в контакте с электродом 120. В соответствии с такой схемой ток, поданный в светоизлучающий слой 119, может быть проконтролирован, основываясь на величине тока, текущего между истоковым электродом 113 и стоковым электродом 114 через канал, сделанный в оксидной пленке 112. Поэтому ток, поданный в светоизлучающий слой 119, может быть проконтролирован, основываясь на напряжении, приложенном к электроду затвора 116 полевого транзистора. Электрод 118, светоизлучающий слой 119 электрод 120 составляют неорганический или органический электролюминесцентный элемент.
Альтернативно, как показано на Фиг.12, стоковый электрод 114 расширен, чтобы также использоваться как электрод 118, так может быть представлена схема, в которой стоковый электрод 114 используют как электрод 118 для приложения напряжения к жидкокристаллической ячейке или части ячейки 123, помещенной между пленками с большим сопротивлением 121 и 122. Жидкокристаллическая ячейка или электрофорезная часть ячейки 123, пленки с большим сопротивлением 121 и 122, электрод 118 и электрод 120 составляют элемент изображения. Напряжение, приложенное к элементу изображения, может контролироваться на основе величины напряжения стокового электрода 114. Поэтому напряжение, приложенное к элементу изображения, может контролироваться на основе напряжения, приложенного к электроду затвора 116 тонкопленочного транзистора. Когда носитель изображения элемента изображения есть капсула, в которой жидкость и частицы герметично закрыты изоляционным покрытием, пленки с большим сопротивлением 121 и 122 являются лишними.
В двух вышеназванных примерах полевого транзистора обычно показывают схему копланарного верхнего затвора. Тем не менее, этот вариант осуществления не обязательно ограничен этой схемой. Например, соединение между стоковым электродом, который является выводом полевого транзистора, и элементом изображения топологически является тем же самым, но может быть использована и другая схема, такая как схема со сдвигом.
В двух примерах показан пример, в котором пара электродов для управления элементом изображения представлена параллельно с базой. Тем не менее, этот вариант осуществления не обязательно ограничен такой схемой. Например, соединение между стоковым электродом, который является выводом полевого транзистора, и элементом изображения остается топологически тем же, любой один из электродов или оба электрода могут быть перпендикулярно прикреплены к базе.
В двух примерах показан только один полевой транзистор, соединенный с элементом изображения. Тем не менее, этот вариант осуществления не обязательно ограничен такой схемой. Например, полевой транзистор, показанный на чертеже, может быть соединен с другим полевым транзистором в соответствии с вариантом осуществления. Только необходимо, чтобы полевой транзистор, представленный на чертеже, был представлен на заключительной стадии цепи, включая полевые транзисторы.
В случае, где пара электродов для управления элементом изображения представлена параллельно с базой, когда элемент изображения является электролюминесцентным элементом или элементом отражения изображения, таким как жидкокристаллический элемент отражения, необходимо, чтобы любой из электродов был прозрачным для длины волны излучаемого света или длины волны отраженного света. Альтернативно, в случае дисплея, такого как проходной жидкокристаллический элемент, необходимо чтобы каждый из электродов был прозрачным для передаваемого света.
Все детали, составляющие полевой транзистор, в соответствии с этим вариантом осуществления, могут также быть сделаны прозрачными, с результатом, что прозрачный элемент изображения может быть произведен.
Такой элемент изображения может быть снабжен базой, стойкой при низкой температуре, такой как подложка из пластмассы на основе смолы, которая обладает легким весом, эластична и прозрачна.
Далее, дисплей, в котором пиксели, каждый из которых включает электролюминесцентный элемент (в этом случае, органический электролюминесцентный элемент) и полевые транзисторы являются двухмерно расположенными, будет описан со ссылкой на Фиг.13.
На Фиг.13 транзистор 181 управляет органическим электролюминесцентным слоем 184, а транзистор 182 выбирает пиксель. Конденсатор 183, который используется, чтобы поддерживать выбранное состояние, и размещенный между обычной линией электрода 187 и истоковой порцией транзистора 182, хранит заряды, чтобы держать сигнал, приложенный к затвору транзистора 181. Выбор пикселя определен линией сканирующего электрода и линией сигнального электрода 186.
Более точно, сигнал изображения направлен как импульс от запускающего устройства схемы (не показано) к электроду затвора через линию сканирующего электрода 185. В то же время импульс направлен от другого запускающего устройства схемы (не показано) к транзистору 182 через линию сигнального электрода 186, выбирая, таким образом, пиксель. В это время транзистор 182 включен, чтобы накапливать электрический заряд в конденсаторе 183, расположенном между линией сигнального электрода 186 и истоком транзистора 182. Тем не менее, напряжение затвора транзистора 181 удерживается на желательном уровне, таком чтобы транзистор был включен. Такое состояние удерживается до тех пор, пока не поступит следующий сигнал. Во время режима, в котором транзистор 181 находится в состоянии включен, напряжение и ток подаются на органический электролюминесцентный слой 184, чтобы поддерживать излучение света.
В конструкционном примере, представленном на Фиг.13, каждый пиксель включает два транзистора и конденсатор. Для того чтобы улучшить эксплуатационные параметры, в этот состав может быть включено большее количество транзисторов и нечто подобного. Существенно, что In-Ga-Zn-O полевой транзистор, который является прозрачным полевым транзистором, в соответствии с этим вариантом осуществления, который может быть получен при низкой температуре, используется для части транзистора. Таким образом, получен действующий электролюминесцентный элемент.
После этого примеры настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на приложенные чертежи.
(Пример 1)
В этом примере, был сделан верхний затвор тонкопленочного транзистора, имеющего копланарную структуру, как показано на Фиг.1А.
Что касается способа производства, то в этом примере был использован способ самосовмещения, представленный на Фиг.3А и 3Б.
Аморфный In-Ga-Zn-O оксид был использован для слоя проводящего канала 11. Был использован способ введения иона водорода, чтобы получить истоковую часть и стоковую часть.
Прежде аморфная оксидная пленка, в качестве слоя проводящего канала 11, была получена на стеклянной подложке 10 (изготовленной Corning Incorporated, 1737). В этом примере аморфная In-Ga-Zn-O оксидная пленка была получена распылением в высокочастотном диапазоне в смешанной атмосфере газообразных аргона и кислорода.
Была использована напылительная установка для получения пленки, как показано на Фиг.10, включающая образец 51, мишень 52, вакуумный насос 53, вакуумметр 54, подложку, несущую приспособления 55, средства контроля скорости газового потока 56, предоставленные для соответствующих систем подачи газа, средства контроля давления 57, и камера для получения пленки 58.
Для изготовления пленки была использована напылительная установка, которая состояла из камеры для получения пленки 58, вакуумного насоса 53 для создания вакуума в камере получения пленки, подложки, несущей приспособления 55 для удерживания подложки, на которой готовили оксидную пленку в камере получения пленки, и источника твердого материала (мишень) 52, находящегося напротив подложки, несущей приспособления, и далее - источник энергии (источник мощного ВЧ-сигнала, который не показан) для испарения материала из источника твердого материала, и средства для доставки газообразного кислорода в камеру получения пленки.
2
Были представлены три системы подачи газов: для аргона, кислорода и смеси газов аргона и кислорода (Ar:О=80:20), со средствами контроля скорости потока газа 56, способными независимо контролировать скорость потока соответствующих газов и средства контроля давления 57, для контроля скорости на выходе, в камере получения пленки можно было получить заранее установленную газовую атмосферу.
3
2
В этом примере полученный спеканием поликристаллический материал, имеющий состав InGaO(ZnO), имеющий размер в два дюйма, был использован как мишень (источник материала) и приложенная высокочастотная мощность составляла 100 ватт. Общее давление атмосферы, когда пленка была произведена, составило 0,5 Па, где соотношение газовых потоков было Ar:О=100:1. Скорость получения пленки была 13 нанометров/мин, а температура подложки была 25°C.
Что касается полученной пленки, при взгляде на угол дифракции рентгеновских лучей (способ тонкой пленки, угол падения составил 0,5 градуса), который был определен приблизительно на поверхности пленки, то четкого дифракционного пика обнаружено не было, который показывает, что изготовленная In-Ga-Zn-O пленка является аморфной пленкой.
Далее, как результат анализа характеристик, используя спектроскопическую эллипсометрию, было найдено, что среднеквадратическая шероховатость тонкой пленки была равна примерно 0,5 нанометров, и толщина пленки вследствие этого была равна примерно 60 нанометрам. Как результат флюоресцентной спектроскопии рентгеновских лучей композиционное соотношение металлов в тонкой пленке составило In:Ga:Zn=38:37:25.
-2
16
3
3
Электропроводность была равна приблизительно 10S/см, концентрация носителя электрона была равна 4×10(1/см) и оцененная подвижность электрона составила приблизительно 2 см/V·сек.
Из спектрального анализа абсорбции света запрещенная ширина полосы энергии, произведенной аморфной оксидной пленки, была равна примерно 3 электронвольтам.
2
3
2
3
Далее, изолирующий слой затвора 12, был получен путем получения изображения, используя фотолитографический метод и метод обратной литографии. Изолирующий слой затвора был получен путем формирования YO пленки толщиной в 150 нанометров, используя метод электронно-лучевого осаждения. Относительная электронная константа YO пленки составляла приблизительно 15.
Далее, электрод затвора 15 был сделан с использованием фотолитографического метода и метода обратной литографии. Длина проводящего канала была 40 µм, в то время как ширина проводящего канала была 200 µм. Электрод был сделан из Au и имел толщину 30 нанометров.
Затем ион водорода (или дейтерия) был внедрен в тонкую аморфную окисную пленку (Фиг.3A), чтобы сформировать часть истока и часть стока в слое проводящего канала (Фиг.3Б). Во время введения иона, как показано на Фиг.3А, ионы водорода были введены в слой проводящего канала через изолирующую пленку затвора.
В соответствии с этим методом электрод затвора был использован как шаблон, и часть истока и часть стока были расположены при самосовмещении в соответствии со строением электрода затвора.
+
13
2
17
2
При введении иона H (протон) был использован как разновидность ионов, а ускоряющее напряжение было равно 20 киловольт. Энергия ионного излучения на единицу поверхности могла быть установлена приблизительно от 1×10 (1/см) до 1×10 (1/см). Образец, к которому были добавлены ионы дейтерия, был отдельно приготовлен как в вышеупомянутом случае.
15
2
19
3
13
2
17
3
Анализ состава был выполнен, используя вторичную ионную масс-спектрометрию, чтобы оценить содержание водорода. Концентрация водорода в тонкой пленке облученной навески с ионами при 1×10 (1/см) была примерно 2×10(1/см). Поэтому, например, в случае навески, в которой количество облученных ионов было 1×10(1/см), концентрация водорода не могла быть измерена потому, что она была равна или меньше, чем предел обнаружения. Тем не менее, можно было оценить, что концентрация водорода была приблизительно 2×10(1/см).
16
2
20
3
Количество излучения иона водорода каждой из частей истока и стока в тонкопленочном транзисторе в соответствии с этим примером было установлено на уровне 1×10(1/см). Концентрация водорода была оценена приблизительно в 2×10 (1/см). Была оценена электропроводность приготовленной отдельно навески. Электропроводность была приблизительно равна 80 S/см. В этом примере каждая из частей истока и стока имела достаточно высокую электропроводность, такую, что была использована схема, представленная на Фиг.1А, с исключением электрода истока и электрода стока.
(Сравнительный пример 1)
В сравнительном примере было изготовлено устройство, имеющее схему, в которой электрод истока и электрод стока были сформированы непосредственно на оксидной пленке. Аморфный оксидный слой был создан на подложке. После этого электрод истока, электрод стока, изолирующий слой затвора и электрод затвора были созданы путем формирования изображения. Метод самосовмещения не использовался. Образование каждого слоя было выполнено на основе примера 1. Электрод из золота (Au), имеющий толщину 30 нанометров, был использован как каждый из электродов истока и стока.
(Оценка характеристик тонкопленочного транзисторного устройства).
-5
Фиг.7А и 7Б представляют экземпляры вольтамперных характеристик тонкопленочного транзисторного устройства, измеренных при комнатной температуре. Фиг.7А представляет вольтамперные (Id-Vd) характеристики, в то время как Фиг.7Б представляет вольтамперные (Id-Vg) характеристики. Как показано на Фиг.7А, когда было приложено предварительно определенное напряжение затвора Vg и зависимость тока истока-стока Id от напряжения стока Vd вместе с изменениями Vd было измерено, поведение обычного полупроводникового транзистора, то есть, насыщение (откусывать) во время, когда Vd было приблизительно равно 6 вольт, было представлено. Что касается амплитудной характеристики, то когда было приложено напряжение Vd в 4 вольта, пороговое значение напряжения затвора Vg, было примерно -0,5 вольта. Когда Vg было 10 вольт, протекал ток Id, приблизительно равный 1,0×10 А.
6
2
-1
Соотношение параметров вкл/выкл транзистора было равно 10 или более. Затем, когда из выходных характеристик была вычислена дрейфовая подвижность, в области насыщения была получена дрейфовая подвижность, равная приблизительно 8 см(Vs). Изготовленное устройство было облучено видимым светом и были сделаны некоторые измерения. Никаких изменений в характеристиках транзистора не наблюдалось.
Было оценено изменение характеристик множества устройств, изготовленных на такой же подложке. Изменение в этом примере было меньше, чем изменение в сравнительном примере. Например, было оценено изменение тока в открытом состоянии. В сравнительном примере изменение составило примерно ±15%. В противоположность этому в этом примере изменение было приблизительно ±10%.
В полевом транзисторе, в соответствии с этим примером, слой проводящего канала (тонкая оксидная пленка) включал часть проводящего канала, часть истока и часть стока, каждая из которых имела концентрацию водорода больше, чем та же в части проводящего канала. Поэтому ожидалось, что стабильное электрическое соединение можно будет сделать между частью проводящего канала и каждым из истокового и стокового электродов, таким образом улучшая однородность и надежность устройства.
Тонкопленочный транзистор, в соответствии с этим примером, имел гистерезис меньше, чем гистерезис тонкопленочного транзистора сравнительного примера. Фиг.8А и 8Б иллюстрируют вольтамперные (Id-Vg) характеристики в этом примере и в сравнительном примере для их сравнения. Фиг.8А иллюстрирует сравнительный пример и Фиг.8Б иллюстрирует пример характеристик тонкопленочного транзистора в этом примере. Как показано на чертежах, когда водород был добавлен к слою проводящего канала, гистерезис тонкопленочного транзистора мог быть уменьшен.
То есть, в соответствии с этим примером, удовлетворительное электрическое соединение, которое было устойчивым, чтобы задерживать электрические заряды, могло быть осуществлено между каждым из истокового и стокового электродов и проводящего канала так, что тонкопленочный транзистор, имеющий маленький гистерезис, мог быть осуществлен.
Потом была оценена динамическая характеристика верхнего затвора тонкопленочного транзистора. Напряжение в 5 вольт было приложено между истоком и стоком. Напряжение в +5 вольт и -5 вольт, которые были приложены к электроду затвора, каждое из которых имело продолжительность импульса в 30 µсек и период равный 30 mсек, было поочередно включено, чтобы измерить выходной сигнал тока стока. В этом примере, возрастающий ток был отличным, а изменение во время возрастания между устройствами было маленьким.
То есть, в соответствии с этим примером, относительное положение между затвором, истоком и стоком могло быть реализовано с высокой точностью методом самосовмещения. Поэтому режим работы с высоким быстродействием был возможен и устройство, имея высокую равномерность, могло быть реализовано. Большого различия в характеристиках между случаем введения иона водорода и случаем введения иона дейтерия не наблюдалось.
Можно ожидать, что полевой транзистор, имея относительно большую дрейфовую подвижность, в соответствии с этим примером, может быть использован, например, в схеме для работы органического светоизлучающего диода.
(Пример 2)
18
3
В этом примере схема и способ изготовления основывались на примере 1. Тем не менее, количество введенного водорода контролировалось, как контролировалась концентрация водорода, в каждой из истоковой и стоковой частей, становясь приблизительно 1×10 (1/см).
В этом примере электропроводность каждой из истоковой и стоковой частей была недостаточной, и поэтому ток в открытом состоянии был слегка меньше чем он же в примере 1. Электропроводность образца, приготовленного отдельно при вышеупомянутой концентрации водорода, была оценена, чтобы получить электропроводность, равную приблизительно 0,01 S/см.
Когда относительно низкая концентрация водорода была использована в истоковой и стоковой частях, изолирующем слое 19, электрод истока и электрод стока были далее представлены, как показано на Фиг.5А, так что удовлетворительные характеристики транзистора можно было реализовать, как в случае примера 1. Характеристика гистерезиса, однородность и эксплуатационные параметры режима работы с высоким быстродействием были также предпочтительны.
(Пример 3)
Этот пример является изготовленным примером, в котором был сделан нижний затвор устройства тонкопленочного транзистора, имеющего копланарную структуру, как показано на Фиг.1Б.
В этом примере устройство было сделано с использованием способа производства, представленного на Фиг. от 4А до 4Г. Способ самосовмещения не был использован.
Слой проводящего канала, сделанный из аморфного In-Ga-Zn-O оксида, был сформирован с использованием способа осаждения пульсирующим лазером. Истоковая часть и стоковая часть были сформированы с использованием процесса с водородной плазмой.
Сначала электрод затвора 15 был структурирован с использованием фотолитографического метода и метода обратной литографии на стеклянной подложке 10 (изготовленной Corning Incorporated, 1737). Электрод был сделан из Ta и имел толщину 50 нанометров.
2
Далее, изолирующий слой затвора 12 был сформирован структурированием, используя фотолитографический метода и метод обратной литографии. Изолирующий слой затвора был получен нанесением HfO пленки с толщиной в 150 нанометров, используя лазерный метод осаждения.
Далее, аморфная In-Zn-Ga-O оксидная пленка, которая является слоем проводящего канала, была получена структурированием, используя фотолитографический метод и метод обратной литографии.
Аморфная In-Zn-Ga-O оксидная пленка была нанесена пульсирующим лазером способом осаждения, используя KrF эксимерный лазер.
3
4
-3
2
Аморфная In-Zn-Ga-O оксидная пленка была нанесена с использованием поликристаллического, полученного спеканием материала, имеющего состав InGaO(ZnO) в качестве мишени. Парциальное давление кислорода, когда пленка была сформирована, было равно 7 Ра. Следует заметить, что мощность KrF эксимерного лазера составляла 1,5×10 мегаджоуль/см/импульс, продолжительность импульса была равна 20 наносекунд и частота повторения импульсов была равна 10 герц. Далее, температура подложки была 25°C.
В результате рентгенолюминесцентной спектроскопии было определено композиционное соотношение металлов в тонкой пленке In:Ga:Zn=0,97:1,01:4. Далее, в результате анализа образцов, используя спектроскопическую эллипсометрию, было найдено, что среднеквадратичное значение погрешности тонкой пленки было приблизительно равно 0,6 нанометров и толщина пленки была приблизительно равна 100 нанометрам. Что касается полученной пленки, при взгляде на угол дифракции рентгеновских лучей (способ тонкой пленки, угол падения составил 0,5 градуса), который был определен приблизительно на поверхности пленки, то четкого дифракционного пика обнаружено не было, который показывает, что изготовленная In-Ga-Zn-O пленка является аморфной пленкой.
Далее, резистная маска 20, имеющая то же строение, как и электрод затвора, была получена путем формирования изображения (Фиг.4А).
После этого к аморфной In-Ga-Zn-O тонкой пленке, которая была слоем проводящего канала, был добавлен водород при плазменной обработке водородом, с использованием аппарата для плазменной обработки. Плазменная обработка водородом может быть выполнена, используя аппарат для химического осаждения из паровой фазы с плоскопараллельным типом плазмы, или аппарат плазменного травления для реактивного ионного травления (Фиг.4Б).
2
Образец, чтобы быть обработанным (подложка, полученная после предыдущей стадии), был помещен в аппарат, в котором был создан вакуум. После этого из канала подачи активного газа в камеру для проведения процесса был подан газ, содержащий водород, а источником ВЧ-сигнала послужил мощный высокочастотный сигнал, генерировав, таким образом, плазму. Например, расстояние между электродами было установлено в 5 см, температура подложки была 100°C, скорость потока газа (Н) была 500 кубических сантиметров в минуту, а внутреннее давление в камере - 1 торр. Содержание водорода в тонкой пленке, подвергаемой воздействию плазменной обработкой водородом, возросло, а сопротивление вследствие этого уменьшилось.
В дальнейшем, электрод стока 14 и электрод истока 13 были сформированы путем формирования изображения. Каждый из электродов был сделан из золота и имел толщину в 30 нанометров (Фиг.4С).
В заключение, шаблон 20 был вытравлен, чтобы сформировать тонкопленочный транзистор, представленный на Фиг.4Г. Длина канала была равна 50 µm и ширина канала была 180 µm.
(Сравнительный пример 2)
Был приготовлен образец, не подверженный вышеупомянутой обработке водородной плазмой. Слой проводящего канала имел однообразную концентрацию водорода над всей областью пленки и не включал истоковую и стоковую части. Другие схемы и методы изготовления основывались на примере 2.
(Оценка параметров устройства тонкопленочного транзистора)
6
2
-1
Тонкопленочный транзистор в соответствии с этим вариантом осуществления проявил поведение типичного полупроводникового транзистора, который насыщен при (напряжение отсечки) Vd=6 вольт. Отношение вкл/выкл транзистора составляло 10 или более и дрейфовая подвижность была приблизительно равна 7 см(Vs).
Когда было произведено множество устройств, изменение в параметрах тонкопленочного транзистора в соответствии с примером 3 было меньше, чем изменение в параметрах тонкопленочного транзистора в соответствии со сравнительным примером 2. Параметры гистерезиса и представление режима работы устройства с высоким быстродействием примера 3 были также предпочтительными.
В полевом транзисторе в соответствии с этим примером слой проводящего канала (тонка оксидная пленка) включал часть проводящего канала, часть истока и часть стока, каждая из которых имела концентрацию водорода больше, чем это же в части проводящего канала. Поэтому ожидалось, что стабильное электрическое соединение можно сделать между частью проводящего канала и каждым из истокового и стокового электродов, таким образом улучшая однородность и надежность устройства.
Можно ожидать, что полевой транзистор, имеющий относительно большую дрейфовую подвижность, в соответствии с этим примером будет использован, например, для схемы органического светоизлучающего диода.
(Пример 4)
Этот пример является примером, в котором устройство верхнего затвора тонкопленочного транзистора, как показано на Фиг.5Б, было изготовлено на пластиковой подложке.
Полиэтилентерефталатная пленка была использована в качестве подложки.
Сначала слой проводящего канала был получен на подложке путем формирования изображения.
2
3
2
Далее, в этом примере, в формировании слоя проводящего канала поликристаллический, полученный спеканием, материал, имеющий состав InO/ZnO, размером в два дюйма, был использован как мишень (исходный материал) и было приложено высокочастотное излучение мощностью 100 ватт. Общее давление при получении пленки было 0,4 Па, а соотношение газов в газовом потоке было следующее Ar:O=100:2. Скорость получения пленки была 12 нм/мин и температура подложки была 25°C.
Что касается полученной пленки, при взгляде на угол дифракции рентгеновских лучей (способ тонкой пленки, угол падения составил 0,5 градуса), который был определен приблизительно на поверхности пленки, то четкого дифракционного пика обнаружено не было, который показал бы, что изготовленная In-Ga-Zn-O пленка является аморфной пленкой. В качестве результата рентгеновской флюоресцентной спектроскопии было получено композиционное соотношение металлов In:Zn=1,1:0,9.
Далее, изолирующий слой затвора и электрод затвора были поставлены друг на друга. Изолирующий слой затвора и электрод затвора были сделаны так, чтобы иметь одинаковое строение.
2
3
Электрод затвора - прозрачная, токопроводящая пленка, состоящая из InO:Sn.
Далее, обработка водородной плазмой была представлена, как в случае примера 3. Истоковая часть и стоковая часть были получены самосовмещением, используя электрод затвора в качестве шаблона.
2
3
Истоковый электрод и стоковый электрод были получены формированием изображения. Прозрачная токопроводящая пленка, состоящая из InO:Sn, была использована, как каждый из электродов истока и стока, и толщина была 100 нм.
(Оценка параметров устройства тонкопленочного транзистора)
3
3
-1
Тонкопленочный транзистор, полученный на полиэтилентерефталатной пленке, был измерен при комнатной температуре. Соотношение параметров вкл/выкл транзистора составляло 10 или более. Рассчитанная дрейфовая подвижность была приблизительно равна 3 см(Vs). Как в случае примера 1, изменение характеристик между устройствами характеристики гистерезиса и осуществление режима работы с высоким быстродействием были предпочтительны.
В то время как устройство, полученное на полиэтилентерефталатной пленке, было согнуто по кривой с радиусом в 30 мм, характеристика транзистора была измерена тем же способом. Большое изменение в характеристике транзистора не наблюдалось. Такое же измерение было выполнено с видимым лучеиспусканием. Изменение в характеристике транзистора не наблюдалось. Тонкопленочный транзистор, изготовленный в этом варианте осуществления, был прозрачным для видимого света и был изготовлен на эластичной подложке.
(Пример 5)
В этом примере будет описан дисплей, использующий полевой транзистор, представленный на Фиг.12. В полевом транзисторе площадка пленки из оксидов индия и олова, служащая в качестве электрода стока, была удлинена от короткой стороны на 100 µм. Часть, соответствующая 90 µм удлиненной порции, была оставлена, чтобы обеспечить монтаж истокового электрода и электрода затвора. Затем тонкопленочный транзистор был покрыт изолирующим слоем. Полиимидная пленка была нанесена на изолирующий слой и подвержена стадии полирования. С другой стороны, была приготовлена пластиковая подложка, на которой были размещены пленка из оксидов индия и олова и полиимидная пленка, и была выполнена полирующая стадия. Пластиковая подложка была противопоставлена подложке, на которой каждый полевой транзистор был сформирован с просветом в 5 µм и затем туда был введен нематический жидкий кристалл. Обе стороны такой схемы были оснащены парой поляризационных пластин. Когда напряжение было приложено к истоковому электроду полевого транзистора и напряжение, приложенное к электроду затвора было настроено, светопропускание было изменено только в районе площадки 30 µм×90 µм, которая была частью площадки пленки из оксидов индия и олова, которая была удлинена от стокового электрода. Пропускающая способность могла постоянно меняться напряжением истока-стока во время приложения напряжения к электроду затвора, при котором полевой транзистор становится в состояние "включено". Поэтому был изготовлен дисплей, использующий жидкокристаллическую ячейку как элемент дисплея, как показано на Фиг.12.
В другом примере белая пластиковая подложка была использована в качестве подложки, на которой был сформирован каждый тонкопленочный транзистор. Материал каждого из электродов тонкопленочного транзистора был заменен на золото. Полиимидная пленка и поляризационные пластины были исключены. Просвет между белой пластиковой подложкой и прозрачной пластиковой подложкой был заполнен капсулами, в которых частицы и жидкость были покрыты изолирующим покрытием. В случае дисплея, имеющего такую структуру, напряжение между удлиненным стоковым электродом и пленкой из оксидов индия и олова, находящейся выше, контролировалось полевым транзистором так, что частицы в капсулах двигались в осевом направлении. Поэтому отражательная способность удлиненного стокового электрода для дисплея, как видно со стороны прозрачной подложки, могла контролироваться. В другом примере множество полевых транзисторов было сформировано прилегающими друг к другу, чтобы изготовить, например, нормальную схему управления током, включая четыре транзистора и конденсатор. Поэтому тонкопленочный транзистор, представленный на Фиг.11, мог быть использован как один из транзисторов заключительной стадии, чтобы управлять электролюминесцентным элементом. Например, был использован полевой транзистор использующий пленку из оксидов индия и олова как стоковый электрод. Органический электролюминисцентный элемент, включая инжекционный слой и светоизлучающий слой, был сформирован на площадке 30 µм × 90 µм, которая была частью площадки пленки из оксидов индия и олова, которая была вытянута от стокового электрода. Таким образом, мог быть произведен дисплей, используя электролюминесцентный элемент.
(Пример 6)
Элементы изображения и полевые транзисторы, каждый из которых соответствует тому же в примере 5, были двухмерно расположены. Например, 7425×1790 пикселей, каждый из которых включал элемент изображения, такой как жидкокристаллическая ячейка или электролюминесцентный элемент и полевой транзистор в примере 5, и имел зону 30 µm×115 µm, были расположены в квадратной форме с расстоянием в 40 µm в направлении малой стороны и с расстоянием в 120 µm в направлении длинной стороны. Затем была предусмотрена 1790 разводка соединений затвора, проходящая через электроды затвора 7425 полевых транзисторов в направлении длинной стороны и была предусмотрена 7425 сигнальная разводка, проходящая через части электродов истока 1790 тонкопленочного транзистора, которые выступали в области аморфной оксидной полупроводниковой пленки на 5 µm в направлении короткой стороны. Проводка была соединена с формирователем затвора и формирователем истока. В случае жидкокристаллического элемента изображения, когда цветные светофильтры, каждый из которых был равен в размерах жидкокристаллическому элементу изображения и выровнен с ними, были предусмотрены на поверхностях устройства, такие как красные (К), зеленые (З) и синие (С) фильтры были повторены в направлении длинной стороны, могла быть изготовлена активная матрица цветного изображения дисплея (примерно 211 пикселей на дюйм и формата А4).
В случае электролюминесцентного элемента между двумя полевыми транзисторами, включенными в электролюминесцентный элемент, электрод затвора первого полевого транзистора был соединен с линией затвора, и электрод истока второго полевого транзистора был соединен с сигнальной линией. Длина волны светового излучения электролюминесцентных элементов были повторены в следующем порядке К, З и С цвета в направлении длинной стороны. Поэтому могло быть изготовлено световое излучение цветного изображения дисплея, имеющего ту же резкость.
Формирователь для запуска активной матричной схемы может быть изготовлен, используя тонкопленочный транзистор в соответствии с этим вариантом осуществления, который идентичен полевому транзистору в смысле пикселя или изготовлен, используя существующий кристалл интегральной схемы.
Полевой транзистор, в соответствии с настоящим изобретением, может быть изготовлен на эластичном материале, включая полиэтилентерефталатную пленку. Это значит, что выключение может быть осуществлено в изогнутым состоянии. В дополнение, полевой транзистор прозрачен для видимого света и инфракрасного света, которые имеют длину волны в 400 нанометров или больше, так что полевой транзистор, в соответствии с настоящим изобретением, может быть применен в качестве выключающего элемента жидкокристаллического дисплея или электролюминесцентного дисплея. Полевой транзистор, в соответствии с настоящим изобретением, может быть широко использован с гибким дисплеем, дисплеем, видимым насквозь, плата для монтажа личной идентификационной карты и нечто подобного.
В соответствии с полевым транзистором настоящего изобретения слой проводящего канала (оксидная пленка) включает часть истока и часть стока, к которым добавлен водород или дейтерий. Альтернативно, слой проводящего канала (оксидная пленка) включает часть проводящего канала, содержащую водород или дейтерий и часть истока и часть стока, которые имеют концентрацию водорода больше, чем их концентрация в части проводящего канала. Поэтому стабильное электрическое соединение может быть сделано между частью проводящего канала и каждым из электродов истока и стока, улучшая, таким образом, однородность и надежность устройства. Удовлетворительное электрическое соединение, устойчивое к захвату зарядов, может быть реализовано между каждым из электродов истока и стока и проводящим каналом, так что полевой транзистор, имея маленький гистерезис и отличную стабильность параметров, может быть реализован.
В соответствии с настоящим изобретением, когда изготавливают полевой транзистор, водород добавляют к оксидной пленке, используя макет электрода затвора как шаблон. Поэтому часть истока и часть стока могут быть сформированы методом самосовмещения с макетом электрода затвора с результатом, что взаимное расположение между затвором, истоком и стоком может быть реализовано с высокой точностью.
Эта заявка заявляет приоритет заявки на патент Японии №2006-074630, зарегистрированной 17 марта, 2006, которая включена сюда в виде ссылки.