CN101405870B

CN101405870B - 具有通过使用非晶氧化物膜而形成的栅绝缘层的场效应晶体管

Info

Publication number: CN101405870B
Application number: CN2007800098027A
Authority: CN
Inventors: 加地信幸; 薮田久人
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: WO2007108527A1; JP5196813B2; US20090045399A1; CN101405870A; JP2007288156A

Abstract

一种场效应晶体管包括在衬底10上形成的沟道层11、源电极13、漏电极14、栅绝缘层12和栅电极15。该沟道层由非晶氧化物制成，并且该栅绝缘层由包含Y的非晶氧化物制成。

Description

具有通过使用非晶氧化物膜而形成的栅绝缘层的场效应晶体管

技术领域

本发明涉及一种具有通过使用非晶氧化物膜而形成的栅绝缘层的场效应晶体管，并且还涉及一种显示装置。

背景技术

场效应晶体管(FET)是一种具有栅电极、源电极和漏电极的三端子器件。FET还是一种电子有源器件，其具有当向栅电极施加电压时控制流过其沟道层的电流并开关在源电极和漏电极之间流动的电流的功能特征。具有通过使用在诸如陶瓷、玻璃和塑料的绝缘体衬底上形成的薄膜而形成的沟道层的FET被称为TFT(薄膜晶体管)。

由于TFT是利用薄膜技术形成的，所以TFT具有其可容易地在大面积衬底上形成的优点。TFT由于此优点而广泛用作液晶显示器及其它平板显示器的驱动器件。更具体地说，在有源液晶显示器(ALCD)中，TFT在玻璃衬底上形成，并且被操作为用于单独地打开/关闭各个像素的开关器件。预计在将来，TFT可有效地用于高性能有机LED显示器(OLED)中像素的电流驱动操作。另外，迄今已经实现了在图像显示区外围形成TFT电路以驱动和控制整个图像的高性能液晶显示器。

目前最普及的TFT是通过将多晶硅膜或非晶硅膜用作沟道层材料而制造的金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(MIS-FET)。非晶硅TFT和多晶硅TFT已经分别被商业化，用于驱动像素和驱动/控制整个图像。

但是，制备非晶和多晶硅TFT需要热器件制造工艺。因此，难以在塑料板或膜上形成这种器件。

同时，已经大量地进行了开发努力，以通过在聚合物板或膜上形成TFT并将它们用作LCD或OLED的驱动电路来实现柔性(flexible)显示器。由于有机半导体膜导电并且可在低温下在塑料膜上形成，因而这样的膜正引起关注。

例如，并五苯和其它有机物质提供了有机半导体膜的研究和开发努力的对象。这些有机半导体具有芳香环(aromatic ring)，并且当结晶时沿芳香环的多层形成方向显示高载流子迁移率。例如，已经报导，当将并五苯用于有源层时，载流子迁移率大约为0.5cm²(Vs)^-1，其与非晶Si-MOSFET相当(equivalent)。

但是，并五苯和其它有机半导体的热稳定性差(<150℃)且高度有毒(致癌)，因此通过使用这种有机半导体形成的器件迄今尚未市售。

氧化物材料已经作为可应用于TFT的沟道层的材料而引起关注。

例如，正积极作出努力以开发包括通过使用透明导电氧化物多晶薄膜而形成的沟道层的TFT，该薄膜是使用ZnO作为主要成分而制备的。这种薄膜可在相对低的温度下在衬底上形成，该衬底可以是塑料板或膜。但是，主要包含ZnO的化合物在室温下不能产生稳定的非晶相且不可避免地产生多晶相，因此，由于在多晶晶粒边界处的散射而不能提高电子迁移率。另外，成膜(film forming)工艺对多晶晶粒的轮廓(profile)及其相互连接有很大影响，从而制备的TFT器件可显示出多样化的特性。

K.Nomura等人，Nature432，488(2004)报导了通过使用In-Ga-Zn-O型非晶氧化物而制备的薄膜晶体管。这种晶体管可在室温下在塑料或玻璃衬底上形成。另外，这种晶体管提供了常关断(normally-off)型晶体管特性和大约6到9的场效应迁移率。此外，这种晶体管具有相对于可见光透明的特性。

发明内容

常规地，通常将SiO₂或SiN_x用于场效应晶体管的栅绝缘层。对于其中将氧化物应用于沟道层的晶体管，正在讨论这种栅绝缘层的使用。另一方面，正在尝试通过使用由诸如Y₂O₃或HfO₂的显示高介电常数的物质制成的栅绝缘层来实现显示大的导通(ON)电流的薄膜晶体管。

但是，当Y₂O₃和HfO₂在低温下生长时，它们变得被结晶以产生粒状团块(granular agglomerate)，从而使得难以在栅绝缘层和沟道层之间形成良好的边界界面。因此，难以同时实现良好的晶体管特性和良好的操作稳定性。这里所用的良好的晶体管特性是指显示大的导通电流和小的关断(OFF)电流，提供高电场迁移率并且是常关断型的等等。另一方面，这里所用的良好的操作稳定性是指显示小的滞后，并且相对于经过的(elapsed)时间、驱动历史和环境变化具有良好的稳定性等等。

作为本发明的发明人对通过将非晶In-Ga-Zn-O型氧化物用于沟道层而形成的薄膜晶体管进行的实验的结果，发现：取决于组分和制造条件，TFT的晶体管特性(Id-Vg特性)可出现滞后。

滞后的出现导致当TFT用于例如显示器的像素电路中时正被驱动的有机LED以及液晶的操作的变化，从而使显示器的图像质量恶化。

因此，本发明的目的是提供一种同时显示良好的晶体管特性和良好的操作稳定性的场效应晶体管。

根据本发明，上述目的是通过提供包括在衬底上形成的沟道层、源电极、漏电极、栅绝缘层和栅电极的场效应晶体管而实现的，其特征在于，该沟道层由非晶氧化物制成，且该栅绝缘层由包含Y的非晶氧化物制成。

附图说明

图1A和1B示意性地示出根据本发明的场效应晶体管，显示出各自的配置。

图2是示出In-Ga-Zn-O型非晶氧化物膜的电子载流子密度与成膜工艺中的氧分压之间的关系的曲线图。

图3是溅射系统的示意性框图。

图4是PLD系统的示意性框图。

图5是示出在Pt上形成的YMnO₃的X射线衍射的曲线图。

图6是示出根据本发明的场效应晶体管的实施例的TFT特性之一(Id-Vg特性)的曲线图。

图7是示出根据本发明的场效应晶体管的实施例的滞后特性(Id-Vg特性)的曲线图。

图8是根据本发明的显示装置的实施例的示意性横截面视图。

图9是根据本发明的显示装置的另一个实施例的示意性横截面视图。

图10是通过二维布置包括有机EL器件和薄膜晶体管的像素而形成的显示装置的示意图，显示出其配置。

具体实施方式

在包括通过使用非晶氧化物而形成的沟道层的场效应晶体管的实施例中，栅绝缘层是通过使用包含Y的非晶氧化物而形成的。期望使用这样的非晶氧化物，即该非晶氧化物具有当在使包含Y的非晶氧化物结晶的条件下制备栅绝缘层时用于形成钙钛矿结构的组分。更具体地说，期望使用Y-Mn-O或Y-Ti-O。使用这种物质形成的膜当其在低温范围中形成时是非晶的，但是当其在高温范围内形成时，这种膜结晶以显示钙钛矿结构。

还期望通过使用至少包含In、Ga或Zn的非晶氧化物来形成沟道层。

图1A和1B示意性地示出根据本发明的场效应晶体管，显示出各自的配置。图1A示出顶栅结构，而图1B示出底栅结构。

在图1A和图1B的每一个中，示出衬底10、沟道层11、栅绝缘层12、源电极13、漏电极14和栅电极15。

场效应晶体管是具有栅电极15、源电极13和漏电极14的三端子器件。它还是电子有源器件，所述电子有源器件具有当电压Vg被施加到栅电极时控制流过沟道层的电流Id并且开关在源电极和漏电极之间流动的电流Id的功能特征。

图1A所示的结构是顶栅结构，其中栅绝缘层12和栅电极15依次被形成在半导体沟道层11上。另一方面，图1B所示的结构是底栅结构，其中栅绝缘层12和半导体沟道层11依次被形成在栅电极15上。图1A的结构被称为交错(staggered)结构，而图1B的结构被称为反交错结构。

此实施例的TFT的配置并不限于上述配置，对于此实施例可使用任何其它的顶栅/底栅结构和交错/反交错结构。

(栅绝缘层)

此实施例的栅绝缘层12由包含Y的非晶氧化物制成，该非晶氧化物可选自Y-Mn-O和Y-Ti-O。这些氧化物当该层的膜在低温下形成时是非晶的，但是当结晶时变成显示钙钛矿结构。

可通过使用诸如溅射(SP)、脉冲激光沉积(PLD)、电子束沉积或原子层沉积的气相工艺来制备非晶氧化物的栅绝缘层，尽管可用于形成栅绝缘膜的工艺并不限于上文列出的那些。

通过应用包含Y和Mn或Ti、并且具有当在结晶条件下形成时变成显示钙钛矿结构的组分(composition)的非晶氧化物，对于栅绝缘层可实现相对高的介电常数。例如，非晶YMnO₃的薄膜的介电常数大约为10。因此，可以实现显示大的导通电流的晶体管。

包括由非晶氧化物制成的沟道层和栅绝缘层的场效应晶体管显示出优异的晶体管特性和良好的操作稳定性。

(沟道层)

此实施例的沟道层11由包含In、Ga和Zn中至少一种的非晶氧化物制成。

可通过使用诸如溅射(SP)、脉冲激光沉积(PLD)或电子束沉积的气相工艺来制备非晶氧化物膜，尽管可用于形成沟道层的工艺并不限于上文列出的那些。

可通过向栅电极施加电压，将电子注入上述非晶氧化物沟道层。于是，电流在源电极和漏电极之间流动以使这些电极之间的连接处于导通状态。此实施例的非晶氧化物膜的电子迁移率随着电子载流子密度增加而提高，从而在晶体管的导通状态下可进一步提高电流。换句话说，可提高该实施例的饱和电流和开/关比(ON/OFF ratio)。

通常，通过控制形成氧化物膜时的氧分压来控制该氧化物膜的电子载流子密度。更具体地说，通过主要控制氧分压来控制该薄膜内的氧缺陷量，以便从而控制电子载流子密度。

图2是示出In-Ga-Zn-O型氧化物薄膜的载流子密度与成膜工艺中的氧分压之间的关系的曲线图。事实上，可制备显示出10¹⁴到10¹⁸/cm³的电子载流子密度的非晶氧化物的半绝缘膜。于是，可通过将这种薄膜应用于沟道层而制备工作良好的TFT。如图2所示，半绝缘薄膜可通过典型地在大约0.005Pa的氧分压下形成该膜而被制备。当氧分压高于0.01Pa时该薄膜变成绝缘的，而当氧分压低于0.001Pa时其电导率太高以至于不能用于晶体管的沟道层。

在此实施例中，当通过将非晶氧化物用于场效应晶体管以形成沟道层和栅绝缘层时，沟道层和绝缘层的边界界面工作良好。非晶氧化物提供的优点包括：可通过使用非晶氧化物来制备平面薄膜，并且由于在晶粒边界处没有产生电荷陷阱，所以该晶体管显示出包括小的滞后和良好的稳定性的良好特性。

(电极)

可用于此实施例的源电极13、漏电极14和栅电极15的材料包括诸如Au、Pt、Al和Ni的金属，以及诸如In-Sn-O(通常被称为ITO)和RuO₂的氧化物。

(衬底)

衬底10可以是玻璃衬底、塑料衬底或塑料膜。

由于沟道层和栅绝缘层相对于可见光是透明的，所以可通过将透明材料用于电极和衬底来制备透明场效应晶体管。

可通过将作为输出端子工作的场效应晶体管的漏电极连接到诸如有机或无机电致发光(EL)器件或液晶器件的显示元件的电极来制备显示装置。现在，作为例子，将参照相关附图说明显示装置的特定配置。

参照图8，在衬底111上形成包括非晶氧化物半导体膜112、源电极113、漏电极114、栅绝缘膜115和栅电极116的TFT。电极118经由层间绝缘膜117连接到漏电极114并被保持与发光层119接触，该发光层119继而被保持与另一电极120接触。通过此布置，可利用从源电极113经由由非晶氧化物半导体膜112形成的沟道流到漏电极114的电流来控制注入发光层119中的电流。因此，可利用TFT的栅电极116的电压来控制电流。注意，电极118、发光层119和电极120形成无机或有机电致发光器件。

现在，对于图9中所示的配置，漏电极114延伸以还作为电极118工作，该电极118用于给夹在高阻抗膜121和122之间的液晶单元或电泳型粒子单元123施加电压。该液晶单元或电泳型粒子单元123、高阻抗层121和122、电极118以及电极120形成显示元件。于是，可利用从源电极113经由形成在非晶氧化物半导体膜112内的沟道流到漏电极114的电流来控制施加给显示元件的电压。因而，可利用TFT的栅电极116的电压来控制电流。当显示元件的显示介质是通过将流体和粒子包含在绝缘膜中形成的囊状物(capsule)时，不需要高阻抗膜121和122。

尽管上述两个示例中的每一个的TFT被示为顶栅共面型晶体管，但是本发明决不限于此。例如，只要作为TFT的输出端子而工作的漏电极与显示元件之间的连接在拓扑上是相当的，则对于本发明的目的，可作为备选方案使用交错型或某一其它类型的晶体管。

尽管在上述两个示例中的每一个中用于驱动显示元件的一对电极被平行于衬底布置，但是本发明决不限于此。例如，只要作为TFT的输出端子而工作的漏电极与显示元件之间的连接在拓扑上是相当的，则对于本发明的目的，该成对电极中的任何一个或双方可相对于衬底被垂直地布置。

尽管在上述两个示例中的每一个中仅示出单个TFT，但是本发明决不限于此。例如，只要附图中的TFT布置在通过这种TFT形成的电路的末级，则附图中所示的TFT可连接到另一TFT。

当用于驱动显示元件的一对电极被平行于衬底布置时，如果显示元件是诸如EL器件的发射型显示元件或反射型液晶器件，则该电极中的任一个需要相对于发射光或反射光的波长是透明的。如果显示元件是诸如透射型液晶器件的透射型显示元件，则该两个电极都需要相对于透射光的波长是透明的。

此实施例的TFT的所有组件都可制成为透明的，以形成透明显示元件。这种显示元件可布置在重量轻、柔性的且透明的耐热性差的衬底上，诸如树脂制成的塑料衬底上。

现在，下面将参照图10说明通过二维布置包含EL器件(有机EL器件)和薄膜晶体管的像素而形成的显示装置。

在图10中，示出用于驱动有机EL层184的晶体管181和用于选择像素的晶体管182。图10中所示的每个电容器183是用于通过在相应的公共电极线187和相应的晶体管182的源极部分之间存储电荷而保持所选状态，并且保持相应的晶体管181的栅极的信号。利用扫描电极线185和信号电极线186选择像素。

更具体地说，当脉冲视频信号被从驱动电路(未示出)经由相应的扫描电极线185施加到其相应的栅电极，且同时另一脉冲信号被从另一驱动电路(未示出)经由相应的信号电极线186施加到其晶体管182时，选择像素。于是，晶体管182被导通，并且电荷被存储在布置在公共电极线187和晶体管182的源电极之间的电容器183中。结果，晶体管181的栅电压被保持为期望的电压水平，且晶体管181被导通。此状态被保持，直到接收到下一个信号为止。只要晶体管181被保持为导通状态，则电压和电流被持续供给到有机EL层184以维持发光。

尽管在图10的例子中每个像素具有两个晶体管和一个电容器，但是每个像素可具有多于两个的晶体管以便改善其性能。必要的是，可通过将In-Ga-Zn-O型TFT用于像素的晶体管部分来获得有效的EL器件，该In-Ga-Zn-O型TFT是透明TFT并且可在低温下形成。

现在，将通过示例并参照相关附图进一步说明本发明。

(示例1)

在此示例中，制备如图1A所示的顶栅型TFT器件。该TFT包括由In-Ga-Zn-O型非晶氧化物制成的沟道层和由非晶YMnO₃制成的栅绝缘层。

首先，在玻璃衬底10(1737：商品名称，可从Corning得到)上形成非晶氧化物膜作为沟道层11。

在此示例中，通过在氩和氧的混合气体气氛中的高频溅射形成In-Ga-Zn-O型非晶氧化物膜。比率In:Ga:Zn＝1:0.9:0.6。

如图3所示的溅射成膜系统用于形成非晶氧化物膜。在图3中，示出样品(衬底)31、靶32、真空泵33、真空计34、衬底保持单元35、为各气体引入系统提供的气体流率控制单元36、压力控制单元37和成膜室38。气体引入系统包含用于氩、氧和氩/氧气混合气体(Ar:O₂＝95:5)的三个系统。可利用气体流率控制单元36和压力控制单元37在成膜室38中提供预定的气体气氛，该气体流率控制单元36可独立地控制气体的流率，该压力控制单元37用于控制排气速率。

在此示例中，大小为3英寸的多晶烧结体被用作靶(材料源)，并且制备RF功率为200W。成膜工艺中的气氛的总压力为0.5Pa，且气体流率比为Ar:O₂＝97:3。膜沉积速率为14nm/min，且膜厚度为50nm。衬底温度为25℃。

利用X射线衍射测量(薄膜方法，入射角0.5°)观测所得到的膜，发现没有检测到清晰的衍射峰，制备的In-Zn-Ga-O型膜是非晶膜。

随后，通过使用光刻和剥离工艺进行构图(patterning)而形成漏电极14和源电极13。电极的材料为Au，并且电极具有40nm的厚度。

此后，通过还使用光刻和剥离工艺进行构图而形成栅绝缘层12。栅绝缘层12是利用PLD工艺制备的YMnO₃膜。

如图4所示的PLD成膜系统用于成膜的目的。在图4中，示出样品41、靶42、真空泵43、真空计44、衬底保持单元45、为气体引入系统提供的气体流率控制单元、压力控制单元47、成膜室48和激光器49。氧可作为气体被引入。可利用气体流率控制单元46和用于控制排气速率的压力控制单元47在膜沉积室中产生预定的气体气氛。激光器49是脉冲宽度为20nsec的KrF受激准分子激光器。

在此示例中，具有10mm

钙钛矿结构的多晶YMnO₃烧结体被用作靶(材料源)。制备激光功率为50mJ，并且频率为10Hz。膜沉积工艺中的气氛的总氧压力为0.1Pa。膜沉积速率为2nm/min，并且膜厚度为150nm。衬底温度为25℃。观测所制备的厚度为150nm的YMnO₃膜的比介电常数(specific dielectric constant)并发现其大约为9。图5是示出在上面列出的条件下在Pt上形成的YMnO₃膜的X射线衍射的曲线图。从图5中可见，所制备的膜是非晶的。在图5中，在20＝40°和46°处出现的峰是下面的Pt的峰。

此外，确认了直到衬底温度超过500℃为止，YMnO₃膜是非晶的。

然后，利用光刻和剥离工艺形成栅电极15。沟道长度为50μm，且沟道宽度为200μm。该电极由Au制成并且厚度为30nm。

图6是示出在室温下观测到的TFT器件的电流(Id)-电压(Vg)特性的曲线图。在图6中，IE-4和IE-12(A：安培)分别指示10^-4和10^-12(A：安培)。

晶体管的开/关比大约为10⁸。场效应迁移率大约为7cm²(Vs)^-1。

还观测到此示例的器件的滞后。

图7是示出此示例中观测到的滞后的曲线图。最初，栅电压从-5V升高到10V，并观测漏极电流(SWP向上：实线)。随后，栅电压从10V降低到-5V，并且观测漏极电流(SWP向下：虚线)。作为观测结果，发现滞后不大于0.1V。在图7中，IE-4和IE-12(A：安培)分别指示10^-4和10^-12(A：安培)。

(示例2)

在此示例中，制备了如图1B所示的底栅型TFT器件。该TFT包括由In-Ga-Zn-O型非晶氧化物制成的沟道层，以及由非晶YMnO₃制成并且在300℃的衬底温度下形成的栅绝缘层。

首先，使用Au在玻璃衬底10(1737：商品名称，可从Corning得到)上形成厚度为50nm的栅电极15。使用光刻和剥离工艺用于构图。

然后，形成厚度为150nm的栅绝缘层12。栅绝缘层12是利用PLD工艺制备的YMnO₃膜。衬底温度被设定为300℃。对于栅绝缘层的成膜工艺，使用除衬底温度之外与示例1相似的工艺。对于构图，还使用光刻和干法蚀刻。

然后，在衬底温度为室温的情况下通过在氩气和氧气的混合物的气氛中的高频溅射形成In-Ga-Zn-O型氧化物膜的沟道层。比率In∶Ga∶Zn＝1∶0.9∶0.6。对于沟道层的膜沉积工艺，遵循类似于示例1的工艺。

最后，利用光刻和剥离工艺使用Au形成厚度各为200nm的源电极13和漏电极14。

在此示例中，晶体管的开/关比大约为10⁸，并且场效应迁移率大约为6cm²(Vs)^-1。

(示例3)

在此示例中，在塑料衬底上制备了如图1A所示的顶栅型TFT器件。

该衬底是聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)膜。

首先，在衬底温度为室温的情况下，通过在氩和氧的混合气体气氛中的高频溅射形成厚度为50nm的In-Ga-Zn-O型氧化物的沟道层11。比率In:Ga:Zn＝1:0.9:0.6。对于沟道层的成膜工艺，遵循类似于示例1的工艺。对于构图，还使用光刻和剥离工艺。

然后，通过使用ITO形成厚度为40nm的源电极13和漏电极14。

对于构图，还使用光刻和剥离工艺。

然后，形成厚度为150nm的栅绝缘层12。栅绝缘层12是利用PLD工艺制备的YMnO₃膜。衬底温度被设定为室温。对于栅绝缘层的成膜工艺，使用与示例1相似的工艺。

对于构图，还使用光刻和剥离工艺。

然后，使用ITO形成厚度为200nm的栅电极15。

对于构图，还使用光刻和剥离工艺。

在室温下观测PET膜上形成的TFT，发现晶体管的开/关比不小于10⁴，并且场效应迁移率大约为2cm²(Vs)^-1。

(示例4)

在此示例中，使用TFT制备显示装置，每一个TFT如图9所示。TFT制造工艺与示例1的相同。在该TFT中，作为漏电极114工作的ITO膜的岛的短边延伸到100μm，并且在将布线固定到源电极113和栅电极116之后，该TFT除90μm的延伸部分118之外被绝缘层117覆盖。然后，聚酰亚胺膜121被施加到该绝缘层117上并经受摩擦(rub)处理。另一方面，ITO膜120和聚酰亚胺膜122被形成在在类似的塑料衬底上并经受摩擦处理。在其上制备有TFT的衬底和塑料衬底相对地布置，在它们之间具有5μm的间隙，且向列液晶123被注入该间隙中。偏振板(polarization plate)在上述结构的相对侧成对地布置。然后，当电压被施加到TFT的源电极113，且施加到栅电极116的电压被改变时，透光因数(light transmission factor)仅在30μm×90μm的区域118中改变，该区域118是从漏电极114延伸的ITO膜的岛的一部分。当栅电压使得保持TFT处于导通状态时，还可通过改变源电极和漏电极之间的电压来连续改变该透射因数。这样，制备了包含如图9所示的液晶单元作为显示元件的显示装置。

在此示例中，作为备选方案，白塑料衬底被用作在其上形成有TFT的衬底111，并且Au被用作TFT的电极，而聚酰亚胺膜和偏振板被取走。通过用绝缘涂层膜覆盖粒子和流体而形成的囊状物被填充在透明塑料衬底和白塑料衬底之间的间隙中。在这样布置的显示装置中，控制在每个TFT所延伸的漏电极与上部ITO膜之间的电压，以便驱动囊状物中的粒子上下移动。结果，从透明衬底侧观看，可通过控制延伸的漏电极区域的反射率来显示图像。

在此示例中，仍作为备选方案，还可制备多个TFT并且并排地布置它们，以形成电流控制电路，该电流控制电路具有例如四个晶体管和一个电容器，使用如图8所示的TFT作为末级晶体管中的一个，以驱动EL器件。例如，可使用其中ITO膜被用作漏电极的TFT。于是，形成有机电致发光器件，该有机电致发光器件在作为从漏电极延伸的ITO膜的岛的一部分的30μm×90μm的区域中具有电荷注入层和发光层。这样，可制备包含EL器件的显示装置。

(示例5)

示例4的显示元件和TFT被二维布置。例如，沿短边以40μm的间距且沿长边以120μm的间距布置示例4的像素，直到总共7425×1790个像素，每个示例4的像素包括诸如液晶单元和EL器件的显示元件以及TFT，并且面积大约为30μm×115μm。然后，1790条栅极布线沿长边布置，以通过沿短边布置的7425个TFT的栅电极，而7425条信号布线沿短边布置，以通过从非晶氧化物半导体膜的岛突出5μm的1790个TFT的源电极的部分。栅极布线和信号布线分别连接到栅极驱动电路和源极驱动电路。在液晶显示器的情况下，可通过布置具有与液晶显示器相同大小的滤色器并将它们与该液晶显示器对齐，以使RGB在长边的方向重复出现，来制备大约211ppi和A4大小的有源矩阵型彩色图像显示装置。

在EL器件的情况下，可通过将每个EL器件中的两个TFT的第一TFT的栅电极连接到栅极布线，并且还将第二TFT的源电极连接到信号布线，同时使得EL器件的RGB的发光波长在长边的方向重复出现，来制备相同分辨率的发光型彩色图像显示装置。

用于驱动有源矩阵的驱动电路可通过使用与像素的TFT相同的根据本发明的TFT而形成，或者商业上可获得的IC芯片可用于该驱动电路。

工业可应用性

由于薄膜可在低温下以非晶状态形成，所以根据本发明的非晶薄膜晶体管可在诸如PET膜的柔性构件上形成。换句话说，根据本发明的非晶薄膜晶体管能以弯曲状态切换，并且相对于波长400nm以上的可见光和红外线是透明的。因此，根据本发明的非晶薄膜晶体管可在用于LCD和有机EL显示器的开关器件的领域中以及在柔性显示器、透视(see-through)型显示器、IC卡和ID标签的领域中找到应用。

根据本发明的非晶薄膜晶体管是这样一种场效应晶体管，其包含非晶氧化物的沟道层和也是非晶氧化物的栅绝缘层，该栅绝缘层在沟道层和绝缘层之间提供了良好的界面。另外，非晶氧化物提供的优点包括：可制备平面薄膜，并且，由于在晶粒边界没有产生电荷陷阱，所以晶体管显示出包括小的滞后和良好的稳定性的优异特性。

本申请要求2006年3月20日提交的日本专利申请No.2006-076843以及2007年3月7日提交的日本专利申请No.2007-057256的权益，其全部内容在此通过引用而并入。

Claims

1.一种场效应晶体管，包括在衬底上形成的沟道层、源电极、漏电极、栅绝缘层和栅电极，其特征在于，

所述沟道层由非晶氧化物制成，并且

所述栅绝缘层由包含Y的非晶氧化物制成。

2.根据权利要求1的晶体管，其中，

所述包含Y的非晶氧化物是除了Y之外还包含Mn或Ti、并且具有在结晶条件下用于产生钙钛矿结构的组分的氧化物。

3.根据权利要求1的晶体管，其中，

所述沟道层由包含In、Ga和Zn中的至少一种的非晶氧化物制成。

4.根据权利要求1的晶体管，其中，

所述衬底、所述源电极、所述漏电极和所述栅电极由各自透明的材料制成。

5.根据权利要求1的晶体管，其中，

所述衬底是柔性塑料膜，并且所述源电极、所述漏电极和所述栅电极由各自透明的材料制成。

6.一种显示装置，包括具有连接到根据权利要求1的场效应晶体管的源电极或漏电极的电极的显示元件。

7.根据权利要求6的显示装置，其中，

所述显示元件是电致发光器件。

8.根据权利要求6的显示装置，其中，

所述显示元件是液晶单元。

9.根据权利要求6的显示装置，其中，

在衬底上二维布置多个显示元件和多个场效应晶体管。