CN104823270A - 场效应晶体管、显示元件、图像显示装置、和系统 - Google Patents

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Abstract

提供场效应晶体管，其包含：基底；保护层；在基底和保护层之间形成的栅绝缘层；与栅绝缘层接触形成的源电极和漏电极；至少在源电极和漏电极之间形成的且与栅绝缘层、源电极和漏电极接触的半导体层；以及栅电极，所述栅电极在与其中设置半导体层的侧相反的侧上形成，其中栅绝缘层在栅电极和半导体层之间，且所述栅电极与栅绝缘层接触，其中保护层包含金属氧化物复合物，所述金属氧化物复合物至少包含Si和碱土金属。

Description

场效应晶体管、显示元件、图像显示装置、和系统
技术领域
本发明涉及场效应晶体管、显示元件、图像显示装置、和系统。
背景技术
作为一种类型的半导体装置的场效应晶体管(FET)是配置成如下的晶体管：以电场被施加至沟道的状态施加栅电压以激发半导体中的载流子，使得可控制在源极和漏极之间通过的电流。
由于FET能够通过施加栅电极(栅电压)进行切换，FET被用作各种切换元件、或放大器元件。由于FET除了使用低的栅电流外还具有平坦的结构，因此与双极型晶体管相比，FET可被容易地制造。此外，还可容易地实施FET的高的集成。由于这些原因，FET已被用于当前的电子装置的许多集成电路中。
在它们之中，FET作为薄膜晶体管(TFT)被应用于主动矩阵显示器中。
至于主动矩阵平板显示器(FPD)，近来已实现液晶显示器(LCD)、有机电致发光(EL)显示器(OLED)和电子纸。
这些FPD典型地通过包含TFT的驱动电路驱动，在所述TFT中，非晶硅或多晶硅被用在有源层中。对于FPD存在增加其尺寸、清晰度和驱动速度的需求。连同这些需求一起，存在对于具有高的载流子迁移率、在性质方面小的老化变化、和在元件之间小的变化的TFT的需要。
当前，除硅之外，氧化物半导体作为有源层的半导体已经引起了注意。在它们之中，InGaZnO4(a-IGZO)具有如下特性：其膜形成可在室温下实施，其是非晶的，且其具有约10cm2/V·s的高的迁移率。因此，已积极地进行了其用于实际使用的开发(参见，例如，NPL 1)。
为了保护用作有源层的半导体层，FET典型地包含保护层。也已对保护层进行了各种研究。
例如，SiO2层(参见，例如，PTL 1和PTL 2)、SiNx层(参见，例如，PTL1)、SiON层(参见，例如，PTL 3)和Al2O3层(参见，例如，PTL 4)被公开作为FET的保护层。此外，其中SiO2与Al或B形成复合物的复合氧化物层被公开作为FET的保护层(参见，例如，PTL 5)。
然而，当在硅半导体层、氧化物半导体层、金属线路和氧化物线路上形成SiO2层和复合氧化物层时，存在如下问题：在后处理的加热过程中形成裂纹或剥离(pealing)。此外，SiON层、SiNx层和Al2O3层具有如下问题：由于寄生电容，导致信号延迟。
此外，已公开了有机材料在保护层中的使用。
例如，聚酰亚胺树脂层(参见，例如，PTL 6)和含氟树脂层(参见，例如，PTL 3)被公开作为FET的保护层。
然而，典型的有机材料具有如下问题：由于使有机材料与氧化物半导体接触，导致TFT性质的恶化。此外，含氟树脂层导致相对小的TFT性质恶化，但这对于使用而言不是充分小的。
因此，当前存在对于使得实现高速运行且呈现出高的可靠性的场效应晶体管的需要。
引文列表
专利文献
PTL 1：日本专利申请待审公开(JP-A)No.2008-205469
PTL 2：JP-A No.2010-103203
PTL 3：JP-A No.2007-299913
PLT 4：JP-A No.2010-182819
PLT 5：JP-A No.2011-77515
PLT 6：JP-A No.2011-222788
非专利文献
NPL 1：K.Nomura和其他五位，Room-temperature fabrication oftransparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors,NATURE,VOL.432,No.25,2004年11月,pp.488-492
发明内容
技术问题
本发明旨在解决前述各种问题和实现以下目标。具体地，本发明的目标是提供可以高速运行且具有高的可靠性的场效应晶体管。
问题的解决方案
用于解决前述问题的手段如下。
本发明的场效应晶体管包含：
基底；
保护层；
在基底和保护层之间形成的栅绝缘层；
与栅绝缘层接触形成的源电极和漏电极；
半导体层，其至少在源电极和漏电极之间形成，且与栅绝缘层、源电极和漏电极接触；和
栅电极，所述栅电极在与其中设置半导体层的侧相反的侧上形成，其中栅绝缘层在栅电极和半导体层之间，且所述栅电极与栅绝缘层接触，
其中保护层包含金属氧化物复合物，所述金属氧化物复合物至少包含Si和碱土金属。
发明的有益效果
本发明可解决本领域中的前述各种问题，且可提供可以高速运行且具有高的可靠性的场效应晶体管。
附图说明
图1为用于说明图像显示装置的图。
图2为用于说明本发明的显示元件的一个实例的图。
图3A为图解本发明的场效应晶体管的一个实例(底接触/底栅)的图。
图3B为图解本发明的场效应晶体管的一个实例(顶接触/底栅)的图。
图3C为图解本发明的场效应晶体管的一个实例(底接触/顶栅)的图。
图3D为图解本发明的场效应晶体管的一个实例(顶接触/顶栅)的图。
图4为图解有机EL元件的一个实例的示意性结构图。
图5为图解本发明的显示元件的一个实例的示意性结构图。
图6为图解本发明的显示元件的另一实例的示意性结构图。
图7为用于说明显示控制装置的图。
图8为用于说明液晶显示器的图。
图9为用于说明图8中的显示元件的图。
图10为用于测量介电常数的电容器的示意性结构图。
图11为用于评价在实施例1中获得的场效应晶体管的性质的图。
图12为用于评价在实施例1中获得的场效应晶体管的性质的图。
图13为用于评价在对比例1中获得的场效应晶体管的性质的图。
图14为用于评价在对比例1中获得的场效应晶体管的性质的图。
图15为图解在实施例19中制造的有机EL显示装置的图。
具体实施方式
(场效应晶体管)
本发明的场效应晶体管至少包含基底、保护层、栅绝缘层、源电极、漏电极、半导体层、和栅电极，且可根据需要进一步包含其它部件。
<基底>
基底的形状、结构和尺寸取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制。
基底的材料取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括玻璃和塑料。
玻璃取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括无碱玻璃和二氧化硅玻璃。
塑料材料取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
注意，优选对基底进行预处理例如氧等离子体、UV臭氧、和UV辐射洗涤以清洁其表面和改善与另外的层的粘附。
<保护层>
保护层取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是保护层包含金属氧化物复合物，所述金属氧化物复合物至少包含硅(Si)和碱土金属。
保护层优选由金属氧化物复合物本身组成。
保护层典型地在距离基底的上方位置形成。
在金属氧化物复合物中，用Si组成的SiO2形成非晶结构。此外，碱土金属具有切断Si-O键的作用。因此，待形成的金属氧化物复合物的介电常数和线性膨胀系数可通过组成比率进行控制。
金属氧化物复合物优选包含Al(铝)、或B(硼)、以及Al和B的组合。与SiO2类似，用Al组成的Al2O3和用B组成的B2O3形成非晶结构，且因此在金属氧化物复合物中甚至更稳定地获得非晶结构，且可形成更均匀的绝缘膜。此外，与Si-O类似，碱土金属也切断Al-O键和B-O键。因此，待形成的金属氧化物复合物的介电常数和线性膨胀系数可通过组成比率进行控制。
碱土金属的实例包括Be(铍)、Mg(镁)、Ca(钙)、Sr(锶)、和Ba(钡)。在它们之中，优选的是镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、和钡(Ba)。
这些碱土金属元素可单独或组合使用。
金属氧化物复合物中的Si的比率、Al和B的总和的比率、以及碱土金属的比率取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但它们分别为下列范围。
基于氧化物(SiO2)换算的在金属氧化物复合物中的Si的比率优选为30.0摩尔％-95.0摩尔％，更优选为50.0摩尔％-90.0摩尔％。
基于氧化物(BeO、MgO、CaO、SrO、BaO)换算的在金属氧化物复合物中的碱土金属氧化物的比率优选为5.0摩尔％-40.0摩尔％，更优选为10.0摩尔％-30.0摩尔％。
基于氧化物(Al2O3，B2O3)换算的在金属氧化物复合物中的Al和B的总和的比率优选为1.0摩尔％-50.0摩尔％，更优选为5.0摩尔％-30.0摩尔％。
在其中金属氧化物复合物包含Al、或B、或Al和B的组合的情况中，基于氧化物(BeO、MgO、CaO、SrO、BaO)换算的碱土金属氧化物的比率优选为1.0摩尔％-30.0摩尔％，更优选为5.0摩尔％-20.0摩尔％。
在金属氧化物复合物中的氧化物(SiO2、BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、Al2O3、B2O3)的比率可例如通过如下计算：通过X-射线荧光分析或电子探针显微分析(EPMA)分析所述氧化物的正离子元素。
保护层的介电常数取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但其优选为7.0或更低，更优选为6.0或更低，因为保护层的这样的介电常数可抑制信号延迟，且对高速运行有贡献。
介电常数可例如通过如下测量：制备其中层叠下部电极、介电层(保护层)和上部电极的电容器，和通过LCR计(4284A，由Agilent制造)进行测量。
保护层的线性膨胀系数取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但其优选为30.0×10-7或更大，更优选为30.0×10-7-60.0×10-7，因为使用这样的线性膨胀系数，剥离被抑制，且可靠性更加提升。
线性膨胀系数可例如通过热机械分析装置(8310系列，由RigakuCorporation制造)进行测量。在该测量中，线性膨胀系数可通过对如下测量样品进行测量而测量：所述测量样品是在不制造场效应晶体管的情况下用与保护层的组成相同的组成独立地制造的。
保护层的平均厚度取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但其优选为10nm-1,000nm，且更优选为20nm-500nm。
-保护层的形成方法-
保护层的形成方法取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括包含如下的方法：通过真空工艺例如溅射、脉冲激光沉积(PLD)、化学气相沉积(CVD)、和原子层沉积(ALD)形成膜，随后通过光刻法将膜图案化。
此外，膜也可通过如下形成：制备包含金属氧化物复合物的前体的涂覆液(用于形成保护层的涂覆液)，将涂覆液施加或印刷到待涂覆的对象上，和将施加的或印刷的涂覆液在合适的条件下烘烤(烧制，baking)。
--用于形成保护层的涂覆液(用于形成绝缘膜的涂覆液)--
用于形成保护层的涂覆液(也称作用于形成绝缘膜的涂覆液)至少包含含硅的化合物、含碱土金属的化合物、和溶剂，优选进一步包含含铝的化合物、或含硼的化合物、或这两者，且可根据需要进一步包含其它组分。
当前，已积极地进行了可实现低成本制造的使用涂覆工艺的印刷电子学的开发，以代替需要昂贵的设备的真空工艺例如溅射、CVD和干法蚀刻。至于半导体的保护层，公开了通过施加聚硅氮烷形成保护层的方法(参见，例如JP-A No.2010-103203)、或旋涂玻璃(spin-on glass)。
然而，仅由SiO2前体例如聚硅氮烷组成的涂覆液和旋涂玻璃需要在450℃或更高下烘烤以使有机材料分解以形成精细的绝缘膜。为了使有机材料在等于或低于前述温度的温度下分解，必需与加热组合使用反应加速手段，例如微波处理(参见，例如，JP-A No.2010-103203)、使用催化剂、和在蒸气气氛中烘烤(日本专利(JP-B)No.3666915)。因此，存在例如如下问题：复杂的烘烤工艺、高的成本、以及由于杂质残余物引起的绝缘性质的降低。
与以上相比，用于形成保护层的涂覆液包含具有比SiO2前体的分解温度低的分解温度的碱土金属氧化物的前体。因此，用于形成保护层的涂覆液中的前体在比仅由SiO2前体组成的涂覆液的温度低即低于450℃的温度下分解，以形成精细的绝缘膜。当用于形成保护层的涂覆液进一步包含Al2O3前体、或B2O3前体、或其组合(与碱土金属氧化物的前体类似，其具有比SiO2前体的分解温度低的分解温度)时，可提升在低温下形成精细的绝缘膜的效果。
---含硅的化合物---
含硅的化合物的实例包括无机硅化合物和有机硅化合物。
无机硅化合物的实例包括四氯硅烷、四溴硅烷、和四碘硅烷。
有机硅化合物取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是其为包含硅原子和有机基团的化合物。硅和有机基团例如以离子键、共价键、或配位键键合在一起。
有机基团取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括可具有取代基的烷基、可具有取代基的烷氧基、可具有取代基的酰氧基、和可具有取代基的苯基。烷基的实例包括C1-C6烷基。烷氧基的实例包括C1-C6烷氧基。酰氧基的实例包括C1-C10酰氧基。
有机硅化合物的实例包括四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、1,1,1,3,3,3-六甲基硅氮烷(HMDS)、双(三甲基甲硅烷基)乙炔、三苯基硅烷、2-乙基己酸硅、和四乙酰氧基硅烷。
用于形成保护层的涂覆液中的含硅的化合物的量取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制。
---含碱土金属的化合物---
含碱土金属的化合物的实例包括无机碱土金属化合物和有机碱土金属化合物。
含碱土金属的化合物中的碱土金属的实例包括Be(铍)、Mg(镁)、Ca(钙)、Sr(锶)、和Ba(钡)。
无机碱土金属化合物的实例包括碱土金属硝酸盐、碱土金属硫酸盐、碱土金属氯化物、碱土金属氟化物、碱土金属溴化物、碱土金属碘化物、和碱土金属磷化物。碱土金属硝酸盐的实例包括硝酸镁、硝酸钙、硝酸锶、和硝酸钡。碱土金属硫酸盐的实例包括硫酸镁、硫酸钙、硫酸锶、和硫酸钡。碱土金属氯化物的实例包括氯化镁、氯化钙、氯化锶、和氯化钡。碱土金属氟化物的实例包括氟化镁、氟化钙、氟化锶、和氟化钡。碱土金属溴化物的实例包括溴化镁、溴化钙、溴化锶、和溴化钡。碱土金属碘化物的实例包括碘化镁、碘化钙、碘化锶、和碘化钡。碱土金属磷化物的实例包括磷化镁、和磷化钙。
有机碱土金属化合物取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是其包含碱土金属和有机基团。碱土金属和有机基团例如以离子键、共价键、或配位键键合在一起。
有机基团取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括可具有取代基的烷基、可具有取代基的烷氧基、可具有取代基的酰氧基、可具有取代基的苯基、可具有取代基的乙酰丙酮基、和可具有取代基的磺酸基。烷基的实例包括C1-C6烷基。烷氧基的实例包括C1-C6烷氧基。酰氧基的实例包括：C1-C10酰氧基；其部分被苯环取代的酰氧基，例如苯甲酸；其部分被羟基取代的酰氧基，例如乳酸；和具有两个或更多个羰基的酰氧基，例如草酸和柠檬酸。
有机碱土金属化合物的实例包括甲氧基镁、乙氧基镁、二乙基镁、乙酸镁、甲酸镁、乙酰丙酮镁、2-乙基己酸镁、乳酸镁、环烷酸镁、柠檬酸镁、水杨酸镁、苯甲酸镁、草酸镁、三氟甲烷磺酸镁、甲氧基钙、乙氧基钙、乙酸钙、甲酸钙、乙酰丙酮钙、二新戊酰甲烷合钙(二新戊酰基甲基钙，calciumdipivaloylmethanato)、2-乙基己酸钙、钙乳酸、环烷酸钙、柠檬酸钙、水杨酸钙、新癸酸钙、苯甲酸钙、草酸钙、异丙氧基锶、乙酸锶、甲酸锶、乙酰丙酮锶、2-乙基己酸锶、乳酸锶、环烷酸锶、水杨酸锶、草酸锶、乙氧基钡、异丙氧基钡、乙酸钡、甲酸钡、乙酰丙酮钡、2-乙基己酸钡、乳酸钡、环烷酸钡、新癸酸钡、草酸钡、苯甲酸钡、和三氟甲烷磺酸钡。
用于形成保护层的涂覆液中的含碱土金属的化合物的量取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制。
---含铝的化合物---
含铝的化合物的实例包括无机铝化合物和有机铝化合物。
无机铝化合物的实例包括氯化铝、硝酸铝、溴化铝、氢氧化铝、硼酸铝、三氟化铝、碘化铝、硫酸铝、磷酸铝、和硫酸铝铵。
有机铝化合物取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是其为包含铝和有机基团的化合物。铝和有机基团例如以离子键、共价键、或配位键键合在一起。
有机基团取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括可具有取代基的烷基、可具有取代基的烷氧基、可具有取代基的酰氧基、可具有取代基的乙酰丙酮基、和可具有取代基的磺酸基。烷基的实例包括C1-C6烷基。烷氧基的实例包括C1-C6烷氧基。酰氧基的实例包括：C1-C10酰氧基；其部分被苯环取代的酰氧基，例如苯甲酸；其部分被羟基取代的酰氧基，例如乳酸；和具有两个或更多个羰基的酰氧基，例如草酸和柠檬酸。
有机铝化合物的实例包括异丙氧基铝、仲丁氧基铝、三乙基铝、二乙基铝乙氧基化物、乙酸铝、乙酰丙酮铝、六氟乙酰丙酮铝、2-乙基己酸铝、乳酸铝、苯甲酸铝、二(仲丁氧基)乙酰乙酸酯铝螯合物、和三氟甲烷磺酸铝。
用于形成保护层的涂覆液中的含铝的化合物的量取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制。
---含硼的化合物---
含硼的化合物的实例包括无机硼化合物和有机硼化合物。
无机硼化合物的实例包括原硼酸、硼氧化物、三溴化硼、四氟硼酸、硼酸铵、和硼酸镁。硼氧化物的实例包括二氧化二硼、三氧化二硼、三氧化四硼、和五氧化四硼。
有机硼化合物取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是其为包含硼和有机基团的化合物。硼和有机基团例如以离子键、共价键、或配位键键合在一起。
有机基团取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括可具有取代基的烷基、可具有取代基的烷氧基、可具有取代基的酰氧基、可具有取代基的苯基、可具有取代基的磺酸基、和可具有取代基的噻吩基团。烷基的实例包括C1-C6烷基。烷氧基的实例包括C1-C6烷氧基。烷氧基包括包含两个或更多个氧原子的有机基团，在所述氧原子之中，两个氧原子键合至硼且与硼形成环结构。此外，烷氧基包括这样的烷氧基：其中所述烷氧基中包含的烷基被有机甲硅烷基取代。酰氧基的实例包括C1-C10酰氧基。
有机硼化合物的实例包括三乙基硼烷、(R)-5,5-二苯基-2-甲基-3,4-丙烷并-1,3,2-氧杂硼啶((R)-5,5-diphenyl-2-methyl-3,4-propano-1,3,2-oxazaborolidine)、硼酸三异丙酯、2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂环戊硼烷、双(亚己基乙醇酸)二硼(bis(hexyleneglycolato)diboron)、4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂环戊硼烷-2-基)-1H-吡唑、氨基甲酸叔丁基-N-[4-(4,4,5,5-四甲基-1,2,3-二氧杂环戊硼烷-2-基)苯基酯]、苯基硼酸、3-乙酰基苯基硼酸、三氟化硼乙酸络合物、三氟化硼环丁砜络合物、2-噻吩硼酸、和硼酸三(三甲基甲硅烷基酯)。
用于形成保护层的涂覆液中的含硼的化合物的量取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制。
---溶剂---
溶剂取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是其为稳定地溶解或分散前述各种化合物的溶剂。溶剂的实例包括甲苯、二甲苯、1,3,5-三甲基苯、异丙醇、苯甲酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、碳酸亚丙酯、2-乙基己酸酯、溶剂油(mineral spirit)、二甲基亚丙基脲、4-丁内酯、2-甲氧基乙醇、和水。
用于形成保护层的涂覆液中的溶剂的量取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制。
用于形成保护层的涂覆液中的含硅的化合物和含碱土金属的化合物的比率(含硅的化合物：含碱土金属的化合物)取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但基于氧化物(SiO2、BeO、MgO、CaO、SrO、BaO)换算的比率优选为30.0摩尔％-95.0摩尔％：5.0摩尔％-40.0摩尔％、更优选50.0摩尔％-90.0摩尔％：10.0摩尔％-30.0摩尔％。
用于形成保护层的涂覆液中的含硅的化合物、含碱土金属的化合物、与含铝的化合物和含硼的化合物的总和之间的比率(含硅的化合物：含碱土金属的化合物：含铝的化合物和含硼的化合物的总和)取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但基于氧化物(SiO2、BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、Al2O3、B2O3)换算的比率优选为30.0摩尔％-95.0摩尔％：1.0摩尔％-30.0摩尔％：1.0摩尔％-50.0摩尔％，更优选为50.0摩尔％-90.0摩尔％：5.0摩尔％-20.0摩尔％：5.0摩尔％-30.0摩尔％。
----使用用于形成保护层的涂覆液形成保护层的方法----
在下文中说明使用用于形成保护层的涂覆液形成保护层的方法的一个实例。
形成保护层的方法包含涂覆步骤和热处理步骤，且可根据需要进一步包含其它步骤。
涂覆步骤取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是其包含以用于形成保护层的涂覆液涂覆待涂覆的对象。
涂覆的方法取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括：包含如下的方法：通过溶液工艺形成膜，随后通过光刻法图案化；和包含如下的方法：通过印刷工艺例如喷墨印刷、纳米印刷、和凹版印刷直接形成预期形状的膜。
溶液工艺的实例包括浸涂、旋涂、模涂(die coating)和喷嘴印刷。
热处理步骤取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是使涂覆在对象上的用于形成保护层的涂覆液经历热处理。
注意，在热处理中，涂覆在对象上的用于形成保护层的涂覆液可通过空气干燥进行干燥。
热处理进行溶剂的干燥、金属氧化物复合物的产生等。
在热处理步骤中，溶剂的干燥(在下文中称作“干燥步骤”)和金属氧化物复合物的产生(在下文中称作“产生步骤”)优选在不同的温度下进行。
具体地，优选的是，在干燥溶剂之后，将温度升高以进行金属氧化物复合物的产生。
在金属氧化物复合物的产生时，例如，实施含硅的化合物、含碱土金属的化合物、含铝的化合物、和含硼的化合物的分解。
干燥步骤的温度取决于所包含的溶剂适当地选择而没有任何限制。例如，其温度为80℃-180℃。在干燥中，使用真空烘箱来降低干燥的温度是有效的。
干燥步骤的持续时间取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其为例如10分钟-1小时。
产生步骤的温度取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但其优选为100℃或更高，但低于450℃，更优选为200℃-400℃。
产生步骤的持续时间取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其为例如1小时-5小时。
注意，在热处理步骤中，干燥和产生可连续地进行，或者可以多个步骤独立地进行。
热处理的方法取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括包含加热待涂覆的对象的方法。
热处理的气氛取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但其优选为氧气气氛。通过在氧气气氛中进行热处理，可从系统迅速地排放分解产物，且可加快金属氧化物复合物的产生。
向干燥之后的材料施加具有400nm或更短的波长的紫外线用于加快产生反应在热处理中是有效的。由于施加具有400nm或更短的波长的紫外线，干燥之后的材料中包含的有机材料的化学键被切断，从而使有机材料分解。因此，可有效地形成金属氧化物复合物。
具有400nm或更短的波长的紫外线取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括由准分子灯发射的具有222nm波长的紫外线。
此外，优选的是，施加臭氧来代替施加紫外线，或者除了施加紫外线之外，还施加臭氧。通过向干燥之后的材料施加臭氧，加快氧化物的产生。
<栅绝缘层>
栅绝缘层取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是其为在基底和保护层之间形成的绝缘层。
栅绝缘层的材料取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括：已广泛用于大规模生产的材料，例如SiO2、SiNx和Al2O3；高的介电常数材料，例如La2O3和HfO2；以及有机材料例如聚酰亚胺(PI)和含氟树脂。
-栅绝缘层的形成方法-
栅绝缘层的形成方法取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括：真空膜形成方法，例如溅射、化学气相沉积(CVD)、和原子层沉积(ALD)；和印刷方法例如旋涂、模涂、和喷墨印刷。
栅绝缘层的平均膜厚度取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但其优选为50nm-3μm，更优选为100nm-1μm。
<源电极和漏电极>
源电极和漏电极取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是它们是用于提取电流的电极。
源电极和漏电极是与栅绝缘层接触形成的。
源电极和漏电极的材料取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括：金属，例如Mo、Al、Ag、和Cu；其合金；透明导电氧化物、例如氧化铟锡(ITO)、和锑掺杂氧化锡(ATO)；和有机电导体，例如聚亚乙基二氧噻吩(PEDOT)、和聚苯胺(PANI)。
-源电极和漏电极的形成方法-
源电极和漏电极的形成方法取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括：(i)包含如下的方法：通过溅射或浸涂形成膜，随后通过光刻法将所述膜图案化；和(ii)包含如下的方法：通过印刷工艺例如喷墨印刷、纳米印刷、和凹版印刷直接形成期望形状的膜。
源电极和漏电极各自的平均膜厚度取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但其优选为20nm-1μm，更优选为50nm-300nm。
<半导体层>
半导体层至少在源电极和漏电极之间形成。
半导体层与栅绝缘层、源电极和漏电极接触。
“在源电极和漏电极之间”的位置取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是其为其中半导体层可与源电极和漏电极一起使场效应晶体管起作用的位置。
半导体层的材料取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括硅半导体、和氧化物半导体。硅半导体的实例包括多晶硅(p-Si)和非晶硅(a-Si)。氧化物半导体的实例包括In-Ga-Zn-O、I-Z-O和In-Mg-O。在它们之中，氧化物半导体是优选的。
-半导体层的形成方法-
半导体层的形成方法取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括：包含如下的方法：通过真空工艺例如溅射、脉冲激光沉积(PLD)、CVD和原子层沉积(ALD)、或溶液工艺例如浸涂、旋涂和模涂形成膜，随后将所述膜通过光刻法图案化；和包含如下的方法：通过印刷工艺例如喷墨印刷、纳米印刷和凹版印刷直接形成期望形状的膜。
半导体层的平均膜厚度取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但其优选为5nm-1μm、10nm-0.5μm。
<栅电极>
栅电极在与其中设置半导体层的侧相反的侧形成，其中栅绝缘层在栅电极和半导体层之间。
栅电极与栅绝缘层接触。
栅电极的材料取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括：金属，例如Mo、Al、Ag、和Cu；其合金；透明导电氧化物，例如氧化铟锡(ITO)、和锑掺杂氧化锡(ATO)；和有机电导体，例如聚亚乙基二氧噻吩(PEDOT)、和聚苯胺(PANI)。
-栅电极的形成方法-
栅电极的形成方法取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括：(i)包含如下的方法：通过溅射或浸涂形成膜，随后通过光刻法将所述膜图案化；和(ii)包含如下的方法：通过印刷工艺例如喷墨印刷、纳米印刷、和凹版印刷直接形成期望形状的膜。
栅电极的平均膜厚度取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，但其优选为20nm-1μm，更优选为50nm-300nm。
场效应晶体管的结构取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括下列结构的场效应晶体管。
(1)包含如下的场效应晶体管：基底，在基底上形成的栅电极，在栅电极上形成的栅绝缘层，均在栅绝缘层上形成的源电极和漏电极，在源电极和漏电极之间形成的半导体层，和在半导体层上形成的保护层。
(2)包含如下的场效应晶体管：基底，均在基底上形成的源电极和漏电极，在源电极和漏电极之间形成的半导体层，在源电极、漏电极、和半导体层上形成的栅绝缘层，在栅绝缘层上形成的栅电极，和在栅电极上形成的保护层。
具有结构(1)的场效应晶体管的实例包括底接触/底栅场效应晶体管(图3A)和顶接触/底栅场效应晶体管(图3B)。
具有结构(2)的场效应晶体管的实例包括底接触/顶栅场效应晶体管(图3C)和顶接触/顶栅场效应晶体管(图3D)。
在图3A-3D中，标记21表示基底，22表示栅电极，23表示栅绝缘层，24表示源电极，25表示漏电极，26表示氧化物半导体层，和27表示保护层。
场效应晶体管可适宜地用于下述显示元件，但其用途不限于显示元件。例如，场效应晶体管可用于IC卡、ID标签等。
(显示元件)
本发明的显示元件至少包含光学控制元件和配置成驱动光学控制元件的驱动电路，且如果必要可进一步包含其它部件。
<光学控制元件>
所述光学控制元件取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是其为根据驱动信号控制光学输出的元件。其实例包括电致发光(EL)元件、电致变色(EC)元件、液晶元件、电泳元件、和电润湿元件。
<驱动电路>
驱动电路取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是其为具有本发明的场效应晶体管且驱动光学控制元件的电路。
<其它部件>
其它部件取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制。
显示元件可实现长期服务光学控制和高速运行，因为显示元件包含本发明的场效应晶体管。
(图像显示装置)
本发明的图像显示装置至少包含多个显示元件、多条线路、和显示控制装置，且可根据需要进一步包含其它部件。
图像显示装置为配置成根据图像数据显示图像的装置。
<显示元件>
显示元件取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是它们为以矩阵形式排列的本发明的显示元件。
<线路>
线路取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是它们各自为配置成向显示元件中的各场效应晶体管单独地施加栅电压的线路。
<显示控制装置>
显示控制装置取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，条件是其能够根据图像数据通过多条线路单独地控制场效应晶体管各自的栅电压。
<其它部件>
其它部件取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制。
图像显示装置可实现长的使用寿命和高速运行，因为图像显示装置包含本发明的显示元件。
图像显示装置可在移动信息装置(例如，移动电话、移动音乐播放器、移动视频播放器、电子书、和个人数字助理(PDA))或在成像装置(例如，照相机和摄影机)中用作显示单元。此外，图像显示装置可在运输系统例如汽车、飞机、火车和船中用作各种信息的显示单元。此外，图像显示装置可在测量装置、分析装置、医疗装置或广告媒体中用作显示各种信息的显示单元。
(系统)
本发明的系统至少包含本发明的图像显示装置、和图像数据形成装置。
图像数据形成装置为配置成基于待显示的图像信息产生图像数据、和将图像数据输出到图像显示装置的装置。
在下文中参考附图说明本发明的显示元件、图像显示装置和系统。
首先，作为本发明的系统的一个实例，说明电视装置。
作为本发明的系统的一个实例的电视装置可具有例如如JP-A No.2010-074148的第[0038]至[0058]段和图1中所描述的的结构。
接下来，说明本发明的图像显示装置。
本发明的图像显示装置可具有例如如JP-A No.2010-074148的第[0059]至[0060]段、以及图2和3中所描述的结构。
接下来，参考附图说明本发明的显示元件。
图1为用于图解其中显示元件排列在矩阵上的显示器310的图。如图1中所图解的，显示器310包含沿着X轴方向以恒定的间隔排列的“n”个数量的扫描线路(X0、X1、X2、X3、…Xn-2、Xn-1)、沿着Y轴方向以恒定的间隔排列的“m”个数量的数据线路(Y0、Y1、Y2、Y3、…Ym-1)、和沿着Y轴方向以恒定的间隔排列的“m”个数量的电流供应线路(Y0i、Y1i、Y2i、Y3i,…Ym-1i)。
如所描述的，以扫描线路和数据线路规定显示元件。
图2为图解本发明的显示元件的一个实例的示意性结构图。
如在图2中作为实例所图解的，显示元件包含有机EL(发光)元件350、和使有机EL元件350发射的驱动电路320。即，显示器310是所谓的主动矩阵有机EL显示器。此外，显示器310为32英寸彩色显示器。注意，显示器的尺寸不限于前述尺寸。
将说明图2的驱动电路320。
驱动电路320包含两个场效应晶体管11和12、以及电容器13。
场效应晶体管11起到切换元件的作用。栅电极G与某一扫描线路连接，且源电极S与某一数据线路连接。此外，漏电极D与电容器13的一个端子连接。
电容器13用于存储场效应晶体管11的状态，即存储数据。电容器13的另一端子连接至某一电流供应线路。
场效应晶体管12用于向有机EL元件350供应大的电流。栅电极G连接至漏电极D的场效应晶体管11。漏电极D连接至有机EL元件350的正电极，且源电极S连接至某一电流供应线路。
当将场效应晶体管11转向“开启”时，有机EL元件350被场效应晶体管12驱动。
如在图3A中作为其一个实例所图解的，场效应晶体管11、12各自包含基底21、栅电极22、栅绝缘层23、源电极24、漏电极25、氧化物半导体层26、和保护层27。
场效应晶体管11、12可用在本发明的场效应晶体管的描述中说明的材料、工艺形成。
图4为图解有机EL元件的一个实例的示意性结构图。
在图4中，有机EL元件350包含负电极312、正电极314、和有机EL薄膜层340。
负电极312的材料取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括铝(Al)、镁(Mg)-银(Ag)合金、铝(Al)-锂(Li)合金、和氧化铟锡(ITO)。注意，镁(Mg)-银(Ag)合金以其充足的厚度形成高反射率电极，且其极薄的膜(小于约20nm)形成半透明电极。在图4中，光从正电极侧取出，但通过使负电极为透明或半透明电极，光可从负电极侧取出。
正电极314的材料取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、和银(Ag)-钕(Nd)合金。注意，在其中使用银合金的情况中，所得电极变成高反射率电极，其适合用于从负电极侧取出光。
有机EL薄膜层340包含电子传输层342、光发射层344、和空穴传输层346。电子传输层342连接至负电极312，且空穴传输层346连接至正电极314。当在正电极314和负电极312之间施加预定的电压时，光发射层344发射光。
这里，电子传输层342和光发射层344可形成一个层。此外，电子注入层可设置在电子传输层342和负电极312之间。此外，空穴注入层可设置在空穴传输层346和正电极314之间。
在图4中，至于光学控制元件，说明其中光从基底侧取出的所谓的“底发射”有机EL元件。然而，光学控制元件可为其中光从基底的相反侧取出的“顶发射”有机EL元件。
图5描绘显示元件的一个实例，其中将有机EL元件350和驱动电路320组合。
显示元件包含基底31，第一和第二栅电极32、33，栅绝缘层34，第一和第二源电极35、36，第一和第二漏电极37、38，第一和第二氧化物半导体层39、40，第一和第二保护层41、42，层间绝缘膜43，有机EL层44，和负电极45。第一漏电极37和第二栅电极33经由通孔连接至栅绝缘层34。
图5中显现，为实际方便起见，电容器在第二栅电极33和第二漏电极38之间形成。实际上，电容器形成的位置没有限制，且可将具有合适的容量的电容器设置在合适的位置中。
此外，在图5的显示元件中，第二漏电极38起到有机EL元件350的正电极的作用。
基底31，第一和第二栅电极32、33，栅绝缘层34，第一和第二源电极35、36，第一和第二漏电极37、38，第一和第二氧化物半导体层39、40，和第一和第二保护层41、42可用在本发明的场效应晶体管的描述中说明的材料、工艺形成。
层间绝缘膜43(流平膜(leveling film))的材料取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括：树脂例如聚酰亚胺、丙烯酰基、和含氟树脂；使用前述树脂的任一种的光敏树脂、和SOG(旋涂玻璃)。用于形成层间绝缘膜的工艺取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制。例如，可通过旋涂、喷墨印刷、狭缝涂覆、喷嘴印刷、凹版印刷、或浸涂将膜直接形成为具有期望的形状。在光敏材料的情况中，可通过光刻法将膜图案化。
有机EL层44和负电极45的制造方法取决于预期的目的适当地选择而没有任何限制，且其实例包括：真空膜形成方法，例如真空沉积和溅射；和溶液工艺，例如喷墨印刷、和喷嘴涂覆。
以如上所述的方式，可制造作为其中光从基底侧导出的所谓的“底发射”有机EL元件的显示元件。在该情况中，基底31、栅绝缘层34、和第二漏电极(正电极)38需要是透明的。
在图5中，其中有机EL元件350紧挨着驱动电路320设置的结构。然而，显示元件可具有其中有机EL元件350设置在驱动电路320上方的结构，如图6中所图解的。在该情况中，有机EL元件还为其中发射光从基底侧导出的“底发射”型，且因此驱动电路320需要是透明的。至于源电极和漏电极或者正电极，使用透明导电氧化物例如ITO、In2O3、SnO2、ZnO、Ga掺杂ZnO、Al掺杂ZnO、和Sb掺杂SnO2是优选的。
显示控制装置400包含图像数据处理电路402、扫描线路驱动电路404、和数据线路驱动电路406，如在图7中作为实例所图解的。
图像数据处理电路402基于图像输出电路的输出信号判断显示器310中的多个显示元件302的亮度。
扫描线路驱动电路404根据图像数据处理电路402的指令向数量“n”的扫描线路单独地施加电压。
数据线路驱动电路406根据图像数据处理电路402的指令向数量“m”的数据线路单独地施加电压。
注意，在本实施方式中，说明其中有机EL薄膜层由电子传输层、光发射层、和空穴传输层组成的情况，但不限于此。例如，电子传输层和光发射层可形成一个层。此外，电子注入层可设置在电子传输层和负电极之间。此外，空穴注入层可设置在空穴传输层和正电极之间。
此外，在本实施方式中说明其中发射光从基底侧导出的“底发射”的情况，但不限于此。例如，可通过使用高反射率电极例如银(Ag)-钕(Nd)合金作为正电极314且使用半透明电极(例如，镁(Mg)-银(Ag)合金或透明电极(例如ITO)作为负电极312而将光从基底的相反侧导出。
此外，在本实施方式中说明其中光学控制元件为有机EL元件的情况，但不限于此。例如，光学控制元件可为电致变色元件。在该情况中，显示器310变成电致变色显示器。
此外，光学控制元件可为液晶元件。在该情况中，显示器310变成液晶。如在图8中作为实例所图解的，提供用于显示元件302’的电流供应线路是不必要的。
此外，在该情况中，驱动电路320’可由一个与前述场效应晶体管(11，12)类似的场效应晶体管14和电容器15组成，如在图9中作为实例所图解的。在场效应晶体管14中，栅电极G连接至某一扫描线路，且源电极S连接至某一数据线路。此外，漏电极D连接至液晶元件370的像素电极，且连接至电容器15。注意，图9中的参考符号16、372各自为液晶元件370的对电极(公共电极)。
在本实施方式中，光学控制元件可为电泳元件。替代地，光学控制元件可为电润湿元件。
此外，在本实施方式中，说明其中显示器为彩色显示器的情况，但不限于这样的情况。
注意，根据本实施方式的场效应晶体管可用于除显示元件以外的产品(例如，IC卡和ID标识)。
由于本发明的场效应晶体管具有高的运行速度和高的可靠性，对于各自使用所述场效应晶体管的显示元件、图像显示装置和系统，可实现相同的效果。
实施例
将在下文中说明本发明的实施例，但所述实施例不应被解释为限制本发明的范围。在下面的实施例中，“％”表示“质量％”，除非另外声明。
(实施例1-4)
<场效应晶体管的制造>
-用于形成保护层的涂覆液的制备-
根据表1中描绘的量，将四丁氧基硅烷(T5702-100G，Aldrich的)、二(仲丁氧基)乙酰乙酸酯铝螯合物(Al含量：8.4％，Alfa 89349，Alfa Aesar的)、硼酸三异丙酯(Wako320-41532，由Wako Chemical Ltd.制造)、2-乙基己酸钙溶剂油溶液(Ca含量：5％，Wako 351-01162，由Wako Chemical Ltd.制造)、和2-乙基己酸锶甲苯溶液(Sr含量：2％，Wako 195-09561，由Wako PureChemical Industries,Ltd.制造)用甲苯稀释，以由此获得用于形成保护层的涂覆液。通过用于形成保护层的涂覆液形成的金属氧化物具有如表2中描绘的组成。
接下来，制造如图3A中所图解的底接触/底栅场效应晶体管。
-栅电极的形成-
首先，在玻璃基底(基底21)上形成栅电极22。具体地，通过DC溅射在玻璃基底(基底21)上形成Mo(钼)膜，使得Mo(钼)膜的平均膜厚度为约100nm。之后，在Mo膜上施加光刻胶，然后使光刻胶经历预烘烤、通过曝光装置的曝光、和显影，以由此形成抗蚀剂(光刻胶，resist)图案，其与待形成的栅电极22的图案相同。然后，通过反应性离子蚀刻(RIE)除去Mo膜的其上尚未形成抗蚀剂图案的区域。之后，除去残留的抗蚀剂图案，以由此形成由Mo膜形成的栅电极22。
-栅绝缘层的形成-
接下来，在栅电极22上形成栅绝缘层23。具体地，通过RF溅射在栅电极22和玻璃基底(基底21)上形成Al2O3膜，使得Al2O3膜的平均膜厚度为约300nm，以由此形成栅绝缘层23。
-源电极和漏电极的形成-
接下来，在栅绝缘层23上形成源电极24和漏电极25。具体地，通过DC溅射在栅绝缘层23上形成Mo(钼)膜，使得Mo膜的平均膜厚度为约100nm。之后，在Mo膜上施加光刻胶，然后使光刻胶经历预烘烤、通过曝光装置的曝光、和显影，以由此形成抗蚀剂图案，其与待形成的源电极24和漏电极25的图案相同。然后，除去Mo膜的其上尚未形成抗蚀剂图案的区域。之后，除去剩余的抗蚀剂图案，以由此形成各自由Mo膜形成的源电极24和漏电极25。
-氧化物半导体层的形成-
接下来，形成氧化物半导体层26。具体地，通过DC溅射形成Mg-In氧化物(In2MgO4)膜，使得平均膜厚度为约100nm。之后，在Mg-In氧化物膜上施加光刻胶，然后使光刻胶经历预烘烤、通过曝光装置的曝光、和显影，以由此形成抗蚀剂图案，其与待形成的氧化物半导体层26的图案相同。通过湿法蚀刻除去Mg-In氧化物膜的其上尚未形成抗蚀剂图案的区域。之后，除去抗蚀剂图案，以由此形成氧化物半导体层26。结果，形成氧化物半导体层26，使得在源电极24和漏电极25之间形成沟道。
-保护层的形成-
接下来，将0.4mL用于形成保护层的涂覆液逐滴施加到基底上，并将施加的涂覆液在一定条件下旋涂(在以300rpm旋转5秒之后，以3,000rpm旋转20秒，随后以5秒停止旋转至0rpm)。随后，将施加的涂覆液在大气中在120℃下干燥1小时，随后在O2气氛中在400℃下烘烤3小时，以由此形成SiO2-A2O3-B2O3-CaO-SrO金属氧化物复合物绝缘膜(保护层)作为保护层27。以该方式，完成了场效应晶体管。
保护层27的平均膜厚度为约30nm。
最后，至于后处理的热处理，在320℃下进行热处理30分钟，随后使场效应晶体管的保护层27经历外观的评价。结果提供于表2中。
<用于测量介电常数的电容器的制造>
制造具有图10中图解的结构的电容器。首先，在玻璃基底81上形成下部电极82。具体地，通过金属掩模经由DC溅射形成Mo(钼)膜，使得其平均膜厚度为约100nm。接下来，以与各实施例的场效应晶体管的保护层的形成工艺相同的工艺形成介电层83。最后，以与下部电极82的材料和工艺相同的材料和相同的工艺在介电层83上形成上部电极84，以由此制造电容器。介电层83的平均膜厚度为30nm。通过LCR计(Agilent的4284A)测量所制造的电容器的介电常数。结果提供于表2中。
<用于测量线性膨胀系数的样品的制造>
制备各实施例的用于形成保护层的涂覆液(1L)，随后除去溶剂。将所得物置于铂坩埚中，并在1,600℃下加热和熔融，随后通过浮法工艺制造具有5mm直径和10mm高度的圆柱形物体。通过热机械分析装置(8310系列，由Rigaku Corporation制造)在20℃-300℃的温度范围内使所制造的圆柱形物体经历平均线性膨胀系数的测量。所制造的圆柱形物体具有与各实施例的场效应晶体管的保护层的组成相同的组成，且因此将具有与各实施例的场效应晶体管的保护层的线性膨胀系数相同的线性膨胀系数。
表1
表2
在表2中，“-”表示该比率为0％，在表4、6、8、11、12、13和15中亦然。
(实施例5-7)
根据表3中描绘的量，将1,1,1,3,3,3-六甲基二硅氮烷(HMDS，由TokyoOhka Kogyo Co.,Ltd.制造)、二(仲丁氧基)乙酰乙酸酯铝螯合物(Al含量：8.4％，Alfa 89349，Alfa Aesar的)、硼酸苯酯(Wako 163-23222，由Wako PureChemical Industries,Ltd.制造)、2-乙基己酸镁甲苯溶液(Mg含量：3％，Stream12-1260，由Strem Chemicals,Inc.制造)、2-乙基己酸钙溶剂油溶液(Ca含量：5％，Wako 351-01162，由Wako Chemical Ltd.制造)、2-乙基己酸锶甲苯溶液(Sr含量：2％，Wako 195-09561，由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造)、和2-乙基己酸钡甲苯溶液(Ba含量：8％，Wako 021-09471，由Wako PureChemical Industries,Ltd.制造)用甲苯稀释，以由此获得用于形成保护层的涂覆液。通过用于形成保护层的涂覆液形成的金属氧化物具有如表4中所描绘的组成。
使用所制备的用于形成保护层的涂覆液以与实施例1中相同的方式制造场效应晶体管、电容器和圆柱形物体，并以与实施例1中相同的方式对其进行评价。结果提供于表4中。
表3
表4
(实施例8和9)
根据表5中描绘的量，将1,1,1,3,3,3-六甲基二硅氮烷(HMDS，由TokyoOhka Kogyo Co.,Ltd.制造)、二(仲丁氧基)乙酰乙酸酯铝螯合物(Al含量：8.4％，Alfa 89349，Alfa Aesar的)、2-乙基己酸镁甲苯溶液(Mg含量：3％，Stream 12-1260，由Strem Chemicals,Inc.制造)、和2-乙基己酸锶甲苯溶液(Sr含量：2％，Wako 195-09561，由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造)用甲苯稀释，以由此制备用于形成保护层的涂覆液。通过用于形成保护层的涂覆液形成的金属氧化物具有如表6中所描绘的组成。
使用所制备的用于形成保护层的涂覆液以与实施例1中相同的方式制造场效应晶体管、电容器和圆柱形物体，并以与实施例1中相同的方式对其进行评价。结果提供于表6中。
表5
表6
(实施例10和11)
根据表7中描绘的量，将1,1,1,3,3,3-六甲基二硅氮烷(HMDS，由TokyoOhka Kogyo Co.,Ltd.制造)、2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂环戊硼烷(Wako 325-41462，由Wako Chemical Ltd.制造)、2-乙基己酸钙溶剂油溶液(Ca含量：5％，Wako 351-01162，由Wako Chemical Ltd.制造)、和2-乙基己酸钡甲苯溶液(Ba含量：8％，Wako 021-09471，由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造)用甲苯稀释，以由此制备用于形成保护层的涂覆液。通过用于形成保护层的涂覆液形成的金属氧化物具有如表8中描绘的组成。
使用所制备的用于形成保护层的涂覆液以与实施例1中相同的方式制造场效应晶体管、电容器和圆柱形物体，并以与实施例1中相同的方式对其进行评价。结果提供于表8中。
表7
表8
(实施例12-18)
根据表9和10中描绘的量，将四丁氧基硅烷(T5702-100G，Aldrich的)、2-乙基己酸镁甲苯溶液(Mg含量：3％，Stream 12-1260，由Strem Chemicals,Inc.制造)、2-乙基己酸钙溶剂油溶液(Ca含量：5％，Wako 351-01162，由WakoChemical Ltd.制造)、2-乙基己酸锶甲苯溶液(Sr含量：2％，Wako 195-09561，由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造)、和2-乙基己酸钡甲苯溶液(Ba含量：8％，Wako 021-09471，由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造)用甲苯稀释，以由此制备用于形成保护层的涂覆液。通过用于形成保护层的涂覆液形成的金属氧化物具有如表11和12中所描绘的组成。
使用所制备的用于形成保护层的涂覆液以与实施例1中相同的方式制造场效应晶体管、电容器和圆柱形物体，并以与实施例1中相同的方式对其进行评价。结果提供于表11和12中。
表9
表10
表11
表12
(对比例1)
<场效应晶体管的制造>
首先，以与实施例1中相同的方式在玻璃基底上形成栅电极、栅绝缘层、源电极和漏电极、以及氧化物半导体层。
-保护层的形成-
接下来，形成保护层。具体地，通过旋涂(以500rpm旋转10秒，随后以2,000rpm旋转30秒)施加0.4mL含氟树脂涂覆液(Cytop CTL-809A，由ASAHI GLASS CO.,LTD.制造)。接下来，将施加的涂覆液在90℃下预烘烤30分钟，随后在230℃下后烘烤60分钟，以由此形成保护层以覆盖氧化物半导体层。以该方式形成的保护层具有约1,500nm的平均膜厚度。
最后，至于后处理的热处理，在320℃下进行热处理30分钟，随后使场效应晶体管的保护层27经历外观的评价。结果提供于表13中。
<用于测量介电常数的电容器的制造>
制造具有图10中图解的结构的电容器。首先，在玻璃基底81上形成下部电极82。具体地，通过金属掩模经由DC溅射形成Mo(钼)膜，使得其平均膜厚度为约100nm。接下来，以与对比例1的场效应晶体管的保护层的形成工艺相同的工艺形成介电层83。最后，以与下部电极82的材料和工艺相同的材料和相同的工艺在介电层83上形成上部电极84，以由此制造电容器。介电层83的平均膜厚度为1,500nm。通过LCR计(4284A，Agilent的)测量所制造的电容器的介电常数。结果提供于表13中。
<用于测量线性膨胀系数的样品的制造>
首先，用基于氟的溶剂(CT-SOLV180，由ASAHI玻璃CO.,LTD.制造)将含氟树脂涂覆液(Cytop CTL-809A，由ASAHI GLASS CO.,LTD.制造)稀释至2倍，以由此制备涂覆液。接下来，通过旋涂(以500rpm旋转10秒，随后以1,000rpm旋转30秒)将0.4mL涂覆液施加在单晶Si基底上。随后，将施加的涂覆液在90℃预烘烤30分钟，随后在230℃下后烘烤60分钟，以由此制备用于测量线性膨胀系数的样品。样品的平均膜厚度为300nm。通过X-射线反射计在20℃-80℃的温度范围内使所制造的用于测量线性膨胀系数的样品经历平均线性膨胀系数的测量。结果提供于表13中。
(对比例2)
<场效应晶体管的制造>
首先，以与实施例1中相同的方式在玻璃基底上形成栅电极、栅绝缘层、源电极和漏电极、以及氧化物半导体层。
-保护层的形成-
接下来，形成保护层。具体地，使用SiCl4作为原材料通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成SiO2层作为保护层，以完成场效应晶体管。以该方式形成的保护层具有约30nm的平均膜厚度。
最后，至于后处理的热处理，在320℃下进行热处理30分钟，随后使场效应晶体管的保护层27经历外观的评价。结果提供于表13中。
<用于测量介电常数的电容器的制造>
制造具有图10中图解的结构的电容器。首先，在玻璃基底81上形成下部电极82。具体地，通过金属掩模经由DC溅射形成Mo(钼)膜，使得其平均膜厚度为约100nm。接下来，以与对比例2的场效应晶体管的保护层的形成工艺相同的工艺形成介电层83。最后，以与下部电极82的材料和工艺相同的材料和相同的工艺在介电层83上形成上部电极84，以由此制造电容器。介电层83的平均膜厚度为30nm。通过LCR计(4284A，Agilent的)测量所制造的电容器的介电常数。结果提供于表13中。
<用于测量线性膨胀系数的样品的制造>
使用SiCl4作为原材料。通过在氧气-氢气火焰中进行的水解生长二氧化硅粉末以由此获得SiO2多孔材料。将SiO2多孔材料在1,600℃的高温下熔融，以由此制备具有5mm直径和10mm高度的圆柱形SiO2玻璃。通过热机械分析装置(8310系列，由Rigaku Corporation制造)在20℃-300℃的温度范围内使所制造的圆柱形玻璃经历平均线性膨胀系数的测量。所制造的圆柱形玻璃具有与对比例2的场效应晶体管的保护层的组成相同的组成，且因此将具有与对比例2的场效应晶体管的保护层的线性膨胀系数相同的线性膨胀系数。
表13
(对比例3和4)
根据表14中描绘的量，将四丁氧基硅烷(T5702-100G，Aldrich的)、二(仲丁氧基)乙酰乙酸酯铝螯合物(Al含量：8.4％，Alfa 89349，Alfa Aesar的)、和2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂环戊硼烷(Wako 325-41462，由Wako Chemical Ltd.制造)用甲苯稀释，以由此获得用于形成保护层的涂覆液。通过用于形成保护层的涂覆液形成的金属氧化物具有如表15中所描绘的组成。
使用所制备的用于形成保护层的涂覆液以与实施例1中相同的方式制造场效应晶体管、电容器和圆柱形物体，并以与实施例1中相同的方式对其进行评价。结果提供于表15中。
表14
表15
<场效应晶体管的外观、以及保护层的介电常数和线性膨胀系数>
证实，对比例2-4的场效应晶体管的保护层在各自由Mo膜形成的源电极24和漏电极25上方、或在由Mg-In氧化物(In2MgO4)膜形成的氧化物半导体层26上方的位置中剥离。
这很可能是因为，由于与Mo膜或Mg-In氧化物(In2MgO4)膜的为约30×10-7的线性膨胀系数相比，对比例2-4的各场效应晶体管的保护层的线性膨胀系数是小的，即为5×10-7至20×10-7，在Mo膜或Mg-In氧化物膜与保护层之间的界面处导致应力。
与以上相比，实施例1-18的场效应晶体管的保护层由于其组成而具有7.0或更低的介电常数，但具有30.0×10-7或更大的线性膨胀系数，且不具有剥离且呈现出优异的结果。尤其是，实施例1-3、5-14和16-18的场效应晶体管的保护层具有6.0或更低的介电常数、和30.0×10-7至60.0×10-7的线性膨胀系数，且呈现出更优异的结果。
此外，对在对比例1中制造的场效应晶体管的保护层未观察到剥离。
<晶体管的性质的可靠性的评价>
对在实施例1-18和对比例1中制造的场效应晶体管各自在N2气氛中进行DC偏压应力测试160小时。
具体地，设置两种类型的应力条件。
(1)包括如下的条件：在栅电极22和源电极24之间的电压(Vgs)为+20V(Vgs＝+20V)，且在漏电极25和源电极24之间的电压(Vds)为0V(Vds＝0V)
(2)包括如下的条件：Vgs＝Vds＝+20V
在实施例1中制造的场效应晶体管在Vgs＝+20和Vds＝0V的应力条件下的结果提供于图11中，且其在Vgs＝Vds＝+20V的应力条件下的结果提供于图12中。此外，在对比例1中制造的场效应晶体管在Vgs＝+20V和Vds＝0V的应力条件下结果提供于图13中，且其在Vgs＝Vds＝+20V的应力条件下的结果提供于图14中。在图11-14的图中，纵轴上的“E”表示10的指数。例如，“1.E-03”表示“1×10-3”和“0.001”，且“1.E-05”表示“1×10-5”和“0.00001”。
晶体管性质的开启电压(Von)确定为刚好低于在将Vg从-20V逐步提高0.5V的过程中Ids超过10-11A时的电压。
注意在160小时的应力测试期间开启电压Von的偏移(sift)量ΔVon，在图13的图中偏移量ΔVon为+8.0V，且在图14的图中偏移量为+7.5V，而在图11中偏移量ΔVon为+1.0V，且在图12中偏移量ΔVon为+1.5V。来自对在实施例1-16和对比例1中制造的场效应晶体管进行的160小时的应力测试的ΔVon的结果提供于表16中。由表16证实，在实施例1-18与对比例1之间存在突出的差异。具体地，发现在实施例1-18中制造的场效应晶体管的保护层比在对比例1中制造的场效应晶体管的保护层更适合作为半导体层(具体地氧化物半导体层)的保护层。
此外，在实施例1-18中制造的场效应晶体管即使在大气中也呈现出优异的可靠性。
表16
(实施例19)
<有机EL显示装置的制造>
制造如图15中所图解的有机EL显示装置。
-栅电极的形成-
首先，在玻璃基底51上形成第一栅电极52和第二栅电极53。具体地，通过DC溅射在玻璃基底51上形成作为透明导电膜的ITO膜，使得ITO膜的平均膜厚度为约100nm。之后，在其上施加光刻胶，并使所施加的光刻胶经历预烘烤、通过曝光装置的曝光、和显影，以由此形成抗蚀剂图案，其与待形成的第一栅电极52和第二栅电极53的图案相同。通过RIE除去ITO膜的其上尚未形成抗蚀剂图案的区域。之后，除去抗蚀剂图案，以由此形成第一栅电极52和第二栅电极53。
-栅绝缘层的形成-
接下来，形成栅绝缘层54。具体地，通过RF溅射在第一栅电极52、第二栅电极53和玻璃基底51上方形成Al2O3膜，使得Al2O3膜的平均膜厚度为约300nm。之后，在其上施加光刻胶，并使所施加的光刻胶经历预烘烤、通过曝光装置的曝光、和显影，以由此形成抗蚀剂图案，其与待形成的栅绝缘层54的图案相同。除去Al2O3膜的其上尚未形成抗蚀剂图案的区域，随后除去抗蚀剂图案，以由此形成栅绝缘层54。
-源电极和漏电极的形成-
接下来，形成第一源电极55和第二源电极57、以及第一漏电极56和第二漏电极58。具体地，通过DC溅射在栅绝缘层54上形成作为透明导电膜的ITO膜，使得ITO膜的平均膜厚度为约100nm。之后，在ITO膜上施加光刻胶，并使所施加的光刻胶经历预烘烤、通过曝光装置的曝光、和显影，以由此形成抗蚀剂图案，其与待形成的第一源电极55和第二源电极57、以及第一漏电极56和第二漏电极58的图案相同。通过RIE除去ITO膜的其上尚未形成抗蚀剂图案的区域。之后，除去抗蚀剂图案，以由此形成各自由ITO膜形成的第一源电极55和第二源电极57、以及第一漏电极56和第二漏电极58。
-氧化物半导体层的形成-
接下来，形成第一氧化物半导体层59和第二氧化物半导体层60。具体地，通过DC溅射形成Mg-In氧化物(In2MgO4)膜，使得其平均膜厚度为约100nm。之后，在Mg-In氧化物膜上施加光刻胶，并使所施加的光刻胶经历预烘烤、通过曝光装置的曝光、和显影，以由此形成抗蚀剂图案，其与待形成的第一氧化物半导体层59和第二氧化物半导体层60的图案相同。通过RIE除去Mg-In氧化物膜的其上尚未形成抗蚀剂图案的区域。之后，除去抗蚀剂图案，以由此形成第一氧化物半导体层59和第二氧化物半导体层60。以如所描述的方式，形成第一氧化物半导体层59，使得在第一源电极55和第一漏电极56之间形成沟道。此外，形成第二氧化物半导体层60，使得在第二源电极57和第二漏电极58之间形成沟道。
-保护层的形成-
接下来，形成第一保护层61和第二保护层62。
首先，根据如表1中所描绘的实施例1中的量，将四丁氧基硅烷(T5702-100G，Aldrich的)、二(仲丁氧基)乙酰乙酸酯铝螯合物(Al含量：8.4％，Alfa 89349，Alfa Aesar的)、硼酸三异丙酯(Wako 320-41532，由Wako ChemicalLtd.制造)、2-乙基己酸钙溶剂油溶液(Ca含量：5％，351-01162，由WakoChemical Ltd.制造)、和2-乙基己酸锶甲苯溶液(Sr含量：2％，195-09561，由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造)用1,3,5-三甲基苯稀释，以由此形成用于形成保护层的涂覆液。通过用于形成保护层的涂覆液形成的金属氧化物具有与表2中描绘的实施例1的组成相同的组成。
通过喷墨印刷施加用于形成保护层的涂覆液以由此形成保护层，使得保护层覆盖第一氧化物半导体层59和第二氧化物半导体层60。在将保护层在120℃下干燥1小时之后，在O2气氛中在400℃下进行烘烤3小时。结果，获得SiO2-A2O3-B2O3-CaO-SrO金属氧化物复合物绝缘膜(保护层)作为第一保护层61和第二保护层62。第一保护层61和第二保护层62的平均膜厚度为约30nm。
-层间绝缘膜的形成-
接下来，形成层间绝缘膜63。具体地，通过旋涂施加正性光敏有机材料(SUMIRESIN EXCEL CRC系列，由Sumitomo Bakelite Co.,Ltd.制造)，随后使其经历预烘烤、通过曝光装置的曝光、和显影，以由此获得期望的图案。之后，使所得物经历在320℃下的后烘烤30分钟，以由此形成在第二漏电极58上方具有通孔的层间绝缘膜63。以该方式形成的层间绝缘膜63具有约3μm的平均膜厚度。即使在层间绝缘膜63的后烘烤(包装，baling)之后对保护层61和62也未观察到剥离。
-间壁的形成-
接下来，形成间壁64。具体地，通过UV臭氧处理进行层间绝缘膜63的表面改性。之后，通过旋涂在其上施加正性光敏聚酰亚胺树脂(DL-1000，由Toray Industries,Inc.制造)，并使所施加的树脂经历预烘烤、通过曝光装置的曝光、和显影，以由此获得期望的图案。之后，使所获得的图案在230℃下经历后烘烤30分钟，以由此形成间壁64。
-正电极的形成-
接下来，形成正电极65。具体地，通过UV臭氧处理再次进行层间绝缘膜63的表面改性，随后通过喷墨印刷在其上施加包含纳米颗粒的ITO墨，以由此形成具有约50nm的平均膜厚度的正电极65。
-有机EL层的形成-
接下来，使用聚合物型有机发光材料通过喷墨装置在正电极65上形成有机El层66。
-负电极的形成-
接下来，形成负电极67。具体地，通过在有机EL层66和间壁64上真空沉积MgAg而形成负电极67。
-密封层的形成-
接下来，形成密封层68。具体地，通过PECVD形成SiNx膜，使得其平均膜厚度为约2μm，以由此在负电极67上形成密封层68。
-粘结-
接下来，将所得物粘结至对置基底70。具体地，在密封层68上形成粘合剂层69，且在其上粘结由玻璃基底构成的对置基底70。以如所描述的该方式，制造具有图15中图解的结构的有机EL显示装置的显示面板。
-驱动电路的连接-
接下来，连接驱动电路。具体地，将驱动电路(未图解)连接至显示面板，使得图像可显示在显示面板上。以如所描述的方式，制造有机EL显示装置的图像显示系统。
该有机EL显示装置为所谓的“底发射”有机EL显示装置，因为场效应晶体管全部由透明膜组成，且仅对于负电极使用具有高反射率的金属层。
该有机EL显示元件呈现出高速运行和高的可靠性。
本发明的实施方式例如如下：
<1>基底；
保护层；
在所述基底和所述保护层之间形成的栅绝缘层；
与所述栅绝缘层接触形成的源电极和漏电极；
半导体层，其至少在所述源电极和所述漏电极之间形成，且与所述栅绝缘层、所述源电极和所述漏电极接触；和
栅电极，所述栅电极在与其中设置所述半导体层的侧相反的侧上形成，其中所述栅绝缘层在所述栅电极和所述半导体层之间，且所述栅电极与所述栅绝缘层接触，
其中所述保护层包含金属氧化物复合物，所述金属氧化物复合物至少包含Si和碱土金属。
<2>根据<1>的场效应晶体管，其中所述金属氧化物复合物进一步包含Al、或B、或Al和B的组合。
<3>根据<1>或<2>中任一项的场效应晶体管，其中所述半导体层为氧化物半导体层。
<4>根据<1>至<3>中任一项的场效应晶体管，其中所述碱土金属为选自Mg、Ca、Sr和Ba的至少一种。
<5>显示元件，其包含：
配置成对应于驱动信号控制光学输出的光学控制元件；和
包含根据<1>至<4>中任一项的场效应晶体管且配置成驱动所述光学控制元件的驱动电路。
<6>根据<5>的显示元件，其中所述光学控制元件包含电致发光元件、电致变色元件、液晶元件、电泳元件、或电润湿元件。
<7>图像显示装置，其对应于图像数据显示图像，所述图像显示装置包含：
以矩阵排列的多个各自根据<5>或<6>任一项的显示元件；
多条配置成向各显示元件中的各场效应晶体管独立地施加栅电压的线路；和
配置成对应于所述图像数据通过所述线路单独地控制各场效应晶体管的栅电压的显示控制装置。
<8>系统，其包含：
根据<7>的图像显示装置；和
图像数据形成装置，其配置成基于待显示的图像信息形成图像数据、和将所述图像数据输出到所述图像显示装置。
参考符号列表
11          场效应晶体管
12          场效应晶体管
13          电容器
14          场效应晶体管
15          电容器
16          对电极
21          基底
22          栅电极
23          栅绝缘层
24          源电极
25          漏电极
26          氧化物半导体层
27          保护层
31          基底
32          第一栅电极
33          第二栅电极
34          栅绝缘层
35          第一源电极
36          第二源电极
37          第一漏电极
38          第二漏电极
39          第一氧化物半导体层
40          第二氧化物半导体层
41          第一保护层
42          第二保护层
43          层间绝缘膜
44          有机EL层
45          负电极
51          玻璃基底
52          第一栅电极
53          第二栅电极
54          栅绝缘层
55          第一源电极
56          第一漏电极
57          第二源电极
58          第二漏电极
59          第一氧化物半导体层
60          第二氧化物半导体层
61          第一保护层
62          第一保护层
63          层间绝缘膜
64          间壁
65          正电极
66          有机EL层
67          负电极
68          密封层
69          粘合剂层
70          对置基底
81          玻璃基底
82          下部电极
83          介电层
84          上部电极
302，302’  显示元件
310         显示器
312         负电极
314         正电极
320、320’  驱动电路
340         有机EL薄膜层
342         电子传输层
344         光发射层
346         空穴传输层
350         有机EL元件
370         液晶元件
372         对电极
400         显示控制装置
402         图像数据处理电路
404         扫描线路驱动电路
406         数据线路驱动电路

Claims (8)

1.场效应晶体管，包括：
基底；
保护层；
在所述基底和所述保护层之间形成的栅绝缘层；
与所述栅绝缘层接触形成的源电极和漏电极；
半导体层，其至少在所述源电极和所述漏电极之间形成，且与所述栅绝缘层、所述源电极和所述漏电极接触；和
栅电极，所述栅电极在与其中设置所述半导体层的侧相反的侧上形成，其中所述栅绝缘层在所述栅电极和所述半导体层之间，且所述栅电极与所述栅绝缘层接触，
其中所述保护层包含金属氧化物复合物，所述金属氧化物复合物至少包含Si和碱土金属。
2.根据权利要求1的场效应晶体管，其中所述金属氧化物复合物进一步包含Al、或B、或Al和B的组合。
3.根据权利要求1或2中任一项的场效应晶体管，其中所述半导体层为氧化物半导体层。
4.根据权利要求1-3中任一项的场效应晶体管，其中所述碱土金属为选自Mg、Ca、Sr和Ba的至少一种。
5.显示元件，包括：
配置成对应于驱动信号控制光学输出的光学控制元件；和
包含根据权利要求1-4中任一项的场效应晶体管且配置成驱动所述光学控制元件的驱动电路。
6.根据权利要求5的显示元件，其中所述光学控制元件包含电致发光元件、电致变色元件、液晶元件、电泳元件、或电润湿元件。
7.图像显示装置，其对应于图像数据显示图像，所述图像显示装置包括：
以矩阵排列的多个各自根据权利要求5或6任一项的显示元件；
多条配置成向各显示元件中的各场效应晶体管独立地施加栅电压的线路；和
配置成对应于所述图像数据通过所述线路单独地控制各场效应晶体管的栅电压的显示控制装置。
8.系统，包括：
根据权利要求7的图像显示装置；和
图像数据形成装置，其配置成基于待显示的图像信息形成图像数据、和将所述图像数据输出到所述图像显示装置。
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