CN105431930A - 场效应晶体管和用于生产场效应晶体管的方法 - Google Patents

场效应晶体管和用于生产场效应晶体管的方法 Download PDF

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Abstract

为了提供一种场效应晶体管，包含：栅极电极，配置为施加栅极电压；源极电极和漏极电极，两者都配置为输出电流；有源层，由n型氧化物半导体形成，被提供为与源极电极和漏极电极接触；以及栅极绝缘层，被提供在栅极电极和有源层之间；其中，源极电极和漏极电极的功函数是4.90eV或更大，并且其中，n型氧化物半导体的电子载流子密度为4.0×1017cm-3或更大。

Description

场效应晶体管和用于生产场效应晶体管的方法
技术领域
本发明涉及场效应晶体管和用于生产场效应晶体管的方法。
背景技术
近来，已经积极进行了有源矩阵显示设备(例如，液晶显示设备，发光显示设备和电泳显示设备)的开发，其中对在所形成的矩阵中布置的每显示像素提供了由作为场效应晶体管(FET)的薄膜晶体管(TFT)形成的开关元件。
在这些开发中，关注在TFT的沟道形成区使用氧化物半导体膜生产TFT的技术，所述氧化物半导体膜具有高载流子迁移率并且在元件之间的变化较小，并且对电子设备或光学设备应用TFT。例如，公开了使用氧化锌(ZnO)、In2O3、或In-Ga-Zn-O作为氧化物半导体膜的FET(例如参见专利文献1)。
关于用于设备的场效应晶体管，要求其具有高场效应迁移率、高通/断比、和小绝对值的接通电压。
大面积显示的显示设备具有由于电阻而导致的从线到TFT的沟道的信号延迟的问题。因此，关于TFT的电极的材料，要求使用具有低比阻的材料。
当生产使用TFT的显示设备时，将显示元件层叠在所形成的TFT之上。因此，在形成TFT之后执行的工艺中，执行加热处理或氧化气氛处理。为此原因，期望使用不会由于形成TFT之后执行的加热处理或氧化气氛处理而导致劣化的电极材料。
专利文献1公开了适于作为半导体层的沟道的氧化物半导体膜(例如，IGZO膜)的载流子密度的范围为1×1011cm-3或更大但小于1×1018cm-3，优选地为1×1014cm-3或更大但小于1×1017cm-3，更优选地为1×1015cm-3或更大但小于1×1016cm-3。
这是因为，当其电子载流子密度为1×1018cm-3或更大的氧化物用作TFT的沟道时，在没有施加晶体管的栅极电压的情况下，大的电流可能通过源极电极和漏极电极之间，并且TFT可能变为常通TFT。为了生产可适用于诸如发光设备的图像显示设备的常断TFT，已经公知将具有小于1×1018cm-3的电子载流子密度的氧化物用作TFT的沟道。
所提出的优选的用于沟道的氧化物半导体层(IGZO)的载流子密度为小于1×1017cm-3(例如，见专利文献2)。这是因为，如果载流子密度大于上述范围，则得到的薄膜晶体管可能成为常通类型。此外，公开了一种方法，其中为了降低氧化物半导体层和源极-漏极电极层之间的接触电阻的目的，具有比氧化物半导体层更高载流子密度的氧化物导电材料作为源极-漏极电极层和氧化物半导体层之间的缓冲层。这是因为，当期望作为线或电极的具有低比阻的材料(例如，金)用作源极电极和漏极电极时，接触电阻可能变大。在不提供缓冲层的情况下，具有低功函数的金属(如Al、Mo和Ti)典型地用作使用n型氧化物半导体作为有源层的TFT中的电极，以便改进有源层与源极电极和漏极电极之间的电接触。然而，具有低功函数的金属的问题在于，在场效应晶体管的形成之后执行的加热处理或氧化气氛处理期间金属被氧化，从而比阻提高。
此外，公开了通过将电子载流子密度n(cm-3)控制在1018<n<1020的范围内来获得具有高迁移率和可靠性的场效应晶体管(例如见专利文献3)。在所公开的方法中，由钛(Ti)/金(Au)/钛(Ti)组成的结构用作源极和漏极电极。
此外，公开了通过将电子载流子密度n(cm-3)控制在n≤5×1018的范围内来获得具有高场效应迁移率的薄膜晶体管(例如见专利文献4)。在所公开的方法中，通过溅射(sputter)形成到膜中的金(Au)用作源极和漏极电极。
此外，公开了一种方法，其中通过涂覆(coating)形成半导体层和电极层(例如见专利文献5)。关于用于形成使用氧化物半导体层的TFT的半导体层或源极-漏极电极层的方法，通常使用真空沉积或溅射。然而，为了执行这些方法的任一，存在需要负责和昂贵的设备的问题。此外，另一问题在于难以形成大面积的薄膜。因此，期望一种通过涂覆形成半导体层或电极层的方法，作为使得能够以简单方式形成大面积的膜的方法。
n型氧化物半导体趋于随着电子载流子密度越高而展现越高迁移率。因此，当n型氧化物半导体用于场效应晶体管时，可能随着电子载流子密度越高而实现越高的通电流。
然而，在传统技术中，还没有提供这样的场效应晶体管，即使在n型氧化物半导体的电子载流子密度高的情况下，所述场效应晶体管所具有的源极电极和漏极电极对于场效应晶体管的形成之后执行的加热处理和氧化气氛处理也具有高耐性，并且所述源极电极和漏极电极具有低比阻，所述场效应晶体管不需要缓冲层、具有高场效应迁移率、具有高通/断比并具有小绝对值的接通电压。
因此，当前需要一种这样的场效应晶体管，即使在n型氧化物半导体的电子载流子密度高的情况下，所述场效应晶体管所具有的源极电极和漏极电极对于场效应晶体管的形成之后执行的加热处理和氧化气氛处理也具有高耐性，并且所述源极电极和漏极电极具有低比阻，所述场效应晶体管不需要缓冲层、具有高场效应迁移率、具有高通/断比并具有小绝对值的接通电压。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利(JP-B)No.5118811
专利文献2：日本专利申请特开(JP-A)No.2010-62546
专利文献3：JP-ANo.2011-103402
专利文献4：JP-ANo.2013-4555
专利文献5：JP-ANo.2010-283190
发明内容
技术问题
本发明旨在解决本领域中上述各种问题，并实现以下目的。具体地，本发明的目的在于提供这样一种场效应晶体管，其即使在n型氧化物半导体的电子载流子密度高的情况下，所述场效应晶体管所具有的源极电极和漏极电极对于场效应晶体管的形成之后执行的加热处理和氧化气氛处理也具有高耐性，并且所述源极电极和漏极电极具有低比阻，所述场效应晶体管不需要缓冲层、具有高场效应迁移率、高通/断比和小绝对值的接通电压。
解决问题的方案
用于解决上述问题的手段如下。
本发明的场效应晶体管，包括：
栅极电极，配置为施加栅极电压；
源极电极和漏极电极，两者都被配置为输出电流；
有源层，由n型氧化物半导体形成，被提供为与源极电极和漏极电极接触；以及
栅极绝缘层，被提供在栅极电极和有源层之间；
其中，源极电极和漏极电极的功函数是4.90eV或更大，并且
其中，n型氧化物半导体的电子载流子密度为4.0×1017cm-3或更大。
发明的有利效果
本发明可以解决本领域中上述各种问题，并且可以提供这样一种场效应晶体管，其即使在n型氧化物半导体的电子载流子密度高的情况下，所述场效应晶体管所具有的源极电极和漏极电极对于场效应晶体管的形成之后执行的加热处理和氧化气氛处理也具有高耐性，并且所述源极电极和漏极电极具有低比阻，并且所述场效应晶体管不需要缓冲层、具有高场效应迁移率、高通/断比和小绝对值的接通电压。
附图说明
图1是图示底栅/底接触场效应晶体管的一个示例的示意截面图。
图2是图示底栅/顶接触场效应晶体管的一个示例的示意截面图。
图3是图示顶栅/底接触场效应晶体管的一个示例的示意截面图。
图4是图示顶栅/顶接触场效应晶体管的一个示例的示意截面图。
图5A是图示根据本发明生产场效应晶体管的方法的一个示例的示意截面图(部分1)。
图5B是图示根据本发明生产场效应晶体管的方法的一个示例的示意截面图(部分2)。
图5C是图示根据本发明生产场效应晶体管的方法的一个示例的示意截面图(部分3)。
图5D是图示根据本发明生产场效应晶体管的方法的一个示例的示意截面图(部分4)。
图6是描绘载流子密度为5.9×1015cm-3的比较示例1的场效应晶体管的电流-电压特性的图。
图7是描绘载流子密度为1.0×1018cm-3的示例1的场效应晶体管的电流-电压特性的图。
图8是描绘使用Mg-In基氧化物半导体薄膜(电子载流子密度：5.9×1015cm-3)作为n型氧化物半导体、以及使用Al作为源极电极和漏极电极的场效应晶体管的电流-电压特性的图。
图9是描绘使用Mg-In基氧化物半导体薄膜(电子载流子密度：1.0×1018cm-3)作为n型氧化物半导体、以及使用Al作为源极电极和漏极电极的场效应晶体管的电流-电压特性的图。
图10是图示作为本发明的系统的电视设备的一个示例的示意图。
图11是用于说明图10的图像显示设备的图(部分1)。
图12是用于说明图10的图像显示设备的图(部分2)。
图13是用于说明图10的图像显示设备的图(部分3)。
图14是用于说明本发明的显示元件的一个示例的图。
图15是描绘显示元件中的有机EL元件和场效应晶体管的布置的一个示例的示意图。
图16是描绘显示元件中的有机EL元件和场效应晶体管的布置的另一个示例的示意图。
图17是图示有机EL元件的一个示例的示意图。
图18是用于说明显示控制设备的图。
图19是用于说明液晶显示器的图。
图20是用于说明图19的显示元件的图。
图21是描绘载流子密度为5.2×1018cm-3的示例18的场效应晶体管的电流-电压特性的图。
图22是描绘载流子密度为5.2×1018cm-3的示例18的场效应晶体管的电流-电压特性的图。
图23是描绘载流子密度为5.7×1015cm-3的比较示例3的场效应晶体管的电流-电压特性的图。
图24是描绘载流子密度为5.7×1015cm-3的比较示例3的场效应晶体管的电流-电压特性的图。
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栅极电极、源极电极、漏极电极、有源层和栅极绝缘层，并且还可根据需要包含其他组件。
本发明的场效应晶体管可通过例如根据本发明的用于生产场效应晶体管的方法来生产。
在上述JP-BNo.5118811和JP-ANo.2010-62546中，公开了用于通过将氧化物半导体层的电子载流子密度控制在1×1011cm-3到1×1018cm-3的范围内而实现常断晶体管操作的技术。在JP-BNo.5118811中，使用金用于源极-漏极端，但是在将作为沟道的氧化物半导体层和金之间引入具有大导电率的In-Ga-Zn-O无定形膜。
作为本发明人进行的研究的结果，已经确认不能用这样的TFT实现充分晶体管操作，所述TFT中，由其载流子密度在1×1015cm-3或更大但小于1×1016cm-3的范围内(JP-BNo.5118811中公开为优选范围)的氧化物半导体膜形成的有源层、以及由金形成的源极和漏极电极直接连接。原因如下。在具有高功函数的金属(诸如金)与具有低功函数的n型氧化物半导体接触时，在接触接口形成肖特基势垒结，结果，认为电阻变高。
在JP-ANo.2011-103402中，公开了可通过将电子载流子密度n(cm-3)控制在1018<n<1020的范围内并使用钛(Ti)/金(Au)/钛(Ti)用于源极和漏极电极来实现具有高迁移率和可靠度的场效应晶体管。在此晶体管中，氧化物半导体的有源层与源极和漏极电极之间的接触区域中的电极一侧的平面是钛。
然而，作为本发明人进行的研究的结果，已经确认使用具有1×1018cm-3或更大的电子载流子密度的氧化物半导体、和使用钛用于源极和漏极电极的场效应晶体管不能实现高通/断比。因为具有低功函数的金属(即，钛)与氧化物半导体接触，所以氧化物半导体和电极之间的电接触很好。然而，由于JP-BNo.5118811和JP-ANo.2010-62546中公开的原因不能实现高通/断比。
在JP-ANo.2010-283190中，公开了通过喷墨(inkjet)方法施加Ag纳米粒子而形成源极电极和漏极电极。
然而，作为本发明人进行的研究的结果，使用具有在1×1015cm-3或更大但小于1×1016cm-3的范围(被公开为更优选范围)内的载流子密度的氧化物半导体膜、以及通过涂覆Ag纳米粒子而形成的源极和漏极电极的TFT在氧化物半导体和电极之间具有差导电性，并且不能实现高场效应迁移率(以下可称为“载流子迁移率”)。通过涂覆之后烘烤而形成的并具有低比阻的薄膜典型地为银(Ag)或金(Au)。还没有将诸如Al、Mo和Ti的金属材料形成在油墨中、并作为油墨而施加然后烘烤以便形成薄膜的技术。
除了金属材料之外，关于可通过涂覆形成到膜中的导电材料，典型地已知例如掺锡氧化铟(ITO)。然而，通过涂覆形成的ITO膜的比阻高于通过真空工艺形成的膜的比阻。在呈现大面积的显示的显示设备中，由于从线到TFT的沟道的电阻而导致的信号的延迟变得显著。因此，其不足以应用作为TFT的电极材料。
本发明人已经基于与现有技术相关联的研究的结果进行了以下研究。
本发明人生产了这样的场效应晶体管，其中Mg-In基氧化物半导体用作n型氧化物半导体，并且Al用作源极电极和漏极电极，并且，本发明人进行了用于确认晶体管特性的实验。Mg-In基氧化物半导体的电子载流子密度通过下述霍尔效应测量设备来测量，并且结果是5.9×1015cm-3。
图8是描绘底栅/顶接触场效应晶体管的电流-电压特性、并示出在源极-漏极电压Vds为20V的情况下栅极电压Vg和源极-漏极电流Ids之间的关系的图。在饱和区计算的场效应迁移率是4.6cm2/Vs。此外，晶体管的通状态(例如，Vg＝20V)中的源极-漏极电流与断状态(例如，Vg＝-20V)中的源极-漏极电流的比率(通/断比)为5.9×107。此外，源极-漏极电流转为增加的栅极电压(接通电压)为Vg＝-2V。
图9描绘在Mg-In基氧化物半导体的电子载流子密度为1.0×1018cm-3的情况下所生产的底栅/顶接触场效应晶体管的电流-电压特性的测量结果。当栅极电压在-30V到+30V的范围内时，晶体管没有转入完全的关断状态。Vg＝20V情况下的源极-漏极电流与Vg＝-20V的情况下的源极-漏极电流的比率为3.3×101。
在氧化物半导体的电子载流子密度为1×1015cm-3到1×1016cm-3、并且具有低功函数的金属用作源极和漏极电极的情况下，如上所述，可以实现场效应迁移率高、通/断比高、并且接通电压的绝对值小的晶体管特性。
另一方面，当电子载流子密度为1.0×1018cm-3或更大时，获得通/断比小、并且接通电压的绝对值大的晶体管特性。
具有如图8所绘的性能的晶体管在性能方面可适用于有源矩阵显示设备，但是当在晶体管的形成之后执行加热处理和氧化气氛处理时Al电极劣化，结果，确认晶体管性能的劣化。
因此，本发明人生产了使用金作为源极和漏极电极的场效应晶体管，并且进行了实验以确认所生产的场效应晶体管的晶体管特性。
图6(比较示例1中载流子密度为5.9×1015cm-3的情况)和图7(示例1中载流子密度为1.0×1018cm-3的情况)是描绘在Mg-In基氧化物半导体的电子载流子密度分别为5.9×1015cm-3和1.0×1018cm-3的情况下、使用金作为源极和漏极电极的场效应晶体管的电流-电压特性的图。
从图6可以理解，当电子载流子密度在1×1015cm-3到1×1016cm-3的范围内(其被认为更适用于用作使用n型氧化物半导体的晶体管)、并且金用作源极和漏极电极时，通电流低，即，大约1×10-9A，并且晶体管几乎不工作。这是因为，在具有相对高功函数的金和n型氧化物半导体接触的平面形成肖特基势垒结，因此接触电阻变大。
另一方面，当在电子载流子密度为1×1018cm-3或更大(这传统地被认为是不适用于使用n型氧化物半导体的晶体管的范围)的情况下金用作源极和漏极电极时，从图7发现场效应迁移率为高(即，5.6cm2/Vs)、Vg＝20V的源极-漏极电流与Vg＝-20V的源极-漏极电流的比率(通/断比)高(即，4.7×108)、并且接通电压的绝对值小(即，Vg＝1.0V)的晶体管特性。
图6至图9中描绘的晶体管随着源极和漏极电极的材料以及电子载流子密度变化，由于n型氧化物半导体的电子载流子密度和金的组合而展现期望的性能。
此外，本发明人已经进行了实验以确定通过真空沉积(诸如溅射)、以及真空气相沉积形成的金属的功函数、以及通过施加纳米粒子形成的金属的功函数。结果，已经发现，金属薄膜的功函数依赖于膜形成方法指示不同值，并且通过施加纳米粒子形成的金属比通过真空沉积形成的金属具有更高功函数，即使它们是相同金属也是如此。
例如，本发明人已经进行试验以确定通过真空沉积形成的金(Au)和银(Ag)的功函数、以及通过施加纳米粒子或有机金属化合物而形成的金(Au)和银(Ag)的功函数。结果，通过真空沉积形成的金(Au)和银(Ag)的功函数分别为4.70eV到4.79eV和4.80eV到4.83eV。另一方面，通过施加纳米粒子或有机金属化合物形成的金(Au)和银(Ag)的功函数分别为4.90eV到5.10eV和5.05eV到5.30eV。已经发现，通过施加纳米粒子或有机金属化合物形成的金属比通过真空沉积形成的金属具有更高功函数。
作为基于上述结果进行的进一步研究的结果，已经发现，当源极电极和漏极电极的功函数为4.90eV或更大、并且n型氧化物半导体的电子载流子密度为4.0×1017cm-3或更大时，可以提供这样的场效应晶体管：其所具有的源极电极和漏极电极对于在场效应晶体管的形成之后执行的加热处理和氧化气氛处理具有高耐性，并且所述源极电极和漏极电极具有低比阻，所述场效应晶体管不需要缓冲层、具有高电场迁移率、高通/断比、以及小绝对值的接通电压。
此外，已经发现，即使当n型氧化物半导体的电子载流子密度大于5.0×1018cm-3时，通过施加纳米粒子或有机金属化合物(例如，Au、Ag、Ag/Pd和Pt)形成源极电极和漏极电极两者的场效应晶体管具有高场效应迁移率、高通/断比、以及小绝对值的接通电压。
<栅极电极>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择栅极电极，只要其是配置为施加栅极电压的电极。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择栅极电极的材料，并且其示例包括：金属，诸如铂、钯、金、银、铜、锌、铝、镍、铬、钽、钼和钛；上述金属的合金；上述金属的合金；以及上述金属的混合物。此外，其进一步的示例包括：导电氧化物，诸如氧化铟、氧化锌、氧化锡、氧化镓、氧化铌、掺锡(Sn)In2O3(ITO)、掺镓(Ga)ZnO、掺铝(Al)ZnO和掺锑(Sb)SnO2；其合成物；以及其混合物。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择栅极电极的平均厚度，但是其平均厚度优选地在10nm到200nm，更优选地在50nm到100nm。
<栅极绝缘层>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择栅极绝缘层，只要其是在栅极电极和有源层之间形成的绝缘层。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择栅极绝缘层的材料，并且其示例包括无机绝缘材料和有机绝缘材料。
无机绝缘材料的示例包括：氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化钛、氧化钇、氧化镧、氧化铪、氧化锆、氮化硅、氮化铝及其混合物。
有机绝缘材料的示例包括聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯酸盐、聚乙烯醇和酚醛清漆树脂。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择栅极绝缘层的平均厚度，但是其平均厚度优选地在50nm到1000nm，更优选地在100nm到500nm。
<源极电极和漏极电极>
源极电极和漏极电极是配置为输出电流的电极。
源极电极和漏极电极的功函数为4.90eV或更大。
因为源极电极和漏极电极的功函数为4.90eV或更大，所以源极电极和漏极电极对在场效应晶体管的形成之后执行的加热处理或氧化气氛处理的耐性变高，并且源极电极和漏极电极的比阻保持低。
源极电极和漏极电极的材料优选地为金属、合金或两者。这里，短语“金属、合金或两者”不排除在没有不利地影响功函数和比阻的程度之内包含杂质。
金属的示例包括金、银、钯、铂、镍、铱和铑。
合金包括展现金属导电性的那些，并且包括多个金属元素、或金属元素和非金属元素的组合，并且其示例包括固溶体、共晶、和金属互化物。
合金优选为从包括金、银、钯、铂、镍、铱和铑的组选择的多个金属的合金。
源极电极和漏极电极各自可以通过电连接多个金属、多个合金、或单个或多个金属和单个或多个合金的组合形成。
源极电极和漏极电极优选地通过烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其组合而形成。
金属粒子的示例包括金粒子、银粒子、钯粒子、铂粒子、镍粒子、铱粒子和铑粒子。
合金粒子的示例包括由任何上述合金形成的粒子。例如，合金粒子是银钯合金粒子。
合金粒子可以具有由多个上述金属形成的核-壳结构或分层结构。
金属粒子和合金粒子可包含用于改进溶剂中的粒子的可分散性的表面活性剂或分散剂，只要其没有不利地影响本发明的可获得的效果。此外，金属粒子和合金粒子可包含用于改进当粒子在溶剂中分散时的储存稳定性的保护剂。
源极电极和漏极电极各自可通过电连接多个金属粒子、多个合金粒子、或单个或多个金属粒子以及单个或多个合金粒子的组合而形成。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当地选择有机金属化合物，只要其是包含金属和有机基团的化合物。术语“有机金属化合物”窄义地指示包含金属-碳键的化合物。然而，在本说明书中，除了金属-碳键之外，术语“有机金属化合物”也包括通过共价键、离子键或配价键而键合金属和有机基团的化合物。
金属-碳键的示例包括金属羰基键、金属烷基键和金属-烯烃键。通过金属-碳键与金属键合的有机基团的示例包括羰基、烷基、烯基和炔基。
通过共价键与金属键合的有机基团的示例包括烷氧基。
通过离子键键合到金属的有机基团的示例包括有机酸，诸如羧酸和辛酸。
通过配价键而键合到金属的有机基团的示例包括乙酰丙酮基和硫醇基。
有机金属化合物的示例包括金属乙炔化合物、金属醇盐、金属羧酸盐和金属硫复合物。
源极电极和漏极电极优选地通过将包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液施加到液滴喷射系统中、并烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合而形成。液滴喷射系统的示例包括喷墨系统。
涂覆液
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择涂覆液，只要涂覆液包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合。涂覆液优选地是包含金粒子、银粒子、银钯合金粒子、钯粒子、铂粒子、镍粒子、铱粒子、铑粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择金属粒子和合金粒子的形状，并且其示例包括球形、椭圆形和多面形。其中，球形是优选的。注意，球形不限于球体。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择金属粒子或合金粒子的平均粒子直径，但是其上限优选地为1μm或更小，更优选地500nm或更小，并且尤其优选地100nm或更小。平均粒子直径的下限优选地为1nm或更大，更优选地5nm或更大。
已知当其平均粒子直径为若干纳米到几十纳米时，金属纳米粒子可以典型地以显著低于块体金属的熔点的温度烧结。通过将平均粒子直径设置为1nm到10nm的范围而预期降低烘烤温度的效果。在源极电极和漏极电极使用诸如喷墨的液滴喷射系统形成的情况下，认为小平均粒子尺寸可以有助于防止喷嘴的网眼阻塞(clogging)。
涂覆液可包含有机溶剂。有机溶剂的示例包括：碳氢化合物，诸如十四烷；环烃，诸如环己烷和环十二烯；芬香烃，诸如甲苯、二甲苯和均三甲苯；乙二醇醚，诸如二乙二醇单乙醚；单醇醚(monoalcoholether)，诸如乙二醇单甲醚；多元醇，诸如乙二醇和丙二醇；以及单醇(monoalcohol)，诸如丁醇。这些可以单独或组合使用。
源极电极和漏极电极的功函数为4.90eV或更大，优选地5.00eV或更大。当功函数小于4.90eV时，难以在高电子载流子密度的情况下稳定地实现高通/断比和小绝对值的接通电压。依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择功函数的上限，但是功函数优选地为6.00eV或更小。
例如可以通过在空气AC-2中的光电子能谱仪(由RIKENKEIKI有限公司制造)来执行功函数的测量。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择源极电极和漏极电极的平均厚度，但是其平均厚度优选地为10nm到500nm，更优选地50nm到200nm。
<有源层>
有源层被提供为与源极电极和漏极电极接触。
有源层由n型氧化物半导体形成。
n型氧化物半导体的电子载流子密度为4.0×1017cm-3或更大，优选地为1.0×1018cm-3或更大，更优选地为5.1×1018cm-3或更大，并且尤其优选地为7.5×1018cm-3或更大。依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择电子载流子密度的上限，但是电子载流子密度优选地为1.0×1020cm-3或更小，更优选地为5.0×1019cm-3或更小。
当电子载流子密度小于4.0×1017cm-3时，得到的场效应晶体管不能实现良好的晶体管特性。
当电子载流子密度大于1.0×1020cm-3时，难以实现高通/断比以及小绝对值的接通电压。
可通过例如霍尔效应测量设备来测量电子载流子密度。
霍尔效应是在随着施加垂直于电流的磁场时在横贯于电流和磁场的方向上生成电动势的现象，并且主要用于识别半导体的载流子密度、迁移率和载流子类型。
霍尔效应测量设备的示例包括比阻/霍尔效应测量系统ResiTest8300(TOYO公司制造)。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择n型氧化物半导体，只要其具有4.0×1017cm-3或更大的电子载流子密度。然而，n型氧化物半导体优选地包含铟、锌、锡、镓、钛或其任何组合。
n型氧化物半导体的示例包括ZnO、SnO2、In2O3、TiO2和Ga2O3。此外，还可使用包含多个金属的氧化物，诸如In-Zn基氧化物、In-Sn基氧化物、In-Ga基氧化物、Sn-Zn基氧化物、Sn-Ga基氧化物、Zn-Ga基氧化物、In-Zn-Sn基氧化物、In-Ga-Zn基氧化物、In-Sn-Ga基氧化物、Sn-Ga-Zn基氧化物、In-Al-Zn基氧化物、Al-Ga-Zn基氧化物、Sn-Al-Zn基氧化物、In-Hf-Zn基氧化物和In-Al-Ga-Zn基氧化物。
n型氧化物半导体优选地包含铟、锌、锡、镓、钛或其任何组合以及碱土金属，因为实现高场效应迁移率，并且容易适当地控制电子载流子密度。更优选地，n型氧化物半导体包含铟和碱土金属。
碱土金属的示例包括铍、镁、钙、锶、钡和镭。
氧化铟依赖于氧缺陷的量，在大约1018cm-3到大约1020cm-3的范围内改变其电子载流子密度。应当注意，氧化铟趋于导致氧缺陷，并且存在在氧化物半导体膜形成之后的后续步骤中可能形成不想要的氧缺陷的情况。尤为优选地主要从铟和比铟更容易与氧键合的碱土金属这两种金属形成氧化物，因为可以防止不想要的氧缺陷的形成，并且因为氧气的成分容易控制，所以适当控制电子载流子密度。
可以通过用于构成有源层的元素、生产工艺条件、以及形成有源层之后执行的后处理，将有源层的电子载流子密度控制在适当范围。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择有源层的平均厚度，但是其平均厚度优选地为1nm到200nm，更优选地为2nm到100nm。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择场效应晶体管的结构，并且其示例包括底栅/底接触型(图1)、底栅/顶接触型(图2)、顶栅/底接触型(图3)、以及顶栅/顶接触型(图4)。
在图1到图4中，1是基底，2是栅极电极，3是栅极绝缘层，4是源极电极，5是漏极电极，并且6是有源层。
场效应晶体管不需要缓冲层，因为其载流子密度为4.0×1017cm-3或更大，并且因此在氧化物半导体与源极电极和漏极电极之间的接触表面处的接触电阻不变大。
本发明的场效应晶体管适用为液晶显示器、有机EL显示器或电致变色显示器的像素驱动电路、或用于逻辑电路的场效应晶体管。
(用于生产场效应晶体管的方法)
<第一生产方法>
根据本发明的用于形成场效应晶体管的方法(第一生产方法)至少包含源极电极和漏极电极形成步骤，并且根据需要还可包含其他步骤，诸如栅极电极形成步骤、栅极绝缘层形成步骤和有源层形成步骤。
用于形成场效应晶体管的方法是用于形成本发明的场效应晶体管的方法。
<<栅极电极形成步骤>>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择栅极电极形成步骤，只要其是包含在基底上形成栅极电极的步骤。其示例包括：(i)包含在通过溅射或浸涂形成膜之后、通过光刻对膜进行图案化的步骤；以及(ii)包含通过印刷工艺(诸如喷墨印刷、纳米压印和凹版印刷)直接形成期望形状的膜的步骤。
基底
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择基底的形状、结构和尺寸。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择基底的材料，并且其示例包括玻璃基底和塑料基底。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择玻璃基底，并且其示例包括无碱玻璃和石英玻璃。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择塑料基底，并且其示例包括：聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、以及聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。注意，优选地对基底执行诸如氧等离子体、紫外臭氧和UV辐射清洗的预处理，以清洁其表面并改进与另一层的粘合度。
<<栅极绝缘层形成步骤>>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择栅极绝缘层形成步骤，只要其是包含在栅极电极上形成栅极绝缘层的步骤。其示例包括：(i)包含在通过溅射或浸涂形成膜之后通过光刻对膜进行图案化的步骤；以及(ii)包含通过印刷工艺(诸如喷墨印刷、纳米压印和凹版印刷)直接形成期望形状的膜的步骤。
<<源极电极和漏极电极形成步骤>>
源极电极和漏极电极形成步骤是包含对栅极绝缘层施加包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液、并烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合从而形成源极电极和漏极电极的步骤。
作为源极电极和漏极电极形成步骤的结果，至少在栅极绝缘层上形成源极电极和漏极电极，其中，在源极电极和漏极电极之间具有间隔。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择用于施加的方法，并且其示例包括丝网印刷、滚涂、浸涂、旋涂、喷墨印刷和纳米压印。
当喷墨印刷或纳米压印用作施加方法时，可以以室温施加涂覆液。通过将要涂覆的基底(例如，栅极绝缘层)加热到大约25℃到50℃的范围，可以防止紧接在涂覆液的沉积之后涂覆液在要涂覆的基底的表面上的浸湿和散布。
在施加之后，优选地执行干燥和烘烤。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择干燥，只要其在可以去除涂覆液中易失成分的条件下执行。注意，不需要通过干燥彻底去除易失成分，只要将易失成分去除到没有不利地影响烘烤的程度。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择烘烤的温度，只要其等于或低于要涂覆的基底的热变形温度。烘烤的温度优选地在180℃到600℃。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择烘烤的气氛，并且其示例包括包含氧气的气氛，诸如氧气和空气。此外，烘烤的气氛可以是惰性气体，诸如氮气。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择烘烤的持续时间。
<<有源层形成步骤>>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择有源层形成步骤，只要其是包含至少在将成为沟道区的栅极绝缘层上形成n型氧化物半导体的有源层的步骤。其示例包括：物理气相沉积(物理气相生长)，诸如溅射和脉冲激光沉积(PLD)；化学气相沉积，诸如等离子CVD；溶液涂敷法，诸如溶胶-凝胶法；以及其他传统膜形成方法。有源层的图案化方法的示例包括：使用阴影掩膜的方法、使用光刻的方法、以及包含通过印刷或喷墨印刷直接形成期望形状的膜的方法。
随着有源层形成步骤、以及源极电极和漏极电极形成步骤执行，在源极电极和漏极电极之间形成有源层。
当使用诸如溅射的物理气相沉积时，可以根据膜形成气氛中的氧气量控制n型氧化物半导体中的氧气量。在通过n型氧化物半导体的氧缺陷生成电子载流子的情况下，可通过降低膜形成气氛的氧气量而提高n型氧化物半导体的电子载流子密度。
此外，可通过在形成n型氧化物半导体之后执行加热处理而控制膜中的氧气含量。在此情况下，可通过调节加热温度、加热持续时间、加热速度、冷却速度、以及加热气氛(气体组分、压力)而将n型氧化物半导体的电子载流子密度控制到预定值。
当使用诸如溶液涂敷法的湿法工艺时，可通过调节涂覆后执行的加热处理的条件(具体地，烘烤温度、烘烤持续时间、加热速度、冷却速度以及用于烘烤的气氛(气体组分、压力))而将n型氧化物半导体中的电子载流子密度控制到预定值。此外，可通过在烘烤之后进一步执行加热处理而控制电子载流子密度。
在第一生产方法中，不限制执行源极电极和漏极电极形成步骤以及有源层形成步骤的顺序。可以在源极电极和漏极电极形成步骤之后执行有源层形成步骤。替代地，可以在有源层形成步骤之后执行源极电极和漏极电极形成步骤。
当在第一生产方法中在源极电极和漏极电极形成步骤之后执行有源层形成步骤时，可以生产底栅/底接触场效应晶体管。
当在第一生产方法中在有源层形成步骤之后执行源极电极和漏极电极形成步骤时，可以生产底栅/顶接触场效应晶体管。
以下参照图5A到图5D说明底栅/顶接触场效应晶体管的生产方法。
首先，通过溅射在由玻璃基底形成的基底1上形成由铝形成的导电膜，并且所形成的导电膜通过蚀刻而图案化，从而形成栅极电极2(图5A)。
然后，通过溅射在栅极电极2和基底1上形成由SiO2形成的栅极绝缘层3，以覆盖栅极电极2(图5B)。
然后，通过溅射在栅极绝缘层3上形成n型氧化物半导体膜，并且所形成的氧化物半导体膜通过蚀刻而图案化，从而形成有源层6(图5C)。
然后，通过诸如喷墨系统的液滴喷射系统而施加包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液，以覆盖有源层6的一部分，之后执行加热处理，从而形成源极电极4和漏极电极5(图5D)。
以如上所述的方式，生产场效应晶体管。
<<第二生产方法>>
根据本发明的用于生产场效应晶体管的方法(第二生产方法)至少包含源极电极和漏极电极形成步骤，并且根据需要还可包含其他步骤。
用于生产场效应晶体管的方法(第二生产方法)是用于生产本发明的场效应晶体管的方法。
<<源极电极和漏极电极形成步骤>>
源极电极和漏极电极形成步骤是至少在基底上施加包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液并烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合从而形成源极电极和漏极电极的步骤。
作为源极电极和漏极电极形成步骤的结果，至少在基底上形成源极电极和漏极电极，其中，在源极电极和漏极电极之间具有间隔。
基底
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择基底，并且其示例包括如第一生产方法中的基底所列的那些。
源极电极和漏极电极形成步骤的示例包括如第一生产方法中的源极电极和漏极电极形成步骤所列的方法。
<<有源层形成步骤>>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择有源层形成步骤，只要其包含至少在将成为沟道区的基底上形成由n型氧化物半导体形成的有源层。
有源层形成步骤的示例包括如第一生产方法中的有源层形成步骤所列的方法。
随着有源层形成步骤、以及源极电极和漏极电极形成步骤执行，在源极电极和漏极电极之间形成有源层。
<<栅极绝缘层形成步骤>>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择栅极绝缘层形成步骤，只要其包含在有源层上形成栅极绝缘层。其示例包括如第一生产方法中的栅极绝缘层形成步骤所列的方法。
<<栅极电极形成步骤>>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择栅极电极形成步骤，只要其包含在栅极绝缘层上形成栅极电极。其示例包括如第一生产方法中的栅极电极形成步骤所列的方法。
在第二生产方法中，不限制执行源极电极和漏极电极形成步骤以及有源层形成步骤的顺序。可以在源极电极和漏极电极形成步骤之后执行有源层形成步骤。替代地，可以在有源层形成步骤之后执行源极电极和漏极电极形成步骤。
当在第二生产方法中在源极电极和漏极电极形成步骤之后执行有源层形成步骤时，可以生产顶栅/底接触场效应晶体管。
当在第二生产方法中在有源层形成步骤之后执行源极电极和漏极电极形成步骤时，可以生产顶栅/顶接触场效应晶体管。
根据本发明的场效应晶体管，n型氧化物半导体的电子载流子密度高(4.0×1017cm-3或更大)，并且与n型氧化物半导体接触的源极和漏极电极的功函数为4.90eV或更大。因此，本发明的场效应晶体管可以实现高场效应迁移率、高通/断比和小绝对值的接通电压。
因为在本发明的场效应晶体管中源极和漏极电极的功函数是4.90eV或更大，所以在场效应晶体管的形成之后执行的加热处理或氧化气氛处理中电极不被氧化，并且可以实现其性质不劣化的场效应晶体管。此外，使用具有低比阻的金属作为电极材料，这可以保持线的电阻低，并因此不导致信号延迟的问题。
此外，不需要提供用于在n型氧化物半导体与源极和漏极电极之间的接触接口引入缓冲层以用于改进n型氧化物半导体与源极和漏极电极之间的电接触的步骤，并且可以用相同材料形成源极和漏极电极和线。因此，生产工艺简单。
此外，通过施加包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液、然后进行烘烤，可以形成具有4.90eV或更大的功函数的源极和漏极电极作为具有低比阻的薄膜。因此，可以对于场效应晶体管的生产工艺应用印刷工艺，诸如液滴喷射系统(例如，喷墨系统)，因此可以选择简单且能够形成大面积的膜的生产方法。
(显示元件)
本发明的显示元件至少包含光控制元件、以及配置为驱动光控制元件的驱动电路，还可根据需要包含其他组件。
<光控制元件>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择光控制元件，只要其是配置为根据驱动信号控制光输出的元件。其示例包括电致发光(EL)元件、电致变色(EC)元件、液晶元件、电泳元件以及电润湿元件。
<驱动电路>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择驱动电路，只要其包含本发明的场效应晶体管。
<其他组件>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择其他组件。
因为显示元件包含本发明的场效应晶体管，所以实现高速驱动，其服务寿命长，并且可以降低元件之间的变化。即使当随时间出现显示元件的改变时，也可以以恒定栅极电极操作驱动晶体管。
(图像显示设备)
本发明的图像显示设备至少包含多个显示元件、多条线以及显示控制设备，并且根据需要还可包含其他组件。
<多个显示元件>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择多个显示元件，只要它们是以矩阵形式布置的本发明的多个显示元件。
<多条线>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择多条线，只要它们能够单独施加栅极电压和图像数据信号到显示元件中的每个场效应晶体管。
<显示控制设备>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择显示控制设备，只要其能够通过线根据图像数据单独控制每个场效应晶体管的栅极电压和信号电压。
<其他组件>
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择其他组件。
因为图像显示设备包含本发明的显示元件，所以可以降低元件之间的变化，并且可以显示高质量的大屏幕图像。
(系统)
本发明的系统至少包含本发明的图像显示设备和图像数据生成设备。
图像数据生成设备配置为基于要显示的图像信息生成图像数据，并且将生成的图像数据输出到图像显示设备。
因为系统配备有本发明的图像显示设备，所以可以高精度地显示图像信息。
下面参照附图说明本发明的显示元件、图像显示设备和系统。
首先，参照图10说明作为本发明的系统的电视设备。
在图10中，电视设备100配备有主控制设备101、调谐器103、AD转换器(ADC)104、解调电路105、TS(传输流)解码器106、声音解码器111、DA转换器(DAC)112、声音输出电路113、扬声器114、图像解码器121、图像OSD合成电路122、图像输出电路123、图像显示设备124、OSD绘制电路125、存储器131、操作设备132、驱动接口(驱动IF)141、硬盘设备142、光盘设备143、IR光电检测器151和通信控制单元152。
图像解码器121、图像OSD合成电路122、图像输出电路123、和OSD绘制电路125构成图像数据生成设备。
主控制设备101包括CPU、闪存ROM和RAM，并配置为控制整个电视设备100。
在闪存ROM中，存储用可用CPU解码的代码编写的程序以及用于在CPU中处理的各种数据。
此外，RAM是用于操作的存储器。
调谐器103配置为从由天线210接收的广播电波选择预先已经设置的频道。
ADC104配置为将调谐器103的输出信号(模拟信息)转换为数字信息。
解调电路105配置为解调来自ADC104的数字信息。
TS解码器106配置为对解调电路105的输出信号进行TS解码，以分离为声音信息和图像信息。
声音解码器111配置为解码来自TS解码器106的声音信息。
DA转换器(DAC)112配置为将声音解码器111的输出信号转换为模拟信号。
声音输出电路113配置为将DA转换器(DAC)112的输出信号输出到扬声器114。
图像解码器121配置为解码来自TS解码器106的图像信息。
图像OSD合成电路122配置为合成图像解码器121的输出信号和OSD绘制电路125的输出信号。
图像输出电路123配置为将图像OSD合成电路122的输出信号输出到图像显示设备124。
OSD绘制电路125配置有字符生成器，以在图像显示设备124的屏幕上显示字符或图形，并配置为基于来自操作设备132和IR光电检测器151的指令而生成包括显示信息的信号。
存储器131配置为临时存储音频-视频(AV)数据。
操作设备132配备有诸如控制板的输入介质(未示出)，并配置为将已经由用户输入的各种信息通知给主控制设备101。
驱动IF141是交互通信接口。作为一个示例，驱动IF根据AT附加分组接口(ATAPI)。
硬盘设备142包括硬盘、以及配置为驱动硬盘的驱动设备。驱动设备在硬盘上记录数据，并再现硬盘中记录的数据。
光盘设备143将数据记录在光盘(例如，DVD)上，以及再现光盘上记录的数据。
IR光电检测器151从远程控制的发送器220接收光电信号，并报告给主控制设备101。
通信控制单元152控制与因特网的通信。可以经由因特网获得各种类型的信息。
图11是图示本发明的图像显示设备的一个示例的示意图。
图11中，图像显示设备124包含显示单元300和显示控制设备400。
如图12所示，显示单元300包含显示器310，其中以矩阵布置多个(在此情况下，数目“n”×数目“m”)显示元件302。
此外，如图13所示，显示器310包含沿X轴方向以恒定间隔布置的“n”条扫描线(X0、X1、X2、X3…Xn-2、Xn-1)、沿Y轴方向以恒定间隔布置的“m”条数据线(Y0、Y1、Y2、Y3…Ym-1)和沿Y轴方向以恒定间隔布置的“m”条电流供应线(Y0i、Y1i、Y2i、Y3i…Ym-1i)。
如上所述，可以用扫描线和数据线指定显示元件。
下面参照图14说明本发明的显示元件。
图14是图示本发明的显示元件的一个示例的示意图。
如作为图14中的一个示例所示，显示元件包含有机电致发光(EL)元件350和配置为从有机EL元件350发光的驱动电路320。具体地，显示器310是所谓的有源矩阵系统的有机EL显示器。此外，显示器310是32英寸彩色显示器。注意，显示器的尺寸不限于上述尺寸。
图15图示在显示元件302中的有机EL元件350和作为驱动电路的场效应晶体管20之间的位置关系的一个示例。在此示例中，有机EL元件350紧挨场效应晶体管20提供。注意，场效应晶体管10和电容器(未示出)形成在同一衬底上。
尽管图15中未示出，但是优选地在有源层22上提供钝化膜。关于钝化膜的材料，适当地使用SiO2、SiNx、Al2O3或含氟聚合物。
如图16所示，例如，有机EL元件350可提供在场效应晶体管20上。在此情况下，要求栅极电极26透明。因此，关于栅极电极26，使用透明导电氧化物，诸如ITO、In2O3、SnO2、ZnO、掺GaZnO、掺AlZnO和掺SbSnO2。注意，附图标记360表示层间绝缘膜(平整膜)。关于层间绝缘膜，可以使用聚酰亚胺或丙烯酸树脂。
图17是图示有机EL元件的一个示例的示意图。
在图17中，有机EL元件350包含阴极312、阳极314、和有机EL薄膜层340。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择阴极312的材料，并且其示例包括铝(Al)、镁(Mg)-银(Ag)合金、铝(Al)-锂(Li)合金、以及氧化铟锡(ITO)。注意，镁(Mg)-银(Ag)合金形成具有充分厚度的高反射率电极，并且其极薄的膜(小于大约20nm)形成半透明电极。在图17中，光从阳极一侧输出，但是通过使得阴极为透明或半透明电极，光可以从阴极一侧输出。
依赖于意图的目的而没有任何限制，适当选择阳极314的材料，并且其示例包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、和银(Ag)-钕(Nd)合金。注意，在使用银合金的情况下，得到的电极变为高反射率电极，其适于从阴极一侧输出光。
有机EL薄膜层340包含电子传输层342、发光层344和空穴传输层346。电子传输层342连接到阴极312，并且空穴传输层346连接到阳极314。随着预定电压施加在阳极314和阴极312之间，发光层344发光。
这里，电子传输层342和发光层344可形成一层。此外，电子注入层可提供在电子传输层342和阴极312之间。此外，空穴注入层可提供在空穴传输层346和阳极314之间。
此外，关于光控制元件，上面说明了所谓的“底发射”有机EL元件，其中光从衬底一侧输出。然而，光控制元件可以是“顶发射”有机EL元件，其中光从与衬底相对侧输出。
说明图14中的驱动电路320。
驱动电路320包含两个场效应晶体管10、20和电容器30。
场效应晶体管10工作为开关元件。场效应晶体管10的栅极电极G连接到预定扫描线，并且场效应晶体管10的源极电极S连接到预定数据线。此外，场效应晶体管10的漏极电极D连接到电容器30的一端。
场效应晶体管20配置为将电流提供到有机EL元件350。场效应晶体管20的栅极电极G连接到场效应晶体管10的漏极电极D。场效应晶体管20的漏极电极D连接到有机EL元件350的阳极314，并且场效应晶体管20的源极电极S连接到预定电流供应线。
电容器30配置为存储场效应晶体管10的状态，即，数据。电容器30的另一端连接到预定电流供应线。
随着场效应晶体管10转为“通”状态下，图像数据经由信号线Y2存储在电容器30中。即使在将场效应晶体管10转为“关”状态之后，场效应晶体管20也维持在与图像数据对应的“通”状态，使得有机EL元件350被驱动。
图18是图示本发明的图像显示设备的另一示例的示意图。
在图18中，图像显示设备包含显示元件302、线(扫描线、数据线和电流供应线)以及显示控制设备400。
显示控制设备400包含图像数据处理电路402、扫描线驱动电路404和数据线驱动电路406。
图像数据处理电路402基于图像输出电路123的输出信号，判断显示器中的多个显示元件302的亮度。
扫描线驱动电路404根据图像数据处理电路402的指令，单独施加电压到数目为“n”的扫描线。
数据线驱动电路406根据图像数据处理电路402的指令，单独施加电压到数目为“m”的数据线。
上面的实施例说明了光控制元件是有机EL元件的情况，但是光控制元件不限于有机EL元件。例如，光控制元件可以是电致变色元件。在此情况下，显示器是电致变色显示器。
此外，光控制元件可以是液晶元件。在此情况下，显示器是液晶显示器，并且对于如图19所示的显示元件302’不需要电流供应线。此外，如图20所示，驱动电路320’可包括一个场效应晶体管40，其与场效应晶体管10和20相同。在场效应晶体管40中，栅极电极G连接到预定扫描线，并且源极电极S连接到预定数据线。此外，漏极电极D连接到电容器361和液晶元件370的像素电极。
此外，光控制元件可以是电泳元件、无机EL元件或电润湿元件。
上面说明了本发明的系统是电视设备的情况，但是所述系统不限于此，只要所述系统包含图像显示设备124作为用于显示图像和信息的设备。例如，所述系统可以是计算机系统，其中计算机(包括个人计算机)连接到图像显示设备124。
此外，图像显示设备124可用作移动信息设备(例如，移动电话、便携式音乐播放器、便携式视频播放器、电子书、个人数字助理(PDA))或相机设备(例如，照相机、摄像机)中的显示单元。图像显示设备124可以用作用于运输系统(例如，汽车、飞机、火车和轮船)中的各种类型的信息的显示单元。此外，图像显示设备124可用作用于测量设备、分析设备、医疗设备或广告媒体中的各种类型的信息的显示单元。
示例
下面说明本发明的示例，但是下面的示例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
(示例1)
<场效应晶体管的生产>
栅极电极的形成
在玻璃衬底上，通过气相沉积沉积Al以具有100nm的厚度，然后通过光刻和蚀刻将所沉积的Al图案化为线的形式，从而形成栅极电极。
栅极绝缘层的形成
通过等离子CVD形成SiO2的膜以具有200nm的厚度，从而形成栅极绝缘层。
有源层的形成
在所形成的绝缘层上，通过在JP-ANo.2010-74148的示例中描述的方法中的溅射而形成Mg-In基氧化物半导体膜(有源层)。关于靶材，使用具有In2MgO4的成分的多晶烧结体。在溅射室中的背压设置为2×10-5Pa。通过调节溅射期间供应的氩气和氧气的流速将总压力设置为0.3Pa。通过调节氧气的流速来控制氧化物半导体膜中的氧气量和电子载流子密度。表1中描绘了溅射期间的氧气流速。
所获得的氧化物半导体膜(有源层)的厚度为50nm。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的有源层上，通过喷墨设备将金纳米金属油墨(Au-1Chb，ULVAC公司制造，平均粒子直径：5nm，金属含量：50％，按质量计)施加到预定图案中。所施加的油墨在空气中以300℃加热30分钟，以形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。沟道宽度为400μm，并且指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
以如上所述方式，生产底栅/顶接触场效应晶体管。
用于功函数测量的元件的生产
为了测量功函数，通过以与源极电极和漏极电极的形成相同的方式在玻璃衬底上形成金属膜而获得用于功函数测量的元件。
<用于霍尔效应测量的元件的生产>
n型氧化物半导体膜的形成
以与上述场效应晶体管的有源层的形成相同的方式，通过阴影掩膜在玻璃衬底上形成具有5mm的侧边的n型氧化物半导体的正方形图案。用于溅射的条件设置为与有源层的形成中的相同。表1中描绘了用于溅射的条件。
接触电极的形成
在玻璃衬底上形成用于霍尔效应测量的接触电极，所述玻璃衬底上已经使用阴影掩膜通过真空沉积形成n型氧化物半导体膜。关于沉积源，使用Al。
<电子载流子密度的评估(浓度)>
用于霍尔效应测量的元件通过霍尔效应测量系统经历比阻和霍尔效应的测量(ResiTest8300，TOYO公司制造)，从而确定n型氧化物半导体的电子载流子密度(cm-3)。表1中描绘了所获得的电子载流子密度(浓度)。
<功函数的评估>
通过空气AC-2中的光电子能谱仪(RIKENKEIKI有限公司制造)确定用于功函数测量的元件的金属膜的功函数。表1中描绘了所获得的功函数。
<晶体管性能的评估>
通过半导体参数分析器(半导体参数分析器4156C，AgilentTechnologies公司制造)对所获得的场效应晶体管执行晶体管性能的评估。通过将源极-漏极电压Vds设置为20V并将栅极电压Vg从-30V改变为+30V而评估电流-电压特性。在饱和区计算场效应迁移率。此外，计算“通”状态(例如，Vg＝20V)下与“断”状态(例如，Vg＝-20V)下晶体管的源极-漏极电流Ids的比率(通/断比)。此外，计算源极-漏极电流Ids转为增加所依据的栅极电压(接通电压)。表1中描绘了结果。
注意，图7是描绘载流子密度为1.0×1018cm-3的示例1的电流-电压特性的图。此外，图6是描绘载流子密度为5.9×1015cm-3的比较示例1的电流-电压特性的图。
(示例2)
以与示例1中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要源极电极和漏极电极的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表2中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的有源层上，银纳米金属油墨(NPS-J，HarimaChemicalGroup公司制造，平均粒子直径：5nm，金属含量：59％，按质量计)通过喷墨设备施加到预定图案中。所施加的油墨在空气中以220℃加热30分钟，从而形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。沟道宽度为400μm，并且指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
(示例3)
以与示例1中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要源极电极和漏极电极的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表3中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的有源层上，银钯纳米粒子糊剂(NAGNPD15-K04，DAIKENCHEMICAL有限公司制造，平均粒子直径：4nm到10nm，金属含量：21％，按质量计)通过喷墨设备施加到预定图案中。所施加的油墨在空气中以300℃加热30分钟，从而形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。沟道宽度为400μm，并且指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
(示例4)
以与示例1中相同的方式生产底栅/底接触场效应晶体管，只要源极电极和漏极电极的形成以及有源层的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表4中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的栅极绝缘层上，通过光刻和剥离工艺使用Pt形成源极电极和漏极电极。通过溅射形成Pt膜。关于溅射，溅射功率为200W，形成膜时的压力为0.35Pa，并且膜的厚度为50nm。指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
有源层的形成
在所形成的源极电极和漏极电极以及栅极绝缘层上，通过在JP-ANo.2010-74148中描述的方法中的溅射而形成Mg-In基氧化物半导体膜(有源层)。关于靶材，使用具有In2MgO4的成分的多晶烧结体。在溅射室中的背压设置为2×10-5Pa。通过调节溅射期间供应的氩气和氧气的流速将总压力设置为0.3Pa。通过调节氧气的流速来控制氧化物半导体膜中的氧气量和电子载流子密度。表4中描绘了溅射期间的氧气流速。
所获得的氧化物半导体膜(有源层)的厚度为50nm。
(示例5)
以与示例1中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要源极电极和漏极电极的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表5中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的有源层上，Au树脂溶液(有机金属化合物，DAIKENCHEMICAL有限公司制造，金属含量：20％，按质量计)通过喷墨设备施加到预定图案中。所施加的油墨在空气中以300℃加热60分钟，从而形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。沟道宽度为400μm，并且指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
(示例6)
以与示例1中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要源极电极和漏极电极的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表6中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的有源层上，Pt树脂溶液(有机铂化合物，DAIKENCHEMICAL有限公司制造，金属含量：10％，按质量计)通过喷墨设备施加到预定图案中。所施加的油墨在空气中以300℃加热60分钟，从而形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。沟道宽度为400μm，并且指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
(比较示例1)
以与示例1中相同的方式生产底栅/底接触场效应晶体管，只要源极电极和漏极电极的形成和有源层的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表7中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的栅极绝缘层上，通过真空沉积形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。关于沉积源，使用金。沟道宽度为400μm，并且沟道长度为50μm。
有源层的形成
在所形成的源极电极和漏极电极以及栅极绝缘层上，通过在JP-ANo.2010-74148中描述的方法中的溅射而形成Mg-In基氧化物半导体膜(有源层)。关于靶材，使用具有In2MgO4的成分的多晶烧结体。在溅射室中的背压设置为2×10-5Pa。通过调节溅射期间供应的氩气和氧气的流速将总压力设置为0.3Pa。通过调节氧气的流速来控制氧化物半导体膜中的氧气量和电子载流子密度。表7中描绘了溅射期间的氧气流速。
所获得的氧化物半导体膜(有源层)的厚度为50nm。
表1
注意，表1到16、18和19中的“E”表示“10的指数”。例如，“1.0E+17”是“1.0×1017”，并且“1.0E-05”是“0.00001”。在图6至图9和图21-图24中E表示相同含义。
表2
表3
表4
表5
表6
表7
关于用作开关元件的TFT，其场效应迁移率(载流子迁移率)优选地为1.0cm2/Vs或更大，更优选地为2.0cm2/Vs或更大。此外，通/断比优选地为1×106或更大，更优选地为1×107或更大，并且尤其优选地为1.0×108或更大。接通电压的绝对值优选地为5V或更小，更优选地为3V或更小。此外，接通电压为0V或更大的常断性质尤为优选。
表1至表7描绘在示例1至6以及比较示例1中形成的氧化物半导体膜的膜形成条件、氧化物半导体膜的载流子密度、源极和漏极电极的类型、源极和漏极电极的形成方法、以与源极和漏极电极相同方式形成的金属膜的功函数、以及场效应晶体管的晶体管特性。
示例1至6示出通过涂覆形成的Au、Ag、Ag/Pd或Pt、或通过真空沉积形成的Pt用作源极和漏极电极时的结果。从表1至6中描绘的晶体管特性的结果可以理解，在电子载流子密度在4.0×1017cm-3到4.0×1019cm-3的范围内的情况下，实现高场效应迁移率、高通/断比、以及小绝对值的接通电压。因为氧化物半导体的电子载流子密度高，所以在接触接口处金属和氧化物半导体之间的接触电阻不大，因此，展现期望的设备性质。
使用通过涂覆形成的Au的晶体管具有高通/断比以及常断晶体管性质，其中即使在具有4.0×1017cm-3或更大的电子载流子密度的氧化物半导体的情况下也有小绝对值的接通电压。这是因为通过涂覆形成的Au的功函数大于通过真空沉积形成的Au的功函数。
另一方面，电子载流子密度(浓度)为5.9×1015cm-3的情况下的比较示例1的结果示出使用具有1×1015cm-3到1×1016cm-3的电子载流子密度(浓度)(其典型地适用于使用n型氧化物半导体的晶体管)的n型氧化物半导体、以及通过真空沉积形成的金用作源极和漏极电极的晶体管的结果。在此情况下，通电流低，即，大约1×109A，并且晶体管几乎不工作。这是因为在具有相对高功函数的金和n型氧化物半导体接触的平面处形成肖特基势垒结，并因此接触电阻变大。
除了上述之外，比较示例1示出使用电子载流子密度为4.0×1017cm-3或更大的n型氧化物半导体、以及通过真空沉积形成的金用作源极和漏极电极的晶体管的结果。在电子载流子密度在4.0×1017cm-3或更大但小于1.2×1018cm-3的范围内的情况下，获得场效应迁移率高、通/断比高以及接通电压的绝对值小的晶体管性质。然而，接通电压是负的，这意味着其不是常断操作。当电子载流子密度等于或大于上述范围时(4.0×1018cm-3或更大)，接通电压的绝对值趋于大。当电子载流子密度为1.1×1019cm-3或更大时，不能实现晶体管操作。
(示例7)
以与示例1中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要有源层的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表8中描绘了结果。
有源层的形成
在所形成的绝缘层上，通过DC溅射形成In-Ga-Zn基氧化物薄膜。
关于靶材，使用给出In:Ga:Zn＝1:1:1的成分比的In-Ga-Zn-O的多晶烧结体。溅射功率设置为140W，在膜的形成期间的压力设置为0.69Pa，并且不控制衬底的温度。通过调节溅射期间供应的氩气和氧气的流速将总压力设置为0.69Pa。形成膜的持续时间为20分钟，并且膜的厚度为70nm。可以通过调节氧气流速控制氧化物半导体膜中的氧气量，从而控制电子载流子密度。表8中描绘了溅射期间的氧气流速。
(示例8)
以与示例7中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要源极电极和漏极电极的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表9中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的有源层上，银纳米金属油墨(NPS-J，HarimaChemicalGroup公司制造，平均粒子直径：5nm，金属含量：59％，按质量计)通过喷墨设备施加到预定图案中。所施加的油墨在空气中以220℃加热30分钟，从而形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。沟道宽度为400μm，并且指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
(示例9)
以与示例7中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要源极电极和漏极电极的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表10中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的有源层上，银钯纳米粒子糊剂(NAGNPD15-K04，DAIKENCHEMICAL有限公司制造，平均粒子直径：4nm到10nm，金属含量：21％，按质量计)通过喷墨设备施加到预定图案中。所施加的油墨在空气中以300℃加热30分钟，从而形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。沟道宽度为400μm，并且指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
(示例10)
以与示例7中相同的方式生产底栅/底接触场效应晶体管，只要源极电极和漏极电极的形成以及有源层的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表11中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的栅极绝缘层上，通过光刻和剥离工艺使用Pt形成源极电极和漏极电极。通过溅射形成Pt膜。关于溅射，溅射功率为200W，形成膜时的压力为0.35Pa，并且膜的厚度为50nm。指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
有源层的形成
在所形成的源极电极和漏极电极以及栅极绝缘层上，通过DC溅射形成In-Ga-Zn基氧化物薄膜。
关于靶材，使用给出In:Ga:Zn＝1:1:1的成分比的烧结体。溅射功率设置为140W，膜的形成期间的压力设置为0.69Pa，并且不控制衬底的温度。通过调节溅射期间馈送的氩气和氧气的流速将总压力设置为0.69Pa。用于形成膜的持续时间为20分钟，并且膜的厚度为70nm。可通过调节氧气流速控制氧化物半导体膜中的氧气量，从而控制电子载流子密度。表11中描绘了溅射期间的氧气流速。
(示例11)
以与示例7中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要源极电极和漏极电极的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表12中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的有源层上，Au树脂溶液(有机金属化合物，DAIKENCHEMICAL有限公司制造，金属含量：20％，按质量计)通过喷墨设备施加到预定图案中。所施加的油墨在空气中以300℃加热60分钟，从而形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。沟道宽度为400μm，并且指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
(示例12)
以与示例7中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要源极电极和漏极电极的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表13中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的有源层上，Pt树脂溶液(有机铂化合物，DAIKENCHEMICAL有限公司制造，金属含量：10％，按质量计)通过喷墨设备施加到预定图案中。所施加的油墨在空气中以300℃加热60分钟，从而形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。沟道宽度为400μm，并且指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
(比较示例2)
以与示例7中相同的方式生产场效应晶体管，只要源极和漏极电极的形成以及有源层的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表14中描绘了结果。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的栅极绝缘层上，通过真空沉积形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。关于沉积源，使用金。沟道宽度为400μm，并且沟道长度为50μm。
有源层的形成
在所形成的源极电极和漏极电极以及栅极绝缘层上，通过DC溅射形成In-Ga-Zn基氧化物薄膜。
关于靶材，使用给出In:Ga:Zn＝1:1:1的成分比的In-Ga-Zn-O的烧结体。溅射功率设置为140W，在膜的形成期间的压力设置为0.69Pa，并且不控制衬底的温度。通过调节溅射期间馈送的氩气和氧气的流速将总压力设置为0.69Pa。形成膜的持续时间为20分钟，并且膜的厚度为70nm。可以通过调节氧气流速控制氧化物半导体膜中的氧气量，从而控制电子载流子密度。表14中描绘了溅射期间的氧气流速。
表8
表9
表10
表11
表12
表13
表14
表8至表14描绘在示例7至12以及比较示例2中形成的氧化物半导体膜的膜形成条件、氧化物半导体膜的载流子密度、源极和漏极电极的类型、源极和漏极电极的形成方法、以与源极和漏极电极相同方式形成的金属膜的功函数、以及场效应晶体管的晶体管特性。
示例7至12示出通过涂覆形成的Au、Ag、或Ag/Pd、或通过真空沉积形成的Pt用作源极和漏极电极时的结果。从表8至13中描绘的晶体管特性的结果可以理解，当电子载流子密度在4.0×1017cm-3到4.0×1019cm-3的范围内的情况下实现高场效应迁移率、高通/断比、以及小绝对值的接通电压。因为氧化物半导体的电子载流子密度高，所以在接触接口处金属和氧化物半导体之间的接触电阻不大，因此，展现期望的设备性质。
使用通过涂覆形成的Au的晶体管具有高通/断比以及常断晶体管性质，其中即使在具有4.0×1017cm-3或更大的电子载流子密度的氧化物半导体的情况下也有小绝对值的接通电压。这是因为通过涂覆形成的Au的功函数大于通过真空沉积形成的Au的功函数。
另一方面，电子载流子密度(浓度)为5.9×1016cm-3的情况下的比较示例2的结果示出使用具有接近1×1015cm-3到1×1016cm-3(其是典型地适用的)的电子载流子密度(浓度)的载流子密度的n型氧化物半导体、以及通过真空沉积形成的金用作源极和漏极电极的晶体管的结果。在此情况下，迁移率低。这是因为在具有相对高功函数的金和n型氧化物半导体接触的平面处形成肖特基势垒结，并因此接触电阻变大。
除了上述之外，比较示例2示出使用电子载流子密度为4.0×1017cm-3或更大的情况下的n型氧化物半导体、以及通过真空沉积形成的金用作源极和漏极电极的晶体管的结果。在电子载流子密度在4.0×1017cm-3或更大但小于或等于2.0×1018cm-3的范围内的情况下，获得场效应迁移率高、通/断比高以及接通电压的绝对值小的晶体管性质。然而，接通电压是负的，这意味着其不是常断操作。当电子载流子密度等于或大于上述范围时(电子载流子密度5.2×1018cm-3或更大)，通/断比趋于比示例7至12中的那些小，并且接通电压的绝对值趋于大。当电子载流子密度为1.0×1019cm-3或更大时，这种趋势变得显著。
(示例13)
以与示例1中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要有源层的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表15中描绘了结果。
有源层的形成
在所形成的绝缘层上，通过射频溅射形成Zn-Sn基氧化物薄膜。关于靶材，使用具有Zn2SnO4的成分的多晶烧结体(尺寸：直径4英寸)。溅射室中的背压设置为2×10-5Pa。可通过调节溅射期间供应的氩气和氧气的流速而控制氧化物半导体膜中的氧气量，从而控制电子载流子密度。总压力设置为0.3Pa。
在溅射期间，通过用水冷却支撑衬底的支撑物而将衬底的温度控制在15℃到35℃的区域中。溅射功率设置为150W，并且溅射持续时间设置为20分钟，从而形成具有50nm的厚度的Zn-Sn基氧化物膜。表15中描绘了溅射期间的氧气流速。
表15
(示例14)
以与示例1中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要有源层的形成改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表16中描绘了结果。
有源层的形成
在所形成的绝缘层上，通过射频溅射形成Zn-Ti基氧化物薄膜。关于靶材，使用具有Zn2TiO4的成分的多晶烧结体(尺寸：直径4英寸)。溅射室中的背压设置为2×10-5Pa。可通过调节溅射期间供应的氩气和氧气的流速而控制氧化物半导体膜中的氧气量，从而控制电子载流子密度。总压力设置为0.3Pa。
在溅射期间，通过用水冷却支撑衬底的支撑物而将衬底的温度控制在15℃到35℃的区域中。溅射功率设置为140W，并且溅射持续时间设置为25分钟，从而形成具有50nm的厚度的Zn-Ti基氧化物膜。表16中描绘了溅射期间的氧气流速。
表16
(示例15到17)
以与示例1中相同的方式生产每个底栅/顶接触场效应晶体管，只要有源层的形成和用于霍尔效应测量的元件的生产改变为以下方法。此外，以与示例1中相同的方式执行评估。表18中描绘了结果。
有源层的形成
在烧杯中称量3.55g的硝酸铟(In(NO3)3·3H2O)和0.139g的氯化锶(SrCl2·6H2O)。为此，添加20mL的1,2-丙二醇和20mL的乙二醇一甲醚，并且以室温混合产物以溶解，从而产生用于形成示例15中使用的n型氧化物半导体膜的涂覆液1。
以类似方式，在烧杯中称量3.55g的硝酸铟(In(NO3)3·3H2O)和0.125g的硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)。为此，添加20mL的1,2-丙二醇和20mL的乙二醇一甲醚，并且以室温混合产物以溶解，从而产生用于形成示例16中使用的n型氧化物半导体膜的涂覆液2。
以类似方式，在烧杯中称量3.55g的硝酸铟(In(NO3)3·3H2O)和0.125g的氯化钡(BaCl2·2H2O)。为此，添加20mL的1,2-乙二醇和20mL的乙二醇一甲醚，并且以室温混合产物以溶解，从而产生用于形成示例17中使用的n型氧化物半导体膜的涂覆液3。
在所形成的绝缘层上，通过喷墨设备将用于形成n型氧化物半导体膜的涂覆液1至3的每个施加到预定图案中。在以120℃加热的热板上干燥衬底10分钟之后，在空气中将所施加的涂覆液以400℃烘烤1小时，从而分别形成In-Sr基氧化物膜、In-Ca基氧化物膜、和In-Ba基氧化物膜。
表17中描绘了用于形成n型氧化物半导体膜的涂覆液的成分。
表17
<用于霍尔效应测量的元件的生产>
n型氧化物半导体膜的形成
以与上述场效应晶体管的有源层的形成相同的方式，通过喷墨设备在玻璃衬底上施加用于形成n型氧化物半导体膜的涂覆液1至3的每个，为具有8mm的侧边的正方形图案。在以120℃加热的热板上加热衬底10分钟之后，以400℃在空气中烘烤所施加的涂覆液1小时，从而分别形成In-Sr基氧化物膜、In-Ca基氧化物膜和In-Ba基氧化物膜。
接触电极的形成
使用阴影掩膜通过真空沉积在玻璃衬底上形成用于霍尔效应测量的接触电极，所述玻璃衬底上已经形成In-Sr基氧化物膜、In-Ca基氧化物膜或In-Ba基氧化物膜。关于沉积源，使用Al。
表18
表15至表16描绘在示例13至14中形成的氧化物半导体膜的膜形成条件、氧化物半导体膜的载流子密度、源极和漏极电极的类型、源极和漏极电极的形成方法、以与源极和漏极电极相同方式形成的金属膜的功函数、以及场效应晶体管的晶体管特性。表18描绘在示例15至17中形成的氧化物半导体膜的载流子密度、源极和漏极电极的类型、源极和漏极电极的形成方法、以与源极和漏极电极相同方式形成的金属膜的功函数、以及场效应晶体管的晶体管特性。
示例13至17示出当通过涂覆形成的Au用作源极和漏极电极时的结果。从表15至16和18中描绘的晶体管特性可以理解，当电子载流子密度在5.1×1018cm-3到8.3×1018cm-3的范围内的情况下实现高场效应迁移率、高通/断比、以及小绝对值的接通电压的常断晶体管操作。因为氧化物半导体的电子载流子密度高，所以在接触接口处金属和氧化物半导体之间的接触电阻不大，因此，展现期望的设备性质。
(示例18)
<场效应晶体管的生产>
栅极电极的形成
在玻璃衬底上，通过气相沉积沉积Al以具有100nm的厚度，之后通过光刻和蚀刻图案化为线，从而形成栅极电极。
栅极绝缘层的形成
接下来，通过等离子CVD形成SiO2的膜，以具有200nm的厚度，从而形成栅极绝缘层。
有源层的形成
在所形成的绝缘层上，通过在JP-ANo.2010-74148的示例中描述的方法中的溅射而形成Mg-In基氧化物半导体膜(有源层)。关于靶材，使用具有In2MgO4的成分的多晶烧结体。在溅射室中的背压设置为2×10-5Pa。通过调节溅射期间供应的氩气和氧气的流速将总压力设置为0.3Pa。通过调节氧气的流速来控制氧化物半导体膜中的氧气量和电子载流子密度。表19中描绘了溅射期间的氧气流速。
所获得的氧化物半导体膜(有源层)的厚度为50nm。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的有源层上，通过喷墨设备将金纳米金属油墨(Au-1Chb，ULVAC公司制造，平均粒子直径：5nm，金属含量：50％，按质量计)施加到预定图案中。所施加的油墨在空气中以300℃加热30分钟，以形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。沟道宽度为400μm，并且指定有源极电极和漏极电极之间的长度的沟道长度为50μm。
以如上所述方式，生产底栅/顶接触场效应晶体管。
用于功函数测量的元件的生产
为了测量功函数，通过以与源极电极和漏极电极的形成相同的方式在玻璃衬底上形成金属膜而获得用于功函数测量的元件。
<用于霍尔效应测量的元件的生产>
n型氧化物半导体膜的形成
以与上述场效应晶体管的有源层的形成相同的方式，通过阴影掩膜在玻璃衬底上形成具有8mm的侧边的n型氧化物半导体膜的正方形图案。用于溅射的条件设置为与有源层的形成中的相同。表19中描绘了用于溅射的条件。
接触电极的形成
使用阴影掩膜通过真空沉积在玻璃衬底上形成用于霍尔效应测量的接触电极，在所述玻璃衬底上已经形成n型氧化物半导体膜。关于沉积源，使用Al。
<电子载流子密度的评估(浓度)>
用于霍尔效应测量的元件通过霍尔效应测量系统(ResiTest8300，TOYO公司制造)经历比阻和霍尔效应的测量，从而确定n型氧化物半导体的电子载流子密度(cm-3)。表19中描绘了所获得的电子载流子密度(浓度)。
<功函数的评估>
通过空气AC-2中的光电子能谱仪(RIKENKEIKI有限公司制造)确定用于功函数测量的元件的金属膜的功函数。表19中描绘了所获得的功函数。
<晶体管性能的评估>
通过半导体参数分析器(半导体参数分析器4156C，AgilentTechnologies公司制造)对所获得的场效应晶体管执行晶体管性能的评估。通过将源极-漏极电压Vds设置为20V并将栅极电压Vg从-30V改变为+30V而评估电流-电压特性。图21描绘了所测量的电流-电压特性(传输特性)。在饱和区计算场效应迁移率。此外，计算“通”状态(例如，Vg＝20V)下与“断”状态(例如，Vg＝-20V)下晶体管的源极-漏极电流Ids的比率(通/断比)。此外，计算源极-漏极电流Ids转为增加的栅极电压(接通电压)。表19中描绘了结果。
此外，通过将栅极电压Vg从0V以5V的步幅逐步改变到+30V、并且在每个栅极电压将源极-漏极电压Vds从0V改变到+20V而评估电流-电压特性(输出特性)。图22描绘了所测量的电流-电压特性(输出特性)。
(比较示例3)
以与示例18中相同的方式生产底栅/顶接触场效应晶体管，只要有源层的形成和源极电极和漏极电极的形成改变为以下方法。此外，以与示例18中相同的方式执行评估。表19中描绘了结果。此外，图23描绘了其电流-电压特性(传输特性)，并且图24描绘了其电流-电压特性(输出特性)。
有源层的形成
在所形成的源极电极和漏极电极以及栅极绝缘层上，通过在JP-ANo.2010-74148中描述的方法中的溅射而形成Mg-In基氧化物半导体膜(有源层)。关于靶材，使用具有In2MgO4的成分的多晶烧结体。在溅射室中的背压设置为2×10-5Pa。通过调节溅射期间供应的氩气和氧气的流速将总压力设置为0.3Pa。通过调节氧气的流速来控制氧化物半导体膜中的氧气量和电子载流子密度。表19中描绘了溅射期间的氧气流速。
所获得的氧化物半导体膜(有源层)的厚度为50nm。
源极电极和漏极电极的形成
在所形成的有源层上，通过真空沉积形成各自具有100nm的厚度的源极电极和漏极电极。关于沉积源，使用Al。沟道宽度为400μm，并且沟道长度为50μm。
表19
表19描绘在示例18以及比较示例3中形成的氧化物半导体膜的膜形成条件、氧化物半导体膜的载流子密度、源极和漏极电极的类型、源极和漏极电极的形成方法、以与源极和漏极电极相同方式形成的金属膜的功函数、以及场效应晶体管的晶体管特性。
从图22描绘的电流-电压特性(输出特性)可以确认，在源极-漏极电压的值小的区域，源极-漏极电流的值线性增加。由此结果可以假设金属和氧化物半导体之间的接触接口是欧姆接触。
从图21中描绘的电流-电压特性(传输特性)以及表19中描绘的示例18的晶体管特性的结果，可以发现，当电子载流子密度在5.2×1018cm-3时，获得场效应迁移率高、通/断比高、以及接通电压的绝对值小的常断晶体管特性。
因为氧化物半导体的电子载流子密度高，所以在接触接口处金属和氧化物半导体之间的接触电阻不大，因此，展现期望的设备性质。
使用具有如图22中的电流-电压特性(输出特性)的晶体管作为驱动电流是优选的，这是因为驱动电压的设计变得容易。
另一方面，从图24中描绘的比较示例3的电流-电压特性(输出特性)可以确认，在源极-漏极电压的值小的区域中源极-漏极电流以凹形非线性增长。
在氧化物半导体的电子载流子密度为5.7×1015cm-3的情况下，如表19和图23所绘，可以通过使用作为具有低功函数的金属的Al来作为源极和漏极电极而获得场效应迁移率高、通/断比高以及接通电压的绝对值小的晶体管特性。
然而，图24示出金属和氧化物半导体之间的接触接口处的接触电阻依赖于电压，并且假设金属和氧化物半导体之间的接触接口是非欧姆接触。当具有如图24所绘的电流-电压特性的晶体管用作驱动电路时，电流随着对晶体管施加的电压的稍微的改变就发生很大的改变，因此，难以将晶体管应用为驱动电路。通过将具有低功函数的金属用于源极和漏极电极，并将氧化物半导体的电子载流子密度控制在1×1015cm-3到1×1016cm-3的范围内，可以实现场效应迁移率高、通/断比高以及接通电压的绝对值小的晶体管特性。然而，另一方面，金属和氧化物半导体之间的接触接口变为非欧姆接触，因此，难以应用到驱动电路。
从图18和比较示例3的结果可以理解，与使用具有1×1015cm-3到1×1016cm-3的电子载流子密度(浓度)(其典型地适用为晶体管的n型氧化物半导体)的氧化物半导体以及具有低功函数的金属用于源极和漏极电极的传统场效应晶体管相比，本发明的场效应晶体管可以容易地用作显示元件的驱动电路。
本发明的实施例例如如下。
<1>一种场效应晶体管，包括：
栅极电极，配置为施加栅极电压；
源极电极和漏极电极，两者都被配置为输出电流；
有源层，由n型氧化物半导体形成，被提供为与源极电极和漏极电极接触；以及
栅极绝缘层，被提供在栅极电极和有源层之间；
其中，源极电极和漏极电极的功函数是4.90eV或更大，并且
其中，n型氧化物半导体的电子载流子密度为4.0×1017cm-3或更大。
<2>根据<1>所述的场效应晶体管，其中，源极电极和漏极电极的材料是金属、合金或两者。
<3>根据<2>所述的场效应晶体管，其中，金属、合金或两者包含金、银、钯、铂、镍、铱、铑或其任何组合。
<4>根据<1>至<3>的任一所述的场效应晶体管，其中，源极电极和漏极电极通过烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合而形成。
<5>根据<4>所述的场效应晶体管，其中，源极电极和漏极电极通过将包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液施加到液滴喷射系统中、并烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合而形成。
<6>根据<1>至<5>的任一所述的场效应晶体管，其中，n型氧化物半导体包含铟、锌、锡、镓、钛或其任何组合。
<7>根据<6>所述的场效应晶体管，其中，n型氧化物半导体还包含碱土金属。
<8>一种用于生产根据<1>至<7>的任一所述的场效应晶体管的方法，所述方法包括：
通过将包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液至少施加到栅极绝缘层上、并烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合而形成源极电极和漏极电极。
<9>一种用于生产根据<1>至<7>的任一所述的场效应晶体管的方法，所述方法包括：
通过将包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液至少施加到基底上、并烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合而形成源极电极和漏极电极。
<10>根据<8>或<9>的任一所述的方法，其中，金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合包含金、银、钯、铂、镍、铱、铑或其任何组合。
<11>一种显示元件，包括：
光控制元件，配置为根据驱动信号控制光输出；以及
驱动电路，包含根据<1>至<7>的任一所述的场效应晶体管，并且配置为驱动光控制元件。
<12>根据<11>所述的显示元件，其中，光控制元件包含电致发光元件或电致变色元件。
<13>根据<11>所述的显示元件，其中，光控制元件包含液晶元件或电泳元件。
<14>一种图像显示设备，其显示对应于图像数据的图像，并且所述图像显示设备包括：
以矩阵布置的多个根据<11>至<13>的任一所述的显示元件；
多条线，配置为分别将栅极电压施加到每个显示元件中的场效应晶体管；以及
显示控制设备，配置为通过与图像数据对应的线单独控制每个场效应晶体管的栅极电压。
<15>一种系统，包括：
根据<14>所述的图像显示设备；以及
图像数据生成设备，配置为基于待显示的图像信息生成图像数据，并将所生成的图像数据输出到图像显示设备。
附图标记列表
1基底
2栅极电极
3栅极绝缘层
4源极电极
5漏极电极
6有源层
10场效应晶体管
20场效应晶体管
21基底
22有源层
23源极电极
24漏极电极
25栅极绝缘层
26栅极电极
30电容器
40场效应晶体管
100电视设备
101主控制设备
103调谐器
104AD转换器(ADC)
105解调电路
106TS(传输流)解码器
111声音解码器
112DA转换器(DAC)
113声音输出电路
114扬声器
121图像解码器
122图像OSD合成电路
123图像输出电路
124图像显示设备
125OSD绘制电路
131存储器
132操作设备
141驱动接口(驱动IF)
142硬盘设备
143光盘设备
151IR光电检测器
152通信控制单元
210天线
220远程控制发送器
300显示单元
302，302’显示元件
310显示器
312阴极
314阳极
320，320’驱动电路
340有机EL薄膜层
342电子传输层
344发光层
346空穴传输层
350有机EL元件
360层间绝缘膜
361电容器
370液晶元件
400显示控制设备
402图像数据处理电路
404扫描线驱动电路
406数据线驱动电路

Claims (15)

1.一种场效应晶体管，包括：
栅极电极，配置为施加栅极电压；
源极电极和漏极电极，两者都被配置为输出电流；
有源层，由n型氧化物半导体形成，被提供为与源极电极和漏极电极接触；以及
栅极绝缘层，被提供在栅极电极和有源层之间；
其中，源极电极和漏极电极的功函数是4.90eV或更大，并且
其中，n型氧化物半导体的电子载流子密度为4.0×1017cm-3或更大。
2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，源极电极和漏极电极的材料是金属、合金或两者。
3.根据权利要求2所述的场效应晶体管，其中，金属、合金或两者包含金、银、钯、铂、镍、铱、铑或其任何组合。
4.根据权利要求1至3的任一所述的场效应晶体管，其中，源极电极和漏极电极通过烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合而形成。
5.根据权利要求4所述的场效应晶体管，其中，源极电极和漏极电极通过将包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液施加到液滴喷射系统中、并烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合而形成。
6.根据权利要求1至5的任一所述的场效应晶体管，其中，n型氧化物半导体包含铟、锌、锡、镓、钛或其任何组合。
7.根据权利要求6所述的场效应晶体管，其中，n型氧化物半导体还包含碱土金属。
8.一种用于生产根据权利要求1至7的任一所述的场效应晶体管的方法，所述方法包括：
通过将包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液至少施加到栅极绝缘层上、并烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合而形成源极电极和漏极电极。
9.一种用于生产根据权利要求1至7的任一所述的场效应晶体管的方法，所述方法包括：
通过将包含金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合的涂覆液至少施加到基底上、并烘烤金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合而形成源极电极和漏极电极。
10.根据权利要求8或9的任一所述的方法，其中，金属粒子、合金粒子、有机金属化合物或其任何组合包含金、银、钯、铂、镍、铱、铑或其任何组合。
11.一种显示元件，包括：
光控制元件，配置为根据驱动信号控制光输出；以及
驱动电路，包含根据权利要求1至7的任一所述的场效应晶体管，并且配置为驱动光控制元件。
12.根据权利要求11所述的显示元件，其中，光控制元件包含电致发光元件或电致变色元件。
13.根据权利要求11所述的显示元件，其中，光控制元件包含液晶元件或电泳元件。
14.一种图像显示设备，其显示对应于图像数据的图像，并且所述图像显示设备包括：
以矩阵布置的多个根据权利要求11至13的任一所述的显示元件；
多条线，配置为分别将栅极电压施加到每个显示元件中的场效应晶体管；以及
显示控制设备，配置为通过与图像数据对应的线单独控制每个场效应晶体管的栅极电压。
15.一种系统，包括：
根据权利要求14所述的图像显示设备；以及
图像数据生成设备，配置为基于待显示的图像信息生成图像数据，并将所生成的图像数据输出到图像显示设备。
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