CN108886058B - 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

一种场效应晶体管，具有：栅电极，用于施加栅极电压；源电极和漏电极，用于传输电信号；有源层，其形成在所述源电极和漏电极之间；和栅极绝缘层，其形成在所述栅电极和有源层之间，所述场效应晶体管的特征在于，所述有源层包括至少两种氧化物层，层A和层B；并且所述有源层满足以下条件(1)和/或条件(2)。条件(1)：所述有源层包括3个或更多个氧化物层，其包括2个或更多个层A。条件(2)：所述层A的带隙低于所述层B的带隙，且所述层A的氧亲和力等于或高于所述层B的氧亲和力。

Description

场效应晶体管、显示元件、图像显示装置和系统
技术领域
本发明涉及一种场效应晶体管、显示元件、图像显示装置和系统。
背景技术
例如，薄膜晶体管(TFT)主要用于有源矩阵背板，其配置为驱动液晶显示器和有机EL显示器。非晶硅(a-Si)和低温多晶硅(LTPS)已经长期用于它们的半导体有源层。
近年来，为了实现实际应用，已经积极地研究和开发了包括比a-Si表现出更优异的迁移率的InGaZnO4(IGZO)氧化物半导体的TFT(例如参见PTL1和NPL1)。
引文列表
专利文献
PTL1：日本专利No.4164562
非专利文献
NPL1：K.Nomura，five others，“Room-temperature fabrication oftransparent flexible thin-film transistors using amorphous oxidesemiconductors”，NATURE，VOL 432，No.25，NOVEMBER，2004，pp.488-492
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种新型场效应晶体管，包括氧化物半导体有源层并具有高迁移率和低截止电流。
问题的解决方案
解决上述问题的手段如下。也就是说，本发明的场效应晶体管包括：栅电极，其配置为施加栅电压；源电极和漏电极，其配置为传输电信号；有源层，其形成在源电极和漏电极之间；栅极绝缘层，其形成在栅极和有源层之间。
有源层包括至少两种氧化物层，包括层A和层B。
有源层满足以下条件(1)和条件(2)中的至少一个：
条件(1)：有源层包括3个或更多个氧化物层，其包括2个或更多个层A；和
条件(2)：层A的带隙低于层B的带隙，层A的氧亲和力等于或高于层B的氧亲和力。
本发明的有益效果
根据本发明，可以提供一种新型场效应晶体管，包括氧化物半导体有源层并具有高迁移率和低截止电流。
附图说明
图1是示出包括本发明的堆叠有源层的场效应晶体管的一个示例的示意性结构图；
图2是示出顶部接触/底部栅极场效应晶体管的一个示例的示意性结构图；
图3是示出底部接触/底部栅极场效应晶体管的一个示例的示意性结构图；
图4是示出顶部接触/顶部栅极场效应晶体管的一个示例的示意性结构图；
图5是示出底部接触/顶部栅极场效应晶体管的一个示例的示意性结构图；
图6是用于呈现图像显示装置的图；
图7是用于呈现本发明的显示元件的一个示例的图；
图8是示出显示元件中的有机EL元件和场效应晶体管之间的位置关系的一个示例的示意性结构图；
图9是示出显示元件中的有机EL元件和场效应晶体管之间的位置关系的另一示例的示意性结构图；
图10是示出有机EL元件的一个示例的示意性结构图；
图11是用于呈现显示控制装置的图；
图12是用于呈现液晶显示器的图；
图13是用于呈现图12中的显示元件的图。
具体实施方式
(场效应晶体管)
本发明的场效应晶体管包括：栅电极，其配置为施加栅电压；源电极和漏电极，其配置为传输信号；有源层，其形成在源电极和源电极之间，以及栅极绝缘层，其形成在栅电极和有源层之间，并且根据需要还包括其他构件，比如钝化层。
因为IGZO-TFT通常具有约10cm2/Vs的迁移率，所以它们仅限于应用于显示器的像素电路。改善迁移率的措施通常导致TFT特性的劣化，比如耗尽偏移、截止电流的增加和偏置应力特性的劣化。
本发明解决了上述问题，并且目的是实现以下目的。即，本发明的目的是提供一种新型场效应晶体管，包括氧化物半导体有源层并具有高迁移率和低截止电流，显示元件、显示装置和系统。
<有源层>
有源层包括至少两种氧化物层，其包括层A和层B。
有源层满足以下条件(1)和条件(2)中的至少一个。
<<条件(1)>>
有源层包括3个或更多个氧化物层，其包括2个或更多个层A。
<<<层A>>>
层A是氧化物半导体，其包括例如锌、镉、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、钽、钼和钨。层A的载流子浓度NA为约1016cm-3至约1019cm-3。在n型的情况下，费米能级位于导带的正下方。在p型的情况下，费米能级位于平衡带的正上方。
<<<层B>>>
另一方面，层B是氧化物层，其包括例如2A族元素、3A族元素、锆、铪、硼、铝、硅、锗和磷。层B的载流子浓度小于1016cm-3，这对于绝缘是半导电的。层B的费米能级比层A的费米能级更接近带隙的中心。
这里，层A优选为包括A元素的氧化物层，A元素是选自由锌、镉、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、铌、钽、钼和钨构成的组中的至少一种。在这种情况下，层B更优选的是不含A元素。
此外，层B优选为包括B元素的氧化物层，B元素是选自由2A族元素、3A族元素、锆、铪、硼、铝、硅、锗、磷、锑和碲构成的组中的至少一种。在这种情况下，层A更优选的是不含B元素。
在层A电连接到层B的状态下，在n型的情况下，层B的导带的底部高于层A的导带的底部，并且在p型的情况下，层B的价带的顶部低于层A的价带的顶部。结果，层B用作阻挡层。因此，电子或空穴被限制在层A内，实现高迁移率。
有源层包括3个或更多个氧化物层，其包括2个或更多个层A。即，最小层配置是堆叠结构：ABA。当有源层包括多个层A时，多个层A优选地由相同的材料制成。另一方面，当有源层包括多个层B时，层B可以由不同的材料制成。包括多个层B的堆叠结构的示例包括诸如ABAB′A的堆叠结构。
在有源层中，2个或更多个层A中的至少一个与源电极和漏电极接触。
此外，在有源层中，2个或更多个层A中的至少一个与栅极绝缘层接触。
当有源层是三层(其是按此顺序堆叠的层A、层B和层A)的ABA堆叠结构时，优选的是层A之一与栅极绝缘层接触且层A中的另一个与源电极和漏电极接触。在这种情况下，栅极绝缘层的带隙优选大于有源层的带隙。结果，层A的电子或空穴可被限制在层B和栅极绝缘层之间。
在过去几年中研究的IGZO的晶体结构是同源结构，并且是通过交替堆叠InO2层和(Zn，Ga)O2层而获得的多层结构。在这种情况下，导带的底部由In的5s轨道、Zn的4s轨道和Ga的4s轨道形成。因此，尽管晶体结构是多层结构，但电子不是二维分布的。类似地，当人工堆叠铟、锌和镓的氧化物时，二维性质较弱。此外，即使由于阻挡效果较弱，层数的增加也会导致截止电流的增加和迁移率的轻微增加，从而增加导通电流，开/关比不会增加[例如参见非专利文献(Y.-H.Lin，12others，“High electron mobility thin-film transistorsbased on solution-processed semiconducting metal oxide heterojunctions andquasi-superlattices”，Advanced Science VOL 2ISSUE 7，JULY 2015，p.1500058)]。另一方面，在场效应晶体管满足本发明的条件(1)的情况下，特别是具有低载流子浓度并且能够在层A和层B之间提供宽能隙的氧化物层被选择作为层B，实现更高的二维特性，更高的迁移率和低的截止电流。层A和层B的最优选组合是包含相同Bravais晶格的氧化物固溶体。以下给出组合的具体示例。
<1>层A：MgIn2O4(尖晶石结构)/层B：MgAl2O4(尖晶石结构)
<2>层A：In2O3(红绿柱石结构)/层B：(Y，La)2O3(红绿柱石结构)
<3>层A：SnO2(金红石结构)/层B：MgSb2O6/金红石(三叶结构)
<4>层A：CdO(NaCl结构)/层B：(Zr，Hf)O2(萤石结构)
<5>层A：ZnO(纤锌矿结构)/层B：Al2O3(刚玉结构)
与层B的氧化物半导体相比，层A的氧化物半导体具有以下特性。
<i>层A的电导率σA高于层B的电导率σB。
<ii>层A的载流子浓度NA高于层B的载流子浓度NB。
<iii>层A的导电活化能ΔEA低于层B的导电活化能ΔEB。
<iv>层A的带隙EAg低于层B的带隙EBg。
当满足上述<i>至<iv>中的任何一个时，层A中的至少一个优选地与源电极和漏电极接触。
每层的厚度为例如几纳米至约20nm或更小，更优选为几纳米至约10nm。
<<条件(2)>>
层A的带隙低于层B的带隙。
层A的氧亲和力等于或高于层B的氧亲和力。
层B的带隙[EBg(eV)]与层A的带隙[EAg(eV)]之间的差(EBg-EAg)没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。然而，就量子限制而言，差优选为0.05eV或更大但2eV或更小，更优选为0.1eV或更大但1.5eV或更小。
在本发明中，氧亲和力是难以在有源层中产生氧空位的指标。作为指标，可以使用氧化物的标准吉布斯能量形成ΔG0。通常，ΔG0的值是负值。据说ΔG0的绝对值越大，氧亲和力越强。
层A的氧亲和力[ΔGA0(kcal/GFW(300k))]与层B的氧亲和力[ΔGB0(kcal/GFW(300k))]之间的差(ΔGA0-ΔGB0)没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。就载流子的产生而言，差优选为0或更小。
这里，层A的带隙和层B的带隙可以通过光学吸收光谱确定。
此外，层A的氧亲和力和层B的氧亲和力可以通过氧化物的标准吉布斯能量形成简单地计算。
<<<层A>>>
层A是氧化物半导体，其包括例如锌、镉、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、铌、钽、钼和钨作为A1元素。
层A是氧化物半导体，其还包括例如镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、锆、铪、铝、硅和锗作为A2元素。
A1元素的原子数NA1优选大于A2元素的原子数NA2。例如，在n型氧化物半导体的情况下，导带主要由A1元素的最外壳的轨道产生，构成具有高迁移率的导带。尽管A1元素的氧化物容易产生氧空位，但添加A2元素可以防止产生氧空位。
此外，作为A1元素和A2元素的组合，选择不引起取代掺杂的组合。结果，当层A是单层时，所得载流子浓度NA可以限制为例如小于1016cm-3。
<<<层B>>>
另一方面，层B是氧化物半导体，其包括例如锌、镉、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、铌、钽、钼和钨作为B1元素。
层B还可包括例如镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、锆、铪、铝、硅和锗作为B2元素。
层B的带隙EBg大于层A的带隙EAg。在n型氧化物半导体的情况下，选择每个配方使得层B的导带的底部能量比层A的更浅。
因此，根据A1元素和B1元素的组合，可以满足带隙的上述特性。然而，掺入A2元素和B2元素可以增加配方的选择，扩大带隙，同时防止氧空位。
此外，为了替代掺杂，层B可以包括B3元素。B3元素的示例包括铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、锑、铋、钛、铌、钽、钼、钨、铼和锇。
当层B是单层时，所得载流子浓度NB例如为1016cm-3或更高。
这里，周期表中的B3元素的族号优选地大于周期表中的B1元素的族号。
通常，在n型氧化物半导体的情况下，由于导带较浅，难以产生氧空位，导致难以产生归因于氧空位的载流子。例如，当选择In2O3作为层A并且选择Ga2O3作为层B时，对于In2O3而言容易产生氧空位，并且对于Ga2O3而言难以产生氧空位。在将层A与层B连接之前，NA大于NB，这不是优选的。当场效应晶体管满足本发明的条件(2)时，保持层A的导带最小值(CBM)与层B的导带最小值之间的能级关系(EcA＜EcB)的同时，将A2元素添加到层A(根据需要将B2元素添加到层B)以增加层A的氧亲和力。结果，防止了氧空位和归因于氧空位的载流子的产生。在这种情况下，“氧亲和力”是指难以从氧化物MxOy(MxOy至MxOy-δ+δO)释放少量氧原子。作为氧亲和力的指标，可以使用氧化物的标准吉布斯能量形成ΔG0。例如，In2O3(Eg＝3.75eV)、Ga2O3(Eg＝4.52eV(E//c)、4.79eV(E//b))和ZnGa2O4(Eg＝5.0eV)可以分别简单地估算为-134.0kcal/GFW(300k)的ΔG0、-158.0kcal/GFW(300k)的ΔG0和-157.8kcal/GFW(300k)[例如参见非专利文献(Thomas B.Reed，Free Energy of Formation of BinaryCompounds，MIT Press，Cambridge，MA，1971.，D.R.Stull and H.Prophet，JANAFThermochemical Tables，NSRDS-NBS 37，U.S.Dept of Commerce，National Bureau ofStandards，1971)]。如上所述，选择In2O3/Ga2O3的组合作为“层A/层B”是不合适的，因为在具有深CBM的In2O3侧发生氧空位。同时，当选择Ga2O3/ZnGa2O4的组合作为“层A/层B”时，因为每个ΔG0基本上相同，所以在层A处不发生氧空位。此外，通过将B3元素添加到层B来进行替代掺杂，这使得可以实现NA＜NB。
在层A与层B连接之前，层A的载流子浓度NA优选低于层B的载流子浓度NB。此外，在层A与层B连接之后，层A的载流子浓度NA优选高于层B的载流子浓度NB。
这里，载流子浓度可以通过例如霍尔测量来测量。
在层A与层B电连接的状态下，从能量的观点来看，在层B中产生的载流子被转移到层A并且层B用作阻挡层。结果，载流子被限制在层A内，实现了高迁移率。
当有源层包括多个层A时，多个层A优选地由相同的材料制成。另一方面，当有源层包括多个层B时，层B可以由不同的材料制成。包括多个层B的堆叠结构的示例包括诸如ABAB′A的堆叠结构。这里，在ABAB′A中，B和B′各自属于层B，但是由不同的材料制成。
在过去几年中研究的IGZO的晶体结构是同源结构，并且是通过交替堆叠InO2层和(Zn，Ga)O2层而获得的多层结构。在这种情况下，导带的底部由In的5s轨道、Zn的4s轨道和Ga的4s轨道形成。因此，尽管晶体结构是多层结构，但电子不是二维分布的。当人工堆叠铟、锌和镓的氧化物时，二维性质较弱。此外，即使由于阻挡的弱效应，层数的增加导致截止电流的增加和迁移率的轻微增加以增加导通电流，开/关比不会增加。此外，具有最深能级的导带的In2O3层容易产生氧空位，以在导电层中产生载流子。因此，这意味着从一开始就存在许多载流子的散射源[例如参见非专利文献(Y.-H.Lin，12others，“High electronmobility thin-film transistors based on solution-processed semiconductingmetal oxide heterojunctions and quasi-superlattices”，Advanced Science VOL2ISSUE 7，JULY 2015，p.1500058)]。另一方面，在场效应晶体管满足本发明的条件(2)的情况下，虽然获得了层A和层B之间的大的能量差，但是将A2元素的组合并到层A和掺杂到层B的载流子，这导致二维性质的增加。另外，载流子限制层(层A)与载流子产生层(层B)分离，实现高迁移率和低截止电流。
每层的厚度为例如几纳米至约20nm或更小，更优选为几纳米至约10nm。
TFT的配置的优选示例包括图1至5中所示的结构。
<制造有源层的方法>
制造本发明有源层的方法可以适当地选自例如成膜的真空工艺(例如溅射法)和成膜的印刷工艺(例如狭缝涂布)。制造有源层的方法特别优选为包括涂覆用于形成氧化物半导体的涂布液的步骤和热处理步骤的印刷工艺。
-用于形成氧化物半导体膜的液体-
用于形成氧化物半导体膜的涂布液优选通过在溶剂中溶解作为氧化物的构成氧化物半导体的金属元素、无机盐、羧酸盐、有机化合物或有机金属来获得。氧化物、无机盐、羧酸盐、有机化合物或有机金属可以均匀地溶解在溶剂中并且可以离解以形成离子。当氧化物、无机盐、羧酸盐、有机化合物或有机金属溶解在用于形成氧化物半导体膜的涂布液中时，几乎不会发生用于形成氧化物半导体膜的涂布液中的浓度偏析。因此，用于形成氧化物半导体膜的涂布液可以长时间使用。此外，使用该涂布液制备的薄膜也具有均匀的配方。因此，当涂布液用于场效应晶体管的有源层时，性能的均匀性是有利的。
在下文中，将分别描述上述化合物。
<<含铟化合物>>
作为一个示例，将描述上述金属是铟(In)的情况。
含铟化合物没有特别限制，并且可根据预期目的而适当地选择。含铟化合物的示例包括有机铟化合物和无机铟化合物。
-有机铟化合物-
有机铟化合物没有特别限制并且可以根据预期目的而适当地选择，只要有机铟化合物是包括铟和有机基团的化合物即可。铟和有机基团通过例如离子键、共价键或配位键键合。
有机基团没有特别限制，并且可根据预期目的而适当地选择。有机基团的示例包括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乙酰丙酮基。
烷氧基的示例包括含有1至6个碳原子的烷氧基。
酰氧基的示例包括含有1至10个碳原子的酰氧基。
取代基的示例包括卤素和四氢呋喃基。
有机铟化合物的示例包括三乙氧基铟、2-乙基己酸铟和乙酰丙酮铟。
-无机铟化合物-
无机铟化合物没有特别限制，并且可根据预期目的而适当地选择。无机铟化合物的示例包括铟氧代酸、卤化铟、氢氧化铟和氰化铟。
铟含氧酸的示例包括硝酸铟、硫酸铟和碳酸铟。
卤化铟的示例包括氟化铟、氯化铟、溴化铟和碘化铟。
其中，在各种溶剂中的高溶解性方面，优选的是铟氧代酸和卤化铟，更优选的是硝酸铟和氯化铟。
硝酸铟没有特别限制，并且可根据预期目的而适当地选择。硝酸铟的示例包括硝酸铟水合物。硝酸铟水合物的示例包括硝酸铟三水合物和硝酸铟五水合物。
硫酸铟没有特别限制，并且可根据预期目的而适当地选择。硫酸铟的示例包括无水硫酸铟和硫酸铟水合物。硫酸铟水合物的示例包括硫酸铟九水合物。
氯化铟没有特别限制，并且可根据预期目的而适当地选择。氯化铟的示例包括氯化铟水合物。氯化铟水合物的示例包括氯化铟四水合物。
这些含铟化合物可以是合成的或者可以是市售产品。
-涂布步骤-
涂布步骤没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，只要涂布步骤是涂布用于形成氧化物半导体的涂布液的步骤即可。
涂布方法没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。作为涂布方法，可以使用现有方法(例如旋涂、喷墨印刷、狭缝涂布、喷嘴印刷、凹版印刷和微接触印刷)。其中，当以简单的方式制造具有大面积和均匀厚度的膜时，旋涂和狭缝涂布是优选的。此外，当使用适当的印刷方法(例如喷墨印刷和微接触印刷)和适当的印刷条件时，可以印刷具有所需形状的物质。因此，不必在后处理中执行图案化。
-热处理步骤-
热处理步骤没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，只要热处理步骤是在涂布步骤之后进行热处理的步骤，并且是能够干燥涂布液中的溶剂的步骤，以形成氧化物半导体；分解包含的化合物；并生产氧化物半导体。
在热处理步骤中，溶剂的干燥(下文中称为“干燥处理”)和所包含的化合物的分解和氧化物半导体的产生(下文中称为“分解和产生处理”)优选在不同的温度下进行。具体而言，优选在溶剂干燥之后，升高温度以分解所包含的化合物并产生氧化物半导体。
干燥处理的温度没有特别限制，并且可以根据所含的溶剂而适当地选择。例如，干燥处理的温度为80℃至180℃。至于干燥，使用真空烘箱以降低温度也是有效的。
干燥处理的时间没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。例如，干燥处理的时间为1分钟至1小时。
分解和产生处理的温度没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。例如，分解和产生处理的温度为200℃至400℃。
分解和产生处理的时间没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。例如，分解和产生处理的时间为10分钟至5小时。
当本发明的TFT包括含有3层或更多层的有源层时，在最终的分解和产生处理中，希望一次共同处理3层或更多层。此外，设置在有源层的顶部或有源层的底部并与有源层形成界面的栅极绝缘膜和钝化层以及有源层在最终的分解和产生处理中希望一次共同处理。该处理使得可以在有源层和栅极绝缘膜之间形成光滑界面，并且在有源层和钝化层之间形成光滑界面，以及在有源层中的层A和层B之间形成界面。也就是说，可以产生有利的前通道和有利的后通道。
热处理步骤的方法没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。热处理步骤的方法的示例包括加热支撑构件的方法。
热处理步骤中的气氛没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，但气氛优选为氧气氛。当在氧气氛中进行热处理时，分解的产物可以迅速地排放到系统外部，并且可以减少所得氧化物半导体的氧空位。
在热处理步骤中，为了加速分解和产生处理中的反应，用波长为400nm或更短的紫外线照射经过干燥处理的涂布液是有效的。发射波长为400nm或更短的紫外线会切割包含在涂布液中的有机材料的化学键并分解有机材料。因此，可以有效地制造氧化物半导体。
波长为400nm或更短的紫外线没有特别限制，并且可根据预期目的而适当地选择。紫外线的示例包括使用准分子灯的波长为222nm的紫外线。
应用臭氧代替紫外线或与紫外线的照射组合使用也是优选的。将臭氧施加到已经过干燥处理的涂布液中加速了氧化物的产生。
在本发明的氧化物半导体的制造方法中，通过涂布工艺制造氧化物半导体，与通过真空工艺进行制造相比，这可以容易地制造大量廉价的氧化物半导体。
<栅电极>
栅电极没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，只要栅电极配置为施加栅电压即可。
栅电极的材料没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。材料的示例包括：金属(例如Mo、Al、Au、Ag和Cu)和这些金属的合金；多层金属膜(例如Mo/Al/Mo、Ti/Al/Ti、Mo/Cu/Mo和Ti/Cu/Ti)；透明导电氧化物(例如铟薄氧化物(ITO)和锑掺杂的氧化锡(ATO))；和有机导体(例如聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯胺(PANI))。
栅电极的形成方法没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。形成方法的示例包括：(i)通过溅射法或浸涂法形成膜的方法，以通过光刻法对膜进行图案化；(ii)通过印刷工艺比如喷墨印刷、纳米压印或凹版印刷直接形成具有所需形状的膜的方法。
栅电极的平均厚度没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，但栅电极的平均厚度优选为20nm至1μm，更优选为50nm至500nm。
<源电极和漏电极>
源电极和漏电极没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，只要源电极和漏电极是配置为在电极之间传输电信号的电极即可。
源电极的材料和漏电极的材料没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。这些材料的示例包括与对栅电极描述的材料相同的材料。
有源层和源电极之间的大接触电阻以及有源层和漏电极之间的接触电阻导致晶体管特性的劣化。为了防止上述问题，源电极的材料和漏电极的材料优选地选自能够降低接触电阻的材料。
源电极和漏电极优选至少与有源层的层A接触。此外，有源层的层B可以与源电极和漏电极接触。
制造源电极的方法和制造漏电极的方法没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。这些方法的示例包括与对栅电极描述的方法相同的方法。
源电极的平均厚度和漏电极的平均厚度没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，但是这些厚度优选为20nm至1μm，更优选为50nm至500nm。
<栅极绝缘层>
栅极绝缘层没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，只要栅极绝缘层是形成在栅电极和有源层之间的绝缘层即可。
栅极绝缘层的材料没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。该材料的示例包括已经用于大规模生产的材料(例如SiO2和SiNx)、具有高介电常数的材料(例如La2O3和HfO2)以及有机材料(聚酰亚胺(PI)和氟树脂)。
形成栅极绝缘层的方法没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。该方法的示例包括成膜的真空方法(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、狭缝涂布和喷墨印刷)。
具有高介电常数的栅极绝缘层更优选地如下所述形成。具体地，在通过制造有源层的方法形成的有源层上，以与制备有源层的方法中所述相同的方式涂覆具有高介电常数的材料的涂布液，并进行蒸发处理。然后，一次对所得物和有源层一起进行最终的分解和产生处理，以形成具有高介电常数的栅极绝缘层。结果，可以形成有源层和栅极绝缘层之间的相当有利的界面。
栅极绝缘层的平均厚度没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，但是栅极绝缘层的平均厚度优选为30nm至500nm，更优选为50nm至300nm。
场效应晶体管的配置的一个示例在图1中示出。在图1中，有源层22具有通过堆叠3层而获得的多层结构：层A221、层B222和层A223。
场效应晶体管的结构没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。场效应晶体管的结构的示例包括顶部接触/底部栅极场效应晶体管(图2)、底部接触/底部栅极场效应晶体管(图3)、顶部接触/顶部栅极场效应晶体管(图4)和底部接触/顶部栅极场效应晶体管(图5)。顶部接触/顶部栅极场效应晶体管和底部接触/顶部栅极场效应晶体管是特别优选的。
在图1至5中，附图标记21表示衬底，附图标记22表示有源层，附图标记23表示源电极，附图标记24表示漏电极，附图标记25表示栅极绝缘层，附图标记26表示栅电极且附图标记27表示钝化层。
场效应晶体管可以适当地用于下面描述的显示元件，但是场效应晶体管的使用不限于显示元件。例如，场效应晶体管可用于IC卡、ID标签和其他电子电路。
场效应晶体管包括在有源层中的本发明的堆叠氧化物半导体。因此，通过调整配方，有源层可以实现优选的性能，从而产生有利的晶体管特性。
(显示元件)
本发明的显示元件至少包括光控制元件和配置为驱动光控制元件的驱动电路。显示元件根据需要还包括其他构件。
<光控制元件>
光控制元件没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，只要光控制元件是配置为根据驱动信号控制光输出的元件即可。光控制元件优选包括有机电致发光(EL)元件、电致变色(EC)元件、液晶元件、电泳元件或电润湿元件。
<驱动电路>
驱动电路没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，只要驱动电路包括本发明的半导体元件即可。
<其他构件>
其他构件没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。
本发明的显示元件包括半导体元件(例如场效应晶体管)。因此，元件之间的不均匀性很小。而且，即使当显示元件随时间变化时，也可以以恒定的栅极电压驱动驱动晶体管，从而导致元件的长寿命。
(图像显示装置)
本发明的图像显示装置包括至少多个显示元件、多个有线线路和显示控制装置。根据需要，图像显示装置还包括其他构件。
<显示元件>
显示元件没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，只要显示元件是以矩阵形式布置的本发明的显示元件即可。
<有线线路>
有线线路没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，只要有线线路是配置为将栅极电压和图像数据信号单独地施加到显示元件中的场效应晶体管的有线线路即可。
<显示控制装置>
显示控制装置没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择，只要显示控制装置是配置为经由对应于图像数据的多个有线线路而单独控制场效应晶体管的栅极电压和信号电压的装置即可。
<其他部件>
其他部件没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。
本发明的图像显示装置包括本发明的显示元件。因此，图像显示装置具有长寿命并且被稳定地驱动。
本发明的图像显示装置可用作移动信息装置(例如移动电话、便携式音乐播放器、便携式视频播放器、电子书和个人数字助理(PDA))和相机装置(例如静态相机和摄像机)中的显示单元。图像显示装置还可以用于运输系统(例如汽车、飞机、火车和轮船)中的各种信息的显示单元。此外，图像显示装置可以用于测量设备、分析设备、医疗设备和广告媒体中的各种信息的显示单元。
(系统)
本发明的系统至少包括本发明的图像显示装置和图像数据生成装置。
图像数据生成装置配置为基于要显示的图像信息生成图像数据，并将图像数据输出到图像显示装置。
因为本发明的系统包括本发明的图像显示装置，所以可以显示具有高清晰度的图像信息。
下面将描述本发明的图像显示装置。
本发明的图像显示装置可以通过采用日本未审查专利申请公开No.2010-074148的第[0059]至[0060]段以及图2和3中描述的配置来获得。
接下来将参考附图描述本发明的实施例的一个示例。
图6是用于呈现显示元件以矩阵形式布置的显示器的图。如图6所示，显示器包括沿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)以及沿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)。这里，附图标记(例如X1和Y1)的含义在整个图7、11、12和13中是共同的。
因此，可以通过扫描线和数据线识别显示元件302。
图7是示出了本发明的显示元件的一个示例的示意性结构图。
如图7中的一个示例所示，显示元件包括有机电致发光(EL)元件350和配置为允许有机EL元件350发光的驱动电路320。也就是说，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是适于颜色的32英寸显示器。显示器310的尺寸不限于32英寸。
下面描述图7中的驱动电路320。
驱动电路320包括两个场效应晶体管10和20以及电容器30。
场效应晶体管10用作开关元件。场效应晶体管10的栅电极G耦合到预定扫描线，并且场效应晶体管10的源电极S耦合到预定数据线。此外，场效应晶体管10的漏电极D耦合到电容器30的一个端子。
场效应晶体管20配置为向有机EL元件350提供电流。场效应晶体管20的栅电极G耦合到场效应晶体管10的漏电极D。场效应晶体管20的漏电极D耦合到有机EL元件350的阳极，并且场效应晶体管20的源电极S耦合到预定电流供应线。
电容器30配置成存储场效应晶体管10的状态；即数据。电容器30的另一个端子耦合到预定电流供应线。
当场效应晶体管10变为“导通”状态时，图像数据经由信号线Y2存储在电容器30中。甚至在将场效应晶体管10变为“截止”状态之后，通过保持场效应晶体管20的对应于图像数据的“导通”状态来驱动有机EL元件350。
图8示出了有机EL元件350和用作显示元件中的驱动电路的场效应晶体管20之间的位置关系的一个示例。这里，有机EL元件350设置在场效应晶体管20的旁边。注意，场效应晶体管和电容器(未示出)也形成在同一衬底上。
钝化膜适当地设置在有源层22上或上方，尽管图8中未示出钝化膜。钝化膜的材料可以适当地选自SiO2，SiNx，Al2O3和含氟聚合物。
例如，如图9所示，有机EL元件350可以设置在场效应晶体管20上。在这种结构的情况下，要求栅电极26具有透明性。因此，导电透明氧化物(例如ITO，In2O3，SnO2，ZnO，添加Ga的ZnO，添加Al的ZnO和添加Sb的SnO2)用于栅电极26。注意，附图标记360是中间层绝缘膜(平整膜)。聚酰亚胺或丙烯酸树脂可用于绝缘膜。
在图8和9中，场效应晶体管20包括衬底21、有源层22、源电极23、漏电极24、栅极绝缘层25和栅电极26。有机EL元件350包括阴极312、阳极314和有机EL薄膜层340。
图10是示出有机EL元件的一个示例的示意性结构图。
在图10中，有机EL元件350包括阴极312、阳极314和有机EL薄膜层340。
阴极312的材料没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。材料的示例包括铝(Al)、镁(Mg)-银(Ag)合金、铝(Al)-锂(Li)合金和氧化铟锡(ITO)。注意，如果具有足够的厚度，则镁(Mg)-银(Ag)合金变成高反射电极，并且Mg-Ag合金的极薄膜(小于约20nm)变成半透明电极。在该图中，光从阳极侧取出。然而，当阴极是透明电极或半透明电极时，可以从阴极侧取出光。
阳极314的材料没有特别限制，并且可以根据预期目的而适当地选择。该材料的示例包括氧化铟锡(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，所得电极变为高反射电极，其适于从阴极侧取出光。
有机EL薄膜层340包括电子传输层342、发光层344和空穴传输层346。电子传输层342连接到阴极312，空穴传输层346耦合到阳极314。当在阳极314和阴极312之间施加预定电压时，发光层344发光。
电子传输层342和发光层344可以形成单层。此外，电子注入层可以设置在电子传输层342和阴极312之间。此外，空穴注入层可以设置在空穴传输层346和阳极314之间。
上述有机EL元件是所谓的“底部发射”有机EL元件，其中光从衬底侧(图10中的底侧)取出。然而，有机EL元件可以是“顶部发射”有机EL元件，其中光从衬底的相对侧(图10中的底侧)取出。
图11是示出本发明的图像显示装置的另一示例的示意性结构图。
在图11中，图像显示装置包括显示元件302、有线线路(包括扫描线、数据线和电流供应线)以及显示控制装置400。
显示控制装置400包括图像数据处理电路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基于图像输出电路的输出信号确定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的指令分别向“n”条扫描线施加电压。
数据线驱动电路406根据图像数据处理电路402的指令分别向“m”条数据线施加电压。
在上述实施例中，已经描述了光控制元件是有机EL元件的情况，但是本发明不限于此。例如，光控制元件可以是电致变色元件。在这种情况下，显示器是电致变色显示器。
光控制元件可以是液晶元件。在这种情况下，显示器是液晶显示器。如图12所示，没有必要为显示元件302′提供电流供应线。如图13所示，驱动电路320′可以用一个场效应晶体管40产生，其类似于每个场效应晶体管10和20。在场效应晶体管40中，栅电极G耦合到预定扫描线且源电极S耦合到预定数据线。此外，漏电极D耦合到电容器361和液晶元件370的像素电极。
光控制元件可以是电泳元件、无机EL元件或电润湿元件。
如上所述，已经描述了本发明的系统是电视设备的情况，但是本发明的系统不限于电视设备。系统不受特别限制，只要该系统包括用作配置为显示图像和信息的装置的图像显示装置即可。例如，该系统可以是计算机系统，其中计算机(包括个人计算机)耦合到图像显示装置。
本发明的系统包括本发明的显示元件。因此，该系统具有长寿命并且被稳定地驱动。
示例
下面将通过示例描述本发明，但本发明不应解释为限于这些示例。
(示例I-1)
<场效应晶体管的制备>
-衬底的制备-
使用无碱玻璃(玻璃衬底)作为衬底。使用中性洗涤剂、纯水和异丙醇对衬底进行超声波清洗。在衬底干燥后，将衬底进一步在90℃下进行UV-臭氧处理10分钟。
-有源层的形成-
-液体A的制备-
制备用于形成氧化物半导体的涂布液(液体A)，其用于形成用作层A的MgIn2O4层。
作为材料，以规定的比例(In/Mg＝2(摩尔比))称量乙酰丙酮镁和乙酰丙酮铟，并将其溶解在甲苯中，使得镁的浓度为0.1M，以获得用于形成氧化物半导体的涂布液(液体A)。
-液体B的制备-
制备用于形成氧化物半导体的涂布液(液体B)，其用于形成用作层B的MgAl2O4层。
作为材料，以规定的比例(Al/Mg＝2(摩尔比))称量乙酰丙酮镁和乙酰丙酮铝，并将其溶解在甲苯中，使得镁的浓度为0.1M，以获得用于形成氧化物半导体的涂布液(液体B)。
将液体A旋涂在玻璃衬底上，并在120℃的烘箱中干燥2分钟。接下来，旋涂液体B并在120℃的烘箱中干燥2分钟。此外，将液体A旋涂并在120℃的烘箱中干燥2分钟。
然后，将所得物在200℃的烘箱中烘烤1小时后，通过光刻工艺进行图案化以形成由3层[层A(膜厚度：10nm)/层B(膜厚度：6nm)/层A(膜厚：10nm)]制成的有源层。
-源电极和漏电极的形成-
在其上已形成有源层的衬底上，沉积100nm的Au，并通过光刻工艺进行图案化以形成源电极和漏电极。通道长度为10μm且通道宽度为30μm。
-栅极绝缘层的形成-
制备用于形成氧化物绝缘膜的涂布液，其用于形成用作栅极绝缘层的80LaO1.5·20SrO层。
将2-乙基己酸镧甲苯溶液(La：7wt％)(16mL)、2-乙基己酸锶甲苯溶液(Sr：2wt％)(8.8mL)和甲苯(12mL)混合以获得涂布液从而形成氧化物绝缘膜。
将涂布液旋涂在玻璃衬底上，并在120℃的烘箱中干燥2分钟。接下来，将所得物在400℃的烘箱中烘烤1小时，以获得栅极绝缘层(厚度：150nm)。
此外，通过光刻工艺进行图案化。然后，形成通孔以与源极·漏极电极接触。
-栅电极的形成-
在玻璃衬底上，沉积100nm的Au，并通过光刻工艺进行图案化，以形成栅电极。
最后，在大气中在300℃下进行退火1小时以制造场效应晶体管。
(示例I-2至I-5)
以与示例I-1相同的方式制造场效应晶体管，不同之处在于如表I所示改变层A、层B以及有源层的层结构。
(比较例I-1)
以与示例I-1相同的方式制造场效应晶体管，不同之处在于如表I所示改变有源层的层结构。
(比较例I-2)
以与示例I-4相同的方式制造场效应晶体管，不同之处在于如表I所示改变有源层的层结构。
Figure GDA0003052569840000231
在表I的层结构的列中，左手字母字符表示设置玻璃衬底的一侧，右手字母字符表示源电极、漏电极和栅极绝缘层设置的一侧。
除了示例I-1的涂布液之外，使用以下涂布液形成表I中所示的各层。
-用于形成In2O3层的涂布液的制备-
将乙酰丙酮铟溶解在甲苯中，使得铟的浓度为0.1M，以获得用于形成In2O3层的涂布液。
-用于形成Y2O3层的涂布液的制备-
将乙酰丙酮钇溶解在甲苯中，使得钇的浓度为0.1M，已获得用于形成Y2O3层的涂布液。
-用于形成SnO2层的涂布液的制备-
将2-乙基己酸锡溶解在甲苯中，使得锡的浓度为0.1M，以获得用于形成SnO2层的涂布液。
-用于形成MgSb2O6层的涂布液的制备-
作为材料，以规定的比例(Sb/Mg＝2(摩尔比))称量乙酰丙酮镁和三苯基锑，并将其溶解在甲苯中，使得镁的浓度为0.1M，以获得用于形成MgSb2O6层的涂布液。
-用于形成CdO层的涂布液的制备-
将氯化镉溶解在丙二醇中，使得镉的浓度为0.1M，以获得用于形成CdO层的涂布液。
-用于形成ZrO2层的涂布液的制备-
将锆(IV)双(2-乙基己酸)氧化物·矿物油溶液(Zr：12％)溶解在甲苯中，使得锆的浓度为0.1M，以获得用于形成ZrO2层的涂布液。
-用于形成ZnO层的涂布液的制备-
将硝酸锌六水合物溶解在乙二醇中，使得锌的浓度为0.1M，以获得用于形成ZnO层的涂布液。
-用于形成Al2O3层的涂布液的制备-
将二(叔丁醇)乙酰乙酸铝螯合物溶解在甲苯中，使得铝的浓度为0.1M，以获得用于形成Al2O3层的涂布液。
<评估>
测量示例I-1至I-5和比较例I-1至I-2中制备的场效应晶体管的转印特性(Vds＝10V)。测量结果示于表I中。
如表I所示，示例I-1至I-5的TFT显示出比较例I-1的TFT的迁移率的1.5至2.5倍。尽管示例I-4的半导体材料、层A的膜厚度和层B的膜厚度与比较例I-2的相同，但示例I-4的TFT的迁移率约为比较例I-2的两倍。
(示例II-1)
<场效应晶体管的制备>
-衬底的制备-
使用无碱玻璃(玻璃衬底)作为衬底。使用中性洗涤剂、纯水和异丙醇对衬底进行超声波清洗。在衬底干燥后，将衬底进一步在90℃下进行UV--臭氧处理10分钟。
-有源层的形成-
-液体A的制备-
制备用于形成氧化物半导体的涂布液(液体A)，其用于形成用作层A的MgIn2O4层。
作为材料，以规定的比例(In/Mg＝2(摩尔比))称量乙酰丙酮镁和乙酰丙酮铟，并将其溶解在甲苯中，使得镁的浓度为0.1M，以获得用于形成氧化物半导体的涂布液(液体A)。
-液体B的制备-
制备用于形成氧化物半导体(液体B)的涂布液，其用于形成用作层B的ZnGa2O4∶2at％Sn的层。
作为材料，以规定的比例(Zn∶Ga∶Sn＝1∶1.96∶0.04(摩尔比))称量乙酰丙酮锌、乙酰丙酮镓和2-乙基己酸锡，并将其溶解在甲苯中，使得锌的浓度为0.1M，以获得用于形成氧化物半导体的涂布液(液体B)。
将液体A旋涂在玻璃衬底上，并在120℃的烘箱中干燥2分钟。接下来，旋涂液体B并在120℃的烘箱中干燥2分钟。此外，将液体A旋涂并在120℃的烘箱中干燥2分钟。
然后，将所得物在200℃的烘箱中烘烤1小时后，通过光刻工艺进行图案化以形成由3层[层A(膜厚度：10nm)/层B(膜厚度)：6nm)/层A(膜厚：10nm)]制成的有源层。
-源电极和漏电极的形成-
在其上已形成有源层的衬底上，沉积100nm的Au，并通过光刻工艺进行图案化，以形成源电极和漏电极。通道长度为10μm，且通道宽度为30μm。
-栅极绝缘层的形成-
制备用于形成氧化物绝缘膜的涂布液，其用于形成用作栅极绝缘层的80LaO1.5·20SrO层。
将2-乙基己酸镧甲苯溶液(La：7wt％)(16mL)、2-乙基己酸锶甲苯溶液(Sr：2wt％)(8.8mL)和甲苯(12mL)混合以获得涂布液从而形成氧化物绝缘膜。
将涂布液旋涂在玻璃衬底上，并在120℃的烘箱中干燥2分钟。接下来，将所得物在400℃的烘箱中烘烤1小时，以获得栅极绝缘层(150nm)。
此外，通过光刻工艺进行图案化。然后，形成通孔以与源极·漏极电极接触。
-栅电极的形成-
在玻璃衬底上，沉积100nm的Au，并通过光刻工艺进行图案化，以形成栅电极。
最后，在大气中在300℃下进行退火1小时以制造场效应晶体管。
(示例II-2至II-7)
以与示例II-1相同的方式制造场效应晶体管，不同之处在于如表II所示改变层A、层B、每个膜厚度和有源层的层结构。
(比较例II-1)
以与示例II-1相同的方式制造场效应晶体管，不同之处在于如表II所示改变层A、层B、每个膜厚度和有源层的层结构。
(比较例II-2)
以与示例II-1相同的方式制造场效应晶体管，不同之处在于如表II所示改变层A、层B、每个膜厚度和有源层的层结构。
Figure GDA0003052569840000281
在表II的层结构的列中，左手字母字符表示设置玻璃衬底的一侧，右手字母字符表示源电极、漏电极和栅极绝缘层设置的一侧。此外，表II示出了层A和层B的估计值(ΔG0)。
注意，表II中的氧亲和力和带隙各自通过本发明说明书中描述的上述方法确定。
除了示例II-1的涂布液之外，使用以下涂布液形成表II中所示的各层。
-用于形成InZn0.5Zr0.5O3层的涂布液的制备-
作为材料，以规定的比例(In∶Zn∶Zr＝1.0∶0.5∶0.5(摩尔比))称量乙酰丙酮铟、乙酰丙酮锌和乙酰丙酮锆，并将其溶解在甲苯中，使得铟的浓度为0.1M，以获得用于形成InZn0.5Zr0.5O3层的涂布液。
-用于形成In1.6Y0.4O3层的涂布液的制备-
作为材料，以规定的比例(In∶Y＝1.6∶0.4(摩尔比))称量硝酸铟三水合物和氯化钇六水合物，并将其溶解在乙二醇和甲醇(1∶1)中，使得铟的浓度为0.1M，以获得用于形成In1.6Y0.4O3层的涂布液。
-用于形成InAlO3∶1at％W层的涂布液的制备-
作为材料，以规定的比例(In∶Al∶W＝1∶0.99∶0.01(摩尔比))称量乙酰丙酮铟、二(正丁氧基)乙酰乙酸酯螯合铝和羰基钨，并将其溶解在甲苯中，使得铟的浓度为0.1M，以获得用于形成InAlO3∶1at％W的涂布液。
-用于形成In1.4Ca0.3Zr0.3O3层的涂布液的制备-
作为材料，以规定的比例(In∶Ca∶Zr＝1.4∶0.3∶0.3(摩尔比))称量乙酰丙酮铟、乙酰丙酮钙和乙酰丙酮锆，并将其溶解在甲苯中，使得铟的浓度为0.1M，以获得用于形成In1.4Ca0.3Zr0.3O3层的涂布液。
-用于形成(Mg，Zn)SnO4层的涂布液的制备-
作为材料，以规定的比例(Mg∶Zn∶Sn＝1∶1∶1(摩尔比))称量乙酰丙酮镁、乙酰丙酮锌和2-乙基己酸锡，并将其溶解在甲苯中，使得锡的浓度为0.1M，以获得用于形成(Mg，Zn)SnO4层的涂布液。
-用于形成Zn2TiO4层的涂布液的制备-
作为材料，以规定的比例(Zn∶Ti＝2∶1(摩尔比))称量乙酰丙酮锌和丁醇钛，并将其溶解在甲苯中，使得锌的浓度为0.1M，以获得用于形成Zn2TiO4层的涂布液。
-用于形成(Mg，Zn)SnO4∶2at％Sb层的涂布液的制备-
作为材料，以规定的比例(Mg∶Zn∶Sn∶Sb＝1∶1∶0.98∶0.02(摩尔比))称量乙酰丙酮镁、乙酰丙酮锌、2-乙基己酸锡和三苯基锑，并将其溶解在甲苯中，使得锡的浓度为0.1M，以获得用于形成(Mg，Zn)SnO4∶2at％Sb层的涂布液。
-用于形成CdAl2O4层的涂布液的制备-
作为材料，以规定的比例(Cd∶Al＝1∶2(摩尔比))称量氯化镉2.5水合物和硝酸铝九水合物，并将其溶解在乙二醇和甲醇(1∶1)中，使得镉的浓度为0.1M，以获得用于形成CdAl2O4层的涂布液。
-用于形成(Mg，Zn)GeO4∶2at％Sb层的涂布液的制备-
作为材料，以规定的比例(Mg∶Zn∶Ge∶Sb＝1∶1∶0.98∶0.02(摩尔比))称量六水合硝酸镁、六水合硝酸锌、氧化锗和氯化锑，并将其溶解在乙二醇中，使得锌的浓度为0.1M，以获得用于形成(Mg，Zn)GeO4∶2at％Sb层的涂布液。
-用于形成Ga2O3∶3at％Zr的层的涂布液的制备-
作为材料，以规定的比例(Ga∶Zr＝0.97∶0.03(摩尔比))称量硝酸镓和氯化锆，并将其溶解在乙二醇中，使得镓的浓度为0.1M，以获得用于形成Ga2O3∶3at％Zr层的涂布液。
-用于形成I2O3层的涂布液的制备-
将乙酰丙酮铟溶解在甲苯中，使得铟的浓度为0.1M，以获得用于形成I2O3层的涂布液。
-用于形成Ga2O3层的涂布液的制备-
将乙酰丙酮镓溶解在甲苯中，使得镓的浓度为0.1M，以获得用于形成Ga2O3层的涂布液。
<评估>
测量示例II-1至II-7和对比例II-1至II-2中制备的场效应晶体管的转移特性(Vds＝10V)。测量结果示于表II中。
如表II所示，示例II-1至II-7的TFT的迁移率显示出是对比例II-1的1.5至2.5倍的值。具有比较例II-2的结构的晶体管表现出高迁移率但是截止电流显著增加，这导致不利的TFT特性。
如上所述，本发明的场效应晶体管可以抑制截止电流并且可以改善迁移率以增加TFT特性。此外，本发明的图像显示装置适于显示具有大面积和高质量的图像。此外，本发明的系统可以高精度地显示图像信息，并且适于电视设备、计算机系统和智能电话。
例如，本发明的各方面如下。
<1>一种场效应晶体管，包括：
栅电极，其配置为施加栅极电压；
源电极和漏电极，其配置为传输电信号；
有源层，其形成在所述源电极和漏电极之间；和
栅极绝缘层，其形成在所述栅电极和有源层之间，
其中，所述有源层包括至少两种氧化物层，其包括层A和层B，并且
其中，所述有源层满足以下条件(1)和条件(2)中的至少一个：
条件(1)：所述有源层包括3个或更多个氧化物层，其包括2个或更多个层A；和
条件(2)：所述层A的带隙低于所述层B的带隙，且所述层A的氧亲和力等于或高于所述层B的氧亲和力。
<2>根据<1>所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A的电导率σA高于层B的电导率ρB。
<3>根据<1>所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A的载流子浓度NA高于层B的载流子浓度NB。
<4>根据<1>所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A的导电活化能ΔEA低于层B的导电活化能ΔEB。
<5>根据<1>所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A的带隙EAg低于层B的带隙EBg。
<6>根据<1>至<5>中任一项所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A中的2个或更多个中的至少一个与所述源电极和漏电极接触。
<7>根据<1>至<6>中任一项所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A中的2个或更多个中的至少一个与所述栅极绝缘层接触。
<8>根据<1>至<5>中任一项所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，所述有源层是按此顺序堆叠层A、层B和层A的三层的ABA堆叠结构，其中一层A与栅极绝缘层接触，而另一层A与源电极和漏电极接触。
<9>根据<1>至<8>中任一项所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A是包括A元素的氧化物层，所述A元素是选自由锌、镉、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、铌、钽、钼和钨组成的组中的至少一种，并且
其中，层B不含A元素。
<10>根据<1>至<9>中任一项所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层B是包括B元素的氧化物层，所述B元素是选自由2A族元素、3A族元素、锆、铪、硼、铝、硅、锗、磷、锑和碲组成的组中的至少一种。
<11>根据<1>所述的场效应晶体管，其中，层B包括取代掺杂剂。
<12>根据<1>或<11>所述的场效应晶体管，其中，在条件(2)中，层A包括选自由作为A1元素的锌、镉、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、铌、钽、钼和钨组成的组中的至少一种，并且
其中，层A包括选自由作为A2元素的镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、锆、铪、铝、硅和锗组成的组中的至少一种。
<13>根据<1>、<11>和<12>中任一项所述的场效应晶体管，其中，在条件(2)中，层B包括选自由作为元素B1的锌、镉、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、铌、钽、钼和钨组成的组中的至少一种，
其中，层B包括选自由作为元素B3的铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、锑、铋、钛、铌、钽、钼、钨、铼和锇组成的组中的至少一种，并且
其中，周期表中B3元素的族号大于周期表中B1元素的族号。
<14>根据<1>和<11>至<13>中任一项所述的场效应晶体管，
其中，层B包括选自由作为B2元素的镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、锆、铪、铝、硅和锗组成的组中的至少一种。
<15>根据<1>和<11>至<14>中任一项所述的场效应晶体管，其中，在条件(2)中，在层A与层B连接之前，层A的载流子浓度NA低于层B的载流子浓度NB，并且
其中，在层A与层B连接之后，层A的载流子浓度NA高于层B的载流子浓度NB。
<16>一种显示元件，包括：
光控制元件，其配置为根据驱动信号控制光输出；和
驱动电路，其包含根据<1>至<15>中任一项所述的场效应晶体管，并且配置为驱动所述光控制元件。
<17>根据<16>所述的显示装置，
其中，所述光控制元件包括有机电致发光元件、电致变色元件、液晶元件、电泳元件或电润湿元件。
<18>一种图像显示装置，其配置为显示与图像数据相对应的图像，所述图像显示装置包括：
以矩阵形式布置的多个显示元件，所述多个显示元件中的每一个是根据<16>或<17>所述的显示元件；
多条有线线路，其配置为将栅极电压和信号电压单独施加到多个显示元件中的场效应晶体管；以及
显示控制装置，其配置为经由与图像数据对应的多条有线线路单独控制场效应晶体管的栅极电压和信号电压。
<19>一种系统，包括：
根据<18>所述的图像显示装置；和
图像数据生成装置，其配置为基于要显示的图像信息生成图像数据，并且将图像数据输出到图像显示装置。
根据本发明，可以解决现有的各种问题，并提供：一种新型场效应晶体管，包括氧化物半导体有源层并具有高迁移率和低截止电流；显示元件；显示装置；和系统。
附图标记列表
10 场效应晶体管
20 场效应晶体管
22 有源层
23 源电极
24 漏电极
25 栅极绝缘层
26 栅极
27 钝化层
221 层A
222 层B
223 层A
40 场效应晶体管
302、302′ 显示元件
310 显示器
320、320′ 驱动电路
370 液晶元件
400 显示控制装置

Claims (19)

1.一种场效应晶体管，包括：
栅电极，该栅电极配置为施加栅极电压；
源电极和漏电极，该源电极和漏电极配置为传输电信号；
有源层，该有源层形成在所述源电极和漏电极之间；和
栅极绝缘层，该栅极绝缘层形成在所述栅电极和有源层之间，
其中，所述有源层包括至少两种氧化物层，其包括层A和层B，
其中，所述有源层满足以下条件(1)：
条件(1)：所述有源层包括包含2个或更多个层A的3个或更多个氧化物层，
其中，在条件(1)中，层A是包括A元素的氧化物层，所述A元素是选自由锌、镉、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、铌、钽、钼和钨组成的组中的至少一种，并且
其中，层B不含A元素。
2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A的电导率σA高于层B的电导率σB。
3.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A的载流子浓度NA高于层B的载流子浓度NB。
4.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A的导电活化能ΔEA低于层B的导电活化能ΔEB。
5.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A的带隙EAg低于层B的带隙EBg。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A中的2个或更多个中的至少一个与所述源电极和漏电极接触。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层A中的2个或更多个中的至少一个与所述栅极绝缘层接触。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，所述有源层是按此顺序堆叠的层A、层B和层A的三层的ABA堆叠结构，其中一层A与栅极绝缘层接触，而其他层A与源电极和漏电极接触。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的场效应晶体管，其中，在条件(1)中，层B是包括B元素的氧化物层，所述B元素是选自由2A族元素、3A族元素、锆、铪、硼、铝、硅、锗、磷、锑和碲组成的组中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，层B包括取代掺杂剂。
11.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，所述有源层还满足以下条件(2)：
条件(2)：所述层A的带隙低于所述层B的带隙，且所述层A的氧亲和力等于或高于所述层B的氧亲和力。
12.根据权利要求11所述的场效应晶体管，其中，在条件(2)中，层A包括选自由作为A1元素的锌、镉、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、铌、钽、钼和钨组成的组中的至少一种，并且
其中，层A包括选自由作为A2元素的镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、锆、铪、铝、硅和锗组成的组中的至少一种。
13.根据权利要求11所述的场效应晶体管，其中，在条件(2)中，层B包括选自由作为元素B1的锌、镉、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钛、铌、钽、钼和钨组成的组中的至少一种，
其中，层B包括选自由作为元素B3的铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、锑、铋、钛、铌、钽、钼、钨、铼和锇组成的组中的至少一种，并且
其中，周期表中B3元素的族号大于周期表中B1元素的族号。
14.根据权利要求11所述的场效应晶体管，
其中，在条件(2)中，层B包括选自由作为B2元素的镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、锆、铪、铝、硅和锗组成的组中的至少一种。
15.根据权利要求11所述的场效应晶体管，其中，在条件(2)中，在层A与层B连接之前，层A的载流子浓度NA低于层B的载流子浓度NB，并且
其中，在层A与层B连接之后，层A的载流子浓度NA高于层B的载流子浓度NB。
16.一种显示元件，包括：
光控制元件，该光控制元件配置为根据驱动信号控制光输出；和
驱动电路，该驱动电路包含根据权利要求1至15中任一项所述的场效应晶体管，并且配置为驱动所述光控制元件。
17.根据权利要求16所述的显示元件，
其中，所述光控制元件包括有机电致发光元件、电致变色元件、液晶元件、电泳元件或电润湿元件。
18.一种配置为显示与图像数据相对应的图像的图像显示装置，该图像显示装置包括：
以矩阵形式布置的多个显示元件，所述多个显示元件中的每一个是根据权利要求16或17所述的显示元件；
多条有线线路，该多条有线线路配置为将栅极电压和信号电压单独施加到多个显示元件中的场效应晶体管；以及
显示控制装置，该显示控制装置配置为经由与图像数据对应的多条有线线路单独控制场效应晶体管的栅极电压和信号电压。
19.一种图像显示系统，包括：
根据权利要求18所述的图像显示装置；和
图像数据生成装置，该图像数据生成装置配置为基于要显示的图像信息生成图像数据，并且将图像数据输出到图像显示装置。
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