CN111725323A - 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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新江定宪
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Abstract

一种场效应晶体管，包括由n型金属氧化物半导体形成的半导体层，其中，所述n型金属氧化物半导体包括氧化铟，其中所述氧化铟通过引入一种或多种阳离子作为掺杂而被n型掺杂。在使用二维检测器的X射线衍射方法中，n型金属氧化物半导体具有以与具有红绿柱石结构的氧化铟的(222)平面对应的角度检测到的峰。

Description

场效应晶体管，显示元件，图像显示装置和系统
技术领域
本公开涉及场效应晶体管、显示元件、图像显示装置和系统。
背景技术
液晶显示器(LCD)、有机电致发光(EL)显示器(OLED)和平板显示器(FPD)(例如电子纸)由驱动电路驱动，该驱动电路包括在其活性层中使用非晶硅或多晶硅的薄膜晶体管(TFT)。进一步要求FPD的尺寸更大、清晰度更高并且驱动性能更快。这种趋势要求TFT具有更高的载流子迁移率(和更稳定的性能。
然而，在使用包括非晶硅(a-Si)或多晶硅(特别是低温多晶硅(LTPS))的活性层的TFT中既有优点也有缺点。TFT很难同时满足所有需求。
K.Nomura，其他5人，“Room-temperature fabrication of transparentflexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors”，NATURE,第432卷,第25期，2004年11月，第488-492页提出了InGaZnO4(a-IGZO)，其能够在室温下成膜并在非晶态下显示出等于或高于a-Si的迁移率的迁移率。这触发了对显示出高迁移率的非晶氧化物半导体的广泛研究。
然而，由于a-IGZO是非晶态的，因此增加其迁移率存在限制。a-IGZO的载流子密度取决于膜(film)中氧空位的量。由于该氧空位的量容易改变，因此具有a-IGZO作为活性层的TFT的稳定性低，这是有问题的。
日本未经审查的专利申请公开No.2011-192971公开了一种TFT，其包括使用作为n型掺杂的结晶化合物的金属氧化物半导体的活性层。然而，该公开没有提出有效进行n型掺杂的条件或获得高迁移率的条件。
发明内容
本公开的目的是要提供一种显示出高迁移率和高稳定性的场效应晶体管。
根据本公开的一个方面，一种场效应晶体管包括由n型金属氧化物半导体形成的半导体层。n型金属氧化物半导体包括氧化铟。通过引入一种或多种阳离子作为掺杂剂对氧化铟被n型掺杂。在使用二维检测器的X射线衍射方法中，n型金属氧化物半导体具有以与具有红绿柱石(bixbite)结构的氧化铟的(222)面相对应的角度检测到的峰。
根据本公开，可以提供一种显示出高迁移率和高稳定性的场效应晶体管。
附图说明
图1是顶部接触/底部栅极场效应晶体管的一个示例的示意图；
图2是底部接触/底部栅极场效应晶体管的一个示例的示意图；
图3是顶部接触/顶部栅极场效应晶体管的一个示例的示意图；
图4是底部接触/顶部栅极场效应晶体管的一个示例的示意图；
图5是作为本公开的系统的电视装置的一个示例的示意性结构图；
图6是图5中的图像显示装置(第1部分)的说明图；
图7是图5中的图像显示装置(第2部分)的说明图；
图8是图5中的图像显示装置(第3部分)的说明图；
图9是本公开的显示元件的一个示例的说明图；
图10是显示元件中的有机EL元件与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11是显示元件中的有机EL元件与场效应晶体管之间的位置关系的另一例的示意性结构图；
图12是有机EL元件的一个示例的示意性结构图；
图13是显示控制装置的说明图；
图14是液晶显示器的说明图；
图15是图14中的显示元件的说明图；
图16是表示使用二维检测器通过X射线衍射方法得到的测量结果的曲线图；和
图17是表示XAFS测量结果的曲线图。
具体实施方式
在描述本发明的实施例之前，将描述与本发明有关的技术。
由于活性层是非晶态的，因此增加具有a-IGZO活性层的TFT的迁移率存在限制。在a-IGZO中，载流子电子是由氧空位产生的，因此其特性容易改变；即不稳定，因为它们受气氛中或与活性层相邻的层中的氧的影响。例如，当气氛中或相邻层中的氧气被吸入活性层时，载流子电子密度降低。相反，当从活性层中取出氧气时，载流子电子密度增加。TFT特性根据载流子密度的增加或减少而改变，因此将这样的氧化物半导体用于活性层的TFT的操作是不稳定的。
通过防止活性层的特性变化来提高TFT稳定性的公开的现有技术是将活性层的氧化物半导体转换为I型(本征)(日本未经审查的专利申请公开号2011-129895)。在该技术中，去除了作为载流子生成源的氧化物半导体中的杂质，并供给氧气以使氧空位最小化，并且将活性层中的载流子浓度设定为小于1×1014/cm3，优选小于1×1012/cm3，更优选为1×1011/cm3或更小，从而提高了可靠性。具有载流子浓度极低的氧化物的活性层的TFT不能表现出高迁移率。
日本未经审查的专利申请公开No.2011-192971公开了一种TFT，其具有使用作为n型掺杂的结晶化合物的金属氧化物半导体的活性层。该公开描述了关于活性层的状态，必须保留局部结构以建立n型取代掺杂，并且即使在X射线衍射中看起来是非晶态的时候，也优选保留短程和中程结构。但是，尚不清楚具体指出什么状态，并且该公开没有提出用于有效进行n型掺杂的条件或用于获得高迁移率的条件。
因此，需要一种显示出高迁移率并具有通过n型掺杂有效地工作增加的稳定性的TFT。
本公开提供了满足该需要的发明。
(场效应晶体管)
本公开的场效应晶体管包括由n型金属氧化物半导体形成的半导体层，并且如果需要，还包括栅电极、源电极、漏电极、栅极绝缘膜和其他成分。
<半导体层(活性层)>
半导体层(活性层)例如是设置成与源电极和漏电极相邻的层。
在本公开的场效应晶体管中，形成半导体层的n型金属氧化物半导体包含氧化铟，并且通过引入一种或多种阳离子作为掺杂剂来对氧化铟进行n型掺杂。在使用二维检测器的X射线衍射方法中，该n型金属氧化物半导体具有以与具有红绿柱石结构的氧化铟的(222)面对应的角度检测到的峰。
在该取代掺杂的n型金属氧化物半导体中，作为母相的氧化铟的铟位中的一些被具有更高价态的掺杂剂的离子取代。由于价差而释放的过多电子充当n型传导的载流子。当通过这种取代掺杂产生的载流子电子负责半导体性质时，所得性质变得更加稳定。这是因为源自氧空位的载流子电子的数目容易受到例如氧化/还原反应和氧在膜表面上的吸附的影响而改变，这是由于半导体与外界(气氛和相邻层)之间的氧交换引起的，而来自取代掺杂的载流子电子的数量相对不受这种状态变化的影响。
关于取代掺杂，已知即使当用作母相的氧化物半导体的非晶性质高时进行取代掺杂，所得到的结构也变为局部稳定状态，从而不产生载流子。本发明人对n型金属氧化物半导体进行了X射线衍射测量，但是没有获得关于其结晶度或非晶性质的任何信息。这是因为作为TFT的活性层的n型金属氧化物半导体的适合的膜厚小；在许多情况下，即30nm或更小，使得即使在结晶状态下，在X射线衍射中也没有观察到峰。作为本发明人的研究的结果，发现可以通过使用二维检测器的X射线衍射方法评估结晶度，并且当以与具有红绿柱石结构的氧化铟的(222)面相对应的角度检测到峰时，实现了其中通过取代掺杂有效地工作而产生载流子的优选状态。
在此，与通常在X射线衍射方法中使用的零维检测器不同，二维检测器可以一次获得在倒易晶格空间的大范围内的数据，并且甚至可以检测表现出微弱的衍射信号的薄膜样品的峰。
即使掺杂剂元素包括在n型金属氧化物半导体中，当它们不取代铟位并且作为间隙金属存在时，它们也不会有助于载流子的产生。另外，这种间隙金属的存在阻碍了载流子的运输，导致迁移率降低。作为本发明人的研究的结果，已经发现，当在n型金属氧化物半导体上的XAFS测量中掺杂元素的吸收边缘的峰形状与对应的零价元素的峰形状不匹配但是根据掺杂元素的种类与相应的四价、五价、六价、七价或八价元素的峰形匹配时，在取代掺杂起作用的情况下获得了优选的状态。
优选考虑例如离子半径、配位数和轨道能来选择掺杂元素的种类。
掺杂剂的示例包括Ge4+、Sn4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、V5+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、Mo6+、W6+、Re7+、Ru8+和Os8+。
这些可以单独使用或两种以上组合使用。
可以根据例如掺杂剂的种类、被取代的部位、成膜工艺和期望的TFT特性来适当地选择掺杂剂浓度，但是就迁移率和上升性能而言，优选为0.01％至10％，更优选为0.01％至5％，特别优选为0.05％至2％。在此，“％”是指掺杂剂的摩尔相对于为n型金属氧化物半导体中所含的铟的摩尔与掺杂剂的摩尔之和的100％的比例。
理论上，当单个原子被取代时产生的电子数是通过从用作掺杂剂的阳离子的化合价减去铟的化合价(即3)而获得的值。为了以更少的掺杂量产生相同数量的电子，优选地，掺杂剂离子的化合价更大。大量存在的掺杂剂将干扰晶体结构和原子排列，这将导致阻止载流子电子的传输。一优选的实施例是以尽可能少的掺杂产生必需的和足够的载流子电子。
选择离子半径接近铟离子半径的掺杂剂也是优选的实施例。这增加了取代效率，并且可以抑制对载流子的产生没有贡献的不必要的掺杂剂劣化晶体管特性。
由于通过掺杂的载流子产生效率还取决于TFT制作时的各种工艺条件，因此选择增加产生效率的工艺条件也是很重要的。例如，通过适当选择例如当通过溅射法形成由n型金属氧化物半导体形成的半导体层时的基板的温度、当通过涂覆和烧焙组合物形成由n型金属氧化物半导体形成的半导体层时的烧焙温度，以及在形成由n型金属氧化物半导体形成的半导体层之后进行的退火温度，可以通过较少的掺杂来实现期望的载流子浓度。
在取代掺杂的n型金属氧化物半导体中，来自氧空位的载流子电子和来自取代掺杂的载流子电子共存是常见的。然而，当将其用作半导体层时，更优选的是尽可能多地减少氧空位的状态，使得来自取代掺杂的载流子电子负责电性能。这是因为半导体层中的载流子电子数的变化直接导致晶体管的特性的变化，并且通过减少由氧空位引起的可容易变化的电子数的贡献，可以使晶体管特性更加稳定。换句话说，当主要通过取代掺杂产生支配半导体层的半导体特性的载流子电子时，可以获得高度稳定的晶体管。
为了减少半导体层中的氧空位，在由n型金属氧化物半导体形成的半导体层的膜形成过程中将更多的氧引入膜中是有效的。当通过溅射法形成由n型金属氧化物半导体形成的半导体层时，例如，可以通过增加溅射气氛中的氧浓度来形成氧空位少的膜。可替代地，当通过涂覆和烧焙组合物来形成由n型金属氧化物半导体形成的半导体层时，可以通过增加烧焙期间的气氛中的氧浓度来形成具有较少氧空位的膜。
当氧空位较少时，由该缺陷引起的晶格畸变将减少。结果，具有红绿柱石结构的氧化铟的结晶度将增加，并且在使用二维检测器的X射线衍射方法中，将以与具有红绿柱石结构的氧化铟的(222)面相对应的角度检测峰。
当通过溅射法形成由n型金属氧化物半导体形成的半导体层时，用于控制氧空位的主要因素是溅射气氛中的氧浓度。然而，溅射功率或靶与基板之间的距离、靶所附着的阴极的磁体的形状和布置(磁场的形状)等可能在一定程度上影响氧空位。
当通过涂覆工艺形成由n型金属氧化物半导体形成的半导体层时，用于控制氧空位的主要因素是在烧焙期间气氛中的氧浓度。然而，烧焙温度、温度梯度的分布、退火条件(烧焙后的加热)、烘焙和加热过程中的紫外线照射等会在一定程度上影响氧的空位。
而且，可以通过调节n型金属氧化物半导体的组成物来减少氧空位的量。例如，通过引入一定数量的对氧具有高亲和力的金属元素(例如，Si、Ge、Zr、Hf、Al、Ga、Sc、Y、Ln(镧系元素)和碱土金属)，发生氧空位可以得到抑制。
当以上述方式最大可能地降低氧空位时，可以通过掺杂剂的种类和掺杂量来控制n型金属氧化物半导体中的载流子电子的数量，并且可以通过适当选择它们实现期望的半导体特性。
半导体层的形成方法没有特别限定，而是可以根据预期目的适当选择。
通过将掺杂剂的原料添加到用于形成半导体层的母层的原料中，可以容易地实现取代掺杂。例如，当通过溅射法形成半导体层时，可以使用包含期望浓度的掺杂元素的母相的靶。然而，当期望的掺杂量较小(例如0.2％以下)时，存在难以以准确的值且均匀地遍及所述靶包含如此少量的原子的问题。
从掺杂量的可控性的观点来看，更优选的实施例是通过涂覆工艺形成半导体层。在涂覆过程中，用于制作包含半导体原料化合物、包含掺杂剂元素的化合物(包含掺杂剂元素的化合物)和溶剂的n型金属氧化物半导体的组合物被涂覆在涂覆靶上并被烘焙以形成半导体层。通过将期望的掺杂量与组合物中的含掺杂剂元素的化合物相对于半导体原料化合物的比例相对应，可以实现期望的掺杂。在该组合物中，容易以0.2％以下的非常小的比例作为掺杂量添加含掺杂剂元素的化合物，并且容易地均匀搅拌含掺杂剂元素的化合物。因此，可以说涂覆工艺更适合作为取代掺杂的n型金属氧化物半导体的形成方法。
半导体层的平均膜厚没有特别限定，可以根据预期目的适当选择，但优选为5nm至1μm，更优选为10nm至0.5μm。
<栅电极>
栅电极没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择，只要栅电极是要对其施加栅电压的电极即可。
栅电极的材料没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。该材料的示例包括：金属(例如，Mo、Al、Au、Ag和Cu)和这些金属的合金；透明导电氧化物，例如ITO和ATO；以及有机导体，例如聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯胺(PANI)。
栅电极的形成方法不受特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。形成方法的示例包括：(i)通过溅射或浸涂形成膜并通过光刻将膜图案化的方法；以及(ii)通过诸如喷墨印刷、纳米压印或凹版印刷之类的印刷工艺直接形成具有期望形状的膜的方法。
栅电极的平均厚度没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。然而，栅电极的平均厚度优选为20nm至1μm，更优选50nm至300nm。
<栅极绝缘膜>
栅极绝缘膜例如是设置在栅电极与半导体层之间的绝缘膜。
栅极绝缘膜的材料没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。该材料的示例包括已经用于批量生产的材料(例如SiO2、SiON和SiNx)、高介电常数材料(例如La2O3、ZrO2和HfO2)和有机材料(例如聚酰亚胺(PI)和氟树脂)。
栅极绝缘膜的形成方法不受特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。形成方法的示例包括真空膜形成工艺(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)。
栅极绝缘膜的平均厚度没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。然而，栅极绝缘膜的平均厚度优选为50nm至3μm，更优选为100nm至1μm。
<源电极和漏电极>
源电极和漏电极是被构造为取出电流的电极。
源电极和漏电极的材料没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。该材料的示例包括：金属(例如，Mo、Al、Au、Ag和Cu)和这些金属的合金；透明导电氧化物，例如ITO和ATO；以及有机导体，例如聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯胺(PANI)。
源电极和漏电极的形成方法不受特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。形成方法的示例包括：(i)通过溅射或浸涂形成膜并通过光刻将膜图案化的方法；以及(ii)通过诸如喷墨印刷、纳米压印或凹版印刷之类的印刷工艺直接形成具有期望形状的膜的方法。
源电极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适当地选择。然而，栅电极的平均厚度优选为20nm至1μm，更优选50nm至300nm。
<绝缘层>
在源电极、漏电极和半导体层中的至少一个上设置绝缘层的结构也是具有稳定特性的场效应晶体管的优选实施例。在很多情况下，绝缘层起到所谓的钝化层的作用，该钝化层通过直接暴露于气氛中的氧气或湿气来防止源电极、漏电极和半导体层的特性变化。在使用场效应晶体管的显示装置中，包括发光层的显示元件可以设置在晶体管上或之上。在此情况下，绝缘层还可以用作所谓的流平膜，其吸收与晶体管的形状相对应的水平差以使表面平整。
绝缘层的材料没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。该材料的示例包括已经被广泛用于大量生产的材料(例如，SiO2、SiON和SiNx)和有机材料(例如，聚酰亚胺(PI)和氟树脂)。
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1)、底部接触/底部栅极场效应晶体管(图2)、顶部接触/顶部栅极场效应晶体管(图3)和底部接触/顶部栅极场效应晶体管(图4)。
在图1至图4中，附图标记21表示基板，附图标记22表示半导体层，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表示栅极绝缘膜，附图标记26表示栅电极。
场效应晶体管可以适当地用于显示元件，但是场效应晶体管的使用不限于显示元件。例如，场效应晶体管可以用于IC卡和ID标签。
<场效应晶体管的制作方法>
将描述用于制作场效应晶体管的方法的一个示例。
首先，在基板上形成栅电极。
基板的形状、结构和尺寸没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。
基板的材料没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。材料的示例包括玻璃和塑料。
玻璃没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。玻璃的示例包括无碱玻璃和二氧化硅玻璃。
塑料没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择。塑料的示例包括聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
注意到，优选在基板上进行诸如氧等离子体、UV臭氧和UV辐射清洗的预处理，以清洁基板的表面并提高粘合性。
随后，在栅电极上形成栅极绝缘膜。
随后，在沟道区中和栅极绝缘膜上形成n型氧化物半导体的半导体层。
随后，在栅极绝缘膜上形成源电极和漏电极，以使其彼此隔开，从而跨过半导体层。
以上述方式，制作了场效应晶体管。根据上述制作方法，例如，如图1所示的顶部接触/底部栅极场效应晶体管被制作。
(显示元件)
本发明的显示元件至少包括光控制元件和被构造为驱动该光控制元件的驱动电路。显示元件根据需要还包括其他部件。
<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适当地选择，只要光控制元件是被构造为根据驱动信号来控制光输出的元件即可。光控制元件的示例包括电致发光(EL)元件、电致变色(EC)元件、液晶元件、电泳元件和电润湿元件。
<驱动电路>
驱动电路没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择，只要驱动电路包括本发明的场效应晶体管即可。
<其他部件>
其他部件没有特别限定，可以根据预期目的适当选择。
显示元件包括本发明的场效应晶体管。因此，显示元件实现了高速驱动和长使用寿命，并且可以减少元件内部的变化。此外，即使当显示元件的性能随时间变化，驱动晶体管也可以在恒定的栅极电压下工作。
(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、多个布线和显示控制装置。根据需要，图像显示装置还包括其他部件。
<显示元件>
多个显示元件没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择，只要该多个显示元件是以矩阵形式布置的本发明的显示元件即可。
<布线>
多个布线线没有特别限制，并且可以根据预期目的适当地选择，只要多个布线线是被构造为将栅极电压和信号电压分别施加到多个显示元件中的场效应晶体管的布线即可。
<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适当地选择，只要显示控制装置是被构造为根据图像数据经由多个布线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定，可以根据预期目的适当选择。
因为图像显示装置包括本发明的显示元件，所以可以抑制元件之间的变化并且可以以大的显示器显示高质量的图像。
(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。
图像数据生成装置被构造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。
因为该系统包括本发明的图像显示装置，所以可以以高清晰度显示图像信息。
以下，参照附图描述本发明的显示元件、图像显示装置以及系统。
首先，参考图5描述电视装置作为本发明的系统。注意，图5中示出的结构是一个示例，并且作为本发明的系统的电视装置的结构不限于图5所示的结构。
在图5中，电视装置100包括主控制装置101、调谐器103、AD转换器(ADC)104、解调电路105、传输流(TS)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、图像显示装置124、OSD绘制电路125、存储器131、操作装置132、驱动器接口(驱动器IF)141、硬盘装置142、光盘装置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构成图像数据生成装置。
主控制装置101包括CPU、闪速ROM和RAM。主控制装置101被构造为控制电视装置100的整体。
闪速ROM存储例如：用可通过CPU解码的代码编写的程序；以及用于用CPU处理的各种数据。
另外，RAM是用于操作的存储器。
调谐器103被构造为从天线210接收的广播波中选择预设频道。
ADC 104被构造为将调谐器103的输出信号(模拟信息)转换为数字信息。
解调电路105被构造为解调来自ADC 104的数字信息。
TS解码器106被构造为对解调电路105的输出信号进行TS解码以将输出信号分离为声音信息和图像信息。
声音解码器111被构造为解码来自TS解码器106的声音信息。
DA转换器(DAC)112被构造为将声音解码器111的输出信号转换为模拟信号。
声音输出电路113被构造为将DA转换器(DAC)112的输出信号输出到扬声器114。
图像解码器121被构造为解码来自TS解码器106的图像信息。
图像OSD合成电路122被构造为合成图像解码器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被构造为将图像OSD合成电路122的输出信号输出到图像显示装置124。
OSD绘制电路125包括被构造为在图像显示装置124的屏幕上显示字符或图形的字符发生器。OSD绘制电路125被构造为根据来自操作装置132和IR光电检测器151的指令生成包括显示信息的信号。
存储器131被构造为临时存储视听(AV)数据。
操作装置132包括诸如控制面板的输入介质(未示出)。操作装置132被构造为将用户已经输入的各种信息通知给主控制装置101。
驱动器IF141是交互式通信接口。驱动器IF 141的一个示例是根据AT附件包接口(ATAPI)。
硬盘装置142包括例如硬盘和被构造为驱动硬盘的驱动装置。驱动装置被构造为将数据记录在硬盘上并再现记录在硬盘上的数据。
光盘装置143被构造为将数据记录在光盘(例如，DVD)上并再现记录在光盘上的数据。
IR光电检测器151被构造为从遥控发射器220接收光信号，并将接收到的光信号报告给主控制装置101。
通信控制单元152被构造为控制与互联网的通信。可以经由互联网获得各种信息。
图6是示出本发明的图像显示装置的一个示例的示意性结构图。
在图6中，图像显示装置124包括显示单元300和显示控制装置400。
如图7中所示的，显示单元300包括显示器310，其中多个显示元件302以矩阵形式布置(图7中的数字“n”，数字“m”)。
如图8中所示的，显示器310包括沿X轴方向以恒定间隔布置的“n”个扫描线(X0，X1，X2，X3，…Xn2，Xn1)、沿Y轴方向以恒定间隔布置的“m”个数据线(Y0，Y1，Y2，Y3，…Ym1)以及沿Y轴方向以恒定间隔布置的“m”个电流供应线(Y0i，Y1i，Y2i，Y3i，…Ym1i)。
每个显示元件可以由每个扫描线和每个数据线识别。
下面将参考图9描述本发明的显示元件。
图9是示出本发明的显示元件的一个示例的示意性结构图。
如图9中的一个示例所示的，显示元件包括有机电致发光(EL)元件350和被构造为允许有机EL元件350发光的驱动电路320。驱动电路320是2Tr-1C的电流驱动基本电路，但是驱动电路320不限于上述电路。具体地，显示器310是所谓的有源矩阵系统的有机EL显示器。
在图10中示出了有机EL元件350与用作显示元件302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。在图10中，有机EL元件350布置成靠近场效应晶体管20。注意，场效应晶体管10和电容器(未示出)也形成在同一基板上。
尽管在图10中未示出钝化膜，但是钝化膜适当地设置在半导体层22上或上方。钝化膜的材料可以适当地选自SiO2、SiON、SiNx、Al2O3和含氟聚合物。在该图中，附图标记21表示基板，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表示栅极绝缘膜，以及附图标记26表示栅电极。
如图11所示的，例如，可以将有机EL元件350设置在场效应晶体管20上。在此结构的情况下，要求栅电极26具有透明性。因此，诸如ITO、In2O3、SnO2、ZnO、添加Ga的ZnO、添加Al的ZnO和添加Sb的SnO2的导电透明氧化物被用于栅电极26。注意，附图标记360是层间绝缘膜(流平膜)。聚酰亚胺或丙烯酸树脂可以用于层间绝缘膜。
图12是示出有机EL元件的一个示例的示意性结构图。
在图12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根据预期目的适当地选择。材料的示例包括铝(Al)、镁(Mg)-银(Ag)合金、铝(Al)-锂(Li)合金和铟锡氧化物(ITO)。注意，如果具有足够的厚度，则镁(Mg)-银(Ag)合金将成为高反射电极，并且极薄的Mg-Ag合金薄膜(小于约20nm)成为半透明电极。在图12中，从阳极侧取出光，但是通过使阴极为透明或半透明电极，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适当地选择。材料的示例包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(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，其适合于从阴极侧取出光。
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耦接到阴极312，并且空穴传输层346耦接到阳极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，可以在电子传输层342和阴极312之间设置电子注入层。此外，可以在空穴传输层346和阳极314之间设置空穴注入层。
上述有机EL元件是所谓的“底部发射”有机EL元件，其中从基板的侧面取出光。然而，有机EL元件可以是“顶部发射”有机EL元件，其中光从与基板相反的一侧被取出。
将描述图9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作为开关元件操作。场效应晶体管10的栅电极G耦接至预定扫描线，并且场效应晶体管10的源电极S耦接至预定数据线。此外，场效应晶体管10的漏电极D耦接到电容器30的一个端子。
场效应晶体管20被构造为向有机EL元件350供应电流。场效应晶体管20的栅电极G耦接到场效应晶体管10的漏电极D。场效应晶体管20耦接到有机EL元件350的阳极314，并且场效应晶体管20的源电极S耦接到预定的电流供应线。
电容器30被构造为存储场效应晶体管10的状态，即数据。电容器30的另一端子耦接到预定的电流供应线。
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。即使在将场效应晶体管10变为“截止”状态之后，也通过维持与图像数据相对应的场效应晶体管20的“导通”状态来驱动有机EL元件350。
图13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13中，图像显示装置包括显示元件302、布线(包括扫描线、数据线和电流供应线)和显示控制装置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123的输出信号来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的指令单独向“n”个扫描线施加电压。
数据线驱动电路406根据图像数据处理电路402的指令单独向“m”个数据线施加电压。
上面的实施例涉及光控制元件是有机EL元件的情况，但不限于此。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。
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。如图14所示的，没有必要为显示元件302'提供电流供应线。如图15所示的，驱动电路320'可以用一个场效应晶体管40制作，该场效应晶体管40类似于场效应晶体管10和20中的每个。在场效应晶体管40中，栅电极G耦接到预定扫描线以及源电极S耦接到预定数据线。此外，漏电极D耦接到电容器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。
尽管上面已经描述了本发明的系统是电视装置的情况，但是本发明的系统不限于电视装置。该系统没有特别限制，只要该系统包括图像显示装置124作为用于显示图像和信息的装置即可。例如，该系统可以是其中计算机(包括个人计算机)耦接到图像显示装置124的计算机系统。
图像显示装置124可以用作移动信息装置(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、个人数字助理(PDA))和相机装置(例如，静态相机和摄像机)。图像显示装置124还可以用于运输系统(例如汽车、飞机、火车和轮船)中各种信息的显示单元。此外，图像显示装置124可以用于在测量装置、分析装置、医疗设备和广告媒体中用于各种信息的显示单元。
示例
接下来将通过示例的方式描述本发明，但是所述示例不应解释为以任何方式限制本发明。
(示例1)
<场效应晶体管的制作>
-栅电极的形成-
将Al气相沉积在玻璃基板上以具有100nm的厚度，并且通过光刻和蚀刻将所得的Al膜图案化成线，以形成栅电极。
-栅极绝缘膜的形成-
接下来，在200℃的温度下，将SiH4气体和N2O气体用作原料，通过等离子体CVD形成厚度为200nm的SiON膜。将所得的膜用作栅极绝缘膜。
-半导体层的形成-
通过RF磁控溅射在栅极绝缘膜上形成掺杂有Sn的In2O3膜，以便具有20nm的膜厚度。所使用的靶是具有In1.96Sn0.04O3的组成物的多晶烧结体。引入氩气和氧气作为溅射气体。总压力固定为1.1Pa，氧浓度设定为50体积％。通过经由金属掩模的膜形成来进行图案形成。在获得的半导体层中，通过取代掺杂以相对于In2O3中的In为2mol％的浓度引入Sn。随后，使用烘箱在大气中在300℃下进行退火1小时。退火是通常为了降低半导体层与栅极绝缘膜之间的界面缺陷的能级密度以提高晶体管特性而进行的处理。
-源电极和漏电极的形成-
通过真空气相沉积在栅极绝缘膜和半导体层上形成各自具有100nm的厚度的源电极和漏电极。使用的气相沉积源是Al。通过经由金属掩模的膜形成来执行图案化，以便具有400μm的沟道宽度和50μm的沟道长度。
类似于图1中所示的场效应晶体管的顶部接触/底部栅极场效应晶体管通过上述工艺获得。
<氧化物半导体的分析>
使用配备有二维检测器的Discover 8(可从Bruker公司获得)，在与上述半导体层相同的溅射条件下，在玻璃基板上形成的n型金属氧化物半导体的膜上进行X射线衍射测量。光入射角为3度，检测器角为25度。测量结果示于图16中。图16是通过在2θ方向上积分所获得的二维数据而获得的值的曲线图。在约31度的2θ处观察到最强的峰。该峰对应于In2O3的红绿柱石型晶体结构的(222)峰。
在与半导体层相同的溅射条件下，在玻璃基板上形成的n型金属氧化物半导体的膜上进行XAFS测量。掺杂剂Sn的K吸收边缘的测量结果示于图17中。为了比较，在图17中还示出了氧化物(SnO2)中的金属Sn(零价)和Sn(四价)的测量结果。对于四价锡，与金属锡(零价)的情况相比，发现K吸收边缘的上升向高能侧偏移了3eV。n型金属氧化物半导体中Sn的测量结果与四价Sn的结果一致。
<晶体管性能的评价>
使用半导体参数分析仪(半导体参数分析仪4156C，可从Agilent Technologies获得)评估获得的场效应晶体管的晶体管性能。在源电极和漏电极之间的电压(Vds)为20V且栅极电压(Vg)从-20V到+20V变化的情况下，测量源电极和漏电极之间的电流(Ids)，以评估传输特性(Vg-Ids特性)。计算出饱和区域的场效应迁移率是20.2cm2/Vs的高值。
当通过溅射形成半导体层时，允许氧气以50体积％的较大体积流动，因此认为半导体层中的氧空位的量足够小。取代掺杂有效地工作以产生足够数量的载流子，从而获得了良好的晶体管特性。半导体层具有结晶性，并且掺杂剂Sn通过取代四价状态的铟位而有助于载流子的产生。
本发明的方面例如如下。
<1>一种场效应晶体管，包括
半导体层，由n型金属氧化物半导体形成，
其中，n型金属氧化物半导体包括氧化铟，
其中氧化铟通过引入一种或多种阳离子作为掺杂剂而被n型掺杂，和
其中，在使用二维检测器的X射线衍射方法中，n型金属氧化物半导体具有以与具有红绿柱石结构的氧化铟的(222)面对应的角度检测到的峰。
<2>根据<1>所述的场效应晶体管，
其中，在XAFS测量中在n型金属氧化物半导体上的掺杂剂的元素的吸收边缘的峰形状与该元素的四价、五价、六价、七价或八价元素的峰形状匹配。
<3>根据<1>或<2>所述的场效应晶体管，
其中，n型金属氧化物半导体中的掺杂剂的摩尔比例相对于为n型金属氧化物半导体中所含的铟的摩尔和掺杂剂的摩尔之和的100％为0.01％至10％。
<4>根据<1>至<3>中任一项所述的场效应晶体管，
其中，n型金属氧化物半导体还包括选自包括Si、Ge、Zr、Hf、Al、Ga、Sc、Y、Ln(镧系)和碱土金属中的组中的至少一种。
<5>一种显示元件，包括：
光控制元件，被构造为根据驱动信号控制光输出；和
驱动电路，包括根据<1>至<4>中任一项所述的场效应晶体管并且被构造为驱动所述光控制元件。
<6>根据<5>所述的显示元件，
其中，光控制元件包括电致发光元件、电致变色元件、液晶元件、电泳元件或电润湿元件。
<7>一种被构造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个是根据<5>或<6>所述的显示元件；
多个布线，其被构造为单独向多个显示元件中的场效应晶体管施加栅极电压和信号电压；和
显示控制装置，其被构造为根据图像数据经由多个布线单独控制场效应晶体管的栅极电压和信号电压。
<8>一种系统，包括：
根据<7>所述的图像显示装置；和
图像数据生成装置，其被构造为基于要显示的图像信息生成图像数据，并将该图像数据输出至图像显示装置。

Claims (8)

1.一种场效应晶体管，包括
半导体层，由n型金属氧化物半导体形成，
其中，n型金属氧化物半导体包括氧化铟，
其中氧化铟通过引入一种或多种阳离子作为掺杂剂而被n型掺杂，和
其中，在使用二维检测器的X射线衍射方法中，n型金属氧化物半导体具有以与具有红绿柱石结构的氧化铟的(222)面对应的角度检测到的峰。
2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，
其中，在XAFS测量中在n型金属氧化物半导体上的掺杂剂的元素的吸收边缘的峰形状与该元素的四价、五价、六价、七价或八价元素的峰形状匹配。
3.根据权利要求1或2所述的场效应晶体管，
其中，n型金属氧化物半导体中的掺杂剂的摩尔比例相对于为n型金属氧化物半导体中所含的铟的摩尔和掺杂剂的摩尔之和的100％为0.01％至10％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的场效应晶体管，
其中，n型金属氧化物半导体还包括选自包括Si、Ge、Zr、Hf、Al、Ga、Sc、Y、Ln(镧系)和碱土金属中的组中的至少一种。
5.一种显示元件，包括：
光控制元件，被构造为根据驱动信号控制光输出；和
驱动电路，包括根据权利要求1至4中任一项所述的场效应晶体管并且被构造为驱动所述光控制元件。
6.根据权利要求5所述的显示元件，
其中，光控制元件包括电致发光元件、电致变色元件、液晶元件、电泳元件或电润湿元件。
7.一种被构造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个是根据权利要求5或6所述的显示元件；
多个布线，该多个布线被构造为单独向多个显示元件中的场效应晶体管施加栅极电压和信号电压；和
显示控制装置，该显示控制装置被构造为根据图像数据经由多个布线单独控制所述场效应晶体管的栅极电压和信号电压。
8.一种系统，包括：
根据权利要求7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被构造为基于要显示的图像信息生成图像数据，并将该图像数据输出至图像显示装置。
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