CN1127910A - 双端非线性电阻器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种双端非线性电阻器件，包括第1电极、第2电极、和插在其中的锌硫化物层。其中锌硫化物层包括至少一种过渡金属元素作为杂质。该锌硫化物层是利用一个包含有过渡金属元素的烧结的ZnS靶或一个包含有该过渡金属硫化物的烧结的ZnS靶，通过溅射而形成的。

Description

双端非线性电阻器件及其制造方法
本发明涉及包含有锌硫化物层的一种双端非线性电阻器件及其制造方法，更特殊的是本发明涉及用于液晶显示设备的作为开关元件的一种双端非线性器件。
近年来，便携式办公自动化(OA)设备，例如个人计算机已经得到长足发展，联系于降低OA设备的尺寸，为实现用于这种OA设备的一种高效平板显示，已经做了大量的研究和开发，例如，液晶板，电子发光板(EL)，等离子板，等等已经被提出来用于平板显示。在这些当中，液晶显示(LCD)已被商品化并用于手表、袖珍计算器、个人计算机、电视机，等等。
具有高分辨率，高对比度，大灰度比例等级(一种全色显示，一种多色显示)的显示，作为大信息量的介质已被开发出来，尤其重要的是降低了功耗。当前使用的各种类型的LCD中，其中每个象素都用一个有源器件(开关元件)提供的一种有源矩阵型是最有希望能满足这种需要。
在有源矩阵型显示器中使用的典型有源器件是薄膜晶体管(TFT)和薄膜二极管(TFD)。TFT在生产过程中需要大量膜片用于光刻工艺中，以致于导致产量降低，生产成本增加。另一方面，TFD在生产过程中，仅仅需要约3个掩膜，这样，该器件的生产成本相对较低。在当前使用的TFD中，具有一钽氧化物(Ta2O5)的非线性电阻层的金属—绝缘物—金属(MIM)的器件被广泛使用。使用样MIM器件的一种LCD装置被描述在例如，日本专利公开号61-32674中。
图18A表示，使用MIM器件的通常LCD装置中的一个象素的一般结构。图18B是图18A中沿线J-J′的横截面。该MTM器件包括，在一玻璃基片101上，从基片101开始顺序是一低端的钽(Ta)电极(102)，钽氧化物(Ta2O5)的非线性电阻层103，以及铬(Cr)或类似其它金属的高端的电极104。该高端电极104被连接于象素电极105，该象素电极105由铟锡氧化物(ITO)或类似物的一光透导电层组成，并用该象素电极105重叠在该高端电极104的边缘部分。该非线性电阻层103通常是由低端电极102的阳极氧化形成。
在通常的MIM器件中，该Ta2O5的非线性电阻层可阳极氧化该低端的Ta电极102来均匀形成。然而，该通常的MIM器件有下述问题。作为双端器件，电流—电压(I-V)特性不是足够陡(斜率)，即，导通/关断率不足够高。通常，MIM器件的I-V特性由下述Poole-Frenkel方程式表达 I = αexp ( β v ) α = ( nμq / d ) exp ( - φ / kT ) β = ( 1 / kT ) q 3 / π ∈ 0 ∈ d 其中，q是电荷，n载流子密度，μ是迁移率(mobility)， 是陷阱(trap)深度，d是非线性电阻层的厚度，T是温度，K是波尔兹曼常数，∈o是真空介电常数，和，∈是相对介电常数。
从方程式可以看出，参数β表示I-V特性的斜率，即该开关元件的导通关断率。在Ta2O5的情况下，由于相对介电常数∈(23至25)是大值，所以β值相对要小。通常，在具有Ta2O5非线性电阻层的MIM器件中，β值约为3；I20v/I5v接近等于约103，其中I20v和I5v是当分别提供20V导通电压和5V关断电压时的电流值。利用这样一种导通/关断率的MIM器件要达到多灰度比例等级是困难的。另外，该相对大值的∈，结果是同液晶相比较，该非线性电阻器件有相对高的电容率，这就可能不希望地降低提供给MIM器件的有效电压。
为避免上述问题，该非线性电阻层可由具有小值的相对介电常数∈的材料制成，这种材料的候选物是∈值的范围在7至9明显小于Ta2O5的锌硫化物(以后简称ZnS)。对于实现达到105的导通/关断率，该ZnS层的β值是足够大，该值大于Ta2O5层的102的导通/关断率。从而，使用具有ZnS非电阻层的非线性电阻器件的LCD装置能够提供一高质量的显示。
本发明的双端非线性电阻器件包括：第1电极，第2电极，和插入在该第1电极和第2电极之间的锌硫化物层。该锌硫化物层包含至少一个转换金属元素，作为一种杂质。
相应于本发明的一方面，在显示装置中，被用作开关元件的一种双端非线性电阻器件包括：第1基片；第2基片；插入在第1和第2基片之间的一显示介质；配置在第1基片上的一象素电极，用于基于在开关元件提供的电压基础上允许该显示介质完成显示，该开关元件被连接于象素电极，以便对应于接收的驱动信号提供电压给象素电极用于显示；和一总线，用于提供驱动信号给该开关元件。该双端器件包括：用于接收驱动信号的第1电极；电连接于第1电极的锌硫化物层；和，电连接于锌硫化物层和电连接于象素电极的第2电极。该锌硫化物层包括作为一杂质的至少一个转换金属元素。
在本发明的一实施例中，从包括Ni和Fe一组中选择至少一个插入在ZnS中的转换金属元素。
最好是，该锌硫化物层包括，在锌硫化物的每1克中包括有10微克至20毫克的Ni和10微克至20毫克的Fe中的至少一个。
在本发明的一实施例中，该显示介质是液晶材料。
本发明的方法是用于制造两端非线性电阻器件的方法，该器件包括第1和第2电极和插在它们中间的锌硫化物层，该锌硫化物层包含作为杂质的至少一个转换金属元素。相应于本发明，该锌硫化物层利用溅射一烧结的ZnS靶形成在该第1电极上，该靶子包括至少一个转换金属硫化物，该金属硫化物是利用硫化该将被包含在锌硫化物层中的至少一个转换金属元素来构成。
本发明的另一方面，用于制造具有第1和第2电极和插在它们中间的锌硫化物层，该锌硫化物层包含至少一个作为杂质的转换金属元素的双端非线性电阻器件的方法，包括的步骤有：(a)在基片上由摹制第1导体形成该第1电极；(b)利用溅射一烧结的ZnS靶在第1电极上形成该锌硫化物层；(c)由在该锌硫化物层上摹制一第2导体形成第2电极。在步骤(b)中所用的烧结ZnS靶包括至少一个转换金属硫化物，该转换金属硫化物是由硫化所述将被保持在锌硫化物层中的至少一个转换金属元素所构成。
在本发明的一实施例中，该烧结的ZnS靶包括至少镍硫化物和铁硫化物中的一个。
最好是，步骤(b)这样来被完成，使得该锌硫化物层，在锌硫化物的每1克中包括10微克至20毫克镍和10微克至20毫克铁中的至少一个。
本发明的显示装置包括：第1基片；第2基片；插在第1和第2基片之间的显示介质；配置在第1基片上的象素电极，在被提供的一电压基础上用于允许显示介质完成显示；连接于象素电极的一开关元件，用于在相应于被接收的驱动信号向象素电极提供用于显示的电压；和用于提供驱动信号给开关元件的一总线。该双端器件包括：用于接收该驱动信号的第1电极；电连接于该第1电极的锌硫化物层，以及，电连接于该锌硫化物层和电连接于该象素电极的第2电极。该锌硫化物层包括至少一个作为杂质的转换金属元素。
在本发明的一实施例中，被植入在ZnS层里的至少一个转换金属元素是从镍和铁组中选出来的。
最好是，该锌硫化物层包括，在锌硫化物的每1克中的10微克至20毫克镍和10微克至20毫克铁中的至少一个。
在本发明的一实施例中，显示介质是液晶材料。
涉及本发明的一个方面，在显示装置中作为开关元件使用双端非线性电阻器件的方法，所使用的该双端非线性电阻器件包括：第1电极；第2电极；和插入在该第1电极和第2电极之间的锌硫化物层，所述锌硫化物层包括作为杂质的至少一个转换金属元素，和该显示装置包括：第1基片；第2基片；插入在第1和第2基片之间的显示介质；配置在第1基片上的象素电极，用于在被提供的电压基础上允许该显示介质完成显示，连接于该象素电极的开关元件；用于根据所接收的驱动信号，提供电压给象素电极用于显示；和，用于提供驱动信号给开关元件的一总线。在该方法中，第1电极被电连接于总线，用接收驱动信号，该锌硫化物层被电连接于第1电极，和，第2电极被电连接于该锌硫化物层和该象素电极。
在本发明的一实施例中，植入到ZnS层中的至少一个转换金属元素是从镍和铁组中选择出来的。
最好是，该锌硫化物层包括，在锌硫化物的每一克中的10微克至20毫克镍和10微克至20毫克铁中的至少一个。
在本发明的一实施例中，显示介质是液晶材料。
这样，本发明在这里所描述的，使得下列优点成为可能：(1)提供的双端非线性电阻器件具有呈现有足够陡变的I-V特性和相应的高导通/关断比，和，(2)用于制造该双端非线性电阻器件的方法降低了每个器件I-V特性的偏差，从而使用该器件的显示装置能提供高质量的显示。
在参照附图并阅读和理解以下详细描述之后，本发明的这些和其它优点对本领域的技术人员来说将变得非常明显。
图1是相应于本发明的，镍被植入ZnS层中的ZnS器件的I-V特性曲线图；
图2是提供到ZnS器件的驱动电压V和提供到使用ZnS器件的显示装置的显示介质的电压VLC之间的关系曲线图；
图3是本发明的，在铁被植入ZnS层中的情况下，该ZnS器件的I-V特性曲线图；
图4是本发明的，在铁和镍被植入ZnS层中的情况下，该ZnS器件的I-V特性曲线圈；
图5A是本发明的一个举例中的LCD装置的ZnS器件的一基片的部分视图；
图5B是图5A中沿A-A′线的横截面视图；
图6是本发明一举例中的LCD装置的部分透视图；
图7A是本发明另一例中的LCD装置的ZnS器件的一基片的局部视图；
图7B是图7A中沿B-B′线的横截面视图；
图8A是本发明的另一例中的LCD装置的ZnS器件的一基片的局部视；
图8B是图8A中沿C-C′线的横截面视图；
图9A是本发明另一例中的LCD装置的ZnS器件的一基片的平面视图；
图9B是图9A中沿D-D线的横截面视图；
图10是具有被植入铁和镍的ZnS层的ZnS器件的I-V特性曲线图；
图11是使用包括有转换金属元素的ZnS靶所构成的大量ZnS器件的I-V特性偏差曲线图；
图12是使用包括有转换金属硫化物的ZnS靶所构成的大量ZnS器件的I-V特性偏差曲线图；
图13A是本发明另一例中的LCD装置的ZnS器件的一基片的局部视图；
图13B是图13A中沿E-E′线横截面视图；
图14A是本发明另一例中的LCD装置的ZnS器件的一基片的局部视图；
图14B是图14A中沿F-F′线的横截面视图；
图15A是本发明的另一例中的LCD装置的ZnS器件的一基片的局部视图；
图15B是图15A中沿G-G′线的横截面视图；
图16A是本发明另一例中的LCD装置的ZnS器件的一基片的局部视图；
图16B是图16A中沿H-H′线的横截面视图；
图17是具有被植入铁和镍的ZnS层的ZnS器件的I-V特性曲线图；
图18A是相应于通常LCD中一象素的双端器件的局部视图；
图18B是图18A中沿J-J′线的横截面视图。
此后，本发明将参照附图描述大量实例。
相应于本发明的双端非线性电阻器件包括：一第1电极，一第2电极，和插入在第1电极和第2电极之间的作为非线性电阻层的锌硫化物(ZnS)层。该锌硫化物层包含作为杂质的至少一个转换金属元素。
包括有ZnS层的双端非线性电阻器件(以下称作ZnS器件)的I-V特性由被植入在ZnS层中的至少一个转换金属元素所控制。如下面将要更详细讨论的，I-V特性曲线的斜率(非线性度)和ZnS器件的导通电流是利用适当地选择转换金属元素的类型和它在ZnS层中的含量来调节到该显示装置的显示介质中。
图1是本发明的在镍被植入到ZnS层情况下的ZnS器件的I-V特性曲线。在图1中，水平轴表示提供给ZnS器件的电压V，纵轴表示流经ZnS器件的电流I。纵轴的比例是对数比例。曲线10表示包括有纯ZnS层的ZnS器件的I-V特性曲线，和，曲线11-14表示的是以含有镍作为掺杂物的ZnS层的ZnS器件的I-V特性曲线。曲线11-14表示的是包括在ZnS的每1克中分别含有10微克，1毫克，10毫克，和50毫克镍的ZnS层的ZnS器件的I-V特性曲线。
从图1可以了解到，I-V特性的改变取决于植入ZnS层中镍的配量。曲线10-14表示随着镍配量的增加该导通电流也对应增加。然而，当在ZnS的每克中镍的配量超过50毫克时，I-V特性曲线的斜率被降低，从而对开关元件来说损失了非线性电阻的效果。
图2表示提供给ZnS器件的驱动电压V和提供给使用ZnS器件的一显示装置的显示介质的电压VLC之间的关系。曲线20-22分别表示该ZnS器件的ZnS层中在每1克ZnS中分别是不具有夹杂物，含1毫克镍和50毫克镍的情况。
在使用纯ZnS层的情况下，从曲线20可以了解到，需要驱动电压V到30V或更多那么大时，才能提供5V VLC电压给显示介质。然而，为避免损坏ZnS器件，应当限制驱动电压小于28V。这样，提供给显示介质的约为3V，该电压不足以提供高质量的显示。
在使用的该ZnS层中的每1克ZnS中包含1毫克的镍时的情况下，从曲线21可以了解到，为提供5V VLC电压给显示介质大约需要20V的驱动电压。从而，使用含有镍的ZnS层的ZnS器件比使用纯ZnS层的ZnS器件能提供较好的显示。另一方面，在ZnS层中的每1克ZnS中含有50毫克镍的情况下，I-V特性曲线22损失了斜率，提供给显示介质的电压也不够。
图3表示在铁被植入ZnS层情况下的本发明ZnS器件的I-V特性曲线。图3如图1所示，水平轴表示提供给ZnS器件的电压V，纵轴表示流经ZnS器件的电流I。纵轴的比例是对数比例。在图3中，曲线30表示包括纯ZnS层的ZnS器件的I-V特性曲线，曲线31-33表示包括含有铁作为杂质的ZnS层的ZnS器件的I-V特性曲线。曲线31-33表示在ZnS层中每1克ZnS中分别含有100微克，20毫克和50毫克铁的ZnS器件的I-V特性曲线。
从图3可知，I-V特性的改变取决于被植入ZnS层中的铁的配量。曲线30-33表示I-V特性曲线的斜率(即ZnS器件的非线性度)对应于铁量的增加而增。然而，当每1克的ZnS中超过50毫克的量时，I-V特性曲线的斜率消失。这样，在ZnS层中存在一最佳的铁的含量范围。
在含有铁的ZnS层中添加镍可以增加导通电流。图4表示将铁和镍植入ZnS层中的情况下，本发明的ZnS器件的I-V特性曲线。在图4中，曲线41表示在ZnS层中的每1克ZnS中含有1毫克铁和100微克镍时的该ZnS器件的I-V特性曲线，曲线42表示在ZnS层中的每1克ZnS中含有1毫克铁和1毫克在镍的该ZnS器件的I-V特性曲线。如图4所示，该I-V特性曲线能够改变，这取决于植入ZnS层中的铁和镍的配量。
如上所述，在每1克ZnS中植入10微克至20毫克镍，对应于镍的总量而增加导通电流。类似地，在每1克ZnS中植入10微克至20毫克的铁增加了I-V特性曲线的斜率。由植入铁和镍并控制其含量的比率，该ZnS器件的开关特性(例如，非线性度和导通电流)能被恰当地调节到适合该显示装置的显示介质的特性。这就使得有可能实现高质量的显示。
以下将描述本发明的使用ZnS器件的显示装置。
例1
在例1中，将描述使用ZnS器件的反射型White-Tay1or宾-主LCD(guest-host LCD)装置。在该例中，非线性电阻层是包括以镍作为杂质的锌硫化物层。
图5A是本发明的这一举例中的LCD装置的ZnS器件的一基片57的局部平面视图，图5B是图5A中A-A′线的横截面图。该ZnS器件56包括，在玻璃基片51上的钽(Ta)第1电极52a(扫描线52的一部分)，ZnS层(非线性电阻层)54，和属于铝(Al)象素电极55一部分的第2电极55a。最好是，该ZnS层厚度是100nm(毫微米)和该ZnS层的镍含量是每1克ZnS中有5毫克。
如图5A和5B所示，由溅射形成在玻璃基片51上的Ta的导电层，其厚度是200nm，和，由摹制在玻璃基片51上的导电层上形成的扫描线52。绝缘层的形成如下述。利用旋转涂覆，将丙烯酸的酸类阳性型光敏树脂涂覆到该玻璃基片51的整个表面。该光敏树脂的厚度约为1.4μm。使用光敏树脂能使摹制处理过程简单。当使用光掩膜曝光之后，利用规定的显影剂进行显影，这样形成具有通孔53a的绝缘体层53。该通孔53a被用于连接ZnS层54和第2二电极52a。
下一步，该绝缘体层53的表面由活性离子进行蚀刻(RIE)处理以便起皱，该起皱的表面具有约700nm的不均匀度，从而改进了该象素电极的反射特性。
下一步，使用一含有镍的烧结的ZnS靶利用溅射在扫描线52和绝缘层53上形成ZnS层54。该ZnS层厚度约为100nm。使用无焰原子吸收光谱测定法的定量分析，发现ZnS层中的镍含量为每1克ZnS中有5毫克。下一步，利用溅射将Al层配置在基片57上，其厚度约200nm，然后，进行光刻处理和蚀刻处理以形成象素电极55。对应于通孔53a的该象素电极55的一部分55a用作为ZnS器件56的第二电极。
图6是本发明例1中的LCD装置63的部分透视图。如图6所示，相对基片58与基片57相对，和显示介质层62，例如液晶材料被插入在基片57和58之间。
相对基片58以下述方法制作。如图6所示，利用溅射将ITO的透明导电层形成在玻璃基片59上，ITO层的厚度约200nm。然后，利光刻和蚀刻处理将ITO层摹制到具有条纹形状的相对电极(数据电极)60上。该蚀刻处理可以使用氢溴化物酸类。
下一步，直线层61被形成在基片57和相对基片58上。该直线层61可以由聚酰亚胺形成，并在聚酰亚胺的两个表面进行摩擦处理。
基片57和相对基片58被配置成具有一预定的间隔并相互面对，和，White-Taylor宾-主型液晶材料被插入在基片57和58之间以形成显示介质层62。该White-Taylor宾-主型液晶材料需要相对高的驱动电压。本发明利用ZnS器件，显示装置使用White-Taylor宾-主型液晶材料，这些能提供高质量的显示。
例2
在例2中，将描述使用ZnS器件的反射型White-Taylor宾-主LCD装置，在定实例中，ZnS器件的ZnS层包括作为杂质的铁。
图7A表示，本发明第2例中的LCD装置的ZnS器件的一基片77的局部平面图。图7B是图7A中B-B′线的横截面图。ZnS器件76包括，在玻璃基片71上，钽(Ta)的第1电极72a(形成扫描线72的一部分)，ZnS层(非线性电阻层)73，和，作为铝(Al)象素电极75的一部分的第2电极75a。最好是，该ZnS层的厚度是80nm和ZnS层的铁含量是每1克ZnS中含1毫克。
如图7A和7B所示，钽的导电层是利用溅射形成在玻璃基片71上并具有200nm的厚度，和，利用摹制该在玻璃基片71上的导电层来形扫描线72。下一步，使用一烧结的包括有铁的ZnS靶，通过溅射在玻璃基片71上形成该ZnS层73，以此来覆盖扫描线72。该ZnS层73被形成并具有80nm厚度。使用无焰原子吸收光谱测定法的定量分析，确定了该ZnS层73的铁含量是每1克ZnS中含1毫克。
下一步，将绝缘层74形成在ZnS层73上。
在这一例中，一种丙烯酸的酸类阳性型光敏树脂被用于形成该绝缘层74。使用光敏树脂能使摹制处理简单。利用旋转涂覆，该光敏树脂被涂覆到该ZnS层73的整个表面并具1.4μm的厚度。在利用光掩膜曝光之后，使用预定的显影剂完成显影，这样就形成了具有通孔74a的绝缘层74。该通孔74a被用于连接ZnS层73和第2电极75a。之后，该绝缘体层74的表面由RIE处理进行起皱。
下一步，利用溅射将Al层配置在基片77上并具有200nm的厚度，然后进行光刻和蚀刻处理以形成该象素电极75。对应于通孔74a的象素电极75的部分75用作为Zns器件76的第2电极。
相对基片和液晶层的制作过程与第1例的制作过程是相同的。
例3
在例3中将描述使用以串联形式连接并形成背对背结构的一对ZnS器件的LCD装置。
图8A表示在例3中的LCD装置的ZnS器件的一基片87的局部视图。图8B是图8A中沿C-C′线的横截面图。
如图8A和8B所示，在基片87中，一由Al形成的象素电极85，由Al形成的扫描线86，和在玻璃基片81上形成的一对ZnS器件。象素电极85包括，一向扫描线86延伸的凸起85a，和包括有向象素电极85延伸的凸起86a的扫描线86。在凸起85a和86a的下面。一个类似于岛样的电极82形成在玻璃基片81上。含镍的ZnS层83形成在类岛电极82上。被形成的绝缘体层84覆盖整个ZnS层83。该绝缘体层84具有通孔84a和84b。象素电极85的凸起85a经由通孔84a连接到ZnS层83，和，扫描线86的凸起86a经由通孔84b连接于ZnS层83。
具有上述结构的LCD装置包括一第1ZnS器件88和一第2ZnS器件89。第1ZnS器件88在通孔84b中具有MSM(金属-半导体-金属)三层结构。该第1ZnS器件88的MSM结构包括扫描线86的凸起86a，ZnS层83，和，类岛电极82。该第2ZnS器件89在通孔84a中也有MSM三层结构，该MSM的三层结构是，类岛电极82，ZnS层83，和，象素电极85的凸起85a。该第1和第2ZnS器件88和89以相反极性的形式串联耦合，以形成背对背结构。
下面将参照图8A和8B描述具有上述结构的LCD装置的制作过程。
首先，利用溅射将构成类岛电极82的钽导电层形成在玻璃基片81上并今其具有约300nm的厚度。下一步，利用一包括有镍的烧结的ZnS靶，通过溅射在玻璃基片81上形成ZnS层83，并使其覆盖电极82。该ZnS层83被形成80nm厚度并在每1克ZnS中含有500微克镍。该ZnS层83和电极82被摹制以便形成由ZnS层83覆盖的类岛电极82。
下一步，绝缘体层84被形成在ZnS层83和使用光敏树脂的玻璃基片81上。利用旋转涂覆，该光敏树脂被涂覆到ZnS层83的整个表面，并令其具有约300nm的厚度。在利用光掩膜曝光之后，利用预定的显影剂进行显影，以便形成具有通孔84a和84b的绝缘体层84。通过84a被用于连接ZnS层83和象素电极85的凸起85a。通孔84b被用于连接ZnS层83和扫描线86的凸起86a。
下一步，通过溅射将铝层配置在基片87上，并令其具有约30Onm的厚度。利用光刻处理和蚀刻处理通过摹制该铝层来形成象素电极85和扫描线86。该蚀刻处理可以用氢溴化物酸类。
对于相对基片和液晶层的制作过程与第1和第2例的制作过程相同。
在该例中，ZnS器件以串联形式连接，以形成具有背对背结构的开关元件，当考虑到供给该开关元件的电压极性时该开关元件的I-V特性的对称性质得以改进。另外一种形式是，该ZnS器件以并联形式连接以形成环结构，以便改善I-V特性中的对称性质。
另外，被植入ZnS层的杂质可以是另一种转换金属元素，例如铁，而不是镍。
例4
在例4中，将描述使用ZnS器件的传导型LCD装置。
图9A是本发明第4实施例中的LCD装置的ZnS器件的一基片98的局部平面视图。图9B是图9A中沿D-D′线的横截面图。该ZnS器件97包括，在玻璃基片91上的钽(Ta)第1电极92a(形成扫描线92的一部分)，含镍的ZnS层93(非线性电阻层)，和铝第2电极(高端电极)96。该高端电极96被连接于ITO的象素电级95，最好，该ZnS层的厚度是100nm。
如图9A和9B所示，利用溅射在玻璃基片91上形成钽的导电层并今其有300nm的厚度，和，通过摹制该在玻璃基片91上的导电层，形成扫描线92。
下一步，在玻璃基片91上形成覆盖扫描线92的绝缘体层94。在该例中，一种丙烯酸的酸类阳性型光敏树脂被用于形成该绝缘层94。通过旋转涂覆，该光敏树脂被涂覆到该玻璃基片91的整个表面，并使其厚度约为400nm。使用光敏树脂形成绝缘层94所具有的优点是，同用其它方法形成绝缘层相比较，处理过程要简单。作为光敏树脂的另外的替换物，例如可以是聚酰亚胺、聚酰胺、聚甲烯丙烯酸酯，和类似物。在使用光掩膜曝光之后，使用预定的显影剂进行显影，以此形成具有通孔94a的绝缘体层94。
下一步，利用一包括有镍的烧结的ZnS靶通过溅射在该绝缘体层94上形成ZnS层93。该ZnS层93被形成的厚度为100nm。该ZnS层93通过通孔94a连接到扫描线92。
下一步，通过溅射被配置的铝层的厚度约300nm，然后进行光刻处理。之后，利用磷酸，或磷酸的混合酸，硝酸或醋酸，通过湿法蚀刻进行摹制，以形成如图9B所示的覆盖ZnS层93的高端电极96。
然后，通过溅射配置ITO层，并合其具有约200nm的厚度，和，摹制该象素电极95，以便连接如图9A和9B所示的高端电极96。
对相对基片和液晶层的制作过程类似于第1例中的制作过程。该传导型LCD的该例中，使用绞合向列型液晶材料用作显示介质，和在该基片上附加偏振镜。
通过利用含有转换金属元素的烧结的ZnS靶，将另一种转换金属元素，例如用铁代替镍植入ZnS层93。
例5
在例5中，该ZnS器件包括含有作为杂质的铁和镍的ZnS层。在该例中，利用ZnS器件的LCD装置是一种与例2一样的反射型White-Taylor宾-主LCD装置。
在扫描线和绝缘体层以与例2中类似方法形成在玻璃基片之后，利用含有镍和铁的烧结的ZnS靶，通过溅射形成ZnS层。ZnS层的厚度约100nm。利用无焰原子吸收光谱测定法的定量分析，确定该ZnS层的镍和铁的含量分别为每1克ZnS中含1毫克。以例2中相同方法，通过摹制铝层形成象素电极。
相对基片和液晶层的制作方法与例2中的方法类似。
图10表示例5中具有被植入有铁和镍的ZnS层的ZnS器件的I-V特性曲线。在图10中，曲线111表示例2中的ZnS层的每1克ZnS中含有1毫克铁的ZnS器件的I-V特性曲线。曲线112表示在该例中的ZnS层的每1克ZnS中含有1毫克铁和1毫克镍的ZnS层的ZnS器件的I-V特性曲线。如图10所示，导通电流随同向ZnS层中增加镍而增加，而I-V特性曲线仍保持该斜率。
通过植入铁和镍并控制其含量比，该I-V特性(即，非线性度)的斜率和ZnS器件的导通电流能被适当地调节到该显示介质的特性，这就使得有可能实现该显示装置所提供的显示具有高质量。
例6
在以前的举例中，该ZnS器件的ZnS层是利用含有转换金属元素的烧结的ZnS靶，通过溅射形成的，在这一举例中，是利用含有转换金属硫化物代替转换金属元素的烧结的ZnS靶形成该ZnS层。
在溅射处理期间，包含该烧结的ZnS靶中的转换金属元素由于室内的残留气体倾向于造成氧化物，结果是转换金属氧化物被植入到ZnS层中，从而在ZnS器件的I-V特性上引发出不希望的效果。控制残留的气体是困难的，以致于用相同的加工方法制作，ZnS器件的I-V特性可能会有很大不同。
图11表示对于形成在LCD器件的有源矩阵基片上的象素电极的大量ZnS器件的I-V特性曲线。
如图11所示的是在相同有源矩阵基片上的大量ZnS器件的I-V特性的变化。形成在有源矩阵基片上的大量ZnS器的I-V特性的变化降低了显示装置的质量。
为避免上述问题，含有转换金属硫化物的ZnS靶被用在该例中的溅射处理中。该转换金属硫化物是由硫化该保留在锌硫化物层中的转换金属元素形成。在ZnS靶中的转换金属硫化物比在ZnS靶中可氧化的转换金属元素要少，这样，就降低了在该基片上大量ZnS器件的I-V特性的变化。
图12表示利用含有转换金属硫化物的ZnS靶形成的大量ZnS器件的I-V特性曲线。如图12所示，大量ZnS器件的I-V特性曲线的变化非常小，这样就改善了显示装置的显示质量。
转换金属元硫化物不限于镍硫化物，铁硫化物，或镍硫化物和铁硫化物的混合物也可以加入ZnS靶中。
以下将描述利用含有转换金属硫化物的ZnS靶制作ZnS器件的过程和利用本发明ZnS器件的显示装置。
例7
在例7中将描述利用ZnS器件的反射型White-Taylor宾-主LCD装置。该LCD装置类似于例1中所描述的。
图13A表示本发明的该例中的LCD装置的ZnS器件的一基片的局部平面视图。图13B是图13A中沿E-E′线的横截面图。该ZnS器件136包括，在一玻璃基片上的钽(Ta)的第1电极132a(构成扫描线132的一部分)，ZnS层(非线性电阻层)134，和，是铝(Al)的象素电极135的一部分的第2电极135a。最好是，该ZnS层的厚度是100nm，和ZnS层中的镍含量是每1克ZnS中含3毫克(即，0.3wt％)。
如图13A和13B所示，该扫描线132通过摹制形成在玻璃基片131上的一导电层来形成的，该导电层是通过溅射形成，厚度达200nm。下一步，将绝缘体层133形成在玻璃基片131上，该绝缘层的形成如下所述。通过旋转涂覆，将丙烯酸的酸类阳性型光敏树脂涂覆在玻璃基片131的整个表面上，该光敏树脂具有约1.4μm的厚度。使用光敏树脂能使摹制处理简单。在使用光掩膜曝光之后，利用预定的显影剂进行显影，以此来形成具有通孔133a的绝缘体层133。该通孔133a被用于连接ZnS层134和扫描线132。
下一步，通过活性离子蚀刻(RIE)处理使绝缘体层133的表面起皱，该起皱的表面具有约700nm的不均匀度，从而改善了象素电极的反射特性。
下一步，利用含有镍硫化物(NiS2)的烧结的ZnS靶，通过溅射在基片137上形成ZnS层134，以此来覆盖扫描线132和绝缘体层133。该ZnS层具有约100nm的厚度。利用无焰原子吸收光谱测定法的定量分析，确定该ZnS层的镍含量是每1克ZnS中含3毫克。下面，通过溅射在基片137上配置铝层，并令其具有约200nm的厚度，然后进行光刻处理和蚀刻处理，以形成象素电极135。对应于通孔133a的该象素电极135的一部分135a用作为该ZnS器件136的第2电极。
对于相对基片和液晶层的制作过程类似于以前诸例中的制作过程。
通过利用含有镍硫化物的ZnS靶，该LCD装置的ZnS器件的I-V特性的变化被降低，这就有可能使该LCD装置所提供的显示具有高质量。
例8
在例8中将描述利用ZnS器件的反射型White-Taylor宾-主LCD装置。该ZnS器件的ZnS层中的铁作为杂质。该LCD装类似于例2中能描述的。
图14A是本发明第2例中的LCD装置的ZnS器件的一基片的局部平面视图。图14B是图14A中沿F-F′线的横截面图。该ZnS器件146包括，在玻璃基片141的钽(Ta)的第1电极142a(构成扫描线142的一部分)，ZnS层(非线性阻层)143，和，属于铝(Al)的象素电极145-部分的第2电极145a。最好是，该ZnS层的厚度是80nm，和该ZnS层的铁含量是每1克ZnS的含5毫克(0.5wt％)。
如图14A和14B所示，钽的导电层是通过溅射形成在玻璃基片141上，并具有200nm的厚度，和，该扫描线142是通过摹制该在玻璃基片141上的导电层形成的。下一步，利用含有铁硫化物(FeS，Fe2S3)的烧结的ZnS靶通过溅射在玻璃基片141上形成ZnS层143，并覆盖扫描线142。该ZnS层143具有约80nm的厚度。利用无焰原子吸收光谱测定法的定量分析，确定ZnS层143的铁含量是每1克ZnS中含5毫克。
下一步，在ZnS层143上形成绝缘体层144。在这一例中，利用丙烯酸酸类阳性型光敏树脂形成绝缘层144。使用光敏树脂能使摹制加工简单。通过旋转涂覆，将光敏树脂涂覆到ZnS层143的整个表面并具有约1.4μm的厚度。在利用光掩膜曝光之后，使用预定的显影剂进行显影，以此形成具有通孔144a的绝缘体层144。该通孔144a被用于连接ZnS层143和第2电极145a。此后，该绝缘体层144的表面通RIE处理进行起皱。
下一步，通过溅射在基片147上配置铝层，并令其具有约200nm的厚度。然后进行光刻和蚀刻处理，以形成象素电极145。对应于通孔144a的该象素电极145的一部分145a用作为ZnS器件146的第2电极。
相对基片和液晶层的制作过程与第1例的相同。
使用含有铁硫化物的ZnS靶，该LCD装置的大量ZnS器件的I-V特性的变化能被降低，从而有可能使LCD装置提供具有高质量的显示。
例9
在例9中将描述使用以串联形式连接的形式背对背结构的一对ZnS器件的LCD装置。该LCD装置类似于例3中所描述的。
图15A是例9中的LCD装置的ZnS器件的一基片的局部平面视图。图15B是图15A中沿G-G′线的横截面图。
如图15A和15B所示，在基片157中，在玻璃基片151上形成，以铝构成的象素电极155，铝构成的扫描线156，和一对ZnS器件。该象素电极155包括，向扫描线156延伸的凸起155a，和，包括向象素电极155延伸的凸起156a的扫描线156。在凸起155a和156a的下面，在玻璃基片151上形成钽的类岛电极152。在类岛电极152上形成含镍的ZnS层153。绝缘体层154被形成覆盖整个ZnS层153。该绝缘体层154具有通孔154a和154b。该象素电极155的凸起155a经由通孔154a连接于ZnS层153，和该扫描线156的凸起156a经由通孔154b连接于ZnS层153。
具有上述结构的LCD装置包括一第1ZnS器件158和一第2ZnS器件159。该第1ZnS器件158在通孔154b中具MSM三层结构。该第1ZnS器件158的MSM结构包括该扫描线156的凸起156a，ZnS层153，和类岛电极152。该第2ZnS器159在通孔154a中也有MSM三层结构，这三层结构包括，类岛电极152，ZnS层153，和象素电极155的凸起155a。该第1和第2ZnS器件158和159以相反极性串联耦合，以此形成背对背结构。
下面将参照图15A和15B描述具有上述结构的LCD装置的制作过程。
首先，通过溅射在玻璃基片151上形成构成类岛电极152的导电层，并使其厚度约为300nm，接着，利用含有NiS的烧结的ZnS靶，通过溅射在玻璃基片151上形成ZnS层153，并使其覆盖电极152。该ZnS层153形成80nm厚度并且每1克ZnS中含500微克镍。该ZnS层153和电极152被摹制以形成由ZnS层153覆盖的类岛电极152。
接着，使用光敏树脂在ZnS层153和玻璃基片151上形成绝缘体层154。通过旋转涂覆，将光敏树脂涂覆该ZnS层153的整个表面，并令其具有约300nm的厚度。在利用光掩膜曝光之后，使用预定的显影剂进行显影，以此来形成具有通孔154a和154b的绝缘体层154。通孔154a被用于连接ZnS层153和象素电极155的凸起155a。通孔154b被用于连接ZnS层153和扫描线156的凸起156a。
下面，通过溅射在基片157上配置铝层，并令其具有约300nm的厚度。利用光刻处理和蚀刻处理通过摹制该铝层形成象素电极155和扫描线156。该蚀刻处理可以使用氢溴化物酸类。
对于相对基片和液晶层的制作过程与第1和第2例的相同。
通过使用含有镍硫化物的ZnS靶，该LCD装置的大量ZnS器件的I-V特性的偏差能被降低。再者，在该例中，ZnS器件以串联形式连接，从而形成具有背对背结构的开关元件，从而，涉及到提供给该开关元件电压极性的该开关元件的I-V特性曲线的对称性得到改善。这就可能使得该LCD装置实现高质量的显示。
另一选择是，该ZnS器件以并联形式连接，形成环结构，以便改善I-V特性曲线的对称性。另外，被植入ZnS层的杂质可以是另一种转换金属元素，例如用铁代替镍。
例10
在例10中将描述使用ZnS器件的传导型LCD装置。该LCD装置类似于在例4中所描述的。
图16A是本发明第4例中的LCD装置的ZnS器件的一基片168的局部视图。图16B是图16A中沿H-H′线的横截面图。该ZnS器件167包括，在玻璃基片161上的钽(Ta)的第1电极162a(形成扫描线162的一部分)，含有镍的ZnS层(非线性电阻层)163，和铝的第2电极(高端电极)166。该高端电极166被连接于ITO的象素电极165。最好是，该ZnS层的厚度是100nm。
如图16A和16B所示，通过溅射在玻璃基片161上形成具有300nm厚的Ta的导电层，和通过摹制该在玻璃基片161上的导电层形成扫描线162。
接着，在玻璃基片161上形成覆盖该扫描线162的绝缘体层164。在该例中使用丙烯酸酸类阳性型光敏树脂形成绝缘层164。通过旋转涂覆，将光敏树脂涂覆到玻璃基片161的整个表面上，并令其具有约400nm的厚度。使用光敏树脂形成绝缘体层164所具有优点在于同用其它方法形成绝缘层相比较，其加工过程能被简化。光敏树脂的替换物，例如可是聚酰亚胺，聚酰胺，聚甲基丙烯，聚甲基丙烯酸酯，和类似物。在使用光掩膜曝光之后，使用预定的显影剂进行显影，以此形成具有通孔164a的绝缘体层164。
接着，利用含有NiS的烧结的ZnS靶，通过溅射在绝缘体层164上形成ZnS层163。该ZnS层163被形成厚度有100nm。该ZuS层163通过通孔164a连接于扫描线162。
接着，通过溅射配置具有300nm厚度的铝层，然后进行光刻处理。之后，利用磷酸，或磷酸，硝酸的混合酸，和醋酸，通过湿法蚀刻进行摹制，以形成如图16B所示的覆盖该ZnS层163的高端电极166。
然后，通过溅射配置具有约200nm厚度的ITO层，和摹制象素电极165，以便连接到如图16A和16B所示的高端电极166。
对于相对基片和液晶层的制作过程类似于第1例中的制作过程。在该例中的传导型LCD，使用绞合向到液晶材料作为显示介质，和偏振镜被附于该基片。
通过使用含有镍硫化物的ZnS靶，该LCD装置的大量ZnS器件的I-V特性的偏差能被降低。通过使用含有转换金属硫化物的烧结的ZnS靶，另一种转换金属元素，例如铁可以代替镍被植入到ZnS层163。
例11
在例11中，ZnS器件包括含有作杂质的铁和镍的ZnS层，在该例中，使用ZnS器件的LCD装置是一种与例2、5或8中相同的反射型White-Taylor宾-主LCD装置。
在以与例2中类似方法在玻璃基片上形成扫描线和绝缘体层之后，利用含有镍硫化物和铁硫化物的烧结的ZnS靶，通过溅射形成ZuS层。该ZnS层被形成约100nm的厚度。利用无焰原子吸收光谱测定法的定量分析，确定镍和铁的含量分别为每1克ZnS中含1毫克。通过以在例2中相同方法摹制铝层形成象素电极。
相对基片和液晶层的制作过程与第2例中的制作过程类似。
图17是例5中具有被植入有铁和镍的ZnS层的ZnS器件的I-V特性曲线。在图17中，曲线171表示的是例8中ZnS层中的每1克ZnS含1毫克铁的ZnS器件的I-V特性曲线。曲线172表示的是该例中的ZnS层中的每1克ZnS含1毫克铁和1毫克镍的ZnS器件的I-V特性曲线。如图17所示，导通电流能随在ZnS层中镍的增加而增加，而I-V特性曲线则维持该斜率不变。
通过使用含有铁硫化物和镍硫化物的ZnS靶，该LCD装置的大量ZnS器件的I-V特性偏差能被降低。另外，由于植入铁和镍并控制其含量比，该ZnS器件的I-V特性曲线(即非线性度)的斜率和导能通电流能适当地调节到该显示介质的特性，这就有可能够实现高质量的显示装置。
不脱离本发明的范围和精神，本领域的技术员能够根据这些技术迅速完成各种其它改进，这就显而易见的。相应地，它并不倾向局限于权利要求在这里所陈述的范围，而应得到更广泛的解释。

Claims (20)

1.一种双端非线性电阻器件包括：
一第1电极，
一第2电极，和
插入在该第1电极和该第2电极之间的一锌硫化物层，
其中该锌硫化物层包含至少一种转换金属元素作为杂质。
2.根据权利要求1的一种双端非线性电阻器件，其中从镍和铁构成的一组中选出至少一种转换金属元素。
3.根据权利要求2的一种双端非线性电阻器件，其中该锌硫化物层中在每1克锌硫化物中包含10微克至20毫克镍和10微克至20毫克铁中的至少一个。
4.在显示装置中用作为一开关元件的一种双端非线性电阻器件包括：
一第1基片；
一第2基片；
插入在第1和第2基片之间的一显示介质；
配置在第1基片上的一象素电极，它用于在施加的电压基础上允许该显示介质进行显示，该开关元件被连接于象素电极，用于对应于一被接收到的驱动信号以便向该象素电极提供用于显示的电压；
用于提供驱动信号给该开关元件的一总线，所述双端器件包括：
用于接收该驱动信号的一第1电极；
电连接于该第1电极的一锌硫化物层；和
电连接于该锌硫化物层和电连接于该象素电极的一第2电极，
其中所述锌硫化物层包括至少一种转换金属元素作为杂质。
5.根据权利要求4的一种双端非线性电阻器件，其中至少一种转换金属元素是从镍和铁组成的一组中被选出来的。
6.根据权利要求5的一种双端非线性电阻器件，其中该锌硫化物层在每1克锌硫化物中包括10微克至20毫克镍和10微克至20毫克铁中的至少一个。
7.根据权利要求4的一种双端非线性电阻器件，其中显示介质是一种液晶材料。
8、用于制作包括第1和第2电极和插入在第1和第2电极之间的锌硫化物层，该锌硫化物层包含至少一种转换金属元素作为杂质的一种双端非线性电阻器件的方法：
其中该锌硫化物层是通过以下方式在第一电极上形成的：溅射一烧结的ZnS靶形成在该第1电极上，该ZnS靶包括至少一种转换金属硫化物，该硫化物是通过硫化所述至少一种转换金属元素而被包含在该锌硫化物层中。
9.用于制作包括第1和第2电极和插入在该第1和第2电极之间的锌硫化物层，该锌硫化物层包含至少一种转换金属元素作为杂质的一种双端非线性电阻器件的方法，其步骤包括：
(a)通过摹制在一基片上的第1导体以形成该第1电极；
(b)通过溅射一烧结的ZnS靶形成在第1电极上的锌硫化物层；知
(c)通过摹制在该锌硫化物层上的一第2导体以形成一第2电极；
其中在步骤(b)中使用的所述烧结的ZnS靶包括至少一种转换金属硫化物，该转换金属硫化物是通过硫化所述被包含在该锌硫化物层中的至少一种转换金属元素来形成。
10.根据权利要求8的制作一种双端非线性电阻器件的方法，其中所述烧结的ZnS靶包括镍硫化物和铁硫化物中的至少一种。
11.根据权利要求9的制作一种双端非线性电阻器件的方法，其中绕结的ZnS靶包括镍硫化物和铁硫化物中的至少一种。
12.根据权利要求11的制作一种双端非线性电阻器件的方法，其中步骤(b)所进行的该锌硫化物层包括，在每1克锌硫化物中含10微克至20毫克镍和10微克至20毫克铁中的至少一个。
13.一种显示装置包括：
一第1基片；
一第2基片；
插入在该第1和第2基片之间的一显示介质；
在该第1基片上配置的象素电极用于在被接收的电压基础上允许该显示介质进行显示；
连接于象素电极的一开关元件用于对应于接收的驱动信号向象素电极提供用于显示的电压；和
用于提供驱动信号给开关元件的一总线，
其中所述开关元件包括一双端器件，该双端器件包括：用于接收该驱动信号的第1电极；电连接于第1电极的一锌硫化物层；和电连接于该锌硫化物层和电连接于该象素电极的一第2电极；
和其中所述锌硫化物层包括至少一种转换金属元素作为杂质。
14.根据权利要求13的一种显示装置，其中至少一种转换金属元素是从镍和铁组中选出的。
15.根据权利要求14的一种显示装置，其中该锌硫化物层包括，在每1克锌硫化物中含10微克至20毫克镍和10微克至20毫克铁中的至少一种。
16.根据权利要求13的一种显示装置，其中显示介质是一种液晶材料。
17.在显示装置中用于将双端非线性电阻器件作为开关元件的方法，该双端非线性电阻器件包括：
一第1电极；
一第2电极；和
插入在该第1电极和第2电极之间的锌硫化物层，该锌硫化物层包括至少一种转换金属元素作为杂质，
和该显示装置包括：
一第1基片；
一第2基片；
插入在第1和第2基片之间的一显示介质；
配置在该第1基片上的象素电极用于在被提供的电压基础上允许该显示介质进行显示，被连接于象素电极的该开关元件，用于相应于被接收的驱动信号的基础上向该象素电极提供用于显示的电压；和
用于提供驱动信号给开关元件的总线，
其中第1电极被电连接于该总线用于接收驱动信号，
该锌硫化物层被电连接于第1电极，和
该第2电极被电连接于锌硫化层和象素电极。
18.根据权利要求17的用于使用一双端非线性电阻器件的方法，其中至少一种转换金属元素是从镍和铁组中选出的。
19.根据权利要求18的用于使用一双端非线性电阻器件的方法，其中该锌硫化物层包括，在每1克锌硫化物中含10微克至20毫克镍和10微克至20毫克铁中的至少一个。
20.根据权利要求17的用于使用一双端非线性电阻器件的方法，其中该显示介质是一种液晶材料。
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