DE2553739A1 - Transistorfeld zum ansteuern eines optischen mediums und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Transistorfeld zum ansteuern eines optischen mediums und verfahren zu dessen herstellung

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DE2553739A1
DE2553739A1 DE19752553739 DE2553739A DE2553739A1 DE 2553739 A1 DE2553739 A1 DE 2553739A1 DE 19752553739 DE19752553739 DE 19752553739 DE 2553739 A DE2553739 A DE 2553739A DE 2553739 A1 DE2553739 A1 DE 2553739A1
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Hans Gottlieb Dill
Alex M Leupp
Lewis T Lipton
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Hughes Aircraft Co
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
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Description

? 5 5 3 7 3
Anmelderin: Stuttgart, den 27. November 1975
Hughes Aircraft Company P 3107 S/kg
Centinela Avenue and
Teale Street
Culver City, Calif., V.öt.A.
Transistorfeld zum Ansteuern eines optischen Mediums und Verfahren au
dessen Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Transistorfeld zum Ansteuern eines spannungsempfindlichen optischen Mediums zum Zwecke der Darstellung zwexdimensionaler Bilder, dessen Transistoren in vertikalen Reihen auf einem isolierenden Substrat angeordnet sind.
Aus der US-PS 3 824 003 ist ein solches Transistorfeld bekannt, das insbesondere für die Herstellung in Dünnschicht-Technik geeignet ist und bei dem zwischen dem Gate-Anschluß und dem Drain-Anschluß jedes Steuertransistprs ein Kondensator angeordnet ist. Das Transistorfeld wird mit zeilenweiser Abtastung für die Darstellung mit relativ hohen Bildfrequenzen, insbesondere lernseh-Bildfrequenzen, verwendet. Andere Methoden zur Ansteuerung von Flüssigkristall-Bildschirmen mit Matrixanordnungen sind in einem Aufsatz "Liquid Crystal Displays" von Bernhard J. Letchner, erschienen in '-'Pertinent Concepts in ComputerGraphics", University of Illinois Press, 1969» beschrieben, worunter sich auch die Ansteuerungsmethode befindet, die bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wirdo
Aus den US-PSen 3 393 008, 3 392 056 und 3 424 955 ist die Technik bekannt, Silizium-Schaltungen auf einem Saphirsubstrat zu erzeugen (SOS-Technik). Weiterhin ist aus der US-PS 3 484 662 die Anwendung einer Horizontal-Diffusionstechnik unterhalb einer Maske in Verbindung mit EinkristallrSilizium auf einem Saphirsubstrat bekannt. Die US-PS 3 783 052 lehrt die Bildung von P~Bereichen durch ein nach oben gerichtetes Wandern von Aluminium vom Substrat in eine auf dessen Oberfläche aufgebrachte H-Siliziumschicht. Aus der US-PS 3 740 280 ist endlich die Anwendung einer von hinten stattfindenden Beleuchtung während eines Ätzvorganges bekannt, bei der die "Vorteile der optischen Transparenz des Substrats ausgenutzt werden«
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Flüssigkristall—Bildschirme mit Matrixansteuerung geeignete Transistorfelder mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Substrat aus einem Korund- oder Spinell-Einkristall und jeder Transistor aus einer auf dem Substrat epitaxial gebildeten, Source-, Gate- und Drain-Zone enthaltenden Einkristall-Siliziumschicht besteht, daß für alle Transistoren einer vertikalen Reihe jeweils eine Drainleitung vorhanden ist, die mit allen Drainzonen der Transistoren der zugeordneten vertikalen Reihe in elektrisch leitender Verbindung steht, daß im wesentlichen alle Gate-Zonen mit einer isolierenden Schicht bedeckt sind, auf der über jeder Gate-Zone eine Gate-Elektrode angeordnet ist, und daß alle Gate-Elektroden, die jeweils einem bestimmten Transistor in jeder vertikalen Trf^nsistorreihe zugeordnet sind, durch eine von vielen horizontalen Gate-Leitungen verbunden sind, die mit den Gate-Elektroden in elektrisch leitender Verbindung stehen.
Durch die Erfindung wird eine vorteilhafte Synthese zwischen bekannten Schaltungsanordnungen und der Silizium-Saphir-Technik erzielt, die zu verbesserten Transistorfeldern führen. Die Vorteile der neuen Transistorfelder bestehen im wesentlichen in einer verbesserten
Isolierung der Schaltungselemente gegeneinander, die zu einer Verminderung des Übersprechens führen, zur vereinfachten Herstellung, zu einer verminderten Empfindlichice it gegen winzige Fehlstellen in Isolierschichten, die Möglichkeit der "Verwendung damit hergestellter Bildschirme im Durchlicht-Betrieb mit rückwärtiger Beleuchtung und in einer bedeutend verminderten Empfindlichkeit gegen Umgebungslicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf einem insbesondere aus Saphir bestehendem, geeignetem Substrat eine Vielzahl vertikaler Reihen von Feldeffekttransistoren gebildet, deren Transistoren jeweils einstückig mit einer aus Silizium bestehenden Drainleitung ausgebildet sind, welche deren Drainzonen verbindet. Dabei ist ein Übersprechen zwischen den Transistoren ebenso wie die Größe von Streukapazitäten infolge der Tatsache bedeutend vermindert, daß das Substrat ein Isolator ist und daß zwischen den Transistoren benachbarter Reihen keine direkte elektrische Verbindung besteht. Weiterhin sind die Transistoren innerhalb einer Reihe nur durch eine einzige Sammelleitung aus Einkristall-Silizium verbunden, intern die Ladungsträger eine stark reduzierte Lebensdauer haben.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, für jeden Transistor einerReihe einen Speicherkondensator vorzusehen, ohne daß hierzu zusätzliche Verfahrensschritte notwendig wären, weil die untere Kondensatorplatte bei dem gleichen Arbeitsgang hergestellt
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werden kann, bei dem das Silizium für die Transistoren und die Drainleitungen erzeugt wird. Der Isolator zwischen den Platten der Kondensatoren kann "bei dem gleichen Arbeitsgang hergestellt werden, bei dem die Oxidschicht für die Gate-Elektroden der Feldeffekttransistoren hergestellt wird, und es können die oberen Platten der Speicherkondensatoren die einzelnen Elektroden des flachen Bildschirmes oder mit diesen Elektroden elektrisch verbundene, getrennte Elemente sein.
Dabei können weiterhin die unteren Kondensatorplatten Jeder Reihe miteinander elektrisch leitend verbunden sein, wodurch die Anzahl der äußeren Masseanschlüsse vermindert wirde
Die Erfindung hat demgemäß auch ein Verfahren zur Herstellung eines Transistorfeldes zum Gegenstand, das darin besteht, daß man ein isolierendes Substrat auf einer Seite mit einer dünnen Schicht aus monokristallinem Silizium versieht, dann aus der Siliziumschicht durch Ätzen ausgewählte Abschnitte nach einem solchen Muster entfernt, daß eine Vielzahl körperlich und elektrisch getrennter vertikaler Reihen entsteht, von denen jede eine Vielzahl Transistorflächen und eine die Transistorflächen verbindende Drainleitung umfaßt, und anschließend nacheinander in den Transistorflächen Gatezonen bildet, im wesentlichen über dem gesamten Silizium eine Isolierschicht erzeugt, eine Stelle über der Drainzone ^jedes Transistors freilegt und endlich
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über der Anordnung eine leitende Schicht erzeugt, die aus einer Vielzahl horizontaler Gateleitungen und damit verbundener Gate-Elektroden, von denen sich jede über der Gatezone des zugeordneten Transistors befindet, sowie einer Vielzahl von Plättchen besteht, von denen jedes einem der Transistoren zugeordnet ist und mit der freigelegten Stelle des Transistors in elektrisch leitender Berührung steht.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Transistorfeld sich mit einem Minimum an Arbeitsgängen herstellen läßt und trotzdem bedeutend verbesserte elektrische Eigenschaften aufweist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen
Fig. 1 das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Ansteuerung begrenzter Flächenabschnitte eines Flüssigkristall-Bildschirms,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines Transistorfeldes nach der Erfindung, von dem ausgewählte Abschnitte der obersten Schichten entfernt worden sind,
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Fig. 3, 4, 5 und 6 Schnitte durch ein Transintorfeld
in verschiedenen Stadien der Herstellung, die etwa einem Schnitt längs der Linie A-A in Fig«, -2 entsprechen, und
Fig. 7 einen Querschnitt längs der Linie A-A durch das vollendete Transistorfeld nach Fig. 2.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung uiafaßt eine Anzahl Gateleitungen 1a, 1b, 1c usw., die jeweils einen äußeren Anschluß 2a, 2b, 2c usw. aufweisen. Außerdem ist eine Anzahl vertikaler Drainleitungen 3ai 3*> usw. vorhanden, die jeweils mit einen Anschluß 4a, 4b usw. versehen sind. Mit jedem speziellen Paar von Gate- und Drainleitungen, beispielsweise den Leitungen 2a und 4a, ist ein Steuertransistor 5aa und ein Kondensator 6aa verbunden, wobei die Gateleitung 1a mit der Gate-Elektrode 7aa und die Drainleitung mit der Drainzone 8aa des Transistors 5aa verbunden ist. Der Kondensator 6aa hat den Zweck, Video- oder andere oignalinforiaationen während der Zeit zu speichern, während der sich der Steuertransistor 5aa in seinem nichtleitenden Sustand befindet, so daß eine geeignete Spannung ständig an den benachbarten Bereich des Flüssigkristalls LC angelegt wird. Eine Platte des Kondensators 6aa ist mit der Source-Zone 9a des Transistors 5aa verbunden, während die andere Platte mit einer Masseleitung 10a verbunden ist, die in einem Masseanschluß 11a endet. Die LIasseleitung 10a ist außerdem mit den entsprechenden Platten
aller anderen Kondensatoren 61Da1 6ca usw. verbunden, die den Transistoren zugeordnet sind, welche durch die Drainleitung 4-a verbunden sind. Demgemäß sind auch weitere Masseleitungen 10b usw. vorhanden, jeweils eine für jede Drainleitung. Unter Verwendung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist es demnach möglich, einen Flüssigkristall, der sich in einem flachen Bildschirm befindet, zeilenweise abzutasten, indem geeignete Tastsignale nacheinander an die verschiedenen Gateleitungen 2a, 2b, 2c usw. angelegt werden, während eine Zeile einer Video- oder anderen Signalinformation den Drainleitungen 4-a, 4-b usw. aufgeprägt wird. Die Information wird von dem jeweiligen Steuertransistor übertragen und in dem zugeordneten Kondensator gespeichert, bsi die Leitung erneut abgetastet wird.
Der in Verbindung mit einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1 verwendete flache Flüssigkristall-Bildschirm kann einer von den Bildschirmen bekannter Art sein. Dazu gehört beispielsweise ein mit dynamischer Streuung arbeitender, reflektierender Bildschirm, bei dem die reflektierenden Elemente in den Bildschirm eingebaut sind und jedes solches Element als eine der Elektroden dient, die benötigt werden, um erlnen Stromfluß durch einen speziellen Bereich des Flüsaigkristalles zu leiten. Dieser Strom erzeugt eine Turbulenz in dem Flüssigkristall, die das Licht in Ausbreitungsrichtung streut, das aus der Umgebung
des Betrachters den Flüssigkristall durchdringt. Dieses gestreute Licht wird in einer vom Betrachter fortweisenden Sichtung, und zwar in den stromführenden Bereichen des Flüssigkristalls, von den Reflektoren reflektiert.
Eine andere mögliche Betriebsart ist eine dynamische Streuung im Transmissionsbetrieb, bei der die Lichtquelle sich auf der einen und der Beobachter auf der anderen Seite des flachen Bildschirmes befindet. Diese Betriebsart erfordert, daß der Bildschirm aus transparenten Elementen aufgebaut ist. Weiterhin sind -auch Bildschirme möglich, die von anderen elektro-optischen Effekten von Flüssigkristallen Gebrauch machen, wie beispielsweise einer Drehung der flüssigen Kristalle oder der Doppelbrechung. Beide Effekte erfordern die Anwendung geeigneter Polarisatoren, um die dem Flüssigkristall aufgeprägte Signalinformation für den Betrachter sichtbar zu machen.
Bei einer weiteren möglichen Betriebsart eines flachen Bildschirmes wird ein Speichereffekt ausgenutzt, der mit Mischungen von cholesterinischen und nematischen Flüssigkristallen erzielbar ist. Die Anwendung einer solchen Mischung ermöglicht die Erzeugung eines sichtbaren Bildes, das auch noch nach dem Aufheben des elektrischen Signales sichtbar bleibt. In einem solchen Fall werden die Speicherkondensatoren 6aa usw. nicht benötigt, sofern nicht das Arbeiten mit einer sehr hohen Abtastfrequenz beabsichtigt ist.
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Andere mögliche Abweichungen von der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, die ebenfalls im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung liegen, kann darin bestehen, die Kondensatoren 6aa usw... zwischen Gate-Elektrode und Source-Elektrode des zugeordneten Steuertransistors zu schalten, wie es die oben angegebene US-PS 3 824- 003 beschreibt, wodurch die Verwendung zusätzlicher Masseleitungen vermieden wird. Es wäre auch möglich, die Matrix nach Fig. 1 oder eine andere Steuertransistormatrix mit den erforderlichen Reihen- und Spalten-Treibern zu integrieren.
Die in Fig. 2 dargestellte Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform einer Transistormatrix läßt erkennen, daß auf einer Fläche eines isolierenden Substrats, das aus synthetischem Saphir oder einem anderen korund- oder spinellartigen Material bestehen kann, eine Vielzahl vertikaler Reihen 2Λ angeordnet ist, die aus Einkristall-Silizium bestehen. Jede dieser Reihen enthält eine Vielzahl Transistorbereiche 22, "sron denen wiederum jeder Bereich eine Gatezone 23, eine Sourcezone 24 und eine Drainzone 25 umfaßt. Die Drainzonen jeder Reihe sind durch eine Drainleitung 26 mitein-' ander verbunden, die mit den Transistorbereichen der Reihe einteilig ausgebildet ist. Weiterhin ist auf dem Substrat 20 eine Vielzahl vertikaler Reihen von unteren Kondensatorplatten 27 angeordnet, die aus den eigentlichen Plattenabschnitten 28 und Leitungsabschnitten
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zur Verbindung der verschiedenen unteren Kondensatorplatten dienen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Leitungen und die unteren Kondensatorplatten ebenfalls aus Einkristall-Silizium hergestellte Diese "Verbindung zu Masse kann auch eine Vielzahl von Leitungen umfassen, die zu einer äußeren Steuerschaltung führen, oder können bei der oben angeführten Abwandlung der" Schaltungsanordnung nach Fig. 1, die im einzelnen in der US-PS 3 824 003 beschrieben ist, aus einer Verbindung mit der Source- oder Gate-Elektrode des zugeordneten Steuertransistors bestehen, wodurch die Notwendigkeit für eine besondere Masseverbindung entfällt.
An dieser Stelle erscheint es zweckmäßig darauf hinzuweisen, daß Pig. 2 nicht maßstäblich dargestellt ist, sondern die Größe gewisser Schaltungselemente im Interesse einer klaren Darstellung bedeutend übertrieben wurde. Insbesondere sei erwähnt, daß es zweckmäßig sein kann, die unteren Kondensatorplatten 28 sehr viel größer zu machen als dargestellt, um die Kapazität des Kondensators 6 nach Fig. 1 möglichst groß zu machen, während die Steuertransistoren 22 im Vergleich dazu bei weitem nicht so groß zu sein brauchen. In diesem Fall und unter der Annahme, daß ein Transmissionsbetrieb erwünscht ist;, sollten die unteren Elektroden 28 aus einem durchsichtigen Material hergestellt werden, so daß die Lichtdurchlässigkeit des Substrats 20 ausgenutzt werden kann. Ein geeignetes durchsichtiges
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leitendes Material zur Herstellung der unteren Platten 28 und der Leitungen 29 ist beispielsweise Zinnoxid.
Über dem"Einkristall-Silizium der vertikalen Reihen und 27 befindet sich eine Schicht 30 aus einem geeigneten Isolator wie beispielsweise Siliziumdioxid. Diese isolierende Schicht 30 dient im !Fall der Transistorbereiche 22 zur Isolierung der Gate-Elektrode 31 von der Gatezone 23 und der Gate-Leitung 32 von der Masseleitung 29und ermöglicht auf diese Weise die Herstellung der leldeffekttransistorreihen. Sie dient auch zur Isolierung der unteren Kondensatorplatten von den oberen Kondensatorplatten 33» von denen in Fig. 2 im Interesse der Übersichtlichkeit nur zwei dargestellt sind, und ermöglicht so die Ausbildung einer Kapazität zwischen den unteren und oberen Platten. Obwohl diese Isolierschicht 30 nur über den Einkristall-Reihen 21 und 27 dargestellt ist, versteht es sich, daß diese Schicht die gesamte Anordnung bedecken könnte, einschließlich der freiliegenden Abschnitte des isolierenden Substrats 20.. Über den Drainzonen 24 sind in der isolierenden Schicht 30 Löcher 34 vorgesehen, durch die hindurch das Metall oder ein anderes leitendes Material der oberen Platte 33 mit der zugeordneten Drainzone in einen galvanischen Kontakt treten kann. Das gesamte Transistorfeld kann dann mit einer Isolierschicht 35 bedeckt werden, die beispielsweise aus Siliziumdioxid besteht und dazu dient,
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die Halbleiter, Kondensatoren und zugeordneten Elektroden zu schützen. Auf dieser oberen Isolierschicht befinden sich geeignete reflektierende oder transparente Elektroden 36, die im ersten Fall aus Chrom und im zweiten Fall aus Zinnoxid bestehen können und die dazu dienen, den Flüssigkristall beispielsweise zu einer dynamischen Streuung anzuregen* In Fig. 2 ist nur eine solche Elektrode dargestellt, jedoch ist in einer tatsächlichen Anordnung eine solche Elektrode für jeden Kondensator 6 vorhanden (siehe Fig. 1). Die Elektroden 36 sind mit den oberen Platten über eine Öffnung 37 in' der oberen Isolierschicht verbunden.
Im folgenden wird die Herstellung eines solchen Transistorfeldes anhand der Fig. 3 bis 7 näher erläutert.
Saphirsubstrate in Form von Scheiben, die auf einer Seite mit einer dünnen Schicht aus Einkristall-Silizium versehen sind, sind im Handel erhältlich. Solche Substrat-Silizium-Scheiben können auch nach den Lehren der verschiedenen, oben genannten Patentschriften hergestellt werden, die sich mit der SOS-Technik befassen. Unter Anwendung üblicher Ätztechniken kann das Iluster der vertikalen Keinen, die aus Drainleitungen und Steuertransistorbereichen bzw. aus unteren Koiidensatorplatten und Masseleitungen bestehen, hergestellt werden, so daß die in Fig. 3 im Querschnitt dargestellte Struktur erzielt wird. Die Gatezone 23 wird mit Hilfe einer Kaske und einer geeigneten Dotierungstechnik hergestellt»
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Beispielsweise ist es möglich, von einem N-Silizium auszugehen und mit Hilfe einer Borabscheidung das gesamte Silizium, mit Ausnahme der genannten Gatezonen, in P-Silizium umzuwandeln, so daß PNP-FeIdeffekttransistoren sowie leitende Drainleitungen, untere Elektrodenplatten und Masseleitungen erhalten werden. Es wurde festgestellt, daß ein Flächenwiderstand von weniger als 50 Ohm mit Hilfe eines solchen Verfahrens erzielbar ist und zu einer brauchbaren Anordnung führt.
Fig. 4 zeigt, daß nach dem Entfernen der Gate-Maske auf das Einkristall-Silizium eine Isolierschicht 30 aufgebracht werden kann, die zur Isolierung der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 5 und der Platten des Kondensators 6 (Fig. 1) dient.
Wie Fig. 5 zeigt, besteht der nächste Schritt darin, in die als Gate-Isolierschicht dienende Oxidschicht über der Sourcezone 24 des Transistorbereiches 22 ein Loch 34- zu ätzen, damit die Herstellung eines elektrischen Kontaktes zur Sourcezone des Transistors möglich ist.
Fig. 6 zeigt, daß der nächste Schritt in der Bildung eines geeigneten Leitermusteis zur Bildung der Gate-Elektrode 31» der Gate-Leitung 32 sowie der oberen Kondensatorplatte 33 besteht. Wenn eine Bilddarstellung
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im Ileflexionsbetrieb beabsichtigt ist, können diese Leiter beispielsweise aus Aluminium bestehen, das auf die gesamte Oberfläche, der Scheibe aufgebracht und dann in geeigneter Weisp geätzt wird» um. das. gewünschte Rüster zu bilden. Es sei bemerkt, daß sich die. obere Kondensatorplatte 33. über das Loch 3^· erstreckt und dadurch einen galvanischen Kontakt zur Source-Zone 24- herstellt. Es versteht sich, daß es auch möglich wäre, diese Leiter aus einem durchsichtigen Material herzustellen, wie beispielsweise Zinnoxid. ■ ■. ,......
In diesem Stadium des Verfahrens sind alle erforderlichen Komponenten der Schaltungsanordnung nach Fig. vorhanden, ausgenommen das Flüssigkristall-Material selbst und die damit Kontakt machenden Elektroden. Eine Möglichkeit der Benutzung der so gebildeten Matrix bestünde in einem auf Feldwirkung beruhenden oder Wechselstrom-Betrieb, bei dem kein unmittelbarer elektrischer Kontakt zwischen der oberen Platte 33 und dem Flüssigkristall erforderlich ist. In diesem Fall wäre es möglich, die gesamte Anordnung nach Fig.. mit einer Glasschicht zu überziehen. Für das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel wird jedoch ein Reflexionsbetrieb mit dynamischer Streuung angenommen»
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Wie aus Fig. 7 ersichtlich., bedeckt die Glasschicht 35 den gesamten Transistorbereich 22 und die anderen aktiven Schaltungselemente und gibt diesen Elementen Schutz. Es ist jedoch' eine öffnung 37 in dieser Schutzschicht vorgesehen, so daß eine Elektrode 36 gebildet werden kann, die in unmittelbare'm Kontakt mit dem Flüssigkristall gebracht werden kann und auch mit der oberen Platte 33 in Berührung steht. Seibot wenn die ioiordnung nicht für eine Betriebsart mit dynamischer Streuung bestimmt ist, 13t dieser Aufbau zu bevorzugen, weil er die Anwendung von großflächigen Elektroden 36 ermöglicht, die nicht nur im wesentlichen den gesamten Kondensator 6, der aus der unteren Platte 28, der isolierenden Schicht 30 und der oberen Platte 33 besteht, sondern auch einen großen Teil der übrigen Fläche der Scheibe bedeckt, einschließlich des Abschnittes über dem Transistorbereich 22.
Es ist demnach ersichtlich, daß eine Treibermatrix oder ein Transistorfeld für flache Flüssigkristall-Bildschirme unter Anwendung von Siliziumelementen auf Saphir-Substrat oder anderen ähnlichen Technologien erzeugt werden kann. Von den durch die Erfindung erzielten Vorteilen ist besonders hervorragend das fast völlige Fehlen eines Übersprechens zwischen den verschiedenen Elementen der Matrix. Dieser nicht unbeachtliche Fortschritt ist nicht nur das Ergebnis der Tatsache ^ daß das isolierende Substrat 20 das zu einer vertikalen Reihe gehörende Silizium von dem Silizium der anderen vertikalen Reihe isoliert und dadurch eine vollständige elektrische Isolierung
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zwischen den Reihen bewirkt, sondern beruht auch darauf, daß die Halbleiterbereiche der Anordnung eine äußerst kurze Lebensdauer der Ladungsträger haben, die in der Größenordnung von 1 ns liegt, und infolgedessen für vorhandenes Uingebungslicht relativ unempfindlich sind. Bei einem Flussigkristall-Bildschirm wird stets Licht benötigt, um das im Flüssigkristall erzeugte optische Bild sichtbar zu machen. Infolgedessen kann ein Projektionslicht hoher Intensität oder ein anderes helles Uragebungslicht benutzt werden. Es ist sogar möglich, die vorliegende Erfindung für die Konstruktion eines Bildschirmes zu verwenden, das im Transmissionsbetrieb arbeitet und demgemäß erfordert, daß keinerlei Schichten zur Lichtabschirmung in der Anordnung vorhanden sind.
Ein weiterer Vorteil des Aufbaus einer Transistormatrix für einen flachen Flüssigkristall-Bildschirm nach der Erfindung besteht darin, daß die Anwendung der Silizium-Saphir- oder einer anderen ähnlichen Technik zu einer sehr ebenen Anordnung -führt, weil bei den Herstellungsschritten nur sehr geringe oder' gar keine Wölbungen oder Krümmungen entstehen. Weiterhin werden relativ dünne Schichten benutzt. Die sehr ebene und dünne Ausbildung der Schichten führt zu einer Verminderung einer unerwünschten Diffusion des Umgebungslichtes bei Anwendung des Bildschirmes im Reflexionsbetrieb. Weiterhin wird hierdurch die Anwendung dünnerer Schichten des Flüssigkristalls und damit die Anwendung geringerer Spannungen möglich.
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Es sei auch erwähnt, daß es im Fall eines Transiaissionsbetriebes sehr einfach ist, die Erfindung für
eine Dreifarben-Darstellung auszunutzen. In diesem
Fall wäre es nur erforderlich, eine geeignete Anordnung von farbigen Punkten oder Streifen in Übereinstimmung mit den verschiedenen Elementen des
Transistorfeldes anzubringen, damit das übertragene Licht in geeigneter Weise gefiltert wird,, Dabei ist dann jedem Element eine bestimmte Farbe zugeordnet»
Das Transistorfeld nach der Erfindung kann auch bei elektro-optisehen Einrichtungen zur Bilddarstellung angewendet werden, die nicht von Flussigkristallen
Gebrauch machen.
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Claims (12)

  1. - 49 -
    Patentansprüche
    Transistorfeld zum Ansteuern eines spannungsempfindlichen optischen Mediums zum Zweck der Darstellung zweidimensionaler Bilder, dessen Transistoren in vertikalen Reihen auf einem isolierenden Substrat angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (20) aus einem Korund- oder Spinell-Einkristall und jeder Transistor (22) aus einer auf den Substrat (20) epitaxial gebildeten, Source-, Gate- und Drainzone enthaltenden Einkristall-Biliziumschicht besteht, daß für alle Transistoren (22) einer vertikalen Reihe jeweils eine Drainleitung (26) vorhanden ist, die mit allen Drainzonen der Transistoren (22) der zugeordneten vertikalen Reihe in elektrisch leitender Verbindung steht, daß im wesentlichen alle Gatezonen (25) mit einer isolierenden Schicht (30) bedeckt sind, auf der über jeder Gatezone eine Gate-Elektrode (31) angeordnet ist, und daß alle Gate-Elektroden (31)» die jeweils einem bestimmten Transistor (22) in jeder vertikalen Transistorreihe zugeordnet sind, durch eine von vielen horizontalen Gateleitungen (32) verbunden-sind, die mit den Gate-Elektroden (31) in elektrisch leitender Verbindung stehen.
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  2. 2. Transistorfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger (20) eine Vielzahl unterer Kondensatorplatten (28) aufgebracht ist, von denen je eine jedem Transistor (22) zugeordnet ist und die mit Hasse verbindbar sind, daß die die Gatezone (25) bedeckende isolierende Schicht (30) auch die unteren Kondensatorplatten (28) bedeckt und daß jeder unteren Kondensatorplatte (28) eine obere Kondensatorplatte (33) zugeordnet ist, v/elche wenigstens den größeren Teil der zugeordneten unteren Kondensatorplatte (28) überdeckt, von dieser unteren Kondensatorplatte durch die isolierende Schicht (30) getrennt ist und mit der Sourcezone (24) des zugeordneten Transistors in elektrisch leitender Verbindung steht.
  3. 3· Transistorfeld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drainleitungen (26) aus Einkristall-Silizium bestehen und jev/eils mit den Transistoren (22) einer vertikalen Reihe einstückig ausgebildet sind.- -
  4. 4·. Transistorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad^i?ch gekennzeichnet, daß jedem Transistor (26) ein reflektierendes"Metallplättchen (36) zugeordnet ist, das den Transistor (22) und ggf. die untere Kondensatorplatte (28) im wesentlichen vollständig überdeckt.
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  5. 5. Transistorfeld nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallplättchen (JG) mit der zugeordneten oberen Kondensatorplatte (33) über ein Kontaktloch (37) in elektrisch leitender Verbindung stoht, das sich in einer Hüllschicht: (35) befindet.
  6. 6. Transistorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatezone eine Zone mit einem zu den üource- und Drainzonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist und die entgegengesetzte Leitfähigkeit durch die Diffusion von Bor erzielt wurde.
  7. 7. Trannistorfeld nach einen der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der unteren Kondensatorplatten (28) mit Kasse eine Anzahl von Masseleitungen (29) vorgesehen ist,-die jeweils mit den den Transistoren (22) einer vertikalen Reihe zugeordneten unteren Kondensatorplatten (28) einstückig ausgebildet ist.
  8. 8. Transistorfeld nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die unteren, Kondensatorplatten (28) als auch die Masseleitungen (29) aus auf dem Substrat epitaxial gebildetem üinkristall-üilizium bestehen»
  9. 9. Transistorfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (20) aus einem cC -Aluminiumoxid-, liagneüiuraaluminat- oder Magnesiuiaaluminat-Spinell-iiinkristall besteht.
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  10. 10. Verfahren zur Herstellung eines Transistorfeldes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein isolierendes Substrat (20) auf einer Seite mit einer dünnen Schicht aus Einkristall-Silizium versieht, dann aus der Siliziumschicht durch Ätzen ausgewählte Abschnitte nach einem solchen Muster entfernt, daß eine Vielzahl körperlich und elektrisch getrennter vertikaler Reihen entsteht, von denen jede eine Vielzahl Transist.orflächen (22) und eine die Transistorflächen verbindende Drainleitung (26) umfaßt, und anschließend nacheinander in den Transistorflächen (22) Gatezonen (25) "bildet, im wesentlichen über dem gesamten Silizium eine Isolierschicht (30) erzeugt, eine Stelle (34-) über der Drainzone (24) jedes Transistors (22) freilegt und endlich über der Anordnung eine leitende Schicht erzeugt, die aus einer Vielzahl horizontaler Gateleitungen (32) und damit verbundener Gate-Elektroden (3i)i von denen sich jede über der Gatezone (25) des zugeordneten Transistors (22) befindet, sowie einer Vielzahl von Plättchen (33) besteht, von denen jedes einem der Transistoren (22) zugeordnet ist und mit der freigelegten Stelle (3^) cLes Transistors in elektrisch leitender Verbindung steht.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Atzen aus der Siliziumschicht außer den durch die Drainleitung (26) verbundenen TransiotorfIachen (22) auch eine Vielzahl den einzelnen
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    >' ■ - 23 -
    Transistorflächen zugeordnete untere Ilondensatorplatten (28) und die zu je einer senkrechten Reihe gehörenden Ivondensatorplatten verbindende Hasseleitungen (29) gebildet werden, die voneinander und von den Drainleitungen (26) mit den Transistorflächen (22) körperlich und elektrisch getrennt sind*
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hüllschicht (35) aufgebracht wird, welche die gesarate Anordnung mit -uusnahiae der mit den G-attzonen (24-) in leitender Verbindung stehenden Platten (33) bedeckt, und dann eine Vielzahl reflektierender Hetallplättchen (36) erzeugt wird, die mit den Platten (33) der zugeordneten Transistoren (22) in elektrisch leitender Verbindung stehen.
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