DE3239679A1 - THIN FILM TRANSISTOR - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Dünnfilm-Transistor TFT (im Folgenden als TF-Transistor bezeichnet), der sich dafür eignet, als nicht-lineares Element an jedes Bildelement einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (im Folgenden als LCD bezeichnet) des Matrix-Typs angepaßt zu werden, und im besonderen eine Struktur desselben, die optimale Bedingungen für den Aufbau eines Dünnfilm-Transistors unter Verwendung von Tellur als Halbleiter (im Folgenden als Te-TF-Transistor bezeichnet) schafft.The present invention generally relates to a thin film transistor TFT (hereinafter referred to as a TF transistor which is suitable for being applied as a non-linear element to each picture element of a liquid crystal display device (hereinafter referred to as LCD) of the matrix type, and in particular a structure thereof using optimal conditions for building a thin film transistor of tellurium as a semiconductor (hereinafter referred to as Te-TF transistor).
Zunächst werden der allgemeine Aufbau eines konventionellen TF-Transistors und das Verfahren zu dessen Herstellung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben, die ein Beispiel für eine Struktur des vorgenannten TF-Transistors zeigt.First, the general structure of a conventional TF transistor and the method for producing it will be described with reference to FIG. which shows an example of a structure of the aforementioned TF transistor.
In der Fig. 1 umfaßt der bekannte TF-Transistor im allgemeinen ein elektrisch isolierendes Substrat 11, eine
Gate-Elektrode 12, einen Gate-Isolierfilm 13 und einen Halbleiter-Film 14, die nacheinander auf das Substrat
11 aufgebracht sind, sowie eine Source-Elektrode 15 und eine Drain-Elektrode 16, die weiter auf das Substrat 11
aufgebracht sind und sich wie dargestellt einander gegenüber befinden.In Fig. 1, the known TF transistor generally comprises an electrically insulating substrate 11, a gate electrode 12, a gate insulating film 13 and a semiconductor film 14 which are successively applied to the substrate
11 are applied, as well as a source electrode 15 and a drain electrode 16, which are further applied to the substrate 11 and are located opposite one another as shown.
Für die Herstellung solcher herkömmlicher TF-Transistoren wie des im Vorstehenden beschriebenen können die gewöhnlichen Dünnfilm-Abscheidungsverfahren wie dasFor the manufacture of such conventional TF transistors as the one described above, the ordinary thin film deposition methods like that
Vakuum-Aufdampfverfahren, das Zerstäuben, das Ionenplattieren, das chemische Aufdampfen (CVD), das Plasmaunterstützte chemische Aufdampfen (plasma CVD) etc. eingesetzt werden.Vacuum evaporation, sputtering, ion plating, chemical vapor deposition (CVD), plasma-assisted chemical vapor deposition (plasma CVD) etc. can be used.
Inzwischen werden bei dem bekannten TF-Transistor der Fig. 1 solche Materialien wie Glasplatten, Keramikplatten oder dergleichen für das elektrisch isolierende Substrat 11, elektrisch leitende Materialien wie Metalle etc. für die Gate-Elektrode 12, elektrisch iso-Meanwhile, in the known TF transistor of FIG. 1, such materials as glass plates, ceramic plates or the like for the electrically insulating substrate 11, electrically conductive materials such as metals etc. for the gate electrode 12, electrically iso-
lierende Materialien wie Metalloxide, -nitride etc. für den Gate-Isolierfilm 13, Halbleiter-Materialien wie CdS, CdSe, PbS,.Te, Si etc. für den Halbleiter-Film 14 sowie elektrisch leitende Materialien wie Metalle etc. (vorzugsweise solche, die in Ohm'schem Kontakt mit demlating materials such as metal oxides, nitrides, etc. for the gate insulating film 13, semiconductor materials such as CdS, CdSe, PbS, Te, Si, etc. for the semiconductor film 14 as well as electrically conductive materials such as metals etc. (preferably those that are in ohmic contact with the
Halbleiter-Film 14 gehalten werden) für die Source-Elektrode 15 und die Drain-Elektrode 16 verwendet.Semiconductor film 14) for the source electrode 15 and the drain electrode 16 are used.
In dem Fall, in dem der TF-Transistor der oben beschriebenen
Bauart für den Multiplex-Betrieb einer LCD (Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung) eingesetzt wird,
ist es erforderlich, daß der TF-Transistor einen genügend großen Widerstand im Ausschaltzustand RQFF mit
einer daraus folgenden günstigen Trennfähigkeit besitzt, ebenso aber auch ein genügend großes Verhältnis
des Widerstandes im Ausschaltzustand R„_„ zu dem Wider-In the case where the TF transistor of the type described above is used for multiplexing an LCD (liquid crystal display device),
it is necessary that the TF transistor has a sufficiently large resistance in the switched-off state R QFF with a consequent favorable isolation capability, but also a sufficiently large ratio of the resistance in the switched-off state R "_" to the resistance
Ui E Ui E
stand im Einschaltzustand R (d.h. R /R) , so daß er während der Einschaltperiode einen hohen Drain-Strom IdnN und außerdem eine hohe Schalt-Geschwindigkeit liefert. was in the on-state R (ie R / R), so that it delivers a high drain current Id nN and also a high switching speed during the on-period.
Im Zusammenhang hiermit wurden seitens der Anmelderin
verschiedenartige Untersuchungen der Beziehungen zwi-In connection with this, the applicant
various studies of the relationships between
sehen der Filmdicke von Te (Tellur) für einen TF-Transistor,
bei dem Te als Material ■ des Halbleiter-Films verwendet wird, der Dicke des Gate-Isolierfilms sowie
verschiedenen elektrischen Eigenschaften, die für den
TF-Transistor gefordert werden, durchgeführt. Auf den
dabei erhaltenen Befunden beruht die vorliegende Erfindung.
See the film thickness of Te (tellurium) for a TF transistor using Te as the material of the semiconductor film, the thickness of the gate insulating film, and various electrical properties required for the
TF transistor are required. The present invention is based on the findings thereby obtained.
Dementsprechend ist ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Te-TF-Transistor verfügbar zuAccordingly, an essential object of the present invention is to provide a Te-TF transistor
machen, der der für den Multiplex-Betrieb einer LCD am besten geeignete ist und der insbesondere in bezug auf die Trennfähigkeit im Ausschaltzustand überlegen und befähigt ist, einen hohen Betriebsstom IdQN zu liefern, wobei er gleichzeitig ein günstiges Schaltverhaltenmake the one that is most suitable for the multiplex operation of an LCD and that is superior and capable of delivering a high operating current Id QN, in particular with regard to the separability in the switched-off state, while at the same time having a favorable switching behavior
zeigt.shows.
Ein anderes wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Te-TF-Transistor des im Vorstehenden beschriebenen
Typs verfügbar zu machen, der von einfacher Bauart und stabil hinsichtlich seines Funktionierens
mit hoher Betriebssicherheit ist und im großen Maßstab unter geringen Kosten hergestellt werden kann.Another important object of the present invention is to provide a Te-TF transistor of the type described above, which is simple in construction and stable in its operation
is highly reliable and can be manufactured on a large scale at low cost.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung eines Te-TF-Transistors des im Vorstehenden beschriebenen Typs aufgrund einfacher Arbeitsgänge verfügbar zu machen.Another object of the present invention is to provide a method for economically manufacturing a Te-TF transistor of the type described above due to simple operations.
Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Dünnfilm-Transistor verfügbar gemacht, der ein Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material, eine auf diesem SubstratTo achieve this and other objects, a thin-film transistor is used in accordance with a preferred embodiment made available of a substrate made of an electrically insulating material, one on this substrate
37396793739679
gebildete Gate-Elektrode aus Tantal, einen auf dieser Gate-Elektrode gebildeten Gate-Isolierfilm aus Tantaloxid mit einer Filmdicke, die größer ist als 50 nmgate electrode formed of tantalum, a gate insulating film of tantalum oxide formed on this gate electrode with a film thickness greater than 50 nm
O OO O
(500 A) und kleiner ist als 300 nm (3000 A), einen auf
diesem Gate-Isolierfilm gebildeten Halbleiter-Film aus
Tellur mit einer Filmdicke, die größer ist als 3 nm(500 A) and smaller than 300 nm (3000 A), one on
Tellurium semiconductor film formed on this gate insulating film and having a film thickness greater than 3 nm
O OO O
(30 A) und kleiner ist als 8 nm (80 A) , eine Source-Elektrode
und eine Drain-Elektrode, die weiterhin auf dem Substrat in solcher Weise gebildet sind, daß sie
teilweise die Gate-Elektrode und den Halbleiter-Film
bedecken, und weiterhin einen elektrisch isolierenden Film, der darauf in solcher Weise gebildet ist, daß
dadurch der Dünnfilm-Transistor vollständig bedeckt wird, umfaßt.(30 Å) and smaller than 8 nm (80 Å), a source electrode and a drain electrode which are further formed on the substrate in such a manner that they
partially covering the gate electrode and the semiconductor film, and further comprising an electrically insulating film formed thereon in such a manner as to completely cover the thin film transistor.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein verbesserter Te-TF-Transistor, der hinsichtlich verschiedener Betriebseigenschaften überlegen ist, in günstiger Weise durch eine einfache Bauart erhalten, bei dem im wesentlichenDue to the above-described arrangement according to the present invention, an improved Te-TF transistor, which is superior in terms of various operating properties, in a favorable manner get a simple design in which essentially
die den herkömmlichen Dünnfilm-Transistoren dieses Typs anhaftenden Nachteile beseitigt sind.those of the conventional thin film transistors of this type inherent disadvantages are eliminated.
Diese und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind der folgenden Beschreibung in Verbindung
mit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.These and other objects and features of the present invention are to be understood from the following description in connection with preferred embodiments of the invention and
with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau eines herkömmlichen TF-Transistors zeigt (der bereits beschrieben wurde).Fig. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional TF transistor (already used has been described).
Fig. 2 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau eines verbesserten TF-Transistors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.Fig. 2 is a cross-sectional view showing the construction of an improved TF transistor according to a preferred one Embodiment of the present invention shows.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Drain-Strom und der Dicke des Te-Films in einem Te-TF-Transistor zeigt, der mit einem elektrisch isolierenden Film überzogen ist.Fig. 3 is a graph showing the relationship between the drain current and the thickness of the Te film in a Te-TF transistor equipped with a electrically insulating film is coated.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Löcherbeweglichkeit von Te und der Te-Filmdicke zeigt.Fig. 4 is a graph showing the relationship between the hole mobility of Te and the Te film thickness shows.
In den Zeichnungen sind die betreffenden Teile durch Bezugszahlen bezeichnet.In the drawings, the parts concerned are denoted by reference numbers.
In der Fig. 2 ist ein verbesserter TF-Transistor T gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, der im allgemeinen ein Substrat 21 aus einem elektrisch isolierenden Material, eine auf diesem Substrat 21 abgeschiedene Gate-Elektrode 22, einen auf dieser Gate-Elektrode 22 gebildeten Gate-Isolierfilm 23, einen auf diesem Gate-Isolierfilm 23 weiterhin abgeschiedenen Halbleiter-Film 24, eine Source-Elektrode 25 und eine Drain-Elektrode 26, die auf dem Substrat 21 in solcher Weise vorhanden sind, daß sie einander an den Kanten des Gate-Isolierfilms 23 und der Gate-Elektrode 22 gegenüberstehen, und weiterhin einen elektrisch isolierenden Film 27, der auf den Elektroden 25 und 26 und dem Halbleiter-Film 24 zur Uberdeckung des TF-Transistors T aufgebracht ist, wie dargestellt ist.2 shows an improved TF transistor T according to a preferred embodiment of the present invention Invention shown, the generally a substrate 21 made of an electrically insulating material, a gate electrode 22 deposited on this substrate 21, a gate insulating film formed on this gate electrode 22 23, a semiconductor film 24 further deposited on this gate insulating film 23, a A source electrode 25 and a drain electrode 26 provided on the substrate 21 in such a manner that that they face each other at the edges of the gate insulating film 23 and the gate electrode 22, and further an electrically insulating film 27, which is on the electrodes 25 and 26 and the semiconductor film 24 for Covering the TF transistor T is applied, as shown.
Zur Herstellung des im Vorstehenden beschriebenen TF-Transistors T wird metallisches Tantal (im Folgenden als Ta bezeichnet) auf dem elektrisch isolierenden Substrat 21, das aus einer Glasplatte, Keramikplatte oderFor making the TF transistor described above T becomes metallic tantalum (hereinafter referred to as Ta) on the electrically insulating substrate 21, which consists of a glass plate, ceramic plate or
dergleichen besteht, in einer Dicke von 500 nm (5000 A) abgelagert, so daß die Gate-Elektrode 22 aus Ta gebildet wird. Anschließend wird die Gate-Elektrode 22 aus Ta einer Anodisierung unterworfen, so daß darauf ein Gate-Isolierfilm 23 aus Tantaloxid (Ta0O5) gebildetthe like is deposited to a thickness of 500 nm (5000 Å) so that the gate electrode 22 is formed of Ta. Subsequently, the gate electrode 22 made of Ta is subjected to anodization so that a gate insulating film 23 made of tantalum oxide (Ta 0 O 5 ) is formed thereon
wird. Die oben bezeichnete Anodisierung wird in einer wäßrigen Lösung von 3 % Ammoniumborat oder Ammoniumtartrat mit einr Bildungsspannung von 33 bis 200 V durchgeführt. In dem vorstehenden Fall wird festgesetzt, daß die Dicke des Gate-Isolierfilms 23 aus Ta0O1. im Bereich von 50 nm (500 A) bis 300 nm (3000 A) liegt.will. The anodizing described above is carried out in an aqueous solution of 3% ammonium borate or ammonium tartrate with a formation voltage of 33 to 200 V. In the above case, it is determined that the thickness of the gate insulating film 23 is made of Ta 0 O 1 . is in the range from 50 nm (500 Å) to 300 nm (3000 Å).
Anschließend wird auf den auf diese Weise gebildeten Gate-Isolierfilm 23 aus Ta-O1. Tellur (im Folgenden als Te bezeichnet) mit einer Filmdicke im Bereich von 3 nmThen, on the gate insulating film 23 formed in this way, made of Ta-O 1 . Tellurium (hereinafter referred to as Te) with a film thickness in the range of 3 nm
O OO O
(30 A) bis 8 nm (80 A) aufgelagert, wodurch der HaIbleiter-Film 24 gebildet wird. Für die Source-Elektrode 25 und die Drain-Elektrode 26 wird Nickel (Ni) mit(30 A) to 8 nm (80 A) deposited, creating the semiconductor film 24 is formed. For the source electrode 25 and the drain electrode 26, nickel (Ni) is used
einer Filmdicke im Bereich von 20 nm (20 0 A) bis 200 nma film thickness in the range of 20 nm (20 0 Å) to 200 nm
(2000 A) abgeschieden. Schließlich wird zur Bildung des elektrisch isolierenden Films 27 einer der Stoffe Aluminiumoxid (Al2O3), Siliciumnitrid (Si3N.) oder Tantaloxid (Ta0O1.) mit einer Filmdicke im I(2000 A) deposited. Finally, to form the electrically insulating film 27, one of the substances aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N.) or tantalum oxide (Ta 0 O 1. ) With a film thickness in the I.
ο Δ O ο Δ O oO
(50 A) bis 500 nm (5000 A) aufgebracht.(50 A) to 500 nm (5000 A) applied.
oxid (Ta0O1.) mit einer Filmdicke im Bereich von 5 nmoxide (Ta 0 O 1. ) with a film thickness in the range of 5 nm
In der vorliegenden Ausführungsform wird der TF-Transistor T mit dem Halbleiter-Film 24 -aus Te mit einerIn the present embodiment, the TF transistor T is made with the semiconductor film 24 made of Te with a
O OO O
Dicke im Bereich von 3 nm (30 A) bis 8 nm (80 A) und dem Gate-Isolierfilm 23 aus Ta0O1. mit einer Dicke imThickness in the range of 3 nm (30 Å) to 8 nm (80 Å) and the gate insulating film 23 made of Ta 0 O 1 . with a thickness im
O OO O
Bereich von 50 nm (500 A) bis 300 nm (3000 A) versehen und wird weiterhin darüber mit dem elektrisch isolierenden Film 27 beschichtet.Range from 50 nm (500 A) to 300 nm (3000 A) provided and is further coated with the electrically insulating film 27 thereover.
Im Folgenden werden die Wirkungen des Te-TF-Transistors T gemäß der vorliegenden Erfindung auf den Multiplex-Betrieb einer LCD unter Bezugnahme auf die Charakteristiken beschrieben, die für den genannten Te-TF-Transistor aufgrund von Versuchen der Anmelderin gefunden wurden.The following describes the effects of the Te-TF transistor T according to the present invention on the multiplex operation of an LCD will be described with reference to the characteristics common to said Te-TF transistor were found on the basis of attempts by the applicant.
Wenn ein TF-Transistor für den Multiplex-Betrieb einer LCD eingesetzt wird, wird es erforderlich, daß der Transistor einen genügend großen Widerstand im Ausschaltzustand R0-CtT1./ ein genügend großes Verhältnis des Widerstandes im Ausschaltzustand R~„„ zu dem WiderstandIf a TF transistor is used for the multiplex operation of an LCD, it is necessary that the transistor has a sufficiently large resistance in the switched-off state R 0 -CtT 1 ./ a sufficiently large ratio of the resistance in the switched-off state R ~ "" to the resistance
Ur rUr r
im Einschaltzustand R_,.T (d.h. R«.™/R1-.,.,) und außerdemin the switch-on state R_ ,. T (ie R «. ™ / R 1 -.,.,) And also
UN Uli UNUN Uli UN
eine hohe Schalt-Geschwindigkeit besitzt.has a high switching speed.
Zur Herstellung eines Te-TF-Transistor mit einem genügend großen Widerstand im Ausschaltzustand ROFF wird eine Verminderung der Dicke des Halbleiter-Films aus Te für wirksam gehalten. Als jedoch ein Te-TF-Transistor hergestellt wurde, dessen Te-Filmdicke weniger als 2 nmIn order to produce a Te-TF transistor with a sufficiently large resistance in the switched-off state R OFF , a reduction in the thickness of the semiconductor film made of Te is believed to be effective. However, when a Te-TF transistor whose Te film thickness was less than 2 nm was manufactured
(20 A) betrug, war der Drain-Strom während der Einschaltperiode in ausgeprägter Weise erniedrigt, und im
wesentlichen keinerlei Modulation des Drain-Stroms Id
wurde festgestellt. Es wird angenommen, daß dieses der Tatsache zuzuschreiben ist, daß während der Ablagerung
des Te-Films bei einer Filmdicke von weniger als 2 nm(20 A), the drain current was markedly decreased during the on-period, and there was substantially no modulation of the drain current Id
was ascertained. It is believed that this is attributable to the fact that during the deposition of the Te film with a film thickness of less than 2 nm
(20 A) die elektrische Kontinuität des Te in nicht gewünschter Weise verlorengeht. Dementsprechend kann die
Filmdicke des Te in der Stufe der Abscheidung nicht übermäßig verringert werden.(20 A) the electrical continuity of Te is undesirably lost. Accordingly, the
The film thickness of Te cannot be excessively decreased at the stage of deposition.
- ii -- ii -
Infolgedessen wurde zur Erhöhung des Widerstands im Ausschaltzustand R„,„ der Te-TF-Transistor mit Isolier-As a result, to increase the resistance in the switched-off state R "," the Te-TF transistor with isolating
Ur rUr r
stoffen wie A1„O_, Si-N., Ta-O' oder dergleichen beschichtet.
Aufgrund der Messungen des Drain-Stroms Id
im Einschaltzustand (Gate-Spannung Vg = -10 V) und des Drain-Stroms Id,___ im Ausschaltzustand (Gate-Spannungmaterials such as A1 "O_, Si-N., Ta-O" or the like coated. Based on the measurements of the drain current Id
in the switched-on state (gate voltage Vg = -10 V) and the drain current Id, ___ in the switched-off state (gate voltage
Ur rUr r
Vg = +5 V) an einem Te-TF-Transistor mit einem Te-FiImVg = +5 V) on a Te-TF transistor with a Te-FiIm
der Dicke 6 nm (60 A) und einem TaoOj--Film der Dickeof thickness 6 nm (60 Å) and a Ta o Oj film of thickness
ο Δ Ο ο Δ Ο
120 nm (1200 A) wurden für den mit Al„0_ beschichteten
Te-TF-Transistor Werte des Drain-Stroms Id 0N =
2,7 χ 10 A und des Drain-Stroms Id„™ = 6 χ 10 A120 nm (1200 Å) were used for the Al “0_ coated
Te-TF transistor values of the drain current Id 0N =
2.7 χ 10 A and the drain current Id „™ = 6 χ 10 A
Ur rUr r
und demgegenüber für den Te-TF-Transistor ohne jegliche Beschichtung Werte des Drain-Stroms IdQN = 4,0 χ 10 A und des Drain-Stroms Id-.™ = 1,8 χ 10~ A gefunden. Mitand, in contrast, for the Te-TF transistor without any coating, values of the drain current Id QN = 4.0 10 A and the drain current Id-. ™ = 1.8 χ 10 A were found. With
Ur rUr r
anderen Worten, bei dem mit Al2O- beschichteten Te-TF-Transistor wird der Drain-Strom Id__„ im Vergleich zuIn other words, in the case of the Te-TF transistor coated with Al 2 O, the drain current Id__ “compared to
Ur rUr r
dem Te-TF-Transistor ohne jegliche Beschichtung auf etwa 1/30 gesenkt, während die Werte des Drain-Stroms
IdnN beinahe keinen Unterschied zwischen den beiden
Te-TF-Transistoren zeigten.the Te-TF transistor is lowered to about 1/30 without any coating, while the values of the drain current Id nN are almost no difference between the two
Te-TF transistors showed.
Die vorstehenden Befunde lassen somit erkennen, daß das Beschichten des Te-TF-Transistors mit dem Isolierfilm als Mittel zur Erniedrigung des Drain-Stroms Ido„F von Te-TF-Transistoren wirksam ist. Dies wird der TatsacheThus, from the above findings, it can be seen that coating the Te-TF transistor with the insulating film is effective as a means of lowering the drain current Id o " F of Te-TF transistors. This becomes the fact
zugeschrieben, daß die Löcher, die in Te die Mehrzahl der Träger ausmachen, in dem überschichteten Isolierfilm gefangen werden und durch dessen positive Ladung eine Verarmungsschicht in dem Te-FiIm in der Nachbarschaft der Grenzfläche zu dem Isolierfilm hin gebildetascribed to the holes making up the majority of the carriers in Te in the overlaid insulating film are trapped and through its positive charge a depletion layer in the Te-FiIm in the neighborhood the interface with the insulating film
wird, so daß die elektrisch wirksame Filmdicke des Te-Films verringert wird. Insbesondere ist zu sehen, daß infolge der effektiven Verminderung der Te-Filmdickeso that the electrically effective film thickness of the Te film is decreased. In particular, it can be seen that due to the effective reduction in the Te film thickness
♦ · · S ■ ι > I 1♦ · · S ■ ι > I 1
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die Zahl der Löcher im Ausschaltzustand vermindert wird im Vergleich zu derjenigen im Zustand vor der Beschichtung mit dem isolierenden Film, woraus die Zunahme des Widerstandes im Ausschaltzustand ]*„„„ resultiert, undthe number of holes in the switched-off state is reduced compared with that in the state before the coating with the insulating film, from which the increase in resistance in the OFF state] * "" "results, and
Ur r da der Drain-Strom Ido„ beinahe keine Änderung zeigt, unabhängig von der An- oder Abwesenheit des Isolierfilm-Uberzugs, wird die Te-Filmdicke effektiv verringert, ohne daß die Löcherbeweglichkeit abnimmt. Darüber hinaus ergibt sich noch der weitere Vorteil, daß ein direkter Kontakt mit dem Flüssigkristall durch das Beschichten des Te-TF-Transistors mit dem isolierenden Film vermieden werden kann.For r because the drain current Id o "shows almost no change, regardless of the presence or absence of the insulating film-Uberzugs, the Te film thickness effectively reduced without the hole mobility decreases. In addition, there is still another advantage that direct contact with the liquid crystal can be avoided by coating the Te-TF transistor with the insulating film.
Die graphischen Darstellungen in den Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Charakteristiken von mit Isolierfilmen beschichteten Te-TF-Transistoren. Fig. 3 stellt die Beziehung zwischen dem Drain-Strom Id und der Dicke des Te-Films dar. Fig. 4 bezeichnet die Beziehung zwischen der Löcherbeweglichkeit und der Te-Filmdicke.The graphs in Figs. 3 and 4 show characteristics of coated with insulating films Te-TF transistors. Fig. 3 shows the relationship between the drain current Id and the thickness of the Te film Fig. 4 indicates the relationship between the hole mobility and the Te film thickness.
Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, wird der Drain-Strom Id_„„ des mit dem isolierenden Film beschichteten Te-TF-Transistors bei einer Te-Filmdicke im Bereich vonAs can be seen from Fig. 3, the drain current Id_ "" of the Te-TF transistor coated with the insulating film becomes with a Te film thickness in the range of
O OO O
3,5 nm (35 A) bis 5 nm (50 A) schnell verringert, und der Drain-Strom IdON wird ebenfalls schnell verringert bei einer Filmdicke im Bereich von 3 nm (30 A) bis 5 nm3.5 nm (35 A) to 5 nm (50 A) is rapidly decreased, and the drain current Id ON is also rapidly decreased with a film thickness in the range of 3 nm (30 A) to 5 nm
(50 A). Die oben erwähnte Verringerung des Drain-Stroms Id wird dahingehend verstanden, daß sie der Abnahme der Löcherbeweglichkeit entspricht, wie sie in der Fig. 4 dargestellt ist. Inzwischen steigt das Verhältnis(50 A). The above-mentioned decrease in the drain current Id is understood to correspond to the decrease corresponds to the mobility of the holes, as shown in FIG. The ratio is now increasing
ROFF/RON (d-h- 10ON710OFF^ SOWJe die D±Cke deS Te~ 0 Films auf weniger als 8 nm (80 A) vermindert wird. R OFF / R ON (d - h - 10 710 OFF ON ^ SOW J e, the D ± Cke te ~ 0 is decreased film to less than 8 nm (80 A).
Die Löcherbeweglichkeit ist es, die die Schalt-Geschwindigkeit des Te-TF-Transistors bestimmt, und je größer die Löcherbeweglichkeit ist, desto größer sind die Vorzüge im Hinblick auf bessere Ergebnisse.The hole mobility is what determines the switching speed of the Te-TF transistor, and the larger the hole mobility, the larger are the merits in terms of better results.
Aus der Fig. 4 wird deutlich, daß die Löcherbeweglichkeit mit der Verminderung der Te-Filmdicke abnimmt.From Fig. 4 it is clear that the hole mobility decreases with the decrease in the Te film thickness.
Daraus folgt, daß die Te-Filmdicke unterhalb eines bestimmten Wertes liegen muß wegen der Forderung, daß der Drain Strom IdQF klein sein soll bei einem großen Wert des Verhältnisses R^__/R,_.T, während gleichzeitig auf-It follows that the Te film thickness must be below a certain value because of the requirement that the drain current Id QF should be small with a large value of the ratio R ^ __ / R, _. T , while at the same time
Ur r UlNUr r UlN
grund der Bedingung, daß die Schalt-Geschwindigkeit groß sein muß (d.h. die Löcherbeweglichkeit groß ist) , die Te-Filmdicke oberhalb eines bestimmten Wertes liegen muß.due to the condition that the switching speed must be high (i.e. the hole mobility is high), the Te film thickness are above a certain value got to.
Wenn beispielsweise der Multiplex-Betrieb mit einem Arbeitsverhältnis (duty ratio) von 1/200 durchgeführt werden soll, ist ein Verhältnis des Widerstandes im Ausschaltzustand zu dem Widerstand im Einschaltzustand Rn /R von mindestens 200 erforderlich, und zu diesem Zweck muß, unter Bezug auf Fig. 3, die Te-FilmdickeIf, for example, the multiplex operation is to be carried out with a duty ratio of 1/200, a ratio of the resistance in the switched-off state to the resistance in the switched-on state R n / R of at least 200 is required, and for this purpose must, with reference on Fig. 3, the Te film thickness
O .O
unterhalb von 7 an (70 A) , vorzugsweise unterhalb vonbelow 7 to (70 A), preferably below from
6 ran (60 A), liegen.6 ran (60 A), lie.
Wenn nun der Multiplex-Betrieb mit einem Arbeitsverhältnis
von 1/200 mit einer auf 50 Hz festgesetzten
Bildfeld-Frequenz durchgeführt werden soll, muß die Grenzfrequenz (cut-off frequency) fc größer sein alsIf now the multiplex operation with a working ratio of 1/200 with a fixed at 50 Hz
Image field frequency is to be carried out, the cut-off frequency must be greater than fc
10 Hz, und aufgrund der Berechnung der Löcherbeweglichkeit
μ nach der Gleichung
μ = f . L2/(Vg - Vo)10 Hz, and based on the calculation of the hole mobility μ according to the equation
μ = f. L 2 / (Vg - Vo)
9 ·9 ·
- 14- 14
mit einer auf 0,01 cm festgelegten Kanallänge L und einer auf 0 V festgelegten Pinch-off-Spannung Vo unter dem Einschaltzustand (die Gate-Spannung Vg beträgt -10 V) ist es erforderlich, daß die Löcherbeweglichkeit bei 0,1 cm2/V . s liegt, und unter Bezug auf Fig. 4 mußwith a channel length L fixed to 0.01 cm and a pinch-off voltage Vo fixed to 0 V under the on-state (the gate voltage Vg is -10 V), it is necessary that the hole mobility be 0.1 cm 2 / V. s is, and referring to FIG
die Te-Filmdicke größer als 3 nm (30 A) , vorzugsweisethe Te film thickness greater than 3 nm (30 Å), preferably
größer als 4 nm (40 A), sein.greater than 4 nm (40 A).
Aus diesen Gründen sollte die Te-Filmdicke eines für den Multiplex-Betrieb einer LCD geeigneten Te-TF-Tran-For these reasons, the Te film thickness of a Te-TF tran-
sistors größer als 3 nm (30 A) und kleiner als 8 nmsistors larger than 3 nm (30 A) and smaller than 8 nm
(80 A) sein.(80 A).
Außerdem wurde bei den entsprechenden Untersuchungen gefunden, daß der optimale Bereich für die Dicke des Te-Films kaum von der Filmdicke des Gate-Isolierfilms 23 aus Ta2O5 abhängt.In addition, it has been found from the related investigations that the optimum range for the thickness of the Te film hardly depends on the film thickness of the gate insulating film 23 made of Ta 2 O 5.
Die optimale Dicke des Gate-Isolierfilms aus Ta3O1. ergibt sich folgendermaßen:The optimum thickness of the gate insulating film made of Ta 3 O 1 . results as follows:
Obwohl während des LCD-Betriebs der Ausschaltzustand vorzugsweise in der Nachbarschaft von Vg = 0 V festgesetzt werden sollte, hängt der Drain-Strom in der Nachbarschaft von Vg = 0 V von der Filmdicke des Ta^O1. ab und steigt mit wachsender Filmdicke des Ta9Oj. , und als diese Filmdicke 300 nm (3000 A) überstieg, wurde der Widerstand im Ausschaltzustand Ropp so außerordentlieh stark erniedrigt, daß der Film im wesentlichen nicht mehr praktisch einsetzbar war. Aus diesem Grunde muß die Filmdicke unterhalb von 300 nm (3000 A) liegen.Although the OFF state should preferably be set in the vicinity of Vg = 0 V during the LCD operation, the drain current in the vicinity of Vg = 0 V depends on the film thickness of the Ta ^ O 1 . and increases with increasing film thickness of the Ta 9 Oj. , and when this film thickness exceeded 300 nm (3000 Å), the turn-off resistance R opp was so extremely lowered that the film was essentially unusable. For this reason the film thickness must be below 300 nm (3000 Å).
fcifSAfcifSA
Andererseits wurde eine hinreichende Stehspannung des Ta3O5 nicht erreicht, wenn die Filmdicke nicht oberhalb von 50 nm (500 A) lag.On the other hand, a sufficient withstand voltage of the Ta 3 O 5 was not obtained if the film thickness was not more than 50 nm (500 Å).
Dementsprechend muß die Filmdicke des Gate-IsolierfilmsAccordingly, the film thickness of the gate insulating film must be
aus Ta0O1- größer als 50 nm (500 A) und kleiner als 300 nm (3000 A) sein.made of Ta 0 O 1 - larger than 50 nm (500 A) and smaller than 300 nm (3000 A).
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein verbesserter Te-TF-Transistor vorgestellt, der geeignet ist, als nichtlineares Element jedem Bildelement einer LCD hinzugefügt zu werden, der eine Te-Filmdicke, die größer alsAs is apparent from the foregoing description, according to the present invention, there is provided an improved Te-TF transistor which is suitable to be added as a non-linear element to each picture element of an LCD to become of a Te film thickness greater than
O OO O
3 nm (30 A) und kleiner als 8 nm (80 A) ist, und eine Dicke des Gate-Isolierfilms aus Ta0O,., die größer als 50 nm (500 A) und kleiner als 300 nm (3000 A) ist, besitzt und der weiterhin vollständig mit dem elektrisch isolierenden Film beschichtet ist.3 nm (30 Å) and smaller than 8 nm (80 Å), and a thickness of the gate insulating film made of Ta 0 O,. Which is larger than 50 nm (500 Å) and smaller than 300 nm (3000 Å) , and which is further fully coated with the electrically insulating film.
Der Te-TF-Transistor gemäß der vorliegenden Erfindung, der im Vorstehenden beschrieben wurde, ist mit verschiedenen
überlegenen Eigenschaften ausgestattet, die
ihn für den Multiplex-Betrieb einer LCD geeignet machen.The Te-TF transistor according to the present invention described above is endowed with various superior characteristics, such as
make it suitable for the multiplex operation of an LCD.
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Claims (6)
Material,a substrate (21) made of an electrically insulating
Material,
(22) aus Tantal,a gate electrode formed on this substrate (21)
(22) made of tantalum,
eine Source-Elektrode (25) und eine Drain-Elektrode(80 A),
a source electrode (25) and a drain electrode
Material,a substrate (21) made of an electrically insulating
Material,
(22) aus Tantal,a gate electrode formed on this substrate (21)
(22) made of tantalum,
darauf in solcher Weise gebildet ist, daß dadurch der Dünnfilm-Transistor vollständig bedeckt wird,further an electrically insulating film (27) which
is formed thereon in such a way as to completely cover the thin film transistor,
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