DE3315671C2 - Dünnfilmtransistor - Google Patents

Abstract

Bei einem Dünnfilmtransistor mit Sourcezone (10), Drainzone (11) und Kanalzone (9) sowie Sourceelektrode (15), Drainelektrode (16) und Gateelektrode (13) ist die Source elektrode (15) oder die Drainelektrode (16) soweit verlängert, daß sie die Kanalzone (9) überdeckt und hierdurch Eintritt von Licht in die Kanalzone (9) und die damit verbundene Erzeugung eines lichtinduzierten Stroms verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dünnfilmtransistor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

In der letzten Zeit ist die Technik der Ausbildung von Dünnfilmtransistoren (nachfolgend mit DFT abgekürzt) auf einem isolierenden Substrat näher untersucht worden. Diese Technik kann in vielen Bereichen angewendet werden, etwa bei dünnen Aktivmatrix-Anzeigetafeln mit billigen Isoliersubstraten, dreidimensionalen integrierten Schaltungen, bei denen aktive Elemente wie etwa Transistoren auf einer integrierten Halbleiterschaltung ausgebildet sind, billige Bildsensoren hoher Leistung, Speichern hoher Dichte und ähnlichen.

Die der Erfindung zugrundeliegenden Probleme sollen nachfolgend als Beispiel anhand von DFTs erläutert werden, die bei einer Aktivmatrix-Anzeigetafel eingesetzt sind. Es sei bcr hervorgehoben, daß die DFTs gemäß der Erfindung auch bei verschiedenen anderen Fällen als Aktivniairif-Anyeigeiafeln eingesetzt werden können.

Allgemein setzt sich eine Aktivmairix-Anzeigetafel, die DFTs verwendet, aus einem oberen transparenten Substrat, einem unteren transparenten Substrat, auf dem die DFTs ausgebildet sind, und einem zwischen den Substraten dicht eingeschlossenen Flüssigkristallmaterial zusammen. Flüssigkristall-Treiberelemente, denen Steuerelektroden zugeordnet sind, sind in der Matrix auf der DFT-Anordnung ausgebildet. Eine externe Adressierschaltung wählt je nach Anzeige einige der Treiberelemente aus. deren zugeordnete Steuerelektroden zur Anzeige bestimmter Buchstaben. Zahlen oder Bilder erregt werden.

F i g. 1 ist eine Darstellung der DFTs einschließenden Treiberelemente in einer Aktivmatrix-Anzeigetafel. Fig. la zeigt die Anordnung der Treiberelemente 2 in der Matrix auf einem unteren Substrat, auf dem die DFTs ausgebildet sind. Die Trciberelemente 2 sind in der Matrix innerhalb des Anzeigebereichs 1 vorgesehen. Daten- bzw. Anzeigesignale und Zeitsteuerungsbzw. Adressiersignale werden den Treiberelementen 2 über Spaltenleitungen 3 bzw. Zeilenleitungen 4 zugefühi"'. F i g. 1 b ist ein Schaltbild eines Treiberelements 2. Darin ist 5 ein DFT zum Schalten des Anzeigesignals. Ein Kondensator 6, der nicht unbedingt erforderlich ist, wenn die Kapazität der Flüssigkristallzelle 7 selbst ausreichend groß ist, dient als Signalspeicher. Die Fiüssigkristallzelle 7 enthält eine Steuerelektrode 7-1, die für jedes Treiberelement gesondert ausgebildet ist, sowie eine Gegenelektrode 7 — 2 am oberen transparenten Substrat.

F i g. 2 ist eine Querschnittsansicht, die den grundsätzlichen Aufbau eines herkömmlichen N-Kanal-DFTs auf einem Isoliersubstrat zeigt. Das Isoliersubstrat ist mit 8 bezeichnet und kann etwa aus Glas oder Quartz bestehen. 9 ist ein Halbleiterdünnfilm etwa aus polykristallinem Silicium. 10 ist eine Sourcezone, die durch Dotierung des Halbleiterdünnfilms mit Phosphor, Arsen oder ähnlichem erzeugt wurde. 11 ist eine Drainzone, die auf gleiche Weise wie die Sourcezone 10 erzeugt wurde. 12 ist ein Gateisolierfilm. 13 ist eine Gateelektrode. 14 ist ein Isolierfilm. 15 ist eine Sourceelektrode, 16 eine Drainelektrode. Wenn ein solcher DFT bei einer Aktivmatrix-Anzeigetafel eingesetzt wird, steuert er das Anlegen der Anzeigesignalspannung an die Flüssigkristallzelle 7 bzw. an deren Steuerelektrode 7—1. Damit eine leistungsstarke Anzeige erzielt wird, muß der DFT folgende Eigenschaften besitzen:

(1) Im leitenden Zustand des DFTs muß dieser ausreichenden Strom zur Aufladung eines Kondensators liefern.

(2) Der im Sperrzustand des DFTs durch diesen fließende Leck- oder Sperrstrom muß klein sein.

Die Forderung (1) äst für das Einschreiben eir.es Anzeigesignals in den Kondensator notwendig. Da die Überlegenheit der Flüssigkristallanzeige von dem Potential am Kondensator abhängt, muß in der jeweils zur Verfugung stehenden kurzen Zeit der Kondensator auf den Anzeigesignalwert aufgeladen werden. Der DFT muß also genug Strom liefern, damit in der sehr kurzen Zeit die erforderliche Ladung in den Kondensator eingebracht werden kann. Die Höhe dieses zum Einschreiben erforderlichen Stroms (nachfolgend als Durchlaßstrom bezeichnet) hängt von der Kapazität des Kondensators und der zum Einschreiben zur Verfugung stehenden Zeit ab. Der DFT muß so ausgebildet sein, daß er dem Kondensator diesen erforderlichen Durchlaßstrom liefert. Die Höhe des Durchlaßstroms durch den DFT hängt von vielen Faktoren wie dem Aufbau und dem Herstellungsverfahren eines DFTs, seiner Größe (Kanallänge und/oder Kanalbreite), der an Gate oder Drain angelegten Spannung etc. ab.

Die Forderung (2) betrifft eine Eigenschaft des DFTs, die notwendig ist, damit das in den Kondensator eingeschriebene Datensignal für eine lange Zeit gehalten werden kann. Grundsätzlich muß das in den Kondensator eingeschriebene Signal für eine Zeit gehalten werden, die erheblich länger als die Einschreibzeit ist. Die Kapazität des Kondensators ist gewöhnlich gering und beträgt annähernd 1 pF. Daher ist die im Kondensator gespeicherte Ladungsmenge so klein, daß sie von einem geringen Sperrstrom zwischen Source und Drain leicht beeinflußt wird. Wenn also durch den gesperrten DFT ein Sperrstrom (Leckstrom) fließt, nähert sich das Potential an der Drainelektrode des DFTs, an die der Kondensator angeschlossen ist, rasch demjenigen an der Sourceelektrode. Damit verändert sich das in den Kondensator eingeschriebene Signal. Die Verringerung des Sperrstroms zwischen Source und Drain ist daher von besonderem Interesse.

Wenn ein DFT mit Licht bestrahlt wird, nimmt die Ladungsträgerdichte in einer Anreicherungszone infolge des Lichts zu, während die Verarmungsschicht am PN-Übergang durch die vermehrten Ladungsträger schmäler wird. Als Folge davon nehmen sowohl der Durchlaßstrom als auch der Sperrstrom zu. Die Zunahme des Sperrstroms ist dabei besonders groß. Da diese lichtbedingte Zunahme in Proportion zur Beleuchtungsstärke steht, steigt der Sperrstrom umso mehr an, je heller die Umgebung wird. Es ist daher nachteilig, einen DR' als Schaltelement in einer Flüssigkristall-Anzeige-

vorrichtung einzusetzen. Während nämlich Flussigkrisiall-Anzeigevorrichtungen von der Helligkeit profitieren und einen besseren Kontrast und bessere Anzeigeeigenschaften bieten, verschlechtert ein DFT infolge des lichtbedingten Sperrstroms die Anzeigeleistung.

F i g. 3 zeigt grafisch Kennlinien eines DFTs mit dem Aufbau von F i g. 2, wie sie sich als Ergebnis von Experimenten der Anmelderin ergaben. Auf der Abszisse ist die Spannung Vcs zwischen Gate und Source, auf der Ordinate der Drainstrom /05 aufgetragen. Die Spannung Vds zwischen Drain und Source !ag konstant bei 4 V. Eine in ausgezogener Linie gezeichnete Kennlinie A zeigt den Verlauf des Drainstroms für den Fall ohne Lichtbestrahlung (Dunkelstrom), während eine gestrichelte Kennlinie B den Drainstrom für den Fall einer Beleuchtungsstärke von 10 0000 Ix wiedergibt. Wie aus F i g. 3 ersichtlich, nimmt der Durchlaßstrom durch die Lichtbestrahlung nur wenig zu, während der Sperrstrom stark ansteigt. Als Folge davon wird das Verhältnis von Durchlaßstrom zu Sperrstrom zu klein, um zufriedensteiiend zu sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, die geschilderten Probleme herkömmlicher DFTs zu vermeiden und einen DFT zu schaffen, dessen lichtinduzierter Strom verringert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der einen DFT enthaltender Flüssigkristall-Treiberelemente in einer Aktivmatrix-Anzeigetafel,

F i g. 2 einen Querschnitt des grundsätzlichen Aufbaus eines N-Kanal DFTs auf einem Isoliersubstrat, F i g. 3 Kennlinien des herkömmlichen DFTs,

F i g. 4 einen Querschnitt des Aufbaus eines DFTs gemäß der Erfindung und

F i g. 5 Kennlinien eines DFTs gemäß der Erfindung.

F i g. 4 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines DFTs gemäß der Erfindung. Die Bezugszahlen entsprechen denen von F i g. 2. Wie aus der Figur ersichtlich, ist die Kanalzone des DFTs völlig vom Licht abgeschirmt, da sie durch die verlängerte Sourceelektrode 15 überdeckt ist. Die Sourceelektrode 15 und die Drainelektrode 16 bestehen in diesem Fall aus Aluminium. Der Spalt 17 zwischen diesen beiden Elektroden, durch den Licht hindurchtreten kann, sollte möglichst schmal sein. Die Breite des Spalts 17 hängt vom Grad der Beherrschung der Musterungstechnik ab. In jedem Fall aber erzeugt durch den Spalt 17 eintretendes Licht Ladungsträger hauptsächlich in der Drainzone 11. die nicht zu einer Erhöhung des lichtinduzierten Stroms führen. Die Dichte des Dotierstoffs ist nämlich hier so hoch, daß die Lebensdauer der lichtinduzierten Ladungsträger gering und ihre Mobilität außerordentlich klein sind. Der in Fig.4 gezeigte Aufbau verhindert also die Erzeugung eines lichtinduzierten Stroms.

Die Erfindung kann auch dadurch ausgeführt werden, daß die Kanalzone mit der verlängerten Drainelektrode bedeckt wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß entweder die Sourcezone 10 oder die Drainzone 11 in ähnlicher Weise wie die Kanalzone von der Elektrode bedeckt ist, so daß Licht nur die jeweils andere Zone bestrphlt. Verglichen mit dem Fall, daß nur die Kanalzone mit einer lichtundurchlässigen Maske bedeckt ist, ergibt sich hierbei eine weitere Verringerung des lichtinduzierten Stroms. Ferner kann ein DFT gemäß der Erfindung ohne irgendeinen speziellen Herstellungsschntt geschaffen werden. Das heißt der DFT kenn auf gleiche Weise wie der herkömmliche ausschließlich durch Änderung der Mustergebung der Sourceelektrode oder der Drainelektrode hergestellt werden.

F i g. 5 zeigt Kennlinien des Transistors mit dem Aufbau von Fi g. 4. Diese Kennlinien sind das Ergebnis von Experimenten der Anmelderin. Die verschiedenen Parameter sind die gleichen wie bei den Kennlinien in F i g. 3. Die ausgezogene Kennlinie C zeigt den Drainstrom für den Fall keiner Lichtbestrahlung (das heißt den Dunkelstrom), während die gestrichelte Kennlinie Dden Drainstrom bei einer Beleuchtungsstärke von 10 000 Ix zeigt. Die Kennlinie Centspricht der Kennlinie A vor F i g. 3. Wie aus F i g. 5 erkennbar, ist der lichtinduzierte Strom klein, und der Sperrstrom steigt selbst bei einer hohen Beleuchtungsstärke von 10 000 Ix um nur IpA. Dieser geringe Anstieg des Sperrstroms beruht unvermeidlich auf dem Licht, das durch den Spalt zwischen Sourceelektrode und Drainelektrode dri·/...■■_ Durch die Erfindungwird somit ein verbesserter DF Γ σ scharten, durch dessen Aufbau der lichtinduzierte Strom erheblich verringert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dünnfilmtransistor auf einem isolierenden Substrat (8) mit einer Sourceelektrode (15), einer Drainelektrode (16) und einer Gateelektrode (13), dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Sourcelektrode (15) oder die Drainelektrode (16) so verlängert ist, daß sie die Kanalzone (9) zwischen Sourcezone (10) und Drainzone (11) des Transistors überdeckt