JP2022188384A - 薄膜トランジスタ、トランジスタアレイ、及び、センサ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】機械的な曲げひずみによる劣化を緩和する共に小型化することが可能な薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタ100は、絶縁基板10と、ゲート層11と、ゲート層11を覆う有機ゲート絶縁膜12と、有機ゲート絶縁膜12上に形成された無機ゲート絶縁膜13と、無機ゲート絶縁膜13上に形成されたチャネル層14と、チャネル層14上において互いに対向するように形成されたソース電極20及びドレイン電極30と、を備える。ソース電極20は、ドレイン電極30に対して凸曲線状の凸曲線21と、ドレイン電極30に対して凹曲線状の凹曲線22とを有する。ドレイン電極30は、ソース電極20に対して凸曲線状の凸曲線31と、ソース電極20に対して凹曲線状の凹曲線32とを有する。凸曲線21が凹曲線32に対向し、且つ、凸曲線31が凹曲線22に対向する。
【選択図】図1
【解決手段】薄膜トランジスタ100は、絶縁基板10と、ゲート層11と、ゲート層11を覆う有機ゲート絶縁膜12と、有機ゲート絶縁膜12上に形成された無機ゲート絶縁膜13と、無機ゲート絶縁膜13上に形成されたチャネル層14と、チャネル層14上において互いに対向するように形成されたソース電極20及びドレイン電極30と、を備える。ソース電極20は、ドレイン電極30に対して凸曲線状の凸曲線21と、ドレイン電極30に対して凹曲線状の凹曲線22とを有する。ドレイン電極30は、ソース電極20に対して凸曲線状の凸曲線31と、ソース電極20に対して凹曲線状の凹曲線32とを有する。凸曲線21が凹曲線32に対向し、且つ、凸曲線31が凹曲線22に対向する。
【選択図】図1
Description
本発明は、薄膜トランジスタ、トランジスタアレイ、及び、センサ装置に関する。本発明はより詳細には、有機高分子化合物によって構成された有機ゲート絶縁膜と、無機珪素化合物によって構成された無機ゲート絶縁膜との積層体をゲート絶縁層として備え、ソース・ドレイン電極形状を有する薄膜トランジスタに関する。
酸化物半導体は、新しい特性を持つ電子・光デバイスの実現に必要な材料である。特にZnOやInGaZnOなどの酸化物半導体材料は、薄膜トランジスタのチャネル層として用いた場合、a-Si(アモルファスシリコン)を凌駕する性能を示すことが明らかになっている。このため、酸化物半導体は、液晶パネルや有機ELパネルなどの駆動用背面板としての利用が試みられている。また、上記の酸化物半導体材料は、成膜条件を適切に制御することにより、成膜時又は成膜後の加熱なしや低温加熱により良好な半導体特性を得られることが知られている。このため、耐熱性の乏しい樹脂フィルムなどを基材とするフレキシブルデバイスの実現にも大きな期待が寄せられている。
特許文献1には、アモルファス酸化物半導体を用いた薄膜電界効果型トランジスタが開示されている。特許文献1に開示されている薄膜トランジスタでは、ゲート絶縁膜として、有機高分子化合物膜と無機珪素化合物膜とが設けられており、これにより、耐圧性と柔軟性とが付与されている。また、非特許文献1にも薄型トランジスタが開示されている。
Journal of The Electron Devices Society,Vol5,No.6,Nov 2017,pp.453-457
特許文献1等に示す従来の薄膜トランジスタは、例えば、図14及び図15に示すように、絶縁基板200、ゲート電極201、有機ゲート絶縁膜202、無機ゲート絶縁膜203、チャネル層204、ソース電極205a、及び、ドレイン電極205b(ソース・ドレイン層205)を備えて構成されている。チャネル層204は半導体層であり、例えば、アモルファス酸化物半導体からなる。この薄膜トランジスタは、例えば、ゲート電極201がソース電極205a及びドレイン電極205bよりも絶縁基板200側に位置するボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタである。このような薄膜トランジスタは、平面視した際に矩形形状を呈するソース電極205aと同じく矩形形状を呈するドレイン電極205bとが所定のチャネル長及びチャネル幅で対向するように形成されている。しかしながら、この薄膜トランジスタのソース電極205a及びドレイン電極205bは、直角も含む鋭角な電極部分を有しており、機械的な曲げひずみにより角部が剥離してしまい、電極性能が劣化してしまう虞がある。
また、図16及び図17に示すように、ソース電極及びドレイン電極から鋭角な電極部分を取り除く構成も考えられる。この構成では、中心付近に配設されたソース電極205aと、ソース電極205aの外周に接触し、ソース電極の外周を覆うよう配設された半導体層と、半導体層の外周に接触し、半導体層の外周を覆うよう配設されたドレイン電極205bを備え、ソース電極205aの外周とドレイン電極205bの内周とは互いが同心円となる部分を有する形状となっている(例えば、非特許文献1を参照)。即ち、ソース電極及びドレイン電極が円形状又は半円形状を呈するように形成されている。しかしながら、このような薄膜トランジスタでは、上述した薄膜トランジスタの劣化の抑制は可能であるが、チャネル幅に対応する長さを十分にするための円形形状を確保するために比較的広い領域が必要となり、十分な電流値を確保しつつ小型化することが困難である。
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、機械的な曲げひずみによる劣化を緩和する共に小型化することが可能な薄膜トランジスタ、トランジスタアレイ、及びセンサ装置を提供する。
本発明の一側面に係る薄膜トランジスタは、絶縁基板と、絶縁基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極を覆う有機ゲート絶縁膜と、有機ゲート絶縁膜上に形成された無機ゲート絶縁膜と、無機ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル層と、チャネル層上において互いに対向するように形成されたソース電極及びドレイン電極と、を備える。ソース電極は、ドレイン電極に対して凸曲線状の第1凸曲線と、ドレイン電極に対して凹曲線状の第1凹曲線とを有する。ドレイン電極は、ソース電極に対して凸曲線状の第2凸曲線と、ソース電極に対して凹曲線状の第2凹曲線とを有する。第1凸曲線が第2凹曲線に対向し、且つ、第2凸曲線が第1凹曲線に対向する。
この薄膜トランジスタでは、ソース電極が第1凸曲線及び第1凹曲線を含んで構成され、ドレイン電極が第2凸曲線及び第2凹曲線を含んで構成され、第1凸曲線が第2凹曲線に対向し、且つ、第2凸曲線が第1凹曲線に対向するようになっている。このような構成により、薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極の対向領域において、機械的な曲げひずみによる劣化が生じやすい鋭角等の角部領域が低減されている。また、薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極の対向領域において、凸曲線と凹曲線とが組み合わさる構成であるため、十分な長さのチャネル幅を容易に確保することができ、小型化を容易に図ることができる。よって、この薄膜トランジスタによれば、機械的な曲げひずみによる劣化を緩和する共に小型化することが可能となる。
上記の薄膜トランジスタにおいて、第1凸曲線は、直線を介して又は直接、第1凹曲線に連なっていることが好ましく、第2凸曲線は、直線を介して又は直接、第2凹曲線に連なっていることが好ましい。これにより、ソース電極及びドレイン電極のそれぞれにおいて、凸曲線部と凹曲線部とがスムーズに連なることになり、対向領域に鋭角な部分を設けないことをより確実に実施することが可能となる。よって、この薄膜トランジスタによれば、機械的な曲げひずみによる劣化をより確実に緩和することができる。
上記の薄膜トランジスタにおいて、ソース電極は、非対向領域である外側を画定する第1直線と第2直線とが交わる領域が曲線状になるように形成されていることが好ましく、ドレイン電極は、非対向領域である外側を画定する第3直線と第4直線とが交わる領域が曲線状になるように形成されていることが好ましい。これにより、ソース電極及びドレイン電極は、対向領域ではない非対向領域である外側外周においても機械的な曲げひずみによる劣化をより確実に緩和することができる。
上記の薄膜トランジスタにおいて、ソース電極は、第1凸曲線と同じ方向に突出すると共に第1凸曲線とは逆側において第1凹曲線に連なる第3凸曲線を有することが好ましく、ドレイン電極は、第2凸曲線と同じ方向に突出すると共に第2凸曲線とは逆側において第2凹曲線に連なる第4凸曲線を有することが好ましい。これにより、ソース電極とドレイン電極とが対向する領域を増やすことができ、ソース電極及びドレイン電極間のチャネル幅として十分な長さをより確実に確保することができる。よって、この薄膜トランジスタによれば、十分な電流値を容易に確保することができ、コンパクトなトランジスタ構成とすることができる。
上記の薄膜トランジスタにおいて、ソース電極及びドレイン電極の一方は、ソース電極及びドレイン電極の他方に対して凸曲線状の第5凸曲線を有してもよく、ソース電極及びドレイン電極の他方は、ソース電極及びドレイン電極の一方に対して凹曲線状の第5凹曲線を有してもよく、第5凸曲線が第5凹曲線に対向する。これにより、ソース電極とドレイン電極とが対向する領域を更に増やすことができ、ソース電極及びドレイン電極間のチャネル幅として十分な長さをより確実に確保することができる。よって、この薄膜トランジスタによれば、十分な電流値を容易に確保することができ、コンパクトなトランジスタ構成とすることができる。
上記の薄膜トランジスタにおいて、ソース電極及びドレイン電極の対向領域を含む電極全体の外形形状は、対向する方向である第1方向の第1長さと第1方向に直交する第2方向の第2長さとが同じであってもよく、第1長さが第2長さよりも長くてもよく、又は、第1長さが第2長さよりも短くてもよい。本実施形態に係る薄膜トランジスタの構成であれば、ソース電極及びドレイン電極の電極全体の外形形状を容易に多様な形態とすることができる。よって、後述するトランジスタアレイを構成する際に、より自由度の高い設計が可能となる。
上記の薄膜トランジスタにおいて、第1凸曲線、第1凹曲線、第2凸曲線、及び、第2凹曲線の少なくとも1つの曲線の曲率半径は、5μm以上であってもよい。これにより、機械的な曲げひずみによる劣化をより確実に緩和することができる。
本発明の別側面に係るトランジスタアレイは、上述した何れかの構成を有する薄膜トランジスタを複数備え、複数の薄膜トランジスタがアレイ状に配置されている。これにより、薄膜トランジスタの機械的な曲げひずみによる劣化をより確実に緩和する共に、トランジスタアレイを小型化することが可能となる。
上記のトランジスタアレイにおいて、複数の薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極の対向領域を含む電極全体の外形形状において対向方向である第1方向の第1長さが第1方向に直交する第2方向の第2長さよりも長い縦長トランジスタと、外形形状において第1長さが第2長さよりも短い横長トランジスタとを含んでもよく、縦長トランジスタと横長トランジスタとが交互に配置されていてもよい。これにより、このトランジスタアレイによれば、縦方向及び横方向で異なった検出をすることができる。
本発明の更に別側面に係るセンサ装置は、上述した何れかの構成を有するトランジスタアレイと、トランジスタアレイ上に設けられるセンサ部材と、を備える。これにより、薄膜トランジスタの機械的な曲げひずみによる劣化をより確実に緩和する共に、センサ装置を小型化することが可能となる。
本発明によれば、機械的な曲げひずみによる劣化を緩和する共に小型化することが可能な薄膜トランジスタ、トランジスタアレイ、及びセンサ装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ、トランジスタアレイ、及び、センサ装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を適宜省略する。図面の寸法及び寸法比率は、必ずしも実際の寸法及び寸法比率とは一致していない。なお、本発明は以下の記述により限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係るボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタを示す上面図である。図2は、図1に示す薄膜トランジスタのII-II線に沿った断面図であり、チャンネル長方向に沿った断面を示す。図1及び図2に示すように、薄膜トランジスタ100は、例えば、ボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタであり、絶縁基板10、ゲート層11、有機ゲート絶縁膜12、無機ゲート絶縁膜13、チャネル層14、及び、ソース・ドレイン層15を備える。なお、図2に示すように、ゲート層11とチャネル層14との間には有機ゲート絶縁膜12と無機ゲート絶縁膜13が形成されているが、有機ゲート絶縁膜12と無機ゲート絶縁膜13は薄膜トランジスタが形成された絶縁基板10上に一様に形成されているので図1においては図示していない。
図1は、第1実施形態に係るボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタを示す上面図である。図2は、図1に示す薄膜トランジスタのII-II線に沿った断面図であり、チャンネル長方向に沿った断面を示す。図1及び図2に示すように、薄膜トランジスタ100は、例えば、ボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタであり、絶縁基板10、ゲート層11、有機ゲート絶縁膜12、無機ゲート絶縁膜13、チャネル層14、及び、ソース・ドレイン層15を備える。なお、図2に示すように、ゲート層11とチャネル層14との間には有機ゲート絶縁膜12と無機ゲート絶縁膜13が形成されているが、有機ゲート絶縁膜12と無機ゲート絶縁膜13は薄膜トランジスタが形成された絶縁基板10上に一様に形成されているので図1においては図示していない。
絶縁基板10は、例えば可撓性の樹脂製基板であり、透明又は不透明に構成されている。絶縁基板10としては、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフェン、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、ポリイミド、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等からなる樹脂製基板や、SUS薄板等を使用することができる。但し、絶縁基板10は、これらの材料に限定されるわけではなく、他の材料からなる基板を用いてもよい。また、絶縁基板は可撓性を有していなくてもよい。
ゲート層11は、絶縁基板10上に形成される導体層であり、ゲート電極11aとゲート電極11aに繋がるゲート配線11bとを有する。ゲート電極11aとゲート配線11bとは、例えば一体に形成されている。ゲート層11は、インジウム(In)、アルミ(Al)、金(Au)、銀(Ag)、チタン(Ti)、銅(Cu)、モリブニオブ(MoNb)等の金属薄膜であってもよいし、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化カドミウム(CdO)、酸化インジウムカドミウム(CdIn2O4)、酸化カドミウムスズ(Cd2SnO4)、酸化亜鉛スズ(Zn2SnO4)等の酸化物材料であってもよい。また、ゲート層11は、前記の酸化物材料に不純物をドープしたものを用いてもよい。例えば、In2O3にスズ(Sn)やモリブデン(Mo)、チタン(Ti)をドープしたもの、SnO2にアンチモン(Sb)やフッ素(F)をドープしたもの、ZnOにインジウム、アルミニウム、ガリウム(Ga)をドープしたものなどを用いることができる。後述するソース・ドレイン層15を構成する材料は、ゲート層11と全て同じ材料でもあってもよいし、異なる材料であってもよい。
有機ゲート絶縁膜12は、ゲート層11を覆うように絶縁基板10及びゲート層11上に形成される絶縁層であり、無機ゲート絶縁膜13と共に、ゲート層11とチャネル層14との間の絶縁を行う。有機ゲート絶縁膜12を形成する有機絶縁材料としては、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリイミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アモルファスフッ素樹脂等のフッ素系樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーン樹脂などを例示することができ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも特にポリイミド、アクリル樹脂、フッ素系樹脂が好ましく用いられる。
有機ゲート絶縁膜12は、溶媒に溶解させた上記材料をゲート層11を覆うように絶縁基板10の表面に塗布した後に乾燥させ、必要に応じて、塗布された材料を加熱処理することにより、形成することができる。有機ゲート絶縁膜12を容易に形成することができる塗布法としては、スピンコーティング、スクリーン印刷等を用いることができる。乾燥した後に加熱処理する場合の加熱処理温度は例えば100℃~200℃であり、加熱時間は例えば15分~3時間程度とすることができる。
無機ゲート絶縁膜13は、有機ゲート絶縁膜12上に形成される絶縁層であり、有機ゲート絶縁膜12と共に、ゲート層11とチャネル層14との間の絶縁を行う。無機ゲート絶縁膜13は、例えば、シリコン及び酸素、または、シリコン及び窒素を主体とした無機材料から形成することができ、具体的には、酸化珪素や酸化窒素などを用いることができる。無機ゲート絶縁膜13は、レーザーアブレーション法、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、光CVD法、熱CVD法、ゾルゲル法などの方法を用いて形成することができる。なお、無機ゲート絶縁膜13は、有機ゲート絶縁膜12より薄く形成されていてもよい。
チャネル層14は、無機ゲート絶縁膜13上であってゲート層11上及びその周囲の領域に形成される半導体層であり、例えば、アモルファス酸化物半導体から構成されている。チャネル層14は、無機ゲート絶縁膜13側から積層された積層構造により構成されている。チャネル層14の材料となるアモルファス酸化物半導体としては、例えばInGaZnOを用いることができる。チャネル層4(活性層とも言う)は、物理的気相成長法(PVD:Physical Vapor Deposition)により成膜形成することができるが、良好なトランジスタ特性を得るために、DCスパッタ法、RFスパッタ法などのスパッタ法を採用することが好ましい。スパッタリングターゲットとしては、InGaZnO(1:1:1:4 at%)焼結体ターゲットが好ましい。
ソース・ドレイン層15は、チャネル層14上に形成された導体層であり、ソース配線16及びソース電極20と、ドレイン配線17及びドレイン電極30とを含んで構成される。ソース・ドレイン層15は、インジウム(In)、アルミ(Al)、金(Au)、銀(Ag)、チタン(Ti)、銅(Cu)、モリブニオブ(MoNb)等の金属薄膜であってもよいし、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化カドミウム(CdO)、酸化インジウムカドミウム(CdIn2O4)、酸化カドミウムスズ(Cd2SnO4)、酸化亜鉛スズ(Zn2SnO4)等の酸化物材料であってもよい。また、ソース・ドレイン層15は、前記の酸化物材料に不純物をドープしたものを用いてもよい。例えば、In2O3にスズ(Sn)やモリブデン(Mo)、チタン(Ti)をドープしたもの、SnO2にアンチモン(Sb)やフッ素(F)をドープしたもの、ZnOにインジウム、アルミニウム、ガリウム(Ga)をドープしたものなどである。ソース・ドレイン層15を構成する材料は、前述したゲート層11と全て同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。
ソース・ドレイン層15は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、又は、導電性ペーストを用いてスピンコート、ディップコート、スクリーン印刷、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、若しくは、インクジェットなどの方法で形成することができる。酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ等の透明導電性酸化物を使用する場合、ドーパントを混入させることで、ソース・ドレイン層15の透明導電膜の導電率を上げることが好ましい。例えば、酸化亜鉛ではガリウム、アルミニウム、ボロンなど、酸化スズではフッ素、アンチモンなど、酸化インジウムではスズ、亜鉛、チタン、セリウム、ハフニウム、ジルコニアなど混入させて、ソース・ドレイン層15の透明導電膜を縮退させることが好ましい。また、電極材料に酸化物半導体と同じ母材料を用い、ドーパント濃度だけを高くすることも、生産効率を高めえる観点からは好ましい。なお、ゲート層11も上記何れかの方法で作製することができる。
次に、図1を参照して、ソース・ドレイン層15のソース電極20及びドレイン電極30の平面方向の形状について説明する。平面方向は、図1に示すX方向及びY方向によって画定される面方向である。本実施形態に係る薄膜トランジスタ100では、ソース電極20及びドレイン電極30から、鋭角(直角を含む)形状の部分を取り除き、曲線又は直線から構成されるようにしている。
ソース電極20及びドレイン電極30は、チャネル層14上においてX方向(対向方向)に沿って互いに対向するように形成されている。ソース電極20は、平面視した場合、ドレイン電極30に対して凸曲線状の凸曲線21(第1凸曲線)、ドレイン電極30に対して凹曲線状の凹曲線22(第1凹曲線)、凸曲線23(第3凸曲線)、直線24(第1直線)、直線25(第2直線)、交点部26、直線27、及び、交点部28を有して構成されている。凸曲線21は、直線を介して又は直接に凹曲線22に連なっている。凸曲線23は、凸曲線21と同じ方向(X方向)に突出すると共に凸曲線21とはY方向の逆側において凹曲線22に連なっている。凸曲線23は、凸曲線21よりもドレイン配線17側に突出すると共に、内側においてドレイン電極30(直線37)と対向する。直線24は、凸曲線23に連なる直線部であり、交点部26を介して直線24とは直交する方向であるY方向に延びる直線25に連なっている。交点部26は、曲線状に形成されている。直線27は、凸曲線21と凹曲線22とは逆側において連なっており、交点部28を介して、X方向に延びるソース配線16と連なっている。交点部28は、交点部26と同様に、曲線状に形成されている。なお、凸曲線21、凹曲線22、凸曲線23、交点部26及び交点部28のR形状は、例えば曲率半径が5μm以上となっている。
ドレイン電極30は、平面視した場合、ソース電極20に対して凸曲線状の凸曲線31(第2凸曲線)、ソース電極20に対して凹曲線状の凹曲線32(第2凹曲線)、凸曲線33(第4凸曲線)、直線34(第3直線)、直線35(第4直線)、交点部36、直線37、及び、交点部38を有して構成されている。凸曲線31は、直線を介して又は直接に凹曲線32に連なっている。凸曲線33は、凸曲線31と同じ方向(X方向)に突出すると共に凸曲線31とはY方向で逆側において凹曲線32に連なっている。凸曲線33は、凸曲線31よりもソース配線16側に突出すると共に、内側においてソース電極20(直線27)と対向する。直線34は、凸曲線33に連なる直線部であり、交点部36を介して直線34とは直交する方向であるY方向に延びる直線35に連なっている。交点部36は、曲線状に形成されている。直線37は、凸曲線31と凹曲線32とは逆側において連なっており、交点部38を介して、X方向に延びるドレイン配線17と連なっている。交点部38は、交点部36と同様に、曲線状に形成されている。なお、凸曲線31、凹曲線32、凸曲線33、交点部36及び交点部38のR形状は、例えば曲率半径が5μm以上となっている。
ソース電極20及びドレイン電極30では、所定のチャネル長で、凸曲線21が凹曲線32に対向すると共に、凸曲線31が凹曲線22に対向し、略S字形状のチャネル幅を形成している。ソース電極20及びドレイン電極30では、更に、所定のチャネル長で、凸曲線23の内側領域と直線37とが対向すると共に、凸曲線33の内側領域と直線27とが対向し、チャネル幅を更に長くするように形成されている。このような構成により、ソース電極20及びドレイン電極30では、対向領域に2つの曲線部と2つの直接部とが設けられる。なお、ソース電極20及びドレイン電極30の対向領域を含む電極全体の外形形状は、対向する方向であるX方向(第1方向)の長さとX方向に直交するY方向(第2方向)の長さとが同じである。即ち、略正方形状を呈している。以上の構成により、ソース電極20及びドレイン電極30では、鋭い角をもつチャネルの特徴である応力集中等に対処することができ、機械的な曲げひずみの下の劣化(割れ)を緩和することができる。また、ソース電極20及びドレイン電極30の対向領域におけるチャネル長は、チャネル幅方向において(略S字形状に沿って)略同一の長さとなっている。これにより、良好な半導体特性を得られることができる。
次に、上述した薄膜トランジスタ1の製造方法の一例について、図3~図7を参照して、説明する。なお、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法は以下の方法に限定されるものではなく、必要に応じて、上述した材料や製造方法を適宜、適用することが可能である。
まず、図3の(a)に示すように、絶縁基板10として、ポリイミドから成る可撓性プラスチック基板を準備する。そして、絶縁基板10上にゲート層11として金属層111のMoNbを、無加熱スパッタ法により、Mo:Nb=90:10(at%)焼結体ターゲットを使用し、アルゴン(Ar)=45sccmのガス流量で1.0Paの圧力下に、200WのDC電源をターゲットに印加してスパッタ成膜を行う。これにより、金属層111として、膜厚90nm~110nm(例えば100nm)のMoNb膜が成膜形成される。
続いて、図3の(a)に示すように、レジスト121のOFPR800 15cp(東京応化工業製)を塗布する。そして、図3の(b)に示すように、所定の形状にパターニングしてレジスト121aとする。
続いて、図3の(c)に示すように、パターニングしたレジスト121aをマスクに用いて金属層111のMoNbをエッチングして、ゲート層11に対応する金属層111aを形成する。金属層111aを形成した後、レジスト121aを除去する(図4の(a)を参照)。
続いて、図4の(a)に示すようにゲート層11が形成されると、図4の(b)に示すように、絶縁基板10上およびゲート層11上に有機ゲート絶縁膜12を形成するための有機絶縁膜を形成する。有機絶縁膜を形成するには、まず、アクリル樹脂をスピンコート(730rpm/30秒間)により一様に塗布し、90℃で2分間の仮焼成(プリベーク)を行った後、露光及び現像により、所望のパターンを形成する。そして、200℃で1時間の本焼成により、厚さ1.00μmの有機ゲート絶縁膜12が形成される。
続いて、図4の(c)に示すように、無機ゲート絶縁膜13としてシリコン酸化膜を有機ゲート絶縁膜12上に形成する。シリコン酸化膜は、平行平板型のPECVD法を用いて、SiO2を基板温度200℃で例えば5nm~10nmの間で成膜することができる。この際に、SiH4/N2O=65/500SCCMをプロセスガスとして流した。圧力は200Paに保持し、13.56MHzの高周波を投入電力500Wでプラズマを励起させて成膜を行う。
続いて、図5の(a)に示すように、チャネル層14のアモルファス酸化物半導体膜114を無機ゲート絶縁膜13上に形成する。アモルファス酸化物半導体膜114として酸化物半導体InGaZnOを無加熱スパッタ法によりIn-Ga-Zn-O(1:1:1:4 at%)焼結体ターゲットを使用し、Ar/O2=50/0.2SCCMのガス流量で1.0Paの圧力下に、300WのRF電源をターゲットに印加してスパッタ成膜を行う。これにより、例えば、厚さ30nm~40nmのInGaZnO膜を成膜形成することができる。
続いて、図5の(b)に示すようにレジスト122のOFPR800 15cp(東京応化工業製)を塗布する。そして、図5の(c)に示すように、レジスト122をパターニングして、所定形状のレジスト122aとする。パターニングしたレジスト122aをマスクに用いてチャネル層14のアモルファス酸化物半導体膜114のエッチングを行う。これにより、図6の(a)に示すチャネル層14が形成される。チャネル層14が形成されると、レジスト122aは除去される(図6の(b)を参照)。
続いて、図6の(c)に示すように、ソース・ドレイン層15用の金属層115のMoNbを無加熱スパッタ法により、シャドウマスクを用いて、Mo:Nb=90:10(at%)焼結体ターゲットを使用し、Ar=45SCCMのガス流量で1.0Paの圧力下に、200WのDC電源をターゲットに印加してスパッタ成膜を行う。このスパッタ成膜により、例えば、厚さ90nm~110nmのMoNb膜が成膜形成される。そして、金属層115の上に、レジスト123のOFPR800 15cp(東京応化工業製)を塗布する。
続いて、図7の(a)に示すように、金属層115上のレジスト123をパターニングして、パターニングされたレジスト123aとする。そして、パターニングしたレジスト123aをマスクに用いて、図7の(b)に示すように、金属層115のエッチングを行ってソース・ドレイン層15を形成する。この金属層115のエッチングにより、図1に示すような平面構成、即ち、ソース・ドレイン層15の対向するチャネル幅方向の2つ以上の曲線部と直線部を含む形状に形成する。その後、図7の(c)に示すように、レジスト123aを除去し、さらに、150℃のアニールを行う。以上により、図1及び図2に示す薄膜トランジスタ100が完成する。
ここで、本実施形態に係る薄膜トランジスタ100による作用効果について説明する。まず、比較例となる図14及び図15に示す薄膜トランジスタについて説明する。図14は、従来の薄膜トランジスタを示す上面図である。図15は、図14に示す従来の薄膜トランジスタのチャネル長方向に沿った断面図である。この比較例1にかかる薄膜トランジスタが第1実施形態にかかる薄膜トランジスタと異なる点は、一対のソース・ドレイン電極であるソース電極205a及びドレイン電極205bの対向するチャネル幅方向が直線である点である。この比較例1にかかる薄膜トランジスタでは、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100と比較して、チャネル幅が短くなるため電流値が不足し、同じ電流値を確保するには、比較例1にかかる薄膜トランジスタを第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100よりも大きくする必要がある。
また、別の比較例となる図16に示す薄膜トランジスタについて説明する。図16は、従来の薄膜トランジスタの別の形態を示す上面図である。比較例2にかかる薄膜トランジスタが第1実施形態にかかる薄膜トランジスタと異なる点は、一対のソース・ドレイン電極であるソース電極205a及びドレイン電極205bの対向するチャネル幅方向が円である点である。したがって、比較例2にかかる薄膜トランジスタにおいても第1実施形態にかかる薄膜トランジスタと比較して、チャネル幅が短くなるため電流値が不足し、同じ電流値を確保するには、比較例2にかかる薄膜トランジスタを第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100よりも大きくする必要がある。
また、更に別の比較例となる図17に示す薄膜トランジスタについて説明する。図17は、従来の薄膜トランジスタの更に別の形態を示す上面図である。比較例3にかかる薄膜トランジスタが第1実施形態にかかる薄膜トランジスタと異なる点は、一対のソース・ドレイン電極であるソース・ドレイン電極の対向するチャネル幅方向がU字形状である点である。したがって、比較例3にかかる薄膜トランジスタにおいても第1実施形態にかかる薄膜トランジスタと比較して、チャネル幅が短くなるため電流値が不足し、同じ電流値を確保するには、比較例3にかかる薄膜トランジスタを第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100よりも大きくする必要がある。
これに対し、本実施形態に係る薄膜トランジスタ100では、図1に示すように、ソース電極20及びドレイン電極30が異なる方向に突出する曲線部を有するように構成されており、同様の外形面積の領域において、チャネル幅を容易に長くすることができ、これにより、電流値が不足しないようにし、小型化を図ることができる。また、本実施形態に係る薄膜トランジスタ100では、ソース電極20が凸曲線21及び凹曲線22を含んで構成され、ドレイン電極30が凸曲線31及び凹曲線32を含んで構成され、凸曲線21が凹曲線32に対向し、且つ、凸曲線31が凹曲線22に対向するようになっている。このような構成により、薄膜トランジスタ100のソース電極20及びドレイン電極30の対向領域において、機械的な曲げひずみによる劣化が生じやすい鋭角等の角部領域が低減されている。よって、薄膜トランジスタ100によれば、機械的な曲げひずみによる劣化を緩和する共に小型化することが可能となる。
本実施形態に係る薄膜トランジスタ100では、凸曲線21は、直線を介して又は直接に凹曲線22に連なっており、凸曲線31は、直線を介して又は直接に凹曲線32に連なっている。このため、ソース電極20及びドレイン電極30のそれぞれにおいて凸曲線部と凹曲線部とがスムーズに連なることになり、対向領域に鋭角な部分を設けないことをより確実に実施することが可能となる。よって、薄膜トランジスタ100によれば、機械的な曲げひずみによる劣化をより確実に緩和することができる。
本実施形態に係る薄膜トランジスタ100では、ソース電極20は、非対向領域である外側を画定する直線24と直線25とが交わる交点部26が曲線状になるように形成されている。また、ドレイン電極30は、非対向領域である外側を画定する直線34と直接35とが交わる交点部36が曲線状になるように形成されている。このため、ソース電極20及びドレイン電極30は、対向領域ではない非対向領域である外側外周においても機械的な曲げひずみによる劣化をより確実に緩和することができる。
本実施形態に係る薄膜トランジスタ100では、ソース電極20は、凸曲線21と同じX方向に突出すると共に凸曲線21とは逆側において凹曲線22に連なる凸曲線23を有している。また、ドレイン電極30は、凸曲線31と同じX方向に突出すると共に凸曲線31とは逆側において凹曲線32に連なる凸曲線33を有している。このため、ソース電極20とドレイン電極30とが対向する領域を増やすことができ、ソース電極20及びドレイン電極30間のチャネル幅として十分な長さをより確実に確保することができる。よって、薄膜トランジスタ100によれば、十分な電流値を容易に確保することができ、コンパクトなトランジスタ構成とすることができる。
本実施形態に係る薄膜トランジスタ100では、凸曲線21、凹曲線22、凸曲線31、及び、凹曲線32の曲率半径は、5μm以上であってもよい。また、交点部26、交点部28、交点部36及び交点部38の曲率半径も5μm以上であってもよい。これにより、機械的な曲げひずみによる劣化をより確実に緩和することができる。なお、図8に示す変形例のように、薄膜トランジスタ100Aのソース電極20Aの外側の交点部26A及びドレイン電極30Aの外側の交点部36Aの曲率半径を更に大きくして、よりなだらかな形状としてもよい。この変形例の構成では、交点部26A及び交点部36Aの曲率半径が大きくなるため、直線24A、直線25A、直線34A、及び直線35Aは、対応する直線24、直線25、直線34、及び直線35よりもやや短くなる構成となる。この構成によれば、機械的な曲げひずみによる劣化をより緩和することができる。
[第2実施形態]
次に、図9を参照して、第2実施形態に係る薄膜トランジスタ100Bを説明する。図9は、第2実施形態に係るボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタ(縦長トランジスタ)を示す上面図である。以下の説明では、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100と相違する点を主に説明し、同様の点については説明を省略する。
次に、図9を参照して、第2実施形態に係る薄膜トランジスタ100Bを説明する。図9は、第2実施形態に係るボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタ(縦長トランジスタ)を示す上面図である。以下の説明では、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100と相違する点を主に説明し、同様の点については説明を省略する。
薄膜トランジスタ100Bは、X方向に長い(縦長の)ボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタであり、第1実施形態と同様に、絶縁基板10、ゲート層11、有機ゲート絶縁膜12、無機ゲート絶縁膜13、チャネル層14、及び、ソース・ドレイン層15Bを備える。ソース・ドレイン層15Bは、図9に示すように、ソース配線16及びソース電極20Bと、ドレイン配線17及びドレイン電極30Bとを有しており、ソース電極20B及びドレイン電極30Bから、鋭角(直角を含む)形状の部分を取り除き、曲線又は直線から構成されている。
ソース電極20B及びドレイン電極30Bは、チャネル層14上においてX方向(対向方向)に沿って互いに対向するように形成されている。ソース電極20Bは、平面視した場合、ドレイン電極30Bに対して凸曲線状の凸曲線21、ドレイン電極30Bに対して凹曲線状の凹曲線22、凸曲線23、直線24B(第1直線)、直線25、交点部26、直線27B、交点部28、追加の直線29a、及び、追加の直線29bを有して構成されている。直線24B及び直線27Bは、第1実施形態の直線24及び直線27よりもX方向に沿って長くなるように形成されている。また、薄膜トランジスタ100Bでは、更に追加の直線29a及び追加の直線29bが設けられている。追加の直線29aにより、凸曲線21と凹曲線22とが連結され、追加の直線29bにより凹曲線22と凸曲線23とが連結されている。
ドレイン電極30Bは、平面視した場合、ソース電極20Bに対して凸曲線状の凸曲線31、ソース電極20Bに対して凹曲線状の凹曲線32、凸曲線33、直線34B(第3直線)、直線35、交点部36、直線37B、交点部38、追加の直線39a、及び、追加の直線39bを有して構成されている。直線34B及び直線37Bは、第1実施形態の直線34及び直線37よりもX方向に沿って長くなるように形成されている。また、薄膜トランジスタ100Bでは、更に追加の直線39a及び追加の直線39bが設けられている。追加の直線39aにより、凸曲線31と凹曲線32とが連結され、追加の直線39bにより凹曲線32と凸曲線33とが連結されている。
以上、本実施形態に係る薄膜トランジスタ100Bでは、第1実施形態と同様に、ソース電極20Bが凸曲線21及び凹曲線22を含んで構成され、ドレイン電極30Bが凸曲線31及び凹曲線32を含んで構成され、凸曲線21が凹曲線32に対向し、且つ、凸曲線31が凹曲線22に対向するようになっている。このような構成により、薄膜トランジスタ100Bのソース電極20B及びドレイン電極30Bの対向領域において、機械的な曲げひずみによる劣化が生じやすい鋭角等の角部領域が低減されている。また、薄膜トランジスタ100Bのソース電極20B及びドレイン電極30Bの対向領域において、凸曲線と凹曲線とが組み合わさる構成であるため、十分な長さのチャネル幅を容易に確保することができ、小型化を容易に図ることができる。よって、薄膜トランジスタ100Bによれば、機械的な曲げひずみによる劣化を緩和する共に小型化することが可能となる。なお、薄膜トランジスタ100Bは、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100によるその他の作用効果についても、同様に奏することが可能である。
また、本実施形態に係る薄膜トランジスタ100Bでは、対向する方向であるX方向の第1長さがX方向に直交するY方向の第2長さよりも長くなっている。即ち、縦長の構成となっている。このような構成を設けることにより、ソース電極及びドレイン電極の電極全体の外形形状を容易に多様な形態とすることができる。よって、後述するトランジスタアレイを構成する際に、より自由度の高い設計が可能となる。
[第3実施形態]
次に、図10を参照して、第3実施形態に係る薄膜トランジスタ100Cを説明する。図10は、第3実施形態に係るボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタ(横長トランジスタ)を示す上面図である。以下の説明では、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100と相違する点を主に説明し、同様の点については説明を省略する。
次に、図10を参照して、第3実施形態に係る薄膜トランジスタ100Cを説明する。図10は、第3実施形態に係るボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタ(横長トランジスタ)を示す上面図である。以下の説明では、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100と相違する点を主に説明し、同様の点については説明を省略する。
薄膜トランジスタ100Cは、Y方向に長い(横長の)ボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタであり、第1実施形態と同様に、絶縁基板10、ゲート層11、有機ゲート絶縁膜12、無機ゲート絶縁膜13、チャネル層14、及び、ソース・ドレイン層15Cを備える。ソース・ドレイン層15Cは、図10に示すように、ソース配線16及びソース電極20Cと、ドレイン配線17及びドレイン電極30Cとを有しており、ソース電極20C及びドレイン電極30Cから、鋭角(直角を含む)形状の部分を取り除き、曲線又は直線から構成されている。
ソース電極20C及びドレイン電極30Cは、チャネル層14上においてX方向(対向方向)に沿って互いに対向するように形成されている。ソース電極20Cは、平面視した場合、ドレイン電極30Cに対して凸曲線状の凸曲線21C(第1凸曲線)、ドレイン電極30Cに対して凹曲線状の凹曲線22C(第1凹曲線)、凸曲線23C(第3凸曲線)、直線24C(第1直線)、直線25C、交点部26C、直線27C、及び、交点部28Cを有して構成されている。凸曲線21C、凹曲線22C、凸曲線23C、及び、直線25Cは、第1実施形態と対比して、Y方向に沿う形状部分が引き伸ばされた形状を有している。また、直線24C、交点部26C、直線27C及び交点部28Cは、第1実施形態と対比して、X方向に沿う部分が縮められた形状を有している。
ドレイン電極30Cは、平面視した場合、ソース電極20Cに対して凸曲線状の凸曲線31C(第2凸曲線)、ソース電極20Cに対して凹曲線状の凹曲線32C(第2凹曲線)、凸曲線33C(第3凸曲線)、直線34C(第1直線)、直線35C、交点部36C、直線37C、及び、交点部38Cを有して構成されている。凸曲線31C、凹曲線32C、凸曲線33C、及び、直線35Cは、第1実施形態と対比して、Y方向に沿う形状部分が引き伸ばされた形状を有している。また、直線34C、交点部36C、直線37C及び交点部38Cは、第1実施形態と対比して、X方向に沿う部分が縮められた形状を有している。
以上、本実施形態に係る薄膜トランジスタ100Cでは、第1実施形態と同様に、ソース電極20Cが凸曲線21C及び凹曲線22Cを含んで構成され、ドレイン電極30Cが凸曲線31C及び凹曲線32Cを含んで構成され、凸曲線21Cが凹曲線32Cに対向し、且つ、凸曲線31Cが凹曲線22Cに対向するようになっている。このような構成により、薄膜トランジスタ100Cのソース電極20C及びドレイン電極30Cの対向領域において、機械的な曲げひずみによる劣化が生じやすい鋭角等の角部領域が低減されている。また、薄膜トランジスタ100Cのソース電極20C及びドレイン電極30Cの対向領域において、凸曲線と凹曲線とが組み合わさる構成であるため、十分な長さのチャネル幅を容易に確保することができ、小型化を容易に図ることができる。よって、薄膜トランジスタ100Cによれば、機械的な曲げひずみによる劣化を緩和する共に小型化することが可能となる。なお、薄膜トランジスタ100Cは、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100によるその他の作用効果についても、同様に奏することが可能である。
また、本実施形態に係る薄膜トランジスタ100Cでは、対向する方向であるX方向の第1長さがX方向に直交するY方向の第2長さよりも短くなっている。即ち、横長の構成となっている。このような構成を設けることにより、第1実施形態や第2実施形態の構成と共に、ソース電極及びドレイン電極の電極全体の外形形状を容易に多様な形態とすることができる。よって、後述するトランジスタアレイを構成する際に、より自由度の高い設計が可能となる。
[第4実施形態]
次に、図11を参照して、第4実施形態に係る薄膜トランジスタ100Dを説明する。図11は、第4実施形態に係るボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタを示す上面図である。以下の説明では、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100と相違する点を主に説明し、同様の点については説明を省略する。
次に、図11を参照して、第4実施形態に係る薄膜トランジスタ100Dを説明する。図11は、第4実施形態に係るボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタを示す上面図である。以下の説明では、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100と相違する点を主に説明し、同様の点については説明を省略する。
薄膜トランジスタ100Dは、第1実施形態等と同様のボトム・ゲート構造の薄膜トランジスタであり、絶縁基板10、ゲート層11、有機ゲート絶縁膜12、無機ゲート絶縁膜13、チャネル層14、及び、ソース・ドレイン層15Dを備える。一方、薄膜トランジスタ100Dは、ソース・ドレイン層15Dにおけるチャネル幅の延在形状が第1実施形態等のS字形状と異なり、W形状を呈するように構成されている。このようなソース・ドレイン層15Dは、ソース配線16及びソース電極20Dと、ドレイン配線17及びドレイン電極30Dとを含んで構成される。
ソース電極20Dは、第1実施形態と同様に、ドレイン電極30Dに対して凸曲線状の凸曲線21、ドレイン電極30Dに対して凹曲線状の凹曲線22、凸曲線23、直線24、直線25、及び、交点部26を有している。ソース電極20Dは、更に、凹曲線22D(第5凹曲線)、凸曲線23D、直線24D、直線25D、及び、交点部26Dを有している。これら凹曲線22D、凸曲線23D、直線24D、直線25D及び交点部26Dは、Y方向に沿った薄膜トランジスタ100Dの中心を通り且つX方向に延びる中心線を基準として、凹曲線22、凸曲線23、直線24、直線25及び交点部26と線対称な形状を有している。
ドレイン電極30Dは、第1実施形態と同様に、ソース電極20Dに対して凸曲線状の凸曲線31、ソース電極20Dに対して凹曲線状の凹曲線32、直線37、及び、交点部38を有して構成されている。ドレイン電極30Dは、更に、凸曲線31D(第5凸曲線)、直線37D、及び、交点部38Dを有している。これら凸曲線31D、直線37D及び交点部38Dは、Y方向に沿った薄膜トランジスタ100Dの中心を通り且つX方向に延びる中心線を基準として、凸曲線31、直線37及び交点部38と線対称な形状を有している。また、凸曲線31Dは、ソース電極20Dの凹曲線22Dと対向し、直線37Dは、凸曲線23Dの内側領域と対向する。なお、ドレイン電極30Dは、第1実施形態と異なり、凸曲線33等は有していない。
以上、本実施形態に係る薄膜トランジスタ100Dでは、第1実施形態等と同様に、ソース電極20Dが凸曲線21及び凹曲線22を含んで構成され、ドレイン電極30Dが凸曲線31及び凹曲線32を含んで構成され、凸曲線21が凹曲線32に対向し、且つ、凸曲線31が凹曲線22に対向するようになっている。更に、第1実施形態に加え、ソース電極20Dが凹曲線22Dを含み、ドレイン電極30Dが凸曲線31Dを含む。このような構成により、薄膜トランジスタ100Dのソース電極20D及びドレイン電極30Dの対向領域において、機械的な曲げひずみによる劣化が生じやすい鋭角等の角部領域がより一層低減されている。また、薄膜トランジスタ100Dのソース電極20D及びドレイン電極30Dの対向領域において、凸曲線と凹曲線とが組み合わさる構成であるため(本実施形態では第1実施形態の2箇所よりも多い3箇所で)、十分な長さのチャネル幅を容易に確保することができ、小型化を容易に図ることができる。よって、薄膜トランジスタ100Dによれば、機械的な曲げひずみによる劣化を緩和する共に小型化することが可能となる。なお、薄膜トランジスタ100Dは、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100によるその他の作用効果についても、同様に奏することが可能である。
第4実施形態では、ドレイン電極30Dが2つの凸曲線31及び凸曲線31Dを含み、ソース電極20Dがこれらに対応する2つの凹曲線22及び凹曲線22Dを備える構成であったが、ソース電極20Dが2つの凸曲線21を備え、ドレイン電極30Dがこれらに対応する2つの凹曲線32を備える構成であってもよい。更に、ソース電極20D及びドレイン電極30Dが備える凸曲線及び凹曲線の組の数は、上述した2つ又は3つより多くてもよい。
なお、第1実施形態~第4実施形態にかかる薄膜トランジスタでは、ソース・ドレイン層15等のパターンを変更するといった簡単な手法によりチャネル層14内における鋭い角をもつチャネルの特徴である応力集中等に対処することができ、機械的な曲げひずみの下の劣化(割れ)を緩和した耐久性を実現することができるようになっている。また、図16及び図17に示す構成の薄膜トランジスタに比べ、このトランジスタの円のチャネル幅を1とするとソース・ドレイン電極の対向するチャネル幅方向の曲線部を2つにすると、1.2倍に長くすることができ、3つにすると、1.5倍、4つにすると1.8倍とチャネル幅を長くすることができ、その分、電流値を増やして、高性能な薄膜トランジスタを実現することができる。
[トランジスタアレイ]
次に、上述した何れかの実施形態に係る薄膜トランジスタを複数備えたトランジスタアレイについて説明する。図12は、一例として、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100をアレイ状に配置したトランジスタアレイ110を示す上面図である。図12に示すように、トランジスタアレイ110では、複数の薄膜トランジスタ100がアレイ状に配置されている。各薄膜トランジスタ100では、ゲート電極11aがゲート配線11bを介してゲートライン113に接続されている。ソース電極20は、ソース配線16を介してソースライン116に接続されている。ドレイン電極30は、コンタクト部分112を介して画素電極117に接続されている。
次に、上述した何れかの実施形態に係る薄膜トランジスタを複数備えたトランジスタアレイについて説明する。図12は、一例として、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100をアレイ状に配置したトランジスタアレイ110を示す上面図である。図12に示すように、トランジスタアレイ110では、複数の薄膜トランジスタ100がアレイ状に配置されている。各薄膜トランジスタ100では、ゲート電極11aがゲート配線11bを介してゲートライン113に接続されている。ソース電極20は、ソース配線16を介してソースライン116に接続されている。ドレイン電極30は、コンタクト部分112を介して画素電極117に接続されている。
図12に示す例では、第1実施形態に係る薄膜トランジスタ100をアレイ状に配置した例を示したが、これに限定されない。例えば、トランジスタアレイは、第2実施形態に係る薄膜トランジスタ100Bや第3実施形態に係る薄膜トランジスタ100Cをアレイ状に配置したものでもよく、縦長の薄膜トランジスタ100Bと横長の薄膜トランジスタ100Cとを交互に配置してもよい。本実施形態に係る薄膜トランジスタでは、ソース・ドレイン層15の形状パターンの変更により各種の薄膜トランジスタとすることが容易にできるため、既存の製造工程や部材に大きな影響を及ぼすこと無く実現することができる。
[センサ装置]
また、上述したトランジスタアレイ110は、図13に示すセンサ装置とすることも可能である。図13は、図12に示すトランジスタアレイを用いたセンサ装置150の概要を示す図である。センサ装置150では、トランジスタアレイ110の上に、センサ部材120及び上部電極130を配置する。なお、本実施形態に係る薄膜トランジスタ100,100A,100B,100C及びトランジスタアレイ110は、このセンサ装置150のような構成に限定されずに、その他の構成のセンサ装置や他の装置に適用してももちろんよい。
また、上述したトランジスタアレイ110は、図13に示すセンサ装置とすることも可能である。図13は、図12に示すトランジスタアレイを用いたセンサ装置150の概要を示す図である。センサ装置150では、トランジスタアレイ110の上に、センサ部材120及び上部電極130を配置する。なお、本実施形態に係る薄膜トランジスタ100,100A,100B,100C及びトランジスタアレイ110は、このセンサ装置150のような構成に限定されずに、その他の構成のセンサ装置や他の装置に適用してももちろんよい。
以上のように、本発明にかかる薄膜トランジスタは、小型化が容易で、電流値を増やすことができ、耐久性と高性能が要求される用途に適している。
10…絶縁基板、11…ゲート層、11a…ゲート電極、12…有機ゲート絶縁膜、13…無機ゲート絶縁膜、14…チャネル層、15,15A~15D…ソース・ドレイン層、20,20A~20D…ソース電極、21,21C…凸曲線(第1凸曲線)、22,22C…凹曲線(第1凹曲線)、22D…凹曲線(第5凹曲線)、23,23C,23D…凸曲線(第3凸曲線)、24,24A,24C,24D…直線(第1直線)、25,25C…直線(第2直線)、30,30A~30D…ドレイン電極、31,31C…凸曲線(第2凸曲線)、31D…凸曲線(第5凸曲線)、32,32C…凹曲線(第2凹曲線)、33,33C…凸曲線(第4凸曲線)、34,34A,34C…直線(第3直線)、35,35C…直線(第4直線)、100,100A~100D…薄膜トランジスタ、110…トランジスタアレイ、150…センサ装置。
Claims (10)
- 絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆う有機ゲート絶縁膜と、
前記有機ゲート絶縁膜上に形成された無機ゲート絶縁膜と、
前記無機ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル層と、
前記チャネル層上において互いに対向するように形成されたソース電極及びドレイン電極と、を備え、
前記ソース電極は、前記ドレイン電極に対して凸曲線状の第1凸曲線と、前記ドレイン電極に対して凹曲線状の第1凹曲線とを有し、
前記ドレイン電極は、前記ソース電極に対して凸曲線状の第2凸曲線と、前記ソース電極に対して凹曲線状の第2凹曲線とを有し、
前記第1凸曲線が前記第2凹曲線に対向し、且つ、前記第2凸曲線が前記第1凹曲線に対向する、薄膜トランジスタ。 - 前記第1凸曲線は、直線を介して又は直接、第1凹曲線に連なっており、
前記第2凸曲線は、直線を介して又は直接、第2凹曲線に連なっている、
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記ソース電極は、非対向領域である外側を画定する第1直線と第2直線とが交わる領域が曲線状になるように形成されており、
前記ドレイン電極は、非対向領域である外側を画定する第3直線と第4直線とが交わる領域が曲線状になるように形成されている、
請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記ソース電極は、前記第1凸曲線と同じ方向に突出すると共に前記第1凸曲線とは逆側において前記第1凹曲線に連なる第3凸曲線を有し、
前記ドレイン電極は、前記第2凸曲線と同じ方向に突出すると共に前記第2凸曲線とは逆側において前記第2凹曲線に連なる第4凸曲線を有する、
請求項1~3の何れか一項に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の他方に対して凸曲線状の第5凸曲線を有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の他方は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方に対して凹曲線状の第5凹曲線を有し、
前記第5凸曲線が前記第5凹曲線に対向する、
請求項1~3の何れか一項に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記ソース電極及び前記ドレイン電極の対向領域を含む電極全体の外形形状は、対向する方向である第1方向の第1長さと前記第1方向に直交する第2方向の第2長さとが同じである、前記第1長さが前記第2長さよりも長い、又は、前記第1長さが前記第2長さよりも短い、
請求項1~5の何れか一項に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記第1凸曲線、前記第1凹曲線、前記第2凸曲線、及び、前記第2凹曲線の少なくとも1つの曲線の曲率半径が5μm以上である、
請求項1~6の何れか一項に記載の薄膜トランジスタ。 - 請求項1~7の何れか一項に記載の薄膜トランジスタを複数備え、
複数の前記薄膜トランジスタがアレイ状に配置されている、トランジスタアレイ。 - 複数の前記薄膜トランジスタは、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の対向領域を含む電極全体の外形形状において対向方向である第1方向の第1長さが前記第1方向に直交する第2方向の第2長さよりも長い縦長トランジスタと、前記外形形状において前記第1長さが前記第2長さよりも短い横長トランジスタとを含み、
前記縦長トランジスタと前記横長トランジスタとが交互に配置されている、
請求項8に記載のトランジスタアレイ。 - 請求項8又は9に記載のトランジスタアレイと、
前記トランジスタアレイ上に設けられるセンサ部材と、
を備えるセンサ装置。
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JP2021096378A JP2022188384A (ja) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | 薄膜トランジスタ、トランジスタアレイ、及び、センサ装置 |
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JP2021096378A JP2022188384A (ja) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | 薄膜トランジスタ、トランジスタアレイ、及び、センサ装置 |
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JP2021096378A Pending JP2022188384A (ja) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | 薄膜トランジスタ、トランジスタアレイ、及び、センサ装置 |
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