JP2022518521A - ドーピングされた金属酸化物半導体および薄膜トランジスタとその応用 - Google Patents
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Abstract
Description
前記希土類酸化物は、酸化プラセオジムおよび/または酸化イッテルビウム、プラセオジムおよび/またはイッテルビウムと酸化インジウムスズまたは酸化インジウムスズ亜鉛のドーピングモル比は0.002-0.4:1であり、
前記ドーピングされた金属酸化物半導体に、光生成キャリアの高速再結合中心が存在する。
以下は、本発明の具体的な実施例であり、以下の実施例で採用されている原材料、設備などは、特に限定されない限り購入して入手することができる。
実施例1:酸化イッテルビウムドープ酸化インジウムスズ半導体材料
ドーピングされた金属酸化物半導体群であって、この群のドーピングされた金属酸化物半導体では、酸化インジウムスズ亜鉛(ITZO)に光安定剤として酸化イッテルビウムをドーピングすることにより、酸化イッテルビウムドープ酸化インジウムスズ亜鉛(Yb:ITZO)の半導体材料が形成される。
ドーピングされた金属酸化物半導体であって、このドーピングされた金属酸化物半導体では、酸化インジウムスズ亜鉛(ITZO)に光安定剤として酸化プラセオジムをドーピングすることにより、酸化プラセオジムドープ酸化インジウムスズ亜鉛(Pr:ITZO)の半導体材料が形成される。
ドーピングされた金属酸化物半導体群であって、この群のドーピングされた金属酸化物半導体では、酸化インジウムスズ亜鉛(ITZO)に光安定剤として酸化プラセオジムをドーピングすることにより、酸化プラセオジムドープ酸化インジウムスズ亜鉛(Pr:ITZO)の半導体材料が形成される。
金属酸化物半導体薄膜群であって、この群の金属酸化物半導体薄膜は、実施例1の酸化イッテルビウムドープ酸化インジウムスズ半導体材料をマグネトロンスパッタリングしてなったものである。
金属酸化物半導体薄膜群であって、この群の金属酸化物半導体薄膜は、実施例2の酸化イッテルビウムドープ酸化インジウムスズ亜鉛半導体材料をマグネトロンスパッタリングしてなったものである。
金属酸化物半導体薄膜群であって、この群の金属酸化物半導体薄膜は、実施例3の酸化プラセオジムドープ酸化インジウムスズ亜鉛半導体材料をマグネトロンスパッタリングしてなったものである。
実施例8:酸化プラセオジムドープ酸化インジウムスズ亜鉛薄膜
(2)活性層を作製する必要がある基板をUVで30 min処理し、表面の密着性を高めた後、シートをスピンコーターに載せ、ステップ(1)で得られた前駆体溶液60 μLをピペットガンで吸い取ってシートに滴下塗布し、20 s静置し、スピンコーターを起動し、プリスピード500 rpmで3 s、ポストスピード3000 rpmで40 s回転させ、前駆体溶液をシートに均一に塗布し、その後、120 ℃で10 minのプリベークアニール、次に500 ℃で120 minのポストベークアニールを行いを行い、プラセオジムをドーピングした酸化インジウムスズ亜鉛薄膜(Pr:ITZOと命名)を得て、薄膜の厚さがいずれも40 nmである。
薄膜トランジスタ群であって、エッチストップ型構造を採用し、その構造模式図は図1に示すとおりであり、前記薄膜トランジスタ群は、基板01と、基板01の上に配置されたゲート02と、基板01およびゲート02の上に配置されたゲート絶縁層03と、ゲート絶縁層03の上面を覆い、ゲート02に対応する活性層04と、エッチストップ層05と、互いに間隔をあけて活性層04の両端に電気的に接続されたソース06-1およびドレイン06-2と、パッシベーション層07と、を備える。
基板01は、シリカのバッファ層で覆われたガラス基板であり、ゲート02の材料は、マグネトロンスパッタリング方法により作製された50/200/50 nmの厚さのモリブデン-アルミニウム-モリブデン(Mo/Al/Mo)金属積層構造であり、
ゲート絶縁層03は、化学気相成長法により作製された窒化ケイ素(Si3N4)とシリカ(SiO2)の積層であり、厚さが250/50 nmであり、ここで、窒化ケイ素が下層でゲート02と接触し、シリカが上層で活性層04と接触する。
薄膜トランジスタ群であって、エッチストップ型構造を採用し、その構造模式図は図1に示すとおりであり、前記薄膜トランジスタ群は、基板01と、基板01の上に配置されたゲート02と、基板01およびゲート02の上に配置されたゲート絶縁層03と、ゲート絶縁層03の上面を覆い、ゲート02に対応する活性層04と、エッチストップ層05と、互いに間隔をあけて活性層04の両端に電気的に接続されたソース06-1およびドレイン06-2と、パッシベーション層07と、を備える。
基板01は、シリカのバッファ層で覆われたガラス基板である。ゲート02の材料は、マグネトロンスパッタリング方法により作製された50/200/50 nmの厚さのモリブデン-アルミニウム-モリブデン(Mo/Al/Mo)金属積層構造である。
薄膜トランジスタ群であって、それはバックチャネルエッチ型構造であり、その構造模式図は図2に示すとおりであり、前記薄膜トランジスタ群は、基板01と、基板01の上に配置されたゲート02と、基板01およびゲート02の上に配置されたゲート絶縁層03と、ゲート絶縁層03の上面を覆い、ゲート02に対応する活性層04と、互いに間隔をあけて活性層04の両端に電気的に接続されたソース06-1およびドレイン06-2と、パッシベーション層07と、を備える。
ソース06-1およびドレイン06-2の材料は、50/200/50 nmの厚さの金属モリブデンーアルミニウムーモリブデン(Mo/Al/Mo)積層構造であり、市販のアルミン酸系エッチング液を用いてパターニングされており、本発明に係る活性層の強酸に対するエッチング耐性が良好であるため、活性層04へのダメージが少なく、優れたエッチング選択比を達成することができ、さらに顕著なエッチング残渣もない。
薄膜トランジスタ群であって、それは自己整合型構造であり、その構造模式図は図3に示すとおりであり、前記薄膜トランジスタ群は、基板01と、バッファ層08と、活性層04と、活性層04の上に配置されたゲート絶縁層03およびゲート02と、活性層04およびゲート02の上面に覆われたスペーサ層09と、スペーサ層09の上に配置され、活性層04の両端に電気的に接続されたソース06-1およびドレイン06-2と、を備える。
性能検出と効果テスト
市販の白色LED光源を用いて、5000nitsの光強度で実施例9-12の薄膜トランジスタデバイスの活性層に照射し、光照射時および無光照射時のデバイスの転送特性を評価し、デバイスのオン電圧の変化を抽出してその強度を評価し、ここで、デバイスのオン電圧は、ソース・ドレイン電極の両端に10-9Aの電流が流れるときに対応するゲート電圧と定義される。光応答特性は、光照射時と無光照射時のデバイスのオン電圧の変化範囲△Vonで表され、値が大きいほどその光生成電流特性が強く、逆に、値が小さいほど光生成電流特性が弱いことを示している。
市販の白色LED光源を用いて、5000nitsの光強度で実施例9-12の薄膜トランジスタデバイスの活性層04に照射するとともに、デバイスのゲートに-30Vの電圧を印加し、ソース・ドレイン電極の両端に0Vのバイアスを印加し、一定の時間後のテストデバイスの転送特性曲線を調べることで、デバイスの光照射時の負バイアス安定特性を得ることができる。デバイス特性の変化範囲が大きいほど、その安定性が悪く、逆に、小さいほど安定性が優れる。
原理的には、光は試料に照射されると、試料に吸収されて光励起現象が発生する。光励起により、電子は高い励起状態にジャンプし、その後、緩和プロセスを経てエネルギーを放出し、低いエネルギーレベルに戻る。このプロセスにおける光の放射または発光をフォトルミネッセンス、すなわちPLという。市販のPLテストシステムを用いて、本発明のドーピングされていない、およびドーピングされた薄膜試料に対してPL特性を評価し、照射後の薄膜における光生成キャリアの輸送を調べる。また、その寿命をテストして特性を明らかにすることで、その複合メカニズムをさらに評価する。
表3からわかるように、酸化プラセオジムドープ酸化インジウムスズ亜鉛半導体薄膜によって形成された活性層では、yが0.02-0.40のときにデバイスの総合性能が好ましく、yが0.02-0.20のときにデバイスの総合性能がより好ましく、yが0.10-0.20のときにデバイスの総合性能が最も好ましく、なお、酸化プラセオジムのドーピングに伴い、デバイスのサブスレッショルドスイングが大きくなっており、デバイスの転送曲線のサブスレッショルド領域で「減速」する傾向が見られ、この傾向は、低キャリアのマトリックス材料の場合、特に鮮明である。それは、活性層材料の伝導帯の底部付近に新たな「トラップ」が形成されていることが示され、関連する材料の試験特性との組み合わせから、光生成キャリアに対する「消滅」作用がその材料の光生成特性を改善する主な理由であることが示された。
Claims (10)
- 希土類酸化物がドーピングされた酸化インジウムスズまたは酸化インジウムスズ亜鉛であるドーピングされた金属酸化物半導体であって、
前記希土類酸化物は、酸化プラセオジムおよび/または酸化イッテルビウムであり、プラセオジムおよび/またはイッテルビウムと酸化インジウムスズまたは酸化インジウムスズ亜鉛のドーピングモル比は0.002-0.4:1であり、
前記ドーピングされた金属酸化物半導体に、光生成キャリアの高速再結合中心が存在することを特徴とする、ドーピングされた金属酸化物半導体。 - 前記酸化インジウムスズでは、InとSnのモル比が2-5:1であることを特徴とする、請求項1に記載のドーピングされた金属酸化物半導体。
- 前記酸化インジウムスズ亜鉛では、3つの金属元素In、Sn、Znの原子比は、0.2≦In/(In+Sn+Zn)≦0.8、0.2≦Sn/(In+Sn+Zn)≦0.4、0≦Zn/(In+Sn+Zn)≦0.5であることを特徴とする、請求項1に記載のドーピングされた金属酸化物半導体。
- プラセオジムおよび/またはイッテルビウムと酸化インジウムスズまたは酸化インジウムスズ亜鉛のドーピングモル比は、0.02-0.40:1であることを特徴とする、請求項1に記載のドーピングされた金属酸化物半導体。
- 活性層を含み、前記活性層は、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のドーピングされた金属酸化物半導体から物理気相成長法、化学気相成長法、原子層堆積法、レーザー堆積法または溶液法によって作製され、
光条件および非光条件下での前記薄膜トランジスタのオン電圧変化△Von量は、2V未満であることを特徴とする、薄膜トランジスタ。 - 前記活性層は、マグネトロンスパッタリング法によって作製され、スパッタリング空気圧が0.1-0.6Pa、スパッタリング雰囲気における酸素の体積が10-50%、基板温度が室温-300℃であることを特徴とする、請求項5に記載の薄膜トランジスタ。
- 基板、ゲート、ゲート絶縁層、ソース・ドレインおよびパッシベーション層をさらに含み、前記薄膜トランジスタは、エッチストップ型構造または自己整合型構造を採用することを特徴とする、請求項5に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記パッシベーション層は、シリカ薄膜、または窒化ケイ素とシリカからなる積層構造であることを特徴とする、請求項7に記載の薄膜トランジスタ。
- 基板、ゲート、ゲート絶縁層、ソース・ドレインおよびパッシベーション層をさらに含み、前記薄膜トランジスタは、バックチャネルエッチ型構造を採用し、且つアルミン酸系エッチング液を採用することを特徴とする、請求項5に記載の薄膜トランジスタ。
- 表示パネルまたは検出器における請求項5~請求項9のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの応用。
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