JP2560796B2 - 薄膜非線形ダイオード素子 - Google Patents
薄膜非線形ダイオード素子Info
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- JP2560796B2 JP2560796B2 JP24506888A JP24506888A JP2560796B2 JP 2560796 B2 JP2560796 B2 JP 2560796B2 JP 24506888 A JP24506888 A JP 24506888A JP 24506888 A JP24506888 A JP 24506888A JP 2560796 B2 JP2560796 B2 JP 2560796B2
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- nitride film
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、壁掛けテレビジョン、コンピューター端末
用フラットディスプレイ等に用いられる薄膜非線形ダイ
オード素子に関する。
用フラットディスプレイ等に用いられる薄膜非線形ダイ
オード素子に関する。
壁掛けカラーテレビジョンに代表される薄型パネルデ
ィスプレイとして、アクティブ素子を一方のガラス基板
上に各画素スイッチとしてアレイ化して形成したアクテ
ィブマトリックス型液晶表示装置がある。このアクティ
ブマトリックス方式により液晶表示装置の表示品質を落
さずに大容量化が可能となる。アクティブ素子として
は、薄膜トランジスタより構造が簡単な薄膜非線形ダイ
オード素子が知られており、製造コストが低くなると期
待される。
ィスプレイとして、アクティブ素子を一方のガラス基板
上に各画素スイッチとしてアレイ化して形成したアクテ
ィブマトリックス型液晶表示装置がある。このアクティ
ブマトリックス方式により液晶表示装置の表示品質を落
さずに大容量化が可能となる。アクティブ素子として
は、薄膜トランジスタより構造が簡単な薄膜非線形ダイ
オード素子が知られており、製造コストが低くなると期
待される。
従来は、非線形抵抗層として酸化タンタルが用いられ
てきたが、この膜の誘電率は約25と非常に大きく、また
30V程度の電圧で電流を流すためには膜厚を60nm以下に
しなければならない。その結果、非線形抵抗の単位面積
当たりの容量が大きくなる。薄膜非線形ダイオード素子
の駆動条件として、薄膜非線形ダイドード素子の容量は
液晶の容量より十分小さくなければならず、その結果、
酸化タンタルの薄膜非線形ダイオード素子の面積を約20
μm2以下にする必要がある。A4サイズ以上の大面積にわ
たって、このような微細加工を行うことは現在の技術水
準では非常に困難である。
てきたが、この膜の誘電率は約25と非常に大きく、また
30V程度の電圧で電流を流すためには膜厚を60nm以下に
しなければならない。その結果、非線形抵抗の単位面積
当たりの容量が大きくなる。薄膜非線形ダイオード素子
の駆動条件として、薄膜非線形ダイドード素子の容量は
液晶の容量より十分小さくなければならず、その結果、
酸化タンタルの薄膜非線形ダイオード素子の面積を約20
μm2以下にする必要がある。A4サイズ以上の大面積にわ
たって、このような微細加工を行うことは現在の技術水
準では非常に困難である。
加工精度の問題を解決する方法として、比誘電率が５
から７の酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を非線
形抵抗層に用いた例が、特開昭61−260219号公報に示さ
れている。この公知例では、酸化シリコン膜あるいは窒
化シリコン膜の膜厚が100nm以上でも非線形係数が８以
上のものが得られ、面積が100μm2以上の大きな非線形
抵抗が使えるとしている。
から７の酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を非線
形抵抗層に用いた例が、特開昭61−260219号公報に示さ
れている。この公知例では、酸化シリコン膜あるいは窒
化シリコン膜の膜厚が100nm以上でも非線形係数が８以
上のものが得られ、面積が100μm2以上の大きな非線形
抵抗が使えるとしている。
しかし、このような窒化シリコン膜を非線形抵抗に使
用すると、電流が流れにくいため、液晶を駆動するため
には20V以上の大きな電圧を必要とする欠点がある。こ
の欠点は膜の組成をシリコンリッチにすることにより非
線形性を劣化させることなく、電流を低電圧で流すこと
ができる。窒化シリコン膜の場合、絶縁性の膜は光学的
バンドギャップが5.3eVであるが、シリコンリッチにす
ることにより2.0から2.2eVの膜が得られ、低電圧で液晶
が駆動できるようになる。
用すると、電流が流れにくいため、液晶を駆動するため
には20V以上の大きな電圧を必要とする欠点がある。こ
の欠点は膜の組成をシリコンリッチにすることにより非
線形性を劣化させることなく、電流を低電圧で流すこと
ができる。窒化シリコン膜の場合、絶縁性の膜は光学的
バンドギャップが5.3eVであるが、シリコンリッチにす
ることにより2.0から2.2eVの膜が得られ、低電圧で液晶
が駆動できるようになる。
第４図は従来の薄膜非線形ダイオード素子の一例の断
面図である。
面図である。
ガラス基板11の上に下部電極12としてクロム等の金属
電極を形成する。その上に非線形抵抗層14としてバンド
ギャップが2.0から2.2eVのシリコン窒化膜及びクロム等
の金属で形成された上部電極15を設けてダイオード素子
を構成する。図示されていないが、下部電極12はITO（I
ndium Tin Oxide）等の透明導電膜で形成された画素
電極に接続されている。
電極を形成する。その上に非線形抵抗層14としてバンド
ギャップが2.0から2.2eVのシリコン窒化膜及びクロム等
の金属で形成された上部電極15を設けてダイオード素子
を構成する。図示されていないが、下部電極12はITO（I
ndium Tin Oxide）等の透明導電膜で形成された画素
電極に接続されている。
しかし、このような光学的バンドギャップが小さいシ
リコン窒化膜は、半導体的な性質が強くなり、電極との
コンタクト部でショットキ接触が見られるようになり、
整流性が現われる。電圧電流特性において正負で非対称
になっている薄膜非線形ダイオードを液晶のスイッチン
グ素子として使用すると、表示にフリッカーが発生し、
表示品質が著しく低下する問題があった。
リコン窒化膜は、半導体的な性質が強くなり、電極との
コンタクト部でショットキ接触が見られるようになり、
整流性が現われる。電圧電流特性において正負で非対称
になっている薄膜非線形ダイオードを液晶のスイッチン
グ素子として使用すると、表示にフリッカーが発生し、
表示品質が著しく低下する問題があった。
本発明の薄膜非線形ダイオード素子は、絶縁性基板上
に形成した下部電極と、前記下部電極の上に順次積層し
て形成した光学的バンドギャップが2.0乃至2.2eVの水素
化非晶質窒化シリコン膜および光学的バンドギャップが
2.3eV以上で且つ厚さ５乃至10nmの絶縁性窒化シリコン
膜と、前記絶縁性窒化シリコン膜の上に形成した上部電
極とを備えて構成される。
に形成した下部電極と、前記下部電極の上に順次積層し
て形成した光学的バンドギャップが2.0乃至2.2eVの水素
化非晶質窒化シリコン膜および光学的バンドギャップが
2.3eV以上で且つ厚さ５乃至10nmの絶縁性窒化シリコン
膜と、前記絶縁性窒化シリコン膜の上に形成した上部電
極とを備えて構成される。
光学的バンドギャップが2.3eV以上の絶縁性の窒化シ
リコンでは、高電界下における電圧電流特性はよい対称
性を示す。このような絶縁性の窒化シリコン膜中のキャ
リアの伝導機構はプール−フレンケル（Poole−Frenke
l）伝導であると考えられている。このプール−フレン
ケル型の伝導はバルク効果であり、電極界面の特性に依
存せず、電極と窒化シリコン膜とのコンタクト特性の影
響は無視できると考えらる。
リコンでは、高電界下における電圧電流特性はよい対称
性を示す。このような絶縁性の窒化シリコン膜中のキャ
リアの伝導機構はプール−フレンケル（Poole−Frenke
l）伝導であると考えられている。このプール−フレン
ケル型の伝導はバルク効果であり、電極界面の特性に依
存せず、電極と窒化シリコン膜とのコンタクト特性の影
響は無視できると考えらる。
ところが、シラン（SiH4）の流量を増やし、シリコン
リッチの膜にすると、バンドギャップが無定形シリコン
に近くなり、半導体の性質が強くなる。2.1eV程度で非
対称性がでるのは、電極金属とシリコン窒化膜との間に
ショットキ障壁が形成されるためである。伝導に寄与し
ているキャリアが電子であるならば、上部電極からは電
子が注入され易いが下部電極からは注入されにくくな
る。
リッチの膜にすると、バンドギャップが無定形シリコン
に近くなり、半導体の性質が強くなる。2.1eV程度で非
対称性がでるのは、電極金属とシリコン窒化膜との間に
ショットキ障壁が形成されるためである。伝導に寄与し
ているキャリアが電子であるならば、上部電極からは電
子が注入され易いが下部電極からは注入されにくくな
る。
このようなバンドギャップの狭いシリコン窒化膜の電
圧電流特性を対称化するには、電子を注入のされ易さを
正負バイアスに対して同じにしてやればよい。上記電極
側に電子が注入されにくい膜を挿入し、電流の量を制限
してやることにより対称化することができる。
圧電流特性を対称化するには、電子を注入のされ易さを
正負バイアスに対して同じにしてやればよい。上記電極
側に電子が注入されにくい膜を挿入し、電流の量を制限
してやることにより対称化することができる。
電子の注入を防ぐ層としては、絶縁性に近い窒化シリ
コン膜で実現可能である。比較的低電圧で大きなオン電
流が得られるシリコン窒化膜と上部電極の間に光学的な
バンドギャップ2.3eV以上の絶縁性に近い窒化シリコン
膜を挿入すればよい。
コン膜で実現可能である。比較的低電圧で大きなオン電
流が得られるシリコン窒化膜と上部電極の間に光学的な
バンドギャップ2.3eV以上の絶縁性に近い窒化シリコン
膜を挿入すればよい。
第１図は本発明の薄膜非線形ダイオード素子の断面図
である。
である。
ガラス基板11の上に、下部電極12としてクロム等の金
属電極を形成する。この金属電極は透明導電膜で形成さ
れている表示電極に接続されている。この下部電極12を
覆うようにして、比較的低電圧で大きな電流が流れ、し
かも高非線形性を示すシリコン窒化膜で形成されている
非線形抵抗膜13と窒素の含有量が多く絶縁性の窒化シリ
コン膜14を積層する。上部電極15はクロムやアルミニウ
ム等の金属で形成されている。
属電極を形成する。この金属電極は透明導電膜で形成さ
れている表示電極に接続されている。この下部電極12を
覆うようにして、比較的低電圧で大きな電流が流れ、し
かも高非線形性を示すシリコン窒化膜で形成されている
非線形抵抗膜13と窒素の含有量が多く絶縁性の窒化シリ
コン膜14を積層する。上部電極15はクロムやアルミニウ
ム等の金属で形成されている。
この２層化した非線形ダイオード素子の特性を第２図
に示す。第２図は横軸は非線形素子に印加する電圧で、
下部電極に対し上部電極に正の電圧を加えた時を正にと
っている。電流については負の電圧を印加したときには
負の電流が流れるが、第２図においては電流は絶対値で
示してある。従来例によるシリコンリッチのシリコン窒
化膜のみで形成した素子の特性は、正電圧側に比べて負
電圧側の方が約１桁電流が多い。本発明の絶縁性に近い
窒化シリコン膜を使用した２層構造の薄膜非線形ダイオ
ード素子の特性は、第２図に示すように、負電圧側の電
流が減少し、正電圧側と同じになっている。正電圧側で
は薄い絶縁性に近い窒化シリコン膜の影響が見られな
い。
に示す。第２図は横軸は非線形素子に印加する電圧で、
下部電極に対し上部電極に正の電圧を加えた時を正にと
っている。電流については負の電圧を印加したときには
負の電流が流れるが、第２図においては電流は絶対値で
示してある。従来例によるシリコンリッチのシリコン窒
化膜のみで形成した素子の特性は、正電圧側に比べて負
電圧側の方が約１桁電流が多い。本発明の絶縁性に近い
窒化シリコン膜を使用した２層構造の薄膜非線形ダイオ
ード素子の特性は、第２図に示すように、負電圧側の電
流が減少し、正電圧側と同じになっている。正電圧側で
は薄い絶縁性に近い窒化シリコン膜の影響が見られな
い。
この絶縁性に近いシリコンの膜厚を変えることによ
り、負電圧側の電流を制御することができる。しかし、
余り厚くすると、絶縁性の窒化シリコン層の影響が正電
圧側にも現われる。10nm以下ならば負電圧側のみの特性
を変え、電圧電流特性が対称化できることが認められ
る。
り、負電圧側の電流を制御することができる。しかし、
余り厚くすると、絶縁性の窒化シリコン層の影響が正電
圧側にも現われる。10nm以下ならば負電圧側のみの特性
を変え、電圧電流特性が対称化できることが認められ
る。
次に、本実施例について図面を参照して説明する。
第３図は本発明の一実施例の斜視図である。
ガラス基板11上にスパッタ法によりクロムを40nmの厚
さに成膜し、フォトリソグラフィ法により島状に加工
し、下部電極31を形成する。この下部電極の上に比較的
低電圧で大きなオン電流が得られる非線形抵抗膜32とし
てプラズマCVD法によりシリコン窒化膜を成膜する。成
膜条件は、SiH4が30SCCM、N2が500SCCM、真空度100Pa、
高周波電力密度0.08W/cm2、基板温度250℃である。本条
件で光学的バンドギャップ2.1eVの窒素添加水素化非晶
質シリコン膜が得られる。引続き、絶縁性の窒化シリコ
ン膜33を5nmの膜厚に堆積する。この成膜条件は、SiH4
が5SCCM,N2が500SCCMであり、他の条件は非線形抵抗膜3
2であるシリコン窒化膜と同じである。本条件で光学的
バンドギャップ4eVの窒素化シリコン膜が得れられる。
次に、フォトリソグラフィ法により非線形抵抗膜32と窒
化シリコン膜33の積層膜を島状に加工する。
さに成膜し、フォトリソグラフィ法により島状に加工
し、下部電極31を形成する。この下部電極の上に比較的
低電圧で大きなオン電流が得られる非線形抵抗膜32とし
てプラズマCVD法によりシリコン窒化膜を成膜する。成
膜条件は、SiH4が30SCCM、N2が500SCCM、真空度100Pa、
高周波電力密度0.08W/cm2、基板温度250℃である。本条
件で光学的バンドギャップ2.1eVの窒素添加水素化非晶
質シリコン膜が得られる。引続き、絶縁性の窒化シリコ
ン膜33を5nmの膜厚に堆積する。この成膜条件は、SiH4
が5SCCM,N2が500SCCMであり、他の条件は非線形抵抗膜3
2であるシリコン窒化膜と同じである。本条件で光学的
バンドギャップ4eVの窒素化シリコン膜が得れられる。
次に、フォトリソグラフィ法により非線形抵抗膜32と窒
化シリコン膜33の積層膜を島状に加工する。
さらに、アルミニウム膜をスパッタ法により200nmの
厚さに形成し、フォトリソグラフィ法により薄膜非線形
ダイオード素子の上部電極34およびデータ線35を形成す
る。その後ITO膜をスパッタ法により成膜し、エッチン
グ加工して画素電極36を形成する。このようにして形成
したアクティブ素子基板に対向膜を形成し、対向基板と
貼り合わせ、液晶を注入し、液晶表示装置を完成させ
る。大きさは、対角10インチで画素数640×400である。
厚さに形成し、フォトリソグラフィ法により薄膜非線形
ダイオード素子の上部電極34およびデータ線35を形成す
る。その後ITO膜をスパッタ法により成膜し、エッチン
グ加工して画素電極36を形成する。このようにして形成
したアクティブ素子基板に対向膜を形成し、対向基板と
貼り合わせ、液晶を注入し、液晶表示装置を完成させ
る。大きさは、対角10インチで画素数640×400である。
第２図に示した本発明による非線形ダイオード素子の
特性は、このようにして形成した素子の特性であり、対
称性がよいことがわかる。このようにして形成した液晶
表示装置を1/400デューディ、駆動電圧16Vで駆動した
時、45対１のコントラストが得られた。フリッカーは−
37dbと従来の窒化シリコン単層構造の素子を用いた場合
の−25dbに比べて大幅に改善されていることが明らかに
なった。
特性は、このようにして形成した素子の特性であり、対
称性がよいことがわかる。このようにして形成した液晶
表示装置を1/400デューディ、駆動電圧16Vで駆動した
時、45対１のコントラストが得られた。フリッカーは−
37dbと従来の窒化シリコン単層構造の素子を用いた場合
の−25dbに比べて大幅に改善されていることが明らかに
なった。
以上説明したように、本発明は、薄膜非線形ダイオー
ド素子の上部電極と非線形抵抗膜であるシリコン窒化膜
との間に絶縁性窒化シリコン膜を挿入するようにしたの
で、工程数を増加させること無しに電圧電流特性の対称
化が実現でき、その結果、フリッカーを抑制することが
でき、しかも、駆動電圧が20V以下という低電圧で駆動
できるという効果を有する。
ド素子の上部電極と非線形抵抗膜であるシリコン窒化膜
との間に絶縁性窒化シリコン膜を挿入するようにしたの
で、工程数を増加させること無しに電圧電流特性の対称
化が実現でき、その結果、フリッカーを抑制することが
でき、しかも、駆動電圧が20V以下という低電圧で駆動
できるという効果を有する。
第１図は本発明の薄膜非線形ダイオード素子を示す断面
図、第２図は薄膜非線形ダイオード素子の電圧電流特性
を示す特性図、第３図は本発明の一実施例を示す斜視
図、第４図は従来の薄膜非線形ダイオード素子の一例を
示す断面図である。 11……ガラス基板、12……下部電極、13……非線形抵抗
膜、14……窒化シリコン膜、15……上部電極、32……非
線形抵抗膜、33……窒化シリコン膜、34……上部電極、
35……データ線、36……画素電極。
図、第２図は薄膜非線形ダイオード素子の電圧電流特性
を示す特性図、第３図は本発明の一実施例を示す斜視
図、第４図は従来の薄膜非線形ダイオード素子の一例を
示す断面図である。 11……ガラス基板、12……下部電極、13……非線形抵抗
膜、14……窒化シリコン膜、15……上部電極、32……非
線形抵抗膜、33……窒化シリコン膜、34……上部電極、
35……データ線、36……画素電極。
Claims (1)
- 【請求項１】絶縁性基板上に形成した下部電極と、前記
下部電極の上に順次積層して形成した光学的バンドギャ
ップが2.0乃至2.2eVの水素化非結晶窒化シリコン膜およ
び光学的バンドギャップが2.3eV以上で且つ厚さ５乃至1
0nmの絶縁性窒化シリコン膜と、前記絶縁性窒化シリコ
ン膜の上に形成した上部電極とを備えたことを特徴とす
る薄膜非線形ダイオード素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24506888A JP2560796B2 (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 薄膜非線形ダイオード素子 |
| US07/413,437 US5053832A (en) | 1988-09-28 | 1989-09-27 | Nonlinear resistance element suitable for an active-type liquid crystal display |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24506888A JP2560796B2 (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 薄膜非線形ダイオード素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0291619A JPH0291619A (ja) | 1990-03-30 |
| JP2560796B2 true JP2560796B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=17128115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24506888A Expired - Lifetime JP2560796B2 (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 薄膜非線形ダイオード素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560796B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS601873A (ja) * | 1983-06-20 | 1985-01-08 | Fuji Xerox Co Ltd | 光電変換素子およびその製造方法 |
| US4609320A (en) * | 1984-06-20 | 1986-09-02 | Rubin Richard H | Flexible workpiece transporter and roller assembly therefor |
| JPS6191968A (ja) * | 1984-10-12 | 1986-05-10 | Nec Corp | 非線形素子 |
| JP2654661B2 (ja) * | 1988-03-07 | 1997-09-17 | セイコー電子工業株式会社 | 電気光学表示装置 |
-
1988
- 1988-09-28 JP JP24506888A patent/JP2560796B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0291619A (ja) | 1990-03-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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