JP6904444B2 - Field effect transistors, display elements, image display devices and systems - Google Patents
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Description
本発明は、電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置及びシステムに係り、更に詳しくは、酸化物半導体からなる活性層を有する電界効果型トランジスタ、該電界効果型トランジスタを有する表示素子及び画像表示装置、該画像表示装置を備えるシステムに関する。 The present invention relates to a field effect transistor, a display element, an image display device and a system, and more specifically, a field effect transistor having an active layer made of an oxide semiconductor, a display element having the field effect transistor and an image display. The present invention relates to an apparatus and a system including the image display apparatus.
電界効果型トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)は、ゲート電極に電圧をかけ、チャネルの電界により電子または正孔の流れに関門(ゲート)を設ける原理で、ソース電極とドレイン電極間の電流を制御するトランジスタである。 A field effect transistor (FET) controls the current between the source electrode and the drain electrode based on the principle that a voltage is applied to the gate electrode and a gate is provided for the flow of electrons or holes by the electric field of the channel. It is a transistor to do.
FETはその特性から、スイッチング素子や増幅素子として利用されている。そして、FETは、ゲート電流が低いことに加え、構造が平面的であるため、バイポーラトランジスタと比較して作製や集積化が容易である。そのため、現在の電子機器で使用される集積回路では必要不可欠な素子となっている。 FETs are used as switching elements and amplification elements because of their characteristics. In addition to having a low gate current, the FET has a flat structure, so that it is easier to manufacture and integrate as compared with a bipolar transistor. Therefore, it is an indispensable element in integrated circuits used in current electronic devices.
FETは、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)として、アクティブマトリックス方式のディスプレイ等に応用されている。 The FET is applied as a thin film transistor (TFT) to an active matrix type display or the like.
近年、平面薄型ディスプレイ(Flat Panel Display:FPD)として、液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display:LCD)、有機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイ(OLED)、電子ペーパー等が実用化されている。 In recent years, liquid crystal displays (Liquid Crystal Display: LCD), organic EL (electroluminescence) displays (OLED), electronic papers, and the like have been put into practical use as flat panel displays (FPDs).
これらFPDは、非晶質シリコンや多結晶シリコンを活性層に用いたTFTを含む駆動回路により駆動されている。そして、FPDは、さらなる大型化、高精細化、高速駆動性が求められており、それに伴って、キャリア移動度が高く、特性の経時変化が小さく、素子間のばらつきが小さいTFTが求められている。 These FPDs are driven by a drive circuit including a TFT using amorphous silicon or polycrystalline silicon as an active layer. Further, FPDs are required to have higher size, higher definition, and higher speed driveability, and accordingly, TFTs having high carrier mobility, small changes in characteristics with time, and small variations between elements are required. There is.
しかしながら、非晶質シリコン(a−Si)や多結晶シリコン(特に低温ポリシリコン:LTPS)を活性層に用いたTFTは、それぞれに一長一短があり、同時に全ての要求を満たすことは困難であった。 However, TFTs using amorphous silicon (a-Si) or polycrystalline silicon (particularly low-temperature polysilicon: LTPS) as active layers have advantages and disadvantages, and it is difficult to satisfy all the requirements at the same time. ..
例えば、a−Si TFTは大画面のLCD(Liquid Crystal Display)を高速駆動するには移動度が不足しており、また連続駆動時の閾値電圧シフトが大きいという欠点を抱えている。LTPS−TFTは、移動度は大きいが、エキシマレーザーアニーリングによって活性層を結晶化するプロセスのために閾値電圧のバラツキが大きく、量産ラインのマザーガラスサイズを大きくできないという問題が存在する。 For example, the a-Si TFT has the drawbacks that the mobility is insufficient to drive a large-screen LCD (Liquid Crystal Display) at high speed, and the threshold voltage shift during continuous driving is large. Although the LTPS-TFT has high mobility, there is a problem that the size of the mother glass in the mass production line cannot be increased due to the large variation in the threshold voltage due to the process of crystallizing the active layer by excimer laser annealing.
そこで、a−Si TFTの長所とLTPS−TFTの長所を合わせ持つ新たなTFT技術が要求されている。この要求に応えるため、近年、a−Siを超えるキャリア移動度が期待できる酸化物半導体を用いたTFTの開発が活発に行われている。 Therefore, a new TFT technology that combines the advantages of a-Si TFT and the advantages of LTPS-TFT is required. In order to meet this demand, in recent years, TFTs using oxide semiconductors, which can be expected to have carrier mobility exceeding a-Si, have been actively developed.
特に、室温成膜が可能でアモルファス状態でa−Si以上の移動度を示すInGaZnO4(a−IGZO)が提案され(非特許文献1参照)、これをきっかけとして、移動度の高いアモルファス酸化物半導体が精力的に研究されるに至った。 In particular, InGaZnO 4 (a-IGZO), which can form a film at room temperature and exhibits a mobility of a-Si or higher in an amorphous state, has been proposed (see Non-Patent Document 1). Semiconductors have been energetically studied.
しかしながら、これら酸化物半導体においては、キャリア電子を酸素空孔によってつくりだしているため、成膜プロセスにおいて酸素濃度を厳密に制御する必要があった。高い移動度を実現しようとするとデプレッション状態になりやすく、ノーマリーオフを実現するプロセスウィンドウは非常に狭い。更に、成膜後のパターンニング工程やパッシベーション工程等で膜中の酸素濃度が変化し、特性が劣化しやすいという問題が存在した。 However, in these oxide semiconductors, since carrier electrons are generated by oxygen vacancies, it is necessary to strictly control the oxygen concentration in the film forming process. When trying to achieve high mobility, it tends to be in a depressive state, and the process window for achieving normal off is very narrow. Further, there is a problem that the oxygen concentration in the film changes in the patterning step or the passivation step after the film formation, and the characteristics tend to deteriorate.
このような問題を解決するために、従来は2つの観点から対策が検討された。その一つは、キャリア濃度を低く保つために、p型ドーパントを導入(例えば、In3+をZn2+で置換)して、酸素空孔によって生成したキャリアを補償する方策である(特許文献1及び2参照)。この方策については、更に、前記p型ドーパントを安定化するためにカウンターカチオンを少量添加することも行われている(例えば、In3+をZn2+で置換し、更に微量のSn4+を添加する。[Zn2+]>[Sn4+])(特許文献3参照)。他の一つは、酸素との親和性の高い金属元素(Al、Zr、Hf等)を一定量導入して、キャリア生成を抑制する方法である(非特許文献2参照)。
しかし、いずれの方法とも、安定性が不十分であったり、移動度の低下を招いたりするなど、なお問題があった。
In order to solve such a problem, countermeasures have been conventionally considered from two viewpoints. One of them is a measure of compensating for carriers generated by oxygen vacancies by introducing a p-type dopant (for example, replacing In 3+ with Zn 2+) in order to keep the carrier concentration low (Patent Document 1 and). 2). For this measure, a small amount of counter cation is further added to stabilize the p-type dopant (for example, In 3+ is replaced with Zn 2+ , and a trace amount of Sn 4+ is added. [Zn 2 + ]> [Sn 4+ ]) (see Patent Document 3). The other is a method of suppressing carrier formation by introducing a certain amount of a metal element (Al, Zr, Hf, etc.) having a high affinity for oxygen (see Non-Patent Document 2).
However, both methods still have problems such as insufficient stability and reduced mobility.
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、電界効果型トランジスタの活性層の酸化物半導体にn型の置換ドーピングを行うことによってキャリアを生成し、成膜時に充分な酸素量を導入して酸素濃度の厳密な制御を不要にするとともに、酸素空孔を低減して格子の安定性を高め、後工程での特性安定性を実現することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the past and to achieve the following object. That is, in the present invention, carriers are generated by performing n-type substitution doping on the oxide semiconductor of the active layer of the field-effect transistor, and a sufficient amount of oxygen is introduced at the time of film formation to strictly control the oxygen concentration. The purpose is to make it unnecessary, reduce oxygen vacancies, improve the stability of the lattice, and realize the characteristic stability in the subsequent process.
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
本発明の電界効果型トランジスタは、
ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、n型酸化物半導体からなる活性層と、
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と、
を備える電界効果型トランジスタであって、
前記n型酸化物半導体が、2価のカチオン、3価のカチオン、4価のカチオン、5価のカチオン、及び6価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた、三斜晶組成化合物、単斜晶組成化合物、及び三方晶組成化合物のいずれかであり、
前記ドーパントの価数が、前記n型酸化物半導体を構成する金属イオン(ただし、前記ドーパントを除く)の価数よりも大きいことを特徴とする。
The means for solving the above-mentioned problems are as follows. That is,
The field effect transistor of the present invention
A gate electrode for applying a gate voltage and
Source and drain electrodes for extracting current,
An active layer provided adjacent to the source electrode and the drain electrode and made of an n-type oxide semiconductor, and
A gate insulating layer provided between the gate electrode and the active layer,
It is a field effect transistor equipped with
A triclinic composition compound in which the n-type oxide semiconductor is substituted-doped with at least one dopant of a divalent cation, a trivalent cation, a tetravalent cation, a pentavalent cation, and a hexavalent cation. , A monoclinic composition compound, and a trigonal composition compound.
The valence of the dopant is higher than the valence of the metal ions (excluding the dopant) constituting the n-type oxide semiconductor.
本発明によると、従来における前記諸問題を解決することができ、電界効果型トランジスタの活性層であるn型酸化物半導体にn型の置換ドーピングを行うことによって電子キャリアを生成し、成膜時に充分な酸素量を膜中に導入することで、酸素濃度の厳密な制御を不要にし、プロセスマージンを拡大するとともに、酸素空孔を低減して格子の安定性を高め、後工程での特性安定化を実現することができる。従って、素子間のばらつきも小さくすることが可能になり、大面積で高精細、高品質の電界効果型トランジスタを提供することができる。 According to the present invention, the above-mentioned problems in the prior art can be solved, and electron carriers are generated by performing n-type substitution doping on the n-type oxide semiconductor which is the active layer of the field-effect transistor to generate electron carriers during film formation. By introducing a sufficient amount of oxygen into the membrane, strict control of oxygen concentration becomes unnecessary, the process margin is expanded, oxygen vacancies are reduced to improve the stability of the transistor, and the characteristics are stabilized in the subsequent process. Can be realized. Therefore, it is possible to reduce the variation between the elements, and it is possible to provide a high-definition, high-quality field-effect transistor having a large area.
(電界効果型トランジスタ)
本発明の電界効果型トランジスタは、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、活性層と、ゲート絶縁層とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
(Field effect transistor)
The field-effect transistor of the present invention has at least a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, an active layer, and a gate insulating layer, and further has other members, if necessary.
<ゲート電極>
前記ゲート電極としては、ゲート電圧を印加するための電極であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ゲート電極の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Mo、Al、Ag、Cu等の金属乃至合金、ITO、ATO等の透明導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリアニリン(PANI)等の有機導電体などが挙げられる。
<Gate electrode>
The gate electrode is not particularly limited as long as it is an electrode for applying a gate voltage, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
The material of the gate electrode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, metals or alloys such as Mo, Al, Ag and Cu, transparent conductive oxides such as ITO and ATO, and the like. Examples thereof include organic conductors such as polyethylene dioxythiophene (PEDOT) and polyaniline (PANI).
前記ゲート電極の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、(i)スパッタ法、ディップコーティング法等による成膜後、フォトリソグラフィーによってパターニングする方法、(ii)インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜する方法などが挙げられる。 The method for forming the gate electrode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, (i) a method of forming a film by a sputtering method, a dip coating method or the like, and then patterning by photolithography. ii) Examples thereof include a method of directly forming a desired shape by a printing process such as inkjet, nanoimprint, and gravure.
前記ゲート電極の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、20nm〜1μmが好ましく、50nm〜300nmがより好ましい。 The average thickness of the gate electrode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 20 nm to 1 μm, more preferably 50 nm to 300 nm.
<ソース電極、及びドレイン電極>
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極としては、電流を取り出すための電極であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記ゲート電極の説明において記載した材質と同じ材質が挙げられる。
<Source electrode and drain electrode>
The source electrode and the drain electrode are not particularly limited as long as they are electrodes for extracting an electric current, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
The material of the source electrode and the drain electrode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, the same material as the material described in the description of the gate electrode can be mentioned.
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記ゲート電極の説明において記載した形成方法と同じ方法が挙げられる。 The method for forming the source electrode and the drain electrode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, the same method as the forming method described in the description of the gate electrode can be mentioned.
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、20nm〜1μmが好ましく、50nm〜300nmがより好ましい。 The average thickness of the source electrode and the drain electrode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 20 nm to 1 μm, more preferably 50 nm to 300 nm.
<活性層>
前記活性層は、前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられた層である。
<Active layer>
The active layer is a layer provided adjacent to the source electrode and the drain electrode.
本発明者らの以前の研究では、対称性の高い酸化物半導体ではn型ドーピングによって電子キャリアが生成することが示されていた(特開2011−192971号公報参照)が、後述のような対称性の低い酸化物半導体ではn型ドーピングが有効に機能することは必ずしも明らかでなかった。しかしながら、今回、本発明者らは、以下に示すように低対称性であっても有用な、n型ドーパントと酸化物半導体との組合せを見いだした。 Previous studies by the present inventors have shown that electron carriers are generated by n-type doping in highly symmetric oxide semiconductors (see JP2011-192971), but symmetry as described later. It was not always clear that n-type doping works effectively in low-symmetry oxide semiconductors. However, this time, the present inventors have found a combination of an n-type dopant and an oxide semiconductor which is useful even with low symmetry as shown below.
前記活性層の材料は、本発明によれば、2価のカチオン、3価のカチオン、4価のカチオン、5価のカチオン、及び6価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた、三斜晶組成化合物、単斜晶組成化合物、及び三方晶組成化合物のいずれかである、n型酸化物半導体である。
ここで、前記ドーパントの価数は、前記n型酸化物半導体を構成する金属イオン(ただし、前記ドーパントを除く)の価数よりも大きい。
なお、前記置換ドーピングは、n型ドーピングともいう。
According to the present invention, the material of the active layer was substituted-doped with at least one dopant of a divalent cation, a trivalent cation, a tetravalent cation, a pentavalent cation, and a hexavalent cation. It is an n-type oxide semiconductor which is one of a triclinic composition compound, a monoclinic composition compound, and a trigonal composition compound.
Here, the valence of the dopant is higher than the valence of the metal ions (however, excluding the dopant) constituting the n-type oxide semiconductor.
The substitution doping is also referred to as n-type doping.
<<三斜晶組成化合物>>
前記活性層の第一の候補は、本発明によれば、n型酸化物半導体であって、2価のカチオン、3価のカチオン、4価のカチオン、5価のカチオン、及び6価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた三斜晶組成化合物である。
<< Triclinic composition compound >>
According to the present invention, the first candidate for the active layer is an n-type oxide semiconductor, which is a divalent cation, a trivalent cation, a tetravalent cation, a pentavalent cation, and a hexavalent cation. It is a triclinic composition compound substituted and doped with at least one of the dopants of.
前記三斜晶組成化合物は、点群C1及びCiのいずれかに属することが好ましい。 The triclinic composition compound preferably belongs to one of the points C 1 and C i.
前記三斜晶組成化合物は、空間群No.1〜2のいずれかに属することが好ましい。 The triclinic composition compound is a space group No. It preferably belongs to any of 1 and 2.
前記三斜晶組成化合物は、Li、Cu、Ag、Au、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、La、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、As、Sb、Bi、V、Nb、Ta、Te、Mo、及びWの少なくともいずれかのカチオンを含むことが好ましい。 The triclinic composition compounds include Li, Cu, Ag, Au, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, La, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, As, Sb, It preferably contains at least one cation of Bi, V, Nb, Ta, Te, Mo, and W.
前記置換ドーピングは、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、Zr、Hf、Ce、V、Nb、Ta、As、Sb、Bi、Mo、W、及びTeの少なくともいずれかのカチオンの導入によることが好ましい。 The substitution doping is Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, Zr, Hf, Ce, V, Nb, Ta, As, Sb. , Bi, Mo, W, and Te, preferably by introduction of at least one cation.
これらの例としては、Cu2WO4、Cd2Ge3O8、HgTeO3等が好適である。或いはこれらの固溶体であってもよい。ここでは、組成を整数で示しているが、予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は、以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。特に、酸素空孔は生じ易く、通常、酸素の組成は示性式の値より小さくなっている。 As examples of these, Cu 2 WO 4 , Cd 2 Ge 3 O 8 , HgTeO 3, and the like are suitable. Alternatively, these solid solutions may be used. Although the composition is shown here as an integer, unexpected non-stoikiometry and trace impurities are acceptable as long as they do not interfere with the doping described below. In particular, oxygen vacancies are likely to occur, and the composition of oxygen is usually smaller than the value of the demonstrative formula.
n型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、1価カチオンであるCu+に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち2価のMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+、3価のAl3+、Ga3+、In3+、Tl3+、Y3+、La3+、4価のGe4+、Sn4+、Pb4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、Ce4+、5価のV5+、Nb5+、Ta5+、As5+、Sb5+、Bi5+、及び6価のMo6+、W6+、Te6+が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、n型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、2価カチオンであるCd2+、Hg2+に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち3価のAl3+、Ga3+、In3+、Tl3+、Y3+、La3+、4価のGe4+、Sn4+、Pb4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、Ce4+、5価のV5+、Nb5+、Ta5+、As5+、Sb5+、Bi5+、及び6価のMo6+、W6+、Te6+が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、n型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、4価カチオンであるGe4+、Te4+対しては、より価数の大きいドーパント、即ち5価のV5+、Nb5+、Ta5+、As5+、Sb5+、Bi5+、及び6価のMo6+、W6+、Te6+が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
The substitution doping, which is n-type doping, includes, for example, a dopant having a higher valence for Cu + , which is a monovalent cation, that is, divalent Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Zn 2+. , Cd 2+ , Hg 2+ , trivalent Al 3+ , Ga 3+ , In 3+ , Tl 3+ , Y 3+ , La 3+ , tetravalent Ge 4+ , Sn 4+ , Pb 4+ , Ti 4+ , Zr 4+ , Hf 4+ 4+ , pentavalent V 5+ , Nb 5+ , Ta 5+ , As 5+ , Sb 5+ , Bi 5+ , and hexavalent Mo 6+ , W 6+ , Te 6+ are available. Alternatively, a plurality of these species may be doped.
Further, as the substitution doping which is n-type doping, for example, for the divalent cations Cd 2+ and Hg 2+ , a dopant having a higher valence, that is, trivalent Al 3+ , Ga 3+ , In 3+ , Tl 3+, Y 3+, La 3+ , 4 -valent Ge 4+, Sn 4+, Pb 4+ ,
The substitution doping, which is an n-type doping, includes, for example, a dopant having a higher valence than the tetravalent cations Ge 4+ and Te 4+, that is, pentavalent V 5+ , Nb 5+ , Ta 5+ , and As. 5+ , Sb 5+ , Bi 5+ , and hexavalent Mo 6+ , W 6+ , and Te 6+ are available. Alternatively, a plurality of these species may be doped.
イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度は、母相の材料、ドーパントの種類や置換するサイト、成膜プロセス、所望のTFT特性等に応じて、適切に選択することができる。例えばスパッタ法により、ZnをドープしたCu2WO4膜を作製する場合、1%程度Znをドープしたターゲットを用意すればよい。Cuサイトを置換したZnがドナーをつくるので、ノンドープのCu2WO4を作製する時よりもスパッタガスの酸素濃度を高濃度にして、酸素空孔を減少させることができる。更に、その場合にもキャリア濃度を維持しソース・ドレイン電極との接触抵抗を低く保つことができるので、移動度の低下を抑制することができる。また、スパッタプロセスでは高励起状態を経由しているため、基板加熱をせずともキャリアを生成できる。
X線回折(XRD)等で回折線が観測されず長距離秩序が存在しない場合(一般にはこれをアモルファス状態と呼んでいる。)であっても、リジッドな構造を有する酸化物の場合、酸素配位多面体(例えばCdO6八面体)やその連結様式(例えばCdO6稜共有鎖)は維持されているので、置換ドーピングが有効に作用する。このような構造においてはアモルファス状態特有の裾状態(Tail States)の状態密度は小さいため、サブギャップ吸収は少なく光劣化特性はアモルファス性の高い材料よりも優れる。一方、結晶状態であれば勿論ドーピングは有効であって、重金属イオンの4s、5s、6sバンドから構成される伝導帯に対しては粒界の影響も少ない。但し、ドープ量が過多でドーパントが粒界に偏析するような場合には、ドーパント濃度を下げることが好ましい。また、ソース・ドレイン電極と活性層との界面の密着性や電気的な接触を良好にするために、200℃〜300℃でポストアニールすることも好ましい。また、より高温でアニールして結晶性を高めてもよい。
It is preferable to select the dopant in consideration of the ionic radius, the coordination number, the orbital energy, and the like. The doping concentration can be appropriately selected depending on the material of the matrix, the type of dopant, the site to be replaced, the film forming process, the desired TFT characteristics, and the like. For example, when a Cu 2 WO 4 film doped with Zn is produced by a sputtering method, a target doped with about 1% Zn may be prepared. Since Zn substituting the Cu site forms a donor, the oxygen concentration of the sputter gas can be made higher and the oxygen vacancies can be reduced as compared with the case of producing the non-doped Cu 2 WO 4. Further, even in that case, the carrier concentration can be maintained and the contact resistance with the source / drain electrode can be kept low, so that the decrease in mobility can be suppressed. Further, since the sputtering process goes through a highly excited state, carriers can be generated without heating the substrate.
Even when no diffraction line is observed by X-ray diffraction (XRD) or the like and long-range order does not exist (generally called an amorphous state), in the case of an oxide having a rigid structure, oxygen Since the coordination polyhedron (for example, CdO 6 octahedron) and its connection mode (for example, CdO 6- ridge shared chain) are maintained, the substitution doping works effectively. In such a structure, since the density of states of the tail states peculiar to the amorphous state is small, the sub-gap absorption is small and the photodegradation characteristics are superior to those of the highly amorphous material. On the other hand, in the crystalline state, of course, doping is effective, and the influence of grain boundaries on the conduction band composed of the 4s, 5s, and 6s bands of heavy metal ions is small. However, when the doping amount is excessive and the dopant segregates at the grain boundaries, it is preferable to reduce the dopant concentration. It is also preferable to post-anneal at 200 ° C. to 300 ° C. in order to improve the adhesion and electrical contact between the source / drain electrode and the active layer. Further, it may be annealed at a higher temperature to increase the crystallinity.
<<単斜晶組成化合物>>
前記活性層の第二の候補は、本発明によれば、n型酸化物半導体であって、2価のカチオン、3価のカチオン、4価のカチオン、5価のカチオン、及び6価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた単斜晶組成化合物である。
<< Monoclinic composition compound >>
According to the present invention, the second candidate for the active layer is an n-type oxide semiconductor, which is a divalent cation, a trivalent cation, a tetravalent cation, a pentavalent cation, and a hexavalent cation. It is a monoclinic composition compound substituted-doped with at least one of the dopants of.
前記単斜晶組成化合物は、点群C2、Cs、及びC2hのいずれかに属することが好ましい。 The monoclinic composition compound preferably belongs to any of the point groups C 2 , C s , and C 2 h.
前記単斜晶組成化合物は、空間群No.3〜15のいずれかに属することが好ましい。 The monoclinic composition compound is a space group No. It preferably belongs to any of 3 to 15.
前記単斜晶組成化合物は、Li、Cu、Ag、Au、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、La、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、As、Sb、Bi、V、Nb、Ta、Te、Mo、及びWの少なくともいずれかのカチオンを含むことが好ましい。 The monoclinic composition compounds include Li, Cu, Ag, Au, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, La, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, As, Sb, It preferably contains at least one cation of Bi, V, Nb, Ta, Te, Mo, and W.
前記置換ドーピングは、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、Zr、Hf、Ce、V、Nb、Ta、As、Sb、Bi、Mo、W、及びTeの少なくともいずれかのカチオンの導入によることが好ましい。 The substitution doping is Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, Zr, Hf, Ce, V, Nb, Ta, As, Sb. , Bi, Mo, W, and Te, preferably by introduction of at least one cation.
これらの例としては、SrGa2O4、BaIn2O4、Zn2Ge2O6、Cd2Ge2O6等が好適である。或いはこれらの固溶体であってもよい。ここでは組成を整数で示しているが、予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は、以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。特に、酸素空孔は生じ易く、通常、酸素の組成は示性式の値より小さくなっている。 As examples of these, SrGa 2 O 4 , BaIn 2 O 4 , Zn 2 Ge 2 O 6 , Cd 2 Ge 2 O 6, and the like are suitable. Alternatively, these solid solutions may be used. Although the composition is shown here as an integer, unexpected non-stoikiometry and trace impurities are acceptable as long as they do not interfere with the doping described below. In particular, oxygen vacancies are likely to occur, and the composition of oxygen is usually smaller than the value of the demonstrative formula.
n型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、2価カチオンであるSr2+、Ba2+、Zn2+、Cd2+に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち3価のAl3+、Ga3+、In3+、Tl3+、Y3+、La3+、4価のGe4+、Sn4+、Pb4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、Ce4+、5価のV5+、Nb5+、Ta5+、As5+、Sb5+、Bi5+、及び6価のMo6+、W6+、Te6+が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、n型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、3価カチオンであるGa3+、In3+に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち4価のGe4+、Sn4+、Pb4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、Ce4+、5価のV5+、Nb5+、Ta5+、As5+、Sb5+、Bi5+、及び6価のMo6+、W6+、Te6+が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、n型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、4価カチオンであるGe4+に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち5価のV5+、Nb5+、Ta5+、As5+、Sb5+、Bi5+、及び6価のMo6+、W6+、Te6+が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
The substitution doping, which is an n-type doping, includes, for example, a dopant having a higher valence for the divalent cations Sr 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ , and Cd 2+, that is, trivalent Al 3+ and Ga 3+. , In 3+ , Tl 3+ , Y 3+ , La 3+ , 4-valent Ge 4+ , Sn 4+ , Pb 4+ , Ti 4+ , Zr 4+ , Hf 4+ , Ce 4+ , 5-valent V 5+ , Nb 5+ , Ta 5 5+ , Sb 5+ , Bi 5+ , and hexavalent Mo 6+ , W 6+ , and Te 6+ are available. Alternatively, a plurality of these species may be doped.
Further, as the substitution doping which is n-type doping, for example, for Ga 3+ and In 3+ which are trivalent cations, a dopant having a higher valence, that is, tetravalent Ge 4+ , Sn 4+ , Pb 4+ , Ti 4+ , Zr 4+ , Hf 4+ , Ce 4+ , pentavalent V 5+ , Nb 5+ , Ta 5+ , As 5+ , Sb 5+ , Bi 5+ , and hexavalent Mo 6+ , W 6+ , Te 6+ are available. Alternatively, a plurality of these species may be doped.
Further, as the substitution doping which is n-type doping, for example, for Ge 4+ which is a tetravalent cation, a dopant having a higher valence, that is, pentavalent V 5+ , Nb 5+ , Ta 5+ , As 5+ , Sb 5+ , Bi 5+ , and hexavalent Mo 6+ , W 6+ , and Te 6+ are available. Alternatively, a plurality of these species may be doped.
イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度は、母相の材料、ドーパントの種類や置換するサイト、成膜プロセス、所望のTFT特性等に応じて、適切に選択することができる。例えばスパッタ法により、WをドープしたBaIn2O4膜を作製する場合、0.5%程度Wをドープしたターゲットを用意すればよい。Inサイトを置換したWがドナーをつくるので、ノンドープのBaIn2O4を作製する時よりもスパッタガスの酸素濃度を高濃度にして、酸素空孔を減少させることができる。更に、その場合にもキャリア濃度を維持しソース・ドレイン電極との接触抵抗を低く保つことができるので、移動度の低下を抑制することができる。また、スパッタプロセスでは高励起状態を経由しているため、基板加熱をせずともキャリアを生成できる。X線回折(XRD)等で回折線が観測されず長距離秩序が存在しない場合(一般にはこれをアモルファス状態と呼んでいる。)であっても、リジッドな構造を有する酸化物の場合、酸素配位多面体(例えばGaO6やInO6八面体)やその連結様式(例えばInO6稜共有鎖や面共有鎖)は維持されているので、置換ドーピングが有効に作用する。このような構造においてはアモルファス状態特有の裾状態(Tail States)の状態密度は小さいため、サブギャップ吸収は少なく光劣化特性はアモルファス性の高い材料よりも優れる。一方、結晶状態であれば勿論ドーピングは有効であって、重金属イオンの4s、5s、6sバンドから構成される伝導帯に対しては粒界の影響も少ない。但し、ドープ量が過多でドーパントが粒界に偏析するような場合には、ドーパント濃度を下げることが好ましい。また、ソース・ドレイン電極と活性層との界面の密着性や電気的な接触を良好にするために、200℃〜300℃でポストアニールすることも好ましい。また、より高温でアニールして結晶性を高めてもよい。 It is preferable to select the dopant in consideration of the ionic radius, the coordination number, the orbital energy, and the like. The doping concentration can be appropriately selected depending on the material of the matrix, the type of dopant, the site to be replaced, the film forming process, the desired TFT characteristics, and the like. For example, when a W-doped BaIn 2 O 4 film is produced by a sputtering method, a target doped with about 0.5% W may be prepared. Since W that replaces the In site forms a donor, the oxygen concentration of the sputter gas can be made higher than that when the non-doped BaIn 2 O 4 is produced, and the oxygen vacancies can be reduced. Further, even in that case, the carrier concentration can be maintained and the contact resistance with the source / drain electrode can be kept low, so that the decrease in mobility can be suppressed. Further, since the sputtering process goes through a highly excited state, carriers can be generated without heating the substrate. Even when no diffraction line is observed by X-ray diffraction (XRD) or the like and long-range order does not exist (generally called an amorphous state), in the case of an oxide having a rigid structure, oxygen Since the coordination polyhedron (for example, GaO 6 or InO 6 octahedron) and its connection mode (for example, InO 6 ridge covalent chain or surface covalent chain) are maintained, substitution doping works effectively. In such a structure, since the density of states of the tail states peculiar to the amorphous state is small, the sub-gap absorption is small and the photodegradation characteristics are superior to those of the highly amorphous material. On the other hand, in the crystalline state, of course, doping is effective, and the influence of grain boundaries on the conduction band composed of the 4s, 5s, and 6s bands of heavy metal ions is small. However, when the doping amount is excessive and the dopant segregates at the grain boundaries, it is preferable to reduce the dopant concentration. It is also preferable to post-anneal at 200 ° C. to 300 ° C. in order to improve the adhesion and electrical contact between the source / drain electrode and the active layer. Further, it may be annealed at a higher temperature to increase the crystallinity.
<<三方晶組成化合物>>
前記活性層の第三の候補は、本発明によれば、n型酸化物半導体であって、2価のカチオン、3価のカチオン、4価のカチオン、5価のカチオン、及び6価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた三方晶組成化合物である。
<< Trigonal composition compound >>
According to the present invention, the third candidate for the active layer is an n-type oxide semiconductor, which is a divalent cation, a trivalent cation, a tetravalent cation, a pentavalent cation, and a hexavalent cation. It is a trigonal composition compound substituted-doped with at least one of the dopants of.
前記三方晶組成化合物は、点群C3、C3i、D3、C3v及びD3dのいずれかに属することが好ましい。 The trigonal composition compound preferably belongs to any of the point groups C 3, C 3i, D 3, C 3v and D 3d.
前記三方晶組成化合物は、空間群No.143〜167のいずれかに属することが好ましい。 The trigonal composition compound has a space group No. It preferably belongs to any of 143 to 167.
前記三方晶組成化合物は、Li、Cu、Ag、Au、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、La、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、As、Sb、Bi、V、Nb、Ta、Te、Mo、及びWの少なくともいずれかのカチオンを含むことが好ましい。 The trigonal composition compounds include Li, Cu, Ag, Au, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, La, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, As, Sb, Bi. , V, Nb, Ta, Te, Mo, and W preferably contain at least one cation.
前記置換ドーピングは、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、Zr、Hf、Ce、V、Nb、Ta、As、Sb、Bi、Mo、W、及びTeの少なくともいずれかのカチオンの導入によることが好ましい。 The substitution doping is Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, Zr, Hf, Ce, V, Nb, Ta, As, Sb. , Bi, Mo, W, and Te, preferably by introduction of at least one cation.
これらの例としては、ZnTiO3、Zn2GeO4、In2Zn3O6、Ba3W2O9、Tl2TeO6等が好適である。或いはこれらの固溶体であってもよい。ここでは組成を整数で示しているが、予期しないノンストイキオメトリーや微量の不純物は、以下に記述するドーピングを妨げない限り許容される。特に、酸素空孔は生じ易く、通常、酸素の組成は示性式の値より小さくなっている。 As examples of these, ZnTiO 3 , Zn 2 GeO 4 , In 2 Zn 3 O 6 , Ba 3 W 2 O 9 , Tl 2 TeO 6, and the like are suitable. Alternatively, these solid solutions may be used. Although the composition is shown here as an integer, unexpected non-stoikiometry and trace impurities are acceptable as long as they do not interfere with the doping described below. In particular, oxygen vacancies are likely to occur, and the composition of oxygen is usually smaller than the value of the demonstrative formula.
n型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、2価カチオンであるBa2+、Zn2+に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち3価のAl3+、Ga3+、In3+、Tl3+、Y3+、La3+、4価のGe4+、Sn4+、Pb4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、Ce4+、5価のV5+、Nb5+、Ta5+、As5+、Sb5+、Bi5+、及び6価のMo6+、W6+、Te6+が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、n型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、3価カチオンであるIn3+、Tl3+に対してはより価数の大きいドーパント、即ち4価のGe4+、Sn4+、Pb4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、Ce4+、5価のV5+、Nb5+、Ta5+、As5+、Sb5+、Bi5+、及び6価のMo6+、W6+、Te6+が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
また、n型ドーピングである前記置換ドーピングとしては、例えば、4価カチオンであるGe4+、Ti4+に対しては、より価数の大きいドーパント、即ち5価のV5+、Nb5+、Ta5+、As5+、Sb5+、Bi5+、及び6価のMo6+、W6+、Te6+が利用できる。或いはこれらの複数種をドーピングしてもよい。
The substitution doping, which is an n-type doping, includes, for example, a dopant having a higher valence for the divalent cations Ba 2+ and Zn 2+, that is, trivalent Al 3+ , Ga 3+ , In 3+ , and Tl 3+. , Y 3+, La 3+, 4-valent Ge 4+, Sn 4+, Pb 4+ ,
The substitution doping, which is an n-type doping, includes, for example, dopants having a higher valence than trivalent cations In 3+ and Tl 3+, that is, tetravalent Ge 4+ , Sn 4+ , Pb 4+ , and Ti. 4+ , Zr 4+ , Hf 4+ , Ce 4+ , pentavalent V 5+ , Nb 5+ , Ta 5+ , As 5+ , Sb 5+ , Bi 5+ , and hexavalent Mo 6+ , W 6+ , Te 6+ are available. Alternatively, a plurality of these species may be doped.
Further, as the substitution doping which is an n-type doping, for example, for Ge 4+ and Ti 4+ which are tetravalent cations, a dopant having a higher valence, that is, pentavalent V 5+ , Nb 5+ , Ta 5+ , As 5+ , Sb 5+ , Bi 5+ , and hexavalent Mo 6+ , W 6+ , Te 6+ are available. Alternatively, a plurality of these species may be doped.
イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮してドーパントを選択することが好ましい。ドーピング濃度は、母相の材料、ドーパントの種類や置換するサイト、成膜プロセス、所望のTFT特性等に応じて、適切に選択することができる。例えばスパッタ法により、NbをドープしたZnTiO3膜を作製する場合、1%程度Nbをドープしたターゲットを用意すればよい。Tiサイトを置換したNbがドナーをつくるので、ノンドープのZnTiO3を作製する時よりもスパッタガスの酸素濃度を高濃度にして、酸素空孔を減少させることができる。更に、その場合にもキャリア濃度を維持しソース・ドレイン電極との接触抵抗を低く保つことができるので、移動度の低下を抑制することができる。また、スパッタプロセスでは高励起状態を経由しているため、基板加熱をせずともキャリアを生成できる。X線回折(XRD)等で回折線が観測されず長距離秩序が存在しない場合(一般にはこれをアモルファス状態と呼んでいる。)であっても、リジッドな構造を有する酸化物の場合、酸素配位多面体(例えばInO6やTiO6八面体)やその連結様式(例えばInO6稜共有鎖や面共有鎖)は維持されているので、置換ドーピングが有効に作用する。このような構造においてはアモルファス状態特有の裾状態(Tail States)の状態密度は小さいため、サブギャップ吸収は少なく光劣化特性はアモルファス性の高い材料よりも優れる。一方、結晶状態であれば勿論ドーピングは有効であって、重金属イオンの4s、5s、6sバンドから構成される伝導帯に対しては粒界の影響も少ない。但し、ドープ量が過多でドーパントが粒界に偏析するような場合には、ドーパント濃度を下げることが好ましい。また、ソース・ドレイン電極と活性層との界面の密着性や電気的な接触を良好にするために、200℃〜300℃でポストアニールすることも好ましい。また、より高温でアニールして結晶性を高めてもよい。 It is preferable to select the dopant in consideration of the ionic radius, the coordination number, the orbital energy, and the like. The doping concentration can be appropriately selected depending on the material of the matrix, the type of dopant, the site to be replaced, the film forming process, the desired TFT characteristics, and the like. For example, when a Nb-doped ZnTIO 3 film is produced by a sputtering method, a target doped with about 1% Nb may be prepared. Since the Nb that replaces the Ti site forms a donor, the oxygen concentration of the sputter gas can be made higher than that when the non-doped ZnTiO 3 is produced, and the oxygen vacancies can be reduced. Further, even in that case, the carrier concentration can be maintained and the contact resistance with the source / drain electrode can be kept low, so that the decrease in mobility can be suppressed. Further, since the sputtering process goes through a highly excited state, carriers can be generated without heating the substrate. Even when no diffraction line is observed by X-ray diffraction (XRD) or the like and long-range order does not exist (generally called an amorphous state), in the case of an oxide having a rigid structure, oxygen Since the coordination polyhedron (for example, InO 6 or TiO 6 octahedron) and its connection mode (for example, InO 6 ridge shared chain or face shared chain) are maintained, substitution doping works effectively. In such a structure, since the density of states of the tail states peculiar to the amorphous state is small, the sub-gap absorption is small and the photodegradation characteristics are superior to those of the highly amorphous material. On the other hand, in the crystalline state, of course, doping is effective, and the influence of grain boundaries on the conduction band composed of the 4s, 5s, and 6s bands of heavy metal ions is small. However, when the doping amount is excessive and the dopant segregates at the grain boundaries, it is preferable to reduce the dopant concentration. It is also preferable to post-anneal at 200 ° C. to 300 ° C. in order to improve the adhesion and electrical contact between the source / drain electrode and the active layer. Further, it may be annealed at a higher temperature to increase the crystallinity.
前記活性層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5nm〜1μmが好ましく、10nm〜0.5μmがより好ましい。 The average thickness of the active layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 5 nm to 1 μm, more preferably 10 nm to 0.5 μm.
<ゲート絶縁層>
前記ゲート絶縁層としては、前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられた絶縁層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ゲート絶縁層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、SiO2、SiNx等の既に広く量産に利用されている材料や、La2O3、HfO2等の高誘電率材料、ポリイミド(PI)やフッ素系樹脂等の有機材料などが挙げられる。
<Gate insulating layer>
The gate insulating layer is not particularly limited as long as it is an insulating layer provided between the gate electrode and the active layer, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
The material of the gate insulating layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, materials already widely used for mass production such as SiO 2 and SiN x , La 2 O 3 and the like. Examples thereof include high dielectric constant materials such as HfO 2 and organic materials such as polyimide (PI) and fluororesins.
前記ゲート絶縁層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタ、化学気相蒸着(CVD)、原子層蒸着(ALD)等の真空成膜法、スピンコート、ダイコート、インクジェット等の印刷法などが挙げられる。 The method for forming the gate insulating layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a vacuum film forming method such as sputtering, chemical vapor deposition (CVD), or atomic layer deposition (ALD). , Spin coating, die coating, printing methods such as inkjet, and the like.
前記ゲート絶縁層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、50nm〜3μmが好ましく、100nm〜1μmがより好ましい。 The average thickness of the gate insulating layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 50 nm to 3 μm, more preferably 100 nm to 1 μm.
前記電界効果型トランジスタの構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トップコンタクト・ボトムゲート型(図1)、ボトムコンタクト・ボトムゲート型(図2)、トップコンタクト・トップゲート型(図3)、ボトムコンタクト・トップゲート型(図4)などが挙げられる。
なお、図1〜図4中、21は基材、22は活性層、23はソース電極、24はドレイン電極、25はゲート絶縁層、26はゲート電極を表す。
The structure of the field-effect transistor is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a top contact / bottom gate type (FIG. 1), a bottom contact / bottom gate type (FIG. 2), and the like. Examples include a top contact / top gate type (FIG. 3) and a bottom contact / top gate type (FIG. 4).
In FIGS. 1 to 4, 21 represents a base material, 22 represents an active layer, 23 represents a source electrode, 24 represents a drain electrode, 25 represents a gate insulating layer, and 26 represents a gate electrode.
前記電界効果型トランジスタは、後述する表示素子に好適に使用できるが、これに限られるものではなく、例えば、ICカード、IDタグなどにも使用することができる。 The field-effect transistor can be suitably used for a display element described later, but is not limited to this, and can be used, for example, for an IC card, an ID tag, or the like.
<電界効果型トランジスタの製造方法>
前記電界効果型トランジスタの製造方法の一例を説明する。
<Manufacturing method of field effect transistor>
An example of the method for manufacturing the field effect transistor will be described.
まず、基材上にゲート電極を形成する。
前記基材の形状、構造、及び大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記基材の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス基材、プラスチック基材などが挙げられる。
前記ガラス基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、無アルカリガラス、シリカガラスなどが挙げられる。
前記プラスチック基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などが挙げられる。
なお、前記基材は、表面の清浄化及び密着性向上の点で、酸素プラズマ、UVオゾン、UV照射洗浄等の前処理が行われることが好ましい。
First, a gate electrode is formed on the base material.
The shape, structure, and size of the base material are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
The material of the base material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a glass base material and a plastic base material.
The glass base material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include non-alkali glass and silica glass.
The plastic base material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include polycarbonate (PC), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN). Be done.
The base material is preferably subjected to pretreatment such as oxygen plasma, UV ozone, and UV irradiation cleaning from the viewpoint of cleaning the surface and improving the adhesion.
続いて、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する。
続いて、チャネル領域であって前記ゲート絶縁層上に、n型酸化物半導体からなる活性層を形成する。
続いて、前記ゲート絶縁層上に、前記活性層を跨ぐようにソース電極及びドレイン電極を離間して形成する。
以上により、電界効果型トランジスタが製造される。この製造方法では、例えば、図1に示すようなトップコンタクト・ボトムゲート型の電界効果型トランジスタが製造される。
Subsequently, a gate insulating layer is formed on the gate electrode.
Subsequently, an active layer made of an n-type oxide semiconductor is formed on the gate insulating layer in the channel region.
Subsequently, the source electrode and the drain electrode are formed on the gate insulating layer so as to straddle the active layer.
As described above, the field effect transistor is manufactured. In this manufacturing method, for example, a top contact / bottom gate type field effect transistor as shown in FIG. 1 is manufactured.
(表示素子)
本発明の表示素子は、少なくとも、光制御素子と、前記光制御素子を駆動する駆動回路とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
(Display element)
The display element of the present invention has at least an optical control element and a drive circuit for driving the optical control element, and further includes other members, if necessary.
<光制御素子>
前記光制御素子としては、駆動信号に応じて光出力を制御する素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エレクトロルミネッセンス(EL)素子、エレクトロクロミック(EC)素子、液晶素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子などが挙げられる。
<Optical control element>
The optical control element is not particularly limited as long as it is an element that controls the optical output according to the drive signal, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, an electroluminescence (EL) element or an electrochromic (EL) element. EC) elements, liquid crystal elements, electrophoresis elements, electrowetting elements and the like can be mentioned.
<駆動回路>
前記駆動回路としては、本発明の前記電界効果型トランジスタを有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Drive circuit>
The drive circuit is not particularly limited as long as it has the field-effect transistor of the present invention, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
<その他の部材>
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Other parts>
The other members are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
前記表示素子は、本発明の前記電界効果型トランジスタを有しているため、高速駆動が可能、長寿命、かつ素子間のばらつきを小さくすることが可能となる。また、前記表示素子に経時変化が起きても駆動トランジスタを一定のゲート電圧で動作させることができる。 Since the display element has the field-effect transistor of the present invention, it is possible to drive at high speed, have a long life, and reduce variations between the elements. Further, the drive transistor can be operated at a constant gate voltage even if the display element changes with time.
(画像表示装置)
本発明の画像表示装置は、少なくとも、複数の表示素子と、複数の配線と、表示制御装置とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
(Image display device)
The image display device of the present invention has at least a plurality of display elements, a plurality of wirings, a display control device, and, if necessary, other members.
<複数の表示素子>
前記複数の表示素子としては、マトリックス状に配置された複数の本発明の前記表示素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Multiple display elements>
The plurality of display elements are not particularly limited as long as they are a plurality of the display elements of the present invention arranged in a matrix, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
<複数の配線>
前記複数の配線は、前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧と画像データ信号とを個別に印加可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Multiple wiring>
The plurality of wirings are not particularly limited as long as the gate voltage and the image data signal can be individually applied to each field effect transistor in the plurality of display elements, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
<表示制御装置>
前記表示制御装置としては、画像データに応じて、各電界効果型トランジスタのゲート電圧と信号電圧とを前記複数の配線を介して個別に制御可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Display control device>
The display control device is not particularly limited as long as the gate voltage and signal voltage of each field effect transistor can be individually controlled via the plurality of wirings according to the image data, and is not particularly limited, depending on the purpose. It can be selected as appropriate.
<その他の部材>
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Other parts>
The other members are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
前記画像表示装置は、本発明の前記表示素子を有しているため、素子間のばらつきも小さくすることが可能になり、大画面で高品質の画像を表示することが可能となる。 Since the image display device has the display element of the present invention, it is possible to reduce variations between the elements and display a high-quality image on a large screen.
(システム)
本発明のシステムは、少なくとも、本発明の前記画像表示装置と、画像データ作成装置とを有する。
前記画像データ作成装置は、表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する。
(system)
The system of the present invention has at least the image display device of the present invention and an image data creation device.
The image data creation device creates image data based on the image information to be displayed, and outputs the image data to the image display device.
前記システムは、本発明の前記画像表示装置を備えているため、画像情報を高精細に表示することが可能となる。 Since the system includes the image display device of the present invention, it is possible to display image information in high definition.
以下、本発明の表示素子、画像表示装置、及びシステムを、図を用いて説明する。
まず、本発明のシステムとしてのテレビジョン装置を、図5を用いて説明する。
Hereinafter, the display element, the image display device, and the system of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the television apparatus as the system of the present invention will be described with reference to FIG.
図5において、テレビジョン装置100は、主制御装置101、チューナ103、ADコンバータ(ADC)104、復調回路105、TS(Transport Stream)デコーダ106、音声デコーダ111、DAコンバータ(DAC)112、音声出力回路113、スピーカ114、映像デコーダ121、映像・OSD合成回路122、映像出力回路123、画像表示装置124、OSD描画回路125、メモリ131、操作装置132、ドライブインターフェース(ドライブIF)141、ハードディスク装置142、光ディスク装置143、IR受光器151、及び通信制御装置152を備える。
映像デコーダ121と、映像・OSD合成回路122と、映像出力回路123と、OSD描画回路125とが、画像データ作成装置を構成する。
In FIG. 5, the
The
主制御装置101は、CPU、フラッシュROM、及びRAMなどから構成され、テレビジョン装置100の全体を制御する。
前記フラッシュROMには、前記CPUにて解読可能なコードで記述されたプログラム、及び前記CPUでの処理に用いられる各種データなどが格納されている。
また、RAMは、作業用のメモリである。
The
The flash ROM stores a program written in a code that can be deciphered by the CPU, various data used for processing by the CPU, and the like.
The RAM is a working memory.
チューナ103は、アンテナ210で受信された放送波の中から、予め設定されているチャンネルの放送を選局する。
The
ADC104は、チューナ103の出力信号(アナログ情報)をデジタル情報に変換する。
The
復調回路105は、ADC104からのデジタル情報を復調する。
The
TSデコーダ106は、復調回路105の出力信号をTSデコードし、音声情報及び映像情報を分離する。
The TS decoder 106 TS decodes the output signal of the
音声デコーダ111は、TSデコーダ106からの音声情報をデコードする。
The
DAコンバータ(DAC)112は、音声デコーダ111の出力信号をアナログ信号に変換する。
The DA converter (DAC) 112 converts the output signal of the
音声出力回路113は、DAコンバータ(DAC)112の出力信号をスピーカ114に出力する。
The
映像デコーダ121は、TSデコーダ106からの映像情報をデコードする。
The
映像・OSD合成回路122は、映像デコーダ121の出力信号とOSD描画回路125の出力信号を合成する。
The video /
映像出力回路123は、映像・OSD合成回路122の出力信号を画像表示装置124に出力する。
The
OSD描画回路125は、画像表示装置124の画面に文字や図形を表示するためのキャラクタ・ジェネレータを備えており、操作装置132、IR受光器151からの指示に応じて表示情報が含まれる信号を生成する。
The
メモリ131には、AV(Audio−Visual)データ等が一時的に蓄積される。
AV (Audio-Visual) data and the like are temporarily stored in the
操作装置132は、例えば、コントロールパネルなどの入力媒体(図示省略)を備え、ユーザから入力された各種情報を主制御装置101に通知する。
The
ドライブIF141は、双方向の通信インターフェースであり、一例としてATAPI(AT Attachment Packet Interface)に準拠している。 The drive IF 141 is a bidirectional communication interface, and conforms to ATAPI (AT Attachment Packet Interface) as an example.
ハードディスク装置142は、ハードディスクと、該ハードディスクを駆動するための駆動装置などから構成されている。駆動装置は、ハードディスクにデータを記録するとともに、ハードディスクに記録されているデータを再生する。 The hard disk device 142 is composed of a hard disk, a drive device for driving the hard disk, and the like. The drive device records the data on the hard disk and reproduces the data recorded on the hard disk.
光ディスク装置143は、光ディスク(例えば、DVDなど)にデータを記録するとともに、光ディスクに記録されているデータを再生する。
The
IR受光器151は、リモコン送信機220からの光信号を受信し、主制御装置101に通知する。
The
通信制御装置152は、インターネットとの通信を制御する。インターネットを介して各種情報を取得することができる。
The
図6は、本発明の画像表示装置の一例を示す概略構成図である。
図6において、画像表示装置124は、表示器300と、表示制御装置400とを有する。
表示器300は、図7に示されるように、複数(ここでは、n×m個)の表示素子302がマトリックス状に配置されたディスプレイ310を有する。
また、ディスプレイ310は、図8に示されるように、X軸方向に沿って等間隔に配置されているn本の走査線(X0、X1、X2、X3、・・・、Xn−2、Xn−1)と、Y軸方向に沿って等間隔に配置されているm本のデータ線(Y0、Y1、Y2、Y3、・・・、Ym−1)、Y軸方向に沿って等間隔に配置されているm本の電流供給線(Y0i、Y1i、Y2i、Y3i、・・・・・、Ym−1i)とを有する。
よって、走査線とデータ線とによって、表示素子を特定することができる。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of the image display device of the present invention.
In FIG. 6, the
As shown in FIG. 7, the
Further, as shown in FIG. 8, the
Therefore, the display element can be specified by the scanning line and the data line.
以下、本発明の表示素子を図9を用いて説明する。
図9は、本発明の表示素子の一例を示す概略構成図である。
前記表示素子は、一例として図9に示されるように、有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子350と、該有機EL素子350を発光させるためのドライブ回路320とを有している。即ち、ディスプレイ310は、いわゆるアクティブマトリックス方式の有機ELディスプレイである。また、ディスプレイ310は、カラー対応の32インチ型のディスプレイである。なお、大きさは、これに限定されるものではない。
Hereinafter, the display element of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an example of the display element of the present invention.
As shown in FIG. 9 as an example, the display element includes an organic EL (electroluminescence)
図10には、表示素子302における有機EL素子350とドライブ回路としての電界効果型トランジスタ20との位置関係の一例が示されている。ここでは、電界効果型トランジスタ20の横に有機EL素子350が配置されている。なお、電界効果型トランジスタ10及びキャパシタ(図示せず)も同一基材上に形成されている。
FIG. 10 shows an example of the positional relationship between the
図10には図示されていないが、活性層22の上部に保護膜を設けることも好適である。前記保護膜の材料としては、SiO2、SiNx、Al2O3、フッ素系ポリマー等、適宜利用できる。
Although not shown in FIG. 10, it is also preferable to provide a protective film on the upper part of the
また、例えば、図11に示されるように、電界効果型トランジスタ20の上に有機EL素子350が配置されてもよい。この場合には、ゲート電極26に透明性が要求されるので、ゲート電極26には、ITO、In2O3、SnO2、ZnO、Gaが添加されたZnO、Alが添加されたZnO、Sbが添加されたSnO2などの導電性を有する透明な酸化物が用いられる。なお、符号360は層間絶縁膜(平坦化膜)である。この層間絶縁膜にはポリイミドやアクリル系の樹脂等を利用できる。
Further, for example, as shown in FIG. 11, the
図12は、有機EL素子の一例を示す概略構成図である。
図12において、有機EL素子350は、陰極312と、陽極314と、有機EL薄膜層340とを有する。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an example of an organic EL element.
In FIG. 12, the
陰極312の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)−銀(Ag)合金、アルミニウム(Al)−リチウム(Li)合金、ITO(Indium Tin Oxide)などが挙げられる。なお、マグネシウム(Mg)−銀(Ag)合金は、充分厚ければ高反射率電極となり、極薄膜(20nm程度未満)では半透明電極となる。図12では陽極側から光を取り出しているが、陰極を透明、又は半透明電極とすることによって陰極側から光を取り出すことができる。
The material of the
陽極314の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、銀(Ag)−ネオジウム(Nd)合金などが挙げられる。なお、銀合金を用いた場合は、高反射率電極となり、陰極側から光を取り出す場合に好適である。
The material of the
有機EL薄膜層340は、電子輸送層342と、発光層344と、正孔輸送層346とを有する。電子輸送層342は、陰極312に接続され、正孔輸送層346は、陽極314に接続されている。陽極314と陰極312との間に所定の電圧を印加すると、発光層344が発光する。
The organic EL
ここで、電子輸送層342と発光層344が1つの層を形成してもよく、また、電子輸送層342と陰極312との間に電子注入層が設けられてもよく、更に、正孔輸送層346と陽極314との間に正孔注入層が設けられてもよい。
Here, the
また、基材側から光を取り出すいわゆる「ボトムエミッション」の場合について説明したが、基材と反対側から光を取り出す「トップエミッション」であってもよい。 Further, although the case of so-called "bottom emission" in which light is extracted from the base material side has been described, it may be "top emission" in which light is extracted from the side opposite to the base material.
図9におけるドライブ回路320について説明する。
ドライブ回路320は、2つの電界効果型トランジスタ10及び20と、キャパシタ30を有する。
The
The
電界効果型トランジスタ10は、スイッチ素子として動作する。電界効果型トランジスタ10のゲート電極Gは、所定の走査線に接続され、電界効果型トランジスタ10のソース電極Sは、所定のデータ線に接続されている。また、電界効果型トランジスタ10のドレイン電極Dは、キャパシタ30の一方の端子に接続されている。
The
電界効果型トランジスタ20は、有機EL素子350に電流を供給する。電界効果型トランジスタ20のゲート電極Gは、電界効果型トランジスタ10のドレイン電極Dと接続されている。そして、電界効果型トランジスタ20のドレイン電極Dは、有機EL素子350の陽極314に接続され、電界効果型トランジスタ20のソース電極Sは、所定の電流供給線に接続されている。
The
キャパシタ30は、電界効果型トランジスタ10の状態、即ちデータを記憶する。キャパシタ30の他方の端子は、所定の電流供給線に接続されている。
The
そこで、電界効果型トランジスタ10が「オン」状態になると、信号線Y2を介して画像データがキャパシタ30に記憶され、電界効果型トランジスタ10が「オフ」状態になった後も、電界効果型トランジスタ20を画像データに対応した「オン」状態に保持することによって、有機EL素子350は駆動される。
Therefore, when the field-
図13は、本発明の画像表示装置の他の一例を示す概略構成図である。
図13において、画像表示装置は、表示素子302と、配線(走査線、データ線、電流供給線)と、表示制御装置400とを有する。
表示制御装置400は、画像データ処理回路402と、走査線駆動回路404と、データ線駆動回路406とを有する。
画像データ処理回路402は、映像出力回路123の出力信号に基づいて、ディスプレイにおける複数の表示素子302の輝度を判断する。
走査線駆動回路404は、画像データ処理回路402の指示に応じてn本の走査線に個別に電圧を印加する。
データ線駆動回路406は、画像データ処理回路402の指示に応じてm本のデータ線に個別に電圧を印加する。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing another example of the image display device of the present invention.
In FIG. 13, the image display device includes a
The
The image
The scanning
The data
また、上記実施形態では、光制御素子が有機EL素子の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、光制御素子がエレクトロクロミック素子であってもよい。この場合は、上記ディスプレイは、エレクトロクロミックディスプレイとなる。 Further, in the above embodiment, the case where the optical control element is an organic EL element has been described, but the present invention is not limited to this, and for example, the optical control element may be an electrochromic element. In this case, the display becomes an electrochromic display.
また、前記光制御素子が液晶素子であってもよく、この場合ディスプレイは、液晶ディスプレイとなり、図14に示されるように、表示素子302’に対する電流供給線は不要となる。また、図15に示されるように、ドライブ回路320’は、電界効果型トランジスタ10及び20と同様の1つの電界効果型トランジスタ40により構成することができる。電界効果型トランジスタ40において、ゲート電極Gが所定の走査線に接続され、ソース電極Sが所定のデータ線に接続されている。また、ドレイン電極Dが、キャパシタ361及び液晶素子370の画素電極に接続されている。
Further, the optical control element may be a liquid crystal element, in which case the display becomes a liquid crystal display, and as shown in FIG. 14, a current supply line for the display element 302'is unnecessary. Further, as shown in FIG. 15, the drive circuit 320'can be composed of one
また、前記光制御素子は、電気泳動素子、無機EL素子、エレクトロウェッティング素子であってもよい。 Further, the optical control element may be an electrophoresis element, an inorganic EL element, or an electrowetting element.
以上、本発明のシステムがテレビジョン装置である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、画像及び情報を表示する装置として画像表示装置124を備えていればよい。例えば、コンピュータ(パソコンを含む)と画像表示装置124とが接続されたコンピュータシステムであってもよい。
The case where the system of the present invention is a television device has been described above, but the present invention is not limited to this, and an
また、携帯電話、携帯型音楽再生装置、携帯型動画再生装置、電子BOOK、PDA(Personal Digital Assistant)などの携帯情報機器、スチルカメラやビデオカメラなどの撮像機器における表示手段に画像表示装置124を用いることができる。また、車、航空機、電車、船舶等の移動体システムにおける各種情報の表示手段に画像表示装置124を用いることができる。さらに、計測装置、分析装置、医療機器、広告媒体における各種情報の表示手段に画像表示装置124を用いることができる。
In addition, the
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
無アルカリガラス基板を、中性洗剤、純水、及びイソプロピルアルコールを用いて超音波洗浄した。この基板を乾燥後、さらにUV−オゾン処理を90℃で10分間行った。
前記基板にDCマグネトロンスパッタリング法でMoを100nm成膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、ゲート電極を形成した。次に、RFマグネトロンスパッタリング法でSiO2を200nm成膜してゲート絶縁層とした。次に、BaIn1.98Sn0.02O4焼結体ターゲットを用い、RFマグネトロンスパッタリング法でSnをドーピングしたBaIn2O4を50nm成膜した。スパッタガスとしてアルゴンガスと酸素ガスを導入した。全圧を1.1Paに固定し、酸素濃度をパラメータとして4%〜60%の範囲で変化させ、活性層を作製した。パターニングはメタルマスクを介して成膜することで行った。次にソース・ドレイン電極として、メタルマスクを介してAlを100nm蒸着した。チャネル長は50μm、チャネル幅は400μmとした。最後に、大気中で300℃で1時間のアニールを行い、電界効果型トランジスタを作製した。なお、活性層である、SnをドーピングしたBaIn2O4は、点群C2h及び空間群No.14の対称性を有する。
(Example 1)
The non-alkali glass substrate was ultrasonically cleaned with a neutral detergent, pure water, and isopropyl alcohol. After the substrate was dried, UV-ozone treatment was further performed at 90 ° C. for 10 minutes.
Mo was formed into a 100 nm film on the substrate by a DC magnetron sputtering method and patterned by a photolithography method to form a gate electrode. Next, SiO 2 was formed into a 200 nm film by the RF magnetron sputtering method to form a gate insulating layer. Next, using a BaIn 1.98 Sn 0.02 O 4 sintered body target, a Sn-doped BaIn 2 O 4 film was formed at 50 nm by an RF magnetron sputtering method. Argon gas and oxygen gas were introduced as the sputtering gas. The total pressure was fixed at 1.1 Pa, and the oxygen concentration was changed in the range of 4% to 60% as a parameter to prepare an active layer. The patterning was performed by forming a film through a metal mask. Next, as a source / drain electrode, 100 nm of Al was vapor-deposited via a metal mask. The channel length was 50 μm and the channel width was 400 μm. Finally, an electric field effect transistor was manufactured by annealing in the air at 300 ° C. for 1 hour. In addition, BaIn 2 O 4 doped with Sn, which is an active layer, has a point group C 2h and a space group No. It has 14 symmetries.
(比較例1)
上述した実施例1の電界効果型トランジスタ作製手順において、活性層作製時の焼結体ターゲットを下記表1に示すようにBaIn2O4に変えて活性層を成膜したこと以外は、実施例1と同様にして、電界効果型トランジスタを作製した。
(Comparative Example 1)
In the above-mentioned field-effect transistor manufacturing procedure of Example 1, the active layer was formed by changing the sintered body target at the time of manufacturing the active layer to BaIn 2 O 4 as shown in Table 1 below. A field effect transistor was manufactured in the same manner as in 1.
(実施例2〜36)
上述した実施例1の電界効果型トランジスタ作製手順において、活性層作製プロセスの焼結体ターゲットを下記表2及び表3に示すように変えて活性層を成膜したこと以外は、実施例1と同様にして、電界効果型トランジスタを作製した。
(Examples 2-36)
In the above-mentioned field-effect transistor manufacturing procedure of Example 1, the active layer is formed by changing the sintered body target of the active layer manufacturing process as shown in Tables 2 and 3 below. In the same manner, a field effect transistor was manufactured.
<評価結果>
表1に、実施例1と比較例1における活性層成膜時の酸素濃度が4%と40%の時の電界効果型トランジスタの移動度の評価結果を示す。
なお、移動度は、トランスファー特性により算出した。
<Evaluation result>
Table 1 shows the evaluation results of the mobility of the field-effect transistor when the oxygen concentrations at the time of forming the active layer in Example 1 and Comparative Example 1 were 4% and 40%.
The mobility was calculated based on the transfer characteristics.
図16には実施例1と比較例1における活性層成膜時の酸素濃度40%のサンプルの電界効果型トランジスタのトランスファー特性(Vds=20V)を示す。活性層にSnをドーピングした実施例1では立ち上がりのオン電圧(Von)0V、移動度4.5cm2/Vs、オンオフ比8桁と、ノーマリーオフの良好な特性を示した。一方、活性層にドーピングをしていない比較例1では、オン電圧(Von)1.5V、移動度0.2cm2/Vs、オンオフ比7桁と、実施例1と比較して、オン電圧がプラス側にシフトし移動度が低下した。
なお、図16において、「E」は「10のべき乗」を表す。例えば、「E−04」は、「0.0001」である。
FIG. 16 shows the transfer characteristics (Vds = 20V) of the field-effect transistor of the sample having an oxygen concentration of 40% at the time of forming the active layer in Example 1 and Comparative Example 1. In Example 1 in which the active layer was doped with Sn, the rising on-voltage (Von) was 0 V, the mobility was 4.5 cm 2 / Vs, and the on-off ratio was 8 digits, showing good characteristics of normally off. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the active layer was not doped, the on-voltage (Von) was 1.5 V, the mobility was 0.2 cm 2 / Vs, and the on-off ratio was 7 digits. It shifted to the plus side and the mobility decreased.
In FIG. 16, "E" represents "a power of 10". For example, "E-04" is "0.0001".
更に、図17に実施例1と比較例1の電界効果型トランジスタの成膜中の酸素濃度と電界効果移動度の関係を示す。実施例1では酸素濃度4%〜60%までは移動度が約4.7±0.4cm2/Vsでほぼ一定で、酸素濃度依存性はなかった。一方、比較例1では酸素濃度4%では実施例1と同等の移動度を示すが、酸素濃度の増大とともに移動度は概ね単調に減少し、酸素濃度40%では1/10以下に低下した。これらの原因としては、実施例1ではSnを導入してn型ドーピングしたことによって、キャリアがBaサイトを置換したSnから生成されるため、酸素濃度を増加させてもほぼ一定に保たれるのに対し、ドーピングをしていない比較例1では酸素濃度の増大とともに活性層中の酸素空孔が減少することによって、キャリア濃度が減少してソース・ドレイン電極との接触抵抗が増加するとともに、移動度の低下が観測されたためと考えられる。 Further, FIG. 17 shows the relationship between the oxygen concentration during film formation and the field effect mobility of the field effect transistors of Example 1 and Comparative Example 1. In Example 1, the mobility was about 4.7 ± 0.4 cm 2 / Vs and was almost constant from the oxygen concentration of 4% to 60%, and there was no oxygen concentration dependence. On the other hand, in Comparative Example 1, the mobility was equivalent to that of Example 1 at an oxygen concentration of 4%, but the mobility decreased substantially monotonously as the oxygen concentration increased, and decreased to 1/10 or less at an oxygen concentration of 40%. The reason for these is that in Example 1, by introducing Sn and n-type doping, carriers are generated from Sn in which Ba sites are replaced, so that the oxygen concentration is kept substantially constant even if the oxygen concentration is increased. On the other hand, in Comparative Example 1 without doping, the oxygen vacancies in the active layer decreased as the oxygen concentration increased, so that the carrier concentration decreased, the contact resistance with the source / drain electrode increased, and the mobility increased. It is probable that the decrease in degree was observed.
次に表2及び表3に、実施例2〜36における活性層成膜時の酸素濃度が4%と40%の時の電界効果型トランジスタの移動度の評価結果を示す。実施例1と同様に、酸素濃度4%と40%の時の移動度に変化がないことがわかった。即ち、置換したカチオンがn型ドーパントとして働き電子キャリアが生成して、酸素量に関わらず一定の特性を示したと考察される。 Next, Tables 2 and 3 show the evaluation results of the mobility of the field-effect transistor when the oxygen concentration at the time of forming the active layer in Examples 2 to 36 was 4% and 40%. Similar to Example 1, it was found that there was no change in mobility at oxygen concentrations of 4% and 40%. That is, it is considered that the substituted cations acted as n-type dopants to generate electron carriers and exhibited constant characteristics regardless of the amount of oxygen.
即ち、カチオンを置換ドープして電子キャリアを生成したn型酸化物半導体を活性層として備える電界効果型トランジスタは、酸素量のみを制御してキャリアを生成している酸化物半導体を活性層として備える電界効果型トランジスタと比較して、広いプロセス範囲で安定して高い移動度を示し、ノーマリーオフの良好な特性が得られることが示された。 That is, a field-effect transistor having an n-type oxide semiconductor in which cations are substituted-doped to generate electron carriers as an active layer includes an oxide semiconductor in which carriers are generated by controlling only the amount of oxygen as an active layer. Compared with field-effect transistors, it showed stable and high mobility over a wide process range, and it was shown that good normal-off characteristics can be obtained.
以上説明したように、本発明の電界効果型トランジスタによれば、プロセスマージンを拡大し、TFT特性を高いレベルで安定させるのに適している。また、本発明の表示素子によれば、高速駆動が可能で素子間のばらつきを小さくし信頼性を向上するのに適している。また、本発明の画像表示装置によれば、大画面で高品質の画像を表示するのに適している。また、本発明のシステムは、画像情報を高精細に表示することができ、テレビジョン装置、コンピュータシステムなどに好適に使用できる。 As described above, the field effect transistor of the present invention is suitable for expanding the process margin and stabilizing the TFT characteristics at a high level. Further, according to the display element of the present invention, it is possible to drive at high speed, and it is suitable for reducing the variation between the elements and improving the reliability. Further, according to the image display device of the present invention, it is suitable for displaying a high quality image on a large screen. In addition, the system of the present invention can display image information in high definition, and can be suitably used for television devices, computer systems, and the like.
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
<1> ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、n型酸化物半導体からなる活性層と、
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と、
を備える電界効果型トランジスタであって、
前記n型酸化物半導体が、2価のカチオン、3価のカチオン、4価のカチオン、5価のカチオン、及び6価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた、三斜晶組成化合物、単斜晶組成化合物、及び三方晶組成化合物のいずれかであり、
前記ドーパントの価数が、前記n型酸化物半導体を構成する金属イオン(ただし、前記ドーパントを除く)の価数よりも大きいことを特徴とする電界効果型トランジスタである。
<2> 前記n型酸化物半導体が、2価のカチオン、3価のカチオン、4価のカチオン、5価のカチオン、及び6価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた三斜晶組成化合物である前記<1>に記載の電界効果型トランジスタである。
<3> 前記三斜晶組成化合物が、点群C1及びCiのいずれかに属し、
前記置換ドーピングが、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、Zr、Hf、Ce、V、Nb、Ta、As、Sb、Bi、Mo、W、及びTeの少なくともいずれかのカチオンの導入による前記<2>に記載の電界効果型トランジスタである。
<4> 前記三斜晶組成化合物が、空間群No.1〜2のいずれかに属し、Li、Cu、Ag、Au、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、La、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、As、Sb、Bi、V、Nb、Ta、Te、Mo、及びWの少なくともいずれかのカチオンを含む前記<3>に記載の電界効果型トランジスタである。
<5> 前記n型酸化物半導体が、2価のカチオン、3価のカチオン、4価のカチオン、5価のカチオン、及び6価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた単斜晶組成化合物である前記<1>に記載の電界効果型トランジスタである。
<6> 前記単斜晶組成化合物が、点群C2、Cs、及びC2hのいずれかに属し、
前記置換ドーピングが、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、Zr、Hf、Ce、V、Nb、Ta、As、Sb、Bi、Mo、W、及びTeの少なくともいずれかのカチオンの導入による前記<5>に記載の電界効果型トランジスタである。
<7> 前記単斜晶組成化合物が、空間群No.3〜15のいずれかに属し、Li、Cu、Ag、Au、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、La、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、As、Sb、Bi、V、Nb、Ta、Te、Mo、及びWの少なくともいずれかのカチオンを含む前記<6>に記載の電界効果型トランジスタである。
<8> 前記n型酸化物半導体が、2価のカチオン、3価のカチオン、4価のカチオン、5価のカチオン、及び6価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされた三方晶組成化合物である前記<1>に記載の電界効果型トランジスタである。
<9> 前記三方晶組成化合物が、点群C3、C3i、D3、C3v及びD3dのいずれかに属し、
前記置換ドーピングが、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、Zr、Hf、Ce、V、Nb、Ta、As、Sb、Bi、Mo、W、及びTeの少なくともいずれかのカチオンの導入による前記<8>に記載の電界効果型トランジスタである。
<10> 前記三方晶組成化合物が、空間群No.143〜167のいずれかに属し、Li、Cu、Ag、Au、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、La、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Ti、As、Sb、Bi、V、Nb、Ta、Te、Mo、及びWの少なくともいずれかのカチオンを含む前記<9>に記載の電界効果型トランジスタである。
<11> 駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と、
前記<1>から<10>のいずれかに記載の電界効果型トランジスタを含み、前記光制御素子を駆動する駆動回路と、
を備えることを特徴とする表示素子である。
<12> 前記光制御素子が、エレクトロルミネッセンス素子及びエレクトロクロミック素子のいずれかを含む前記<11>に記載の表示素子である。
<13> 前記光制御素子が、液晶素子及び電気泳動素子のいずれかを含む前記<11>に記載の表示素子である。
<14> 画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、
マトリックス状に配置された複数の前記<11>から<13>のいずれかに記載の表示素子と、
前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧を個別に印加するための複数の配線と、
前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタのゲート電圧を前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と、
を備えることを特徴とする画像表示装置である。
<15> 前記<14>に記載の画像表示装置と、
表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と、
を備えることを特徴とするシステムである。
Aspects of the present invention are, for example, as follows.
<1> A gate electrode for applying a gate voltage and
Source and drain electrodes for extracting current,
An active layer provided adjacent to the source electrode and the drain electrode and made of an n-type oxide semiconductor, and
A gate insulating layer provided between the gate electrode and the active layer,
It is a field effect transistor equipped with
A triclinic composition compound in which the n-type oxide semiconductor is substituted-doped with at least one dopant of a divalent cation, a trivalent cation, a tetravalent cation, a pentavalent cation, and a hexavalent cation. , A monoclinic composition compound, and a trigonal composition compound.
The field-effect transistor is characterized in that the valence of the dopant is larger than the valence of the metal ions (however, excluding the dopant) constituting the n-type oxide semiconductor.
<2> Triclinic crystal in which the n-type oxide semiconductor is substituted-doped with at least one dopant of a divalent cation, a trivalent cation, a tetravalent cation, a pentavalent cation, and a hexavalent cation. The electric field effect transistor according to <1>, which is a composition compound.
<3> the triclinic composition compounds, belongs to one of the points C 1 and C i,
The substitution doping is Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, Zr, Hf, Ce, V, Nb, Ta, As, Sb. , Bi, Mo, W, and Te. The field effect transistor according to <2>, which is introduced by introducing at least one cation.
<4> The triclinic composition compound is the space group No. It belongs to any of 1 and 2, and Li, Cu, Ag, Au, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, La, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, As, Sb. , Bi, V, Nb, Ta, Te, Mo, and W. The field effect transistor according to <3>, which contains at least one of the cations.
<5> A monoclinic crystal in which the n-type oxide semiconductor is substituted-doped with at least one dopant of a divalent cation, a trivalent cation, a tetravalent cation, a pentavalent cation, and a hexavalent cation. The electric field effect transistor according to <1>, which is a composition compound.
<6> The monoclinic composition compound belongs to any of the point groups C 2 , C s , and C 2 h.
The substitution doping is Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, Zr, Hf, Ce, V, Nb, Ta, As, Sb. , Bi, Mo, W, and Te. The field effect transistor according to <5>, which is introduced by introducing at least one cation.
<7> The monoclinic composition compound is the space group No. It belongs to any of 3 to 15, and Li, Cu, Ag, Au, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, La, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, As, Sb. , Bi, V, Nb, Ta, Te, Mo, and W. The field effect transistor according to <6>, which contains at least one of the cations.
<8> A trigonal composition in which the n-type oxide semiconductor is substituted-doped with at least one dopant of a divalent cation, a trivalent cation, a tetravalent cation, a pentavalent cation, and a hexavalent cation. The electric field effect transistor according to <1>, which is a compound.
<9> The trigonal composition compound belongs to any of the point groups C 3, C 3i, D 3, C 3v and D 3d.
The substitution doping is Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, Zr, Hf, Ce, V, Nb, Ta, As, Sb. , Bi, Mo, W, and Te. The field effect transistor according to the above <8> by introducing at least one cation.
<10> The trigonal composition compound is the space group No. It belongs to any of 143 to 167, and belongs to Li, Cu, Ag, Au, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, La, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Ti, As, Sb. , Bi, V, Nb, Ta, Te, Mo, and W. The field effect transistor according to <9>, which contains at least one of the cations.
<11> An optical control element whose optical output is controlled according to a drive signal, and
A drive circuit including the field-effect transistor according to any one of <1> to <10> and driving the optical control element, and
It is a display element characterized by being provided with.
<12> The display element according to <11>, wherein the optical control element includes either an electroluminescence element or an electrochromic element.
<13> The display element according to <11>, wherein the optical control element includes either a liquid crystal element or an electrophoresis element.
<14> An image display device that displays an image according to image data.
The display element according to any one of <11> to <13> arranged in a matrix.
A plurality of wirings for individually applying a gate voltage to each field effect transistor in the plurality of display elements, and
A display control device that individually controls the gate voltage of each field effect transistor according to the image data via the plurality of wirings.
It is an image display device characterized by being provided with.
<15> The image display device according to <14> and
An image data creation device that creates image data based on the image information to be displayed and outputs the image data to the image display device.
It is a system characterized by being provided with.
10 電界効果型トランジスタ
20 電界効果型トランジスタ
21 基材
22 活性層
23 ソース電極
24 ドレイン電極
25 ゲート絶縁層
26 ゲート電極
30 キャパシタ
40 電界効果型トランジスタ
100 テレビジョン装置
101 主制御装置
103 チューナ
104 ADコンバータ(ADC)
105 復調回路
106 TS(Transport Stream)デコーダ
111 音声デコーダ
112 DAコンバータ(DAC)
113 音声出力回路
114 スピーカ
121 映像デコーダ
122 映像・OSD合成回路
123 映像出力回路
124 画像表示装置
125 OSD描画回路
131 メモリ
132 操作装置
141 ドライブインターフェース(ドライブIF)
142 ハードディスク装置
143 光ディスク装置
151 IR受光器
152 通信制御装置
210 アンテナ
220 リモコン送信機
300 表示器
302、302’ 表示素子
310 ディスプレイ
312 陰極
314 陽極
320、320’ ドライブ回路(駆動回路)
340 有機EL薄膜層
342 電子輸送層
344 発光層
346 正孔輸送層
350 有機EL素子
360 層間絶縁膜
361 キャパシタ
370 液晶素子
400 表示制御装置
402 画像データ処理回路
404 走査線駆動回路
406 データ線駆動回路
10 Field-
105 Demodulation circuit 106 TS (Transport Stream)
113
142
340 Organic EL
Claims (8)
前記ドーパントの価数が、前記化合物を構成する被置換金属カチオン(ただし、前記ドーパントを除く)の価数よりも大きく、
前記被置換金属カチオンと、前記ドーパントのカチオンとの組み合わせ(被置換金属:ドーパント)が、(Cu:Zn)、(Ge:Sb)、(Hg:Tl)、(Ga:Zr)、(Pb:Bi)、(Nb:Mo)、(Bi:Te)、(Li:Mg)、(V:Mo)、(As:Mo)、(La:Hf)、(Tl:Pb)、(Ta:W)、(Sb:W)、(Ge:As)、(Ag:Cd)、及び(Ba:La)のいずれかである、
ことを特徴とする酸化物半導体化合物膜。 A compound substituted-doped with at least one dopant of a divalent cation, a trivalent cation, a tetravalent cation, a pentavalent cation, and a hexavalent cation.
The valence of the dopant is greater than the valence of the substituted metal cations (excluding the dopant) that make up the compound.
The combination of the substituted metal cation and the dopant cation (substituted metal: dopant) is (Cu: Zn), (Ge: Sb), (Hg: Tl), (Ga: Zr), (Pb: Bi), (Nb: Mo), (Bi: Te), (Li: Mg) , ( V: Mo) , ( As: Mo), (La: Hf), (Tl: Pb), (Ta: W) , (Sb: W), (Ge: As), (Ag: Cd), and (Ba: La).
An oxide semiconductor compound film characterized by the above.
前記ドーパントの価数が、前記化合物を構成する被置換金属カチオン(ただし、前記ドーパントを除く)の価数よりも大きく、
前記被置換金属カチオンと、前記ドーパントのカチオンとの組み合わせ(被置換金属:ドーパント)が、(In:Sn)、(Sn:Sb)、(Cd:In)、(Hg:Tl)、(V:Mo)、及び(Zn:Ge)のいずれかであり、さらにLi、Te、及びBaのうち少なくとも1つを含有する、ことを特徴とする酸化物半導体化合物膜。 A compound substituted-doped with at least one dopant of a divalent cation, a trivalent cation, a tetravalent cation, a pentavalent cation, and a hexavalent cation.
The valence of the dopant is greater than the valence of the substituted metal cations (excluding the dopant) that make up the compound.
The combination of the substituted metal cation and the dopant cation (substituted metal: dopant) is (In: Sn), (Sn: Sb), (Cd: In), (Hg: Tl), (V: An oxide semiconductor compound film characterized by being either Mo) or (Zn: Ge) and further containing at least one of Li, Te, and Ba.
請求項3に記載の電界効果型トランジスタを含み、前記光制御素子を駆動する駆動回路と、を備えることを特徴とする表示素子。 An optical control element whose optical output is controlled according to a drive signal,
A display element including the field effect transistor according to claim 3, further comprising a drive circuit for driving the optical control element.
マトリックス状に配置された複数の請求項4から6のいずれかに記載の表示素子と、
前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧を個別に印加するための複数の配線と、
前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタのゲート電圧を前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。 An image display device that displays an image according to the image data.
The display element according to any one of claims 4 to 6, which is arranged in a matrix.
A plurality of wirings for individually applying a gate voltage to each field effect transistor in the plurality of display elements, and
A display control device that individually controls the gate voltage of each field effect transistor according to the image data via the plurality of wirings.
An image display device comprising.
表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と、
を備えることを特徴とするシステム。 The image display device according to claim 7 and
An image data creation device that creates image data based on the image information to be displayed and outputs the image data to the image display device.
A system characterized by being equipped with.
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