JPWO2005088726A1 - アモルファス酸化物及び薄膜トランジスタ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明係るアモルファス酸化物としては、Zn,In及びSnのうち、少なくとも1種類の元素を構成成分とし、[(Sn1−xM4x)O2]a・[(In1−yM3y)2O3]b・[(Zn1−zM2z)O]c [0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、かつx、y、zは同時に1ではなく、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、かつa+b+c=1、M4はSnより原子番号の小さい4族元素(Si,Ge,Zr)、M3は、Inより原子番号の小さい3族元素(B,Al,Ga,Y)又はLu、M2はZnより原子番号の小さな2族元素(Mg,Ca)]で示される材料である。このアモルファス酸化物に、5族元素M5(V,Nb,Ta)又はWのうち、少なくとも1種類の元素を加えることもできる。なお、本明細書においては、周期表におけるII族、III族、IV族、V族元素をそれぞれ、2族、3族、4族、5族元素と記載している場合があるが、同じ意味である。
本発明に用いるアモルファス酸化物は、以下の各実施例に示す条件下において気相成膜法を利用して形成することができる。例えば、InGaZnアモルファス酸化物を得るには、InGaO3(ZnO)m組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、スッパタ法(SP法)、パルスレーザー蒸着法(PLD法)及び電子ビーム蒸着法などの気相法により成膜を行う。尚、量産性の観点からは、スパッタ法が最も適している。
本発明に係る薄膜トランジスタを形成する際の基板としては、ガラス基板、プラスチック基板、プラスチックフィルムなどを用いることができる。なお、後述の実施例で説明するように、本発明に係るアモルファス酸化物は、室温で成膜することができるので、PETフィルムをはじめとするフレキシブル素材上に薄膜トランジスタを設けることが出来る。また、上述のアモルファス酸化物を適宜選択し、波長400nm以上の可視光や赤外光に対して透明である材料を用いてTFTを作製することもできる。
本発明に係る薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁膜としては、Al2O3,Y2O3,HfO2,又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物をゲート絶縁膜とすることが好ましい。ゲート絶縁薄膜とチャネル層薄膜との界面に欠陥が存在すると、電子移動度の低下及びトランジスタ特性にヒステリシスが生じる。また、ゲート絶縁膜の種類により、リーク電流が大きく異なる。このために、チャネル層に適合したゲート絶縁膜を選定する必要がある。
電子キャリア濃度が1018/cm3未満のアモルファス酸化物膜をチャネル層に用い、ソース端子、ドレイン端子及びゲート絶縁膜を介してゲート端子を配した電界効果型トランジスタを構成すると、ソース・ドレイン端子間に5V程度の電圧を印加したとき、ゲート電圧を印加しないときのソース・ドレイン端子間の電流を約10−7アンペヤにすることができる。電子キャリア濃度の理論的下限界は、価電子帯の電子が熱的に励起されるとすると仮定すると、105/cm3以下であるが、実際的な可能性としては、1012/cm3程度である。
(実施例1:PLD法によるアモルファスIn-Ga-Zn-O薄膜の作製)
図7に示すようなPLD成膜装置を用いて、成膜を行った。同図において、701はRP(ロータリーポンプ)、702はTMP(ターボ分子ポンプ)、703は準備室、704はRHEED用電子銃、705は基板を回転、上下移動するための基板保持手段、706はレーザー入射窓、707は基板、708はターゲット、709はラジカル源、710はガス導入口、711はターゲットを回転、上下移動するためのターゲット保持手段、712はバイパスライン、713はメインライン、714はTMP(ターボ分子ポンプ)、715はRP(ロータリーポンプ)、716はチタンゲッターポンプ、717はシャッターである。また、図中718はIG(イオン真空計)、719はPG(ピラニ真空計)、720はBG(バラトロン真空計)、721は成長室(チャンバー)である。
エタノール, 超純水を用いて、各5分間行った後、空気中100℃で乾燥させた。
20mmΦ5mmt)を用いた。これは、出発原料として、In2O3:Ga2O3:ZnO(各4N試薬)を湿式混合した後(溶媒:エタノール)、仮焼(1000℃: 2h)、乾式粉砕、本焼結(1550 ℃: 2h))を経て得られるものである。こうして作製したターゲットの電気伝導度は、90
(S/cm)であった。
図6に、室温下で測定したMISFET素子の電流−電圧特性を示す。ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型半導体であることが分かる。これは、アモルファスIn-Ga-Zn-O系半導体がn型であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS=6V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、VDS=4V印加時におけるゲート電圧VGSの閾値は約-0.5Vであった。また、VG=10V時には、IDS=1.0×10-5Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn-Ga-Zn-O系アモルファス半導体薄膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、103超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約7cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。
KrFエキシマレーザーを用いたPLD法により、InGaO3(ZnO)及びInGaO3(ZnO)4組成を有する多結晶焼結体をそれぞれターゲットとして、ガラス基板(コーニング社製1737)上にIn−Zn―Ga―O系アモルファス酸化物膜を堆積させた。PLD成膜装置は、実施例1で示したものを用い、成膜条件は上記と同様とした。
基板温度は25℃で成膜を行った。
雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いた高周波SP法により、成膜する場合について説明する。SP法は、図8に示す装置を用いて行った。同図において、807は被成膜基板、808はターゲット、805は冷却機構付き基板保持手段、814は、ターボ分子ポンプ、815はロータリーポンプ、817はシャッター、818はイオン真空計、819はピラニ真空計、821は成長室(チャンバー)、830はゲートバルブである。被成膜基板807としては、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。成膜前処理として、この基板の超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水により各5分ずつ行った後、空気中100℃で乾燥させた。
: Ga : Zn = 0.98 : 1.02 : 4であった。
例えば、図3に示す様に、基板温度25℃、酸素分圧10-1Paで成膜したInGaO3(ZnO)4薄膜では、さらに、電気伝導度を約10-10S/cmに低下させることができた。また、酸素分圧10-1Pa超で成膜したInGaO3(ZnO)4薄膜は、電気抵抗が高すぎて電気伝導度は測定できなかった。この場合、電子移動度は測定できなかったが、電子キャリア濃度が大きな膜での値から外挿して、電子移動度は、約1cm2/V・秒と推定された。
次に、PLD法により、ガラス基板上にInGaO3 (Zn1-xMgxO)4(0<x<1)膜を成膜する場合について説明する。成膜装置としては、図7に記載の成膜装置を用いて行った。被成膜基板としては、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。その基板に前処理として、超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水により各5分間ずつ行った後、空気中100℃で.乾燥させた。
次に、In酸化物膜を成膜する場合について説明する。成膜装置は図7に記載の装置を用いた。被成膜基板として、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。この基板の前処理として、超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水で各5分間ずつ行った後、空気中100℃で乾燥させた。
PLD法により、厚さ200μmのIn−Sn−O系酸化物膜を成膜する場合について説明する。被成膜基板として、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。
基板前処理として、超音波脱脂洗浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて各5分間ずつ行った。その後、空気中100℃で乾燥させた。
次に、InGa酸化物を成膜する場合について説明する。被成膜基板として、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。基板の前処理として、超音波脱脂洗浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて、各5分間行った後、空気中100℃で.乾燥させた。
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ガラス基板(1)上に、InGaO3(ZnO)4組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、酸素分圧5Paの条件で、実施例2のIn−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物膜の作製法により、チャンネル層(2)として用いる厚さ120nmのIn−Ga−Zn−O系アモルファス膜を形成した。
図6に、室温下で測定したTFT素子の電流−電圧特性を示す。ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型伝導であることが分かる。これは、アモルファスIn−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS=6V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、VDS=4V印加時におけるゲート電圧VGSの閾値は約−0.5Vであった。また、VG=10V時には、IDS=1.0×10-5Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、103超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約7cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。具体的には、ポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルム(1)上に、実施例2に示した成膜法により、InGaO3(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、酸素分圧5Paの雰囲気で、チャンネル層(2)として用いる厚さ120nmのIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を形成した。
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性は、図6と同様であった。すなわち、ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことから、チャネルがn型伝導であることが分かる。これは、アモルファスIn−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS=6V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Vg=0のときには、Ids=10−8A,Vg=10V時には、IDS=2.0×10-5Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、103超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約7cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルム(1)上に、実施例5に示した成膜法により、チャンネル層(2)として用いる厚さ80nmのIn2O3アモルファス酸化物膜を形成した。
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型半導体であることが分かる。これは、In−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS=5V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Vg=0V時には、2×10−8A、Vg=10V時には、Ids=2.0×10-6Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn−O系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、約102であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約10cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルム(1)上に、実施例6に示した成膜法により、チャンネル層(2)として用いる厚さ100nmのIn−Sn−O系アモルファス酸化物膜を形成した。
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型半導体であることが分かる。これは、In−Sn−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS=6V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Vg=0V時には、5×10−8A、VG=10V時には、IDS=5.0×10-5Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn−Sn−O系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、約103であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約5cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルム(1)上に、実施例7に示した成膜法により、チャンネル層(2)として用いる厚さ120nmのIn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を形成した。
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型半導体であることが分かる。これは、In−Ga−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS=6V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Vg=0V時には、1×10−8A、VG=10V時には、IDS=1.0×10-6Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn−Ga−O系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、約102であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約0.8cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。
ン・オフ比が充分にとれず、ノーマリーオフ型のTFTにはふさわしくないことが判明し
たからである。
[0006]【特許文献1】特開2003−298062号公報
【特許文献2】特開2000−044236号公報
【発明の開示】
[0007] そこで、本発明は、電子キャリア濃度が低い、アモルファス酸化物を提供
すること、更には当該アモルファス酸化物をチャネル層に用いた薄膜トランジスタを提供
することを目的としている。
[0008] 本発明は、(1)電子キャリア濃度が、1018/cm3未満であること
を特徴とするアモルファス酸化物である。また、本発明は、電子キャリア濃度が、101
7/cm3以下、あるいは1016/cm3以下のアモルファス酸化物であることが好ま
しい。
[0009] また、本発明は、(2)電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度
が増加することを特徴とするアモルファス酸化物である。
[0010] また、本発明は、(3)電子移動度が、0.1cm2/(V・秒)超であ
ることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載されるアモルファス酸化物である。
[0011] また、本発明は、(4)縮退伝導を示す上記(2)又は(3)のいずれか
に記載されるアモルファス酸化物である。なお、ここでの縮退伝導とは、電気抵抗の温度
依存性における熱活性化エネルギーが、30meV以下の状態をいう。
[0012] また、別の本発明は、(5)Zn,In及びSnのうち、少なくとも1種
類の元素を構成成分とし、[(Sn1−xM4x)O2]a・[(In1−yM3y)2
O3]b・[(Zn1−zM2z)O]c [0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、か
つx、y、zは同時に1ではなく、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、かつa+b+
c=1、M4はSnより原子番号の小さいIV族(4族)元素(Si,Ge,Zr)、M
3は、Inより原子番号の小さいIII族(3族)元素(B,Al,Ga,Y)又はLu
、M2はZnより原子番号の小さなII族(2族)元素(Mg,Ca)]で示される上記
(1)から(4)のいずれかに記載されるアモルファス酸化物である。
[0013] また、本発明は、上記(5)の発明に更に、V族(5族)元素M5(V,
Nb,Ta)又はWのうち、少なくとも1種類の元素を含んでもよい。
[0014] また、別の本発明は、(6)結晶状態における組成が、[(In1−yM
3y)2O3][(Zn1−xM2)O]m[
0≦x≦1、0≦y≦1、かつx、yは同時に1ではなく、mは0又は6未満の数あるい
は自然数、M3は、Inより原子番号の小さいIII族(3族)元素(B,Al,Ga,
Y)又はLu、M2は、Znより原子番号の小さいII族(2族)元素(Mg,Ca)]
である化合物単体又はmの値の異なる化合物の混合体である上記(1)から(4)のいず
れかに記載のアモルファス酸化物を用いた薄膜トランジスタである。M3としては例えば
、Gaであり、M2としては、例えばMgである。
[0015] また、本発明は、ガラス基板、金属基板、プラスチック基板又はプラスチ
ックフィルム上に設けた(1)から(6)のいずれかに記載されるアモルファス酸化物で
ある。また、本発明は、上記アモルファス酸化物をチャネル層に用いた電界効果型トラン
ジスタである。また、本発明に係る前記電界効果型トランジスタは、Al2O3,Y2O
3、又はHfO2の1種、又はそれらの化合物を少なくとも二種含む混晶化合物をゲート
絶縁層とすることを特徴とする。
[0016] また別の本発明は、(7)In−Ga−Zn−Oから構成され、結晶状態
における組成がInGaO3(ZnO)m(mは6未満の自然数)で表され、電子移動度
が1cm2/(V・秒)超かつ電子キャリア濃度が1018/cm3未満であることを特
徴とする透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜である。
[0017] また、別の本発明は、(8)In−Ga−Zn−Mg−Oから構成され、
結晶状態の組成がInGaO3(Zn1−xMgxO)m(mは6未満の自然数、0<x
≦1で表され、電子移動度が1cm2/(V・秒)超かつ電子キャリア濃度が1018/
cm3未満であることを特徴とする透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜である。更にま
た、本発明は、電気抵抗を高めるための不純物イオンを意図的に添加せず、酸素ガスを含
む雰囲気中で成膜することを特徴とする上述の透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜の製
造方法である。
[0018] 更にまた、別の本発明に係る薄膜トランジスタは、ソース電極、ドレイン
電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜、及びチャネル層を備え、前記チャネル層に、電子キャ
リア濃度が1018/cm3未満であるアモルファス酸化物が用いられていることを有す
ることを特徴とする。前記アモルファス酸化物の電子キャリア濃度が1017/cm3以
下あるいは、1016/cm3以下であることが好ましい。ここで、前記アモルファス酸
化物が、In、Ga、Znを含む酸化物であり、原子数比In:Ga:Zn=1:1:m
(m<6)である。あるいは前記アモルファス酸化物が、In、Ga、ZnおよびMgを
含む酸化物であり、原子数比
番号の小さい4族元素M4(M4は、Si,Ge,Zr)、5族元素M5(M5は、V,
Nb,Ta)又はWのうち、少なくとも1種類の複合酸化物を構成する元素を添加するこ
とにより、より電子キャリア濃度を減少させることができる。
[0031] それぞれZn,In,Snより原子番号の小さなM2,M3,M4元素は
、Zn,In,Snよりイオン性が強く、そのために酸素欠陥の発生が少なく、電子キャ
リア濃度を低減できる。また、Luは、原子番号はGaより大きいが、イオン半径が小さ
く、イオン性が強く、M3と同様の機能を果たす。M5は、プラス5価でイオン化するた
めに、酸素との結合が強く、酸素欠陥を生じにくい。Wは、6価イオン化するために、酸
素との結合が強く、酸素欠陥を生じにくい。
[0032] また、本発明に適用できるアモルファス酸化物としては、結晶状態におけ
る組成が、[(In1−yM3y)2O3][(Zn1−xM2x)O]m[0≦x≦1
、0≦y≦1、かつx、yは同時に1ではなく、mは0又は6未満の数あるいは自然数、
M3は、Inより原子番号の小さい3族元素(B,Al,Ga,Y)又はLu、M2は、
Znより原子番号の小さい2族元素(Mg,Ca)]で表される化合物単体又はmの値の
異なる化合物の混合体である。ここで、M3は、例えばGaであり、M2は、例えばMg
である。
[0033] このように、本発明に適用できるアモルファス酸化物としては、SnO2
,In2O3及びZnOを頂点とする3角形の内部に位置する一元系、二元系、又は三元
系組成の化合物である。上記3種類の化合物のうち、In2O3はアモルファス形成能が
大きく気相法において成膜中の雰囲気に水分を、0.1Pa程度添加するなどの手段によ
り成膜した状態で完全非晶質相を形成できる。
[0034] 一方、ZnO及びSnO2は、単独でアモルファス相を形成しがたい場合
があるが、In2O3をホスト酸化物とすることにより非晶質相を形成できる。具体的に
は、上記3種の化合物のうち二つを含む二元系組成(上記3角形の辺に位置する組成)の
うち、In−Zn−O系では、Inが約20原子%以上含まれる組成、Sn−In−O系
の場合には、Inが約80原子%以上含まれる組成で、アモルファス膜を作成することが
できる。
[0035] In−Zn−O系アモルファス膜を気相法で得るためには、例えば、雰囲
気中に水蒸気を0.1Pa程度、又、In−Sn−O系アモルファス膜を得るためには、
雰囲気中に窒素ガスを0.1Pa程度導入すればよい。上記化合物のうち3つを含む三元
系組成であるSn−In−Zn系では、Inが約15原子%を以上の組成範囲で、気相法
によりアモル
膜では、さらに、電子キャリア数を1016/cm3に低下させることができた。
[0063] 得られた薄膜は、図2に示す様に、電子移動度が1cm2/(V・秒)超
であった。
しかし、本実施例のパルスレーザー蒸着法では、酸素分圧を6.5Pa以上にすると、堆
積した膜の表面が凸凹となり、TFTのチャネル層として用いることが困難となる。従っ
て、酸素分圧4.5Pa超、望ましくは5Pa超、6.5Pa未満の雰囲気で、パルスレ
ーザー蒸着法で作製したIn−Ga−Zn−Oから構成され、結晶状態における組成In
GaO3(ZnO)m(mは6未満の数)で表される透明アモルファス酸化物薄膜を用い
れば、ノーマリーオフのトランジスタを構成することができる。
[0064] また、該薄膜の電子移動度は、1cm2/V・秒超が得られ、オン・オフ
比を103超に大きくすることができた。以上、説明したように、本実施例に示した条件
下でPLD法によりInGaZn酸化物の成膜を行う場合は、酸素分圧を4.5Pa以上
6.5Pa未満になるように制御することが望ましい。なお、電子キャリア濃度を101
8/cm3未満を実現するためには、酸素分圧の条件、成膜装置の構成や、成膜する材料
や組成などに依存する。
[0065]
[0066]
[0067]
[0068]
[0069]
[0070]
[0071](実施例2:PLD法によるアモルファスInGaO3(ZnO)及びIn
GaO3(ZnO)4酸化物膜の成膜)
KrFエキシマレーザーを用いたPLD法により、InGaO3(ZnO)及びInG
aO3(ZnO)4組成を有する多結晶焼結体をそれぞれターゲットとして、ガラス基板
(コーニング社製1737)上にIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を堆積さ
せた。PLD成膜装置は、実施例1で示したものを用い、成膜条件は上記と同様とした。
基板温度は25℃で成膜を行った。
[0072] 得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角0.5
度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、2種類のターゲットから作製した
In−Zn−Ga−O系膜は、いずれもアモルファス膜であることが示された。
[0073] さらに、ガラス基板上のIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜の
X線反射率測
定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ(Rrms)は約0.5n
mであり、膜厚は約120nmであることが分かった。蛍光X線(XRF)分析の結果、
InGaO3(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られた膜の金属
原子組成比はIn:Ga:Zn=1.1:1.1:0.9であった。また、InGaO3
(ZnO)4組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られた膜の金属原子組成比
は、In:Ga:Zn=0.98:1.02:4であった。
[0074] 成膜時の雰囲気の酸素分圧を変化させ、InGaO3(ZnO)4組成を
有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃
度を測定した。その結果を図1に示す。酸素分圧が4.5Pa超の雰囲気中で成膜するこ
とにより、電子キャリア濃度を1018/cm3未満に低下させることができた。この場
合、基板の温度は意図的に加温しない状態でほぼ室温に維持されている。また、酸素分圧
が6.5Pa未満の時は、得られたアモルファス酸化物膜の表面は平坦であった。
[0075] 酸素分圧が5Paの時、InGaO3(ZnO)4組成を有する多結晶焼
結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化膜の電子キャリア濃度は1016/c
m3、電気伝導度は、10−2S/cmであった。また、電子移動度は、約5cm2/V
・秒と推測された。光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス酸化物膜の禁制
帯エネルギー幅は、約3eVと求まった。酸素分圧を5Paからさらに大きくすると、電
子キャリア濃度をさらに低下させることができた。
[0076] 図1に示す様に、基板温度25℃、酸素分圧6Paで成膜したIn−Zn
−Ga−O系アモルファス酸化物膜では、電子キャリア濃度を8×1015/cm3(電
気伝導度:約8×10−3S/cm)に低下させることができた。得られた膜は、電子移
動度が1cm2/(V・秒)超と推測された。しかし、PLD法では、酸素分圧を6.5
Pa以上にすると、堆積した膜の表面が凸凹となり、TFTのチャネル層として用いるこ
とが困難となった。
[0077] InGaO3(ZnO)4組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、
異なる酸素分圧で成膜したIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜に関して、電子
キャリア濃度と電子移動度の関係を調べた。その結果を図2に示す。電子キャリア濃度が
、1016/cm3から1020/cm3に増加すると、電子移動度は、約3cm2/(
V・秒)から約11cm2/(V・秒)に増加ことが示された。また、InGaO3(Z
nO)組成を有する多結晶焼結体をター
ゲットとして得られたアモルファス酸化膜に関しても、同様の傾向が見られた。
[0078] ガラス基板の代わりに厚さ200μmのポリエチレン・テレフタレート(
PET)フィルムを用いた場合にも、得られたIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化
物膜は、同様の特性を示した。
[0079](実施例3:SP法によるIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜の
成膜)
雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いた高周波SP法により、成膜する場合について説
明する。SP法は、図8に示す装置を用いて行った。同図において、807は被成膜基板
、808はターゲット、805は冷却機構付き基板保持手段、814は、ターボ分子ポン
プ、815はロータリーポンプ、817はシャッター、818はイオン真空計、819は
ピラニ真空計、821は成長室(チャンバー)、830はゲートバルブである。被成膜基
板807としては、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。成膜前
処理として、この基板の超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水により各5分
ずつ行った後、空気中100℃で乾燥させた。
[0080] ターゲット材料としては、InGaO3(ZnO)4組成を有する多結晶
焼結体(サイズ20mmΦ5mmt)を用いた。この焼結体は、出発原料として、In2
O3:Ga2O3:ZnO(各4N試薬)を湿式混合(溶媒:エタノール)し、仮焼(1
000℃:2h)、乾式粉砕、本焼結(1550℃:2h)を経て作製した。このターゲ
ット808の電気伝導度は90(S/cm)であり、半絶縁体状態であった。
[0081] 成長室821内の到達真空は、1×10−4(Pa)であり、成長中の酸
素ガスとアルゴンガスの全圧は、4〜0.1x10−1(Pa)の範囲での一定の値とし
、アルゴンガスと酸素との分圧比を変えて、酸素分圧を、10−3〜2x10−1(Pa
)の範囲で変化させた。また、基板温度は、室温とし、ターゲット808と被成膜基板8
07間の距離は、30(mm)であった。投入電力は、RF180Wであり、成膜レート
は、10(nm/min)で行った。
[0082] 得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角=0.
5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したIn−Zn−Ga−O
系膜はアモルファス膜であることが示された。さらに、X線反射率測定を行い、パターン
の解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ(Rrms)は約0.5nmであり、膜厚は約
120nmであることが分かった。蛍光X線(XRF)分析の結果、薄膜の金属組成比は
In
基板前処理として、超音波脱脂洗浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて各5分間ず
つ行った。その後、空気中100℃で乾燥させた。
[0101] ターゲットは、In2O3−SnO2焼結体(サイズ20mmΦ5mmt
)を準備した。これは、出発原料として、In2O3−SnO2(4N試薬)を湿式混合
(溶媒:エタノール)、仮焼(1000℃:2h)、乾式粉砕、本焼結(1550℃:2
h)を経て得られる。ターゲットの組成は、(In0.9Sn0.1)2O3.1多結晶
体であった。
[0102] 成長室到達真空は、2×10−6(Pa)、成長中の酸素分圧は、5(P
a)、窒素分圧は、0.1(Pa)とし、さらに、酸素ラジカル発生装置に200Wを印
加して、酸素ラジカルを発生させた。基板温度は室温で成膜した。ターゲットと被成膜基
板間の距離は、30(mm)とし、KrFエキシマレーザーのパワーは、1.5(mJ/
cm2/pulse)、パルス幅は、20(nsec)、繰り返し周波数は、10(Hz
)、照射スポット径は、1×1(mm角)であった。
[0103] 成膜レートは、6(nm/min)であった。得られた膜に関し、膜面に
すれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角0.5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは
検出されず、作製したIn−Sn−O系膜はアモルファス膜であることが示された。得ら
れたIn−Sn−Oアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は、8×1017/cm3
で、電子移動度は、約5cm2/(V・秒)であった。膜厚は、100nmであった。
[0104](実施例7:PLD法によるIn−Ga−O系アモルファス酸化物膜の成膜
)
次に、InGa酸化物を成膜する場合について説明する。被成膜基板として、SiO2
ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。基板の前処理として、超音波脱脂洗
浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて、各5分間行った後、空気中100℃で乾燥
させた。
[0105] ターゲットとして、(In2O3)1−x−(Ga2O3)x(X=0−
1)焼結体(サイズ20mmΦ5mmt)を用意した。なお、例えばx=0.1の場合は
、ターゲットは、(In0.9Ga0.1)2O3多結晶焼結体ということになる。これ
は、出発原料:In2O3−Ga2O3(4N試薬)を、湿式混合(溶媒:エタノール)
、仮焼(1000℃:2h)、乾式粉砕、本焼結(1550℃:2h)を経て得られる。
[0106] 成長室到達真空は、2×10−6(Pa)であり、成長中の酸素分圧は、
1(Pa)とした。基板温度は、室温で行い、ターゲットと被成膜基板間の距離は、30
(mm)、KrFエキシマレーザーのパワーは、1.5(mJ/cm2/pulse)、
パルス幅は、20(nsec)、繰り返し周波数は、
10(Hz)、照射スポット径は、1×1(mm角)であった。成膜レートは、6(nm
/min)であった。
[0107] 得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角0.5
度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したIn−Ga−O系膜はア
モルファス膜であることが示された。膜厚は、120nmであった。得られたIn−Ga
−Oアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は、8×1016/cm3で、電子移動度
は、約1cm2/V・秒であった。
[0108](実施例8:In−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を用いたTFT
素子の作製(ガラス基板))
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ガラス基板(1)上に、In
GaO3(ZnO)4組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、酸素分圧5Paの条
件で、実施例1のIn−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物膜の作製法により、チャン
ネル層(2)として用いる厚さ120nmのIn−Ga−Zn−O系アモルファス膜を形
成した。
[0109] さらにその上に、チャンバー内の酸素分圧を1Pa未満にして、PLD法
により電気伝導度の大きなIn−Ga−Zn−O系アモルファス膜及び金膜をそれぞれ3
0nm積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子(5)及び
ソース端子(6)を形成した。
[0110] 最後にゲート絶縁膜(3)として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法に
より成膜し(厚み:90nm、比誘電率:約15、リーク電流密度:0.5MV/cm印
加時に10−3A/cm2)、その上に金を成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオ
フ法により、ゲート端子(4)を形成した。チャネル長は、50μmで、チャネル幅は、
200μmであった。
[0111](TFT素子の特性評価)
図6に、室温下で測定したTFT素子の電流−電圧特性を示す。ドレイン電圧VDSの
増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型伝導であることが分
かる。これは、アモルファスIn−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体
であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS=6V程度で飽和(ピンチオフ)する典
型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、VDS=4V印加
時におけるゲート電圧VGSの閾値は約−0.5Vであった。また、VGS=6V印加時
には、VDS=10V時には、IDS=1.0×
10−5Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn−Ga−Zn−O
系アモルファス酸化物膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン
・オフ比は、103超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、
飽和領域において約7cm2(Vs)−1の電界効果移動度が得られた。
[0112] 作製した素子に可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ
特性の変化は認められなかった。なお、アモルファス酸化物の電子キャリア濃度を101
8/cm3未満にすることでTFTのチャネル層として適用できる。この電子キャリア濃
度としては、1017/cm3以下がより好ましく、1016/cm3以下にすると更に
好ましかった。
本実施例によれば、電子キャリア濃度が小さく、したがって、電気抵抗が高く、かつ電
子移動度が大きいチャネル層を有する薄膜トランジスタを実現でさる。なお、上記したア
モルファス酸化物は、電子キャリア濃度の増加と共に、電子移動度が増加し、さらに縮退
伝導を示すという優れた特性を備えていた。
本実施例では、ガラス基板上に薄膜トランジスタを作製したが、成膜自体が室温で行え
るので、プラスチック板やフィルムなどの基板が使用可能である。また、本実施例で得ら
れたアモルファス酸化物は、可視光の光吸収が殆どなく、透明なフレキシブルTFTを実
現できる。
[0113](実施例9:In−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を用いたTFT
素子の作製)
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。具体的には、ポリエチレン・テレフ
タレート(PET)フィルム(1)上に、実施例2に示した成膜法により、InGaO3
(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、酸素分圧5Paの雰囲気で、チ
ャンネル層(2)として用いる厚さ120nmのIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸
化物膜を形成した。
[0114] さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を1Pa未満にして、PLD法に
より電気伝導度の大きなIn−Zr−Ga−O糸アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞ
れ30nm積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子(5)
及びソース端子(6)を形成した。
[0115] 最後にゲート絶縁膜(3)を電子ビーム蒸着法により成膜して、その上に
金を成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子(4)を形成し
た。チャネル長は、50μmで、チャネル幅は、200μmであった。ゲート絶縁膜とし
て、Y2O3(厚さ:140nm),Al2O3(厚さ:130nm)及びHfO2(厚
さ:140nm)を用いた3種類の上記の構造を有するTFTを作成した。
[0116](TFT素子の特性評価)
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性は、図6と同様
であった。すなわち、ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加した
ことから、チャネルがn型伝導であることが分かる。これは、アモルファスIn−Ga−
Zn−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体であるという事実と矛盾しない。IDSは
VDS=6
V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、VGS=
6V印加時には、VDS=10V時には、IDS=1.0×10−5Aの電流が流れた。
これはゲートバイアスにより絶縁体のIn−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物膜内に
電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、103超で
あった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約7c
m2(Vs)−1の電界効果移動度が得られた。
[0117] PETフィルム上に作成した素子を、曲率半径30mmで屈曲させ、同様
のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に大幅な変化は認められなかっ
た。また、可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ特性の変化は認めら
れなかった。
[0118] ゲート絶縁膜としてAl2O3膜を用いたTFTでも、図6に示したもの
と類似のトランジスタ特性を示したが、VGS=6V印加時には、VDS=0のときには
、IDS=10−8A,VDS=10V時には、IDS=5.0×10−6Aの電流が流
れた。トランジスタのオン・オフ比は、102超であった。また、出力特性から電界効果
移動度を算出したところ、飽和領域において約2cm2(Vs)−1の電界効果移動度が
得られた。
[0119] ゲート絶縁膜としてHfO2膜を用いたTFTでも、図6に示したものと
類似のトランジスタ特性を示したが、VGS=6V印加時には、VDS=0のときには、
IDS=10−8A,VDS=10V時には、IDS=1.0×10−6Aの電流が流れ
た。トランジスタのオン・オフ比は、102超であった。また、出力特性から電界効果移
動度を算出したところ、飽和領域において約10cm2(Vs)−1の電界効果移動度が
得られた。
[0120](実施例10:PLD法によるIn2O3アモルファス酸化物膜を用いたT
FT素子の作成)
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレー
ト(PET)フィルム(1)上に、実施例5に示した成膜法により、チャンネル層(2)
として用いる厚さ80nmのIn2O3アモルファス酸化物膜を形成した。
[0121] さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を1Pa未満にして、さらに酸素
ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、PLD法により、電気伝導度の大きなIn
2O3アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ30nm積層し、フォトリゾグラフィー
法とリフトオフ法により、ドレイン端子(5)及びソース端子(6)を形成した。
[0122] 最後にゲート絶縁膜(3)として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法に
より成膜して、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、
ゲート端子(4)を形成した。
[0123](TFT素子の特性評価)
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。
ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn
型半導体であることが分かる。これは、In−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体で
あるという事実と矛盾しない。IDSはVDS=5V程度で飽和(ピンチオフ)する典型
的なトランジスタの挙動を示した。また、VGS=6V印加時には、VDS=0V時には
、IDS=2×10−8A、VDS=10V時には、IDS=2.0×10−6Aの電流
が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn−O系アモルファス酸化物膜内に電
子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、約102であ
った。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約10c
m2(Vs)−1の電界効果移動度が得られた。
[0124] ガラス基板上に作成したTFT素子も同様の特性を示した。PETフィル
ム上に作成した素子を、曲率半径30mmで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行っ
たが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。
[0125](実施例11:PLD法によるIn−Sn−O系アモルファス酸化物膜を用
いたTFT素子の作成)
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレー
ト(PET)フィルム(1)上に、実施例6に示した成膜法により、チャンネル層(2)
として用いる厚さ100nmのIn−Sn−O系アモルファス酸化物膜を形成した。
[0126] さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を1Pa未満にして、さらに酸素
ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、PLD法により、電気伝導度の大きなIn
−Sn−O系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ30nm積層し、フォトリゾグラ
フィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子(5)及びソース端子(6)を形成した。
[0127] 最後にゲート絶縁膜(3)として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法に
より成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲ
ート端子(4)を形成した。
[0128](TFT素子の特性評価)
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。
ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn
型半導体であることが分かる。これは、In−Sn−O系アモルファス酸化物膜がn型伝
導体であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS=6V程度で飽和(ピンチオフ)す
る典型的なトランジスタの挙動を示した。また、VGS=6V印加時には、VDS=0V
時には、IDS=5×10−8A、VDS=10V時には、IDS=5.0×10−5A
の電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn−Sn−O系アモルファス酸
化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、
約103であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域にお
いて約5cm2(Vs)−1の電界効果移動度が得られた。
[0129] ガラス基板上に作成したTFT素子も同様の特性を示した。PETフィル
ム上に作成した素子を、曲率半径30mmで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行っ
たが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。
[0130](実施例12:PLD法によるIn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を用
いたTFT素子の作成)
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレー
ト(PET)フィルム(1)上に、実施例7に示した成膜法により、チャンネル層(2)
として用いる厚さ120nmのIn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を形成した。
[0131] さらにその上に、チャンバー内の酸素分圧を1Pa未満にして、さらに酸
素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、PLD法により、電気伝導度の大きなI
n−Ga−O系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ30nm積層し、フォトリゾグ
ラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子(5)及びソース端子(6)を形成した
。
[0132] 最後にゲート絶縁膜(3)として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法に
より成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲ
ート端子(4)を形成した。
[0133](TFT素子の特性評価)
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。
ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn
型半
導体であることが分かる。これは、In−Ga−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体
であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS=6V程度で飽和(ピンチオフ)する典
型的なトランジスタの挙動を示した。また、VGS=6V印加時には、VDS=0V時に
は、IDS=1×10−8A、VDS=10V時には、IDS=1.0×10−6Aの電
流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn−Ga−O系アモルファス酸化物
膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、約1
02であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において
約0.8cm2(Vs)−1の電界効果移動度が得られた。
[0134] ガラス基板上に作成したTFT素子も同様の特性を示した。PETフィル
ム上に作成した素子を、曲率半径30mmで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行っ
たが、トランジスタ特性に大幅な変化は認められなかった。
[0135] なお、上述の実施例で示したように、アモルファス酸化物の電子キャリア
濃度を1018/cm3未満にすることでTFTのチャネル層として適用できる。この電
子キャリア濃度としては、1017/cm3以下がより好ましく、1010/cm3以下
にすると更に好ましい。
【産業上の利用可能性】
[0136] 本発明に係るアモルファス酸化物は、薄膜トランジスタなどの半導体デバ
イスに利用できる。そして、この薄膜トランジスタは、例えば、LCDや有機ELディス
プレイのスイッチング素子として応用することができ、フレキシブル・ディスプレイをは
じめ、シースルー型のディスプレイ、ICカードやIDタグなどに幅広く応用できる。
【図面の簡単な説明】
[0137][図1]第1図は、パルスレーザー蒸着法で成膜したIn−Ga−Zn−O
系アモルファス酸化物の電子キャリア濃度と成膜中の酸素分圧の関係を示すグラフである
。
[図2]第2図は、パルスレーザー蒸着法で成膜したIn−Ga−Zn−O系アモルファ
ス酸化物膜の電子キャリアの濃度と電子移動度の関係を示すグラフである。
[図3]第3図は、高周波スパッタ法で成膜したIn−Ga−Zn−O系アモルファス酸
化物膜の電気伝導度と成膜中の酸素分圧の関係を示すグラフである。
[図4]第4図は、パルスレーザー蒸着法により成膜したInGaO3(Zn1−xMg
xO)4のxの値に対する電気伝導度、電子キャリア濃度、電子移動度の変化を示すグラ
フである。
[図5]第5図は、トップゲート型TFT素子構造を示す模式図である。
Claims (21)
- 電子キャリア濃度が、1018/cm3未満であることを特徴とするアモルファス酸化物。
- 電子キャリア濃度が、1017/cm3以下であることを特徴とするアモルファス酸化物。
- 電子キャリア濃度が、1016/cm3以下であることを特徴とするアモルファス酸化物。
- 電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加することを特徴とするアモルファス酸化物。
- 電子移動度が、0.1cm2/(V・秒)超であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載されるアモルファス酸化物。
- 縮退伝導を示す請求項1から5のいずれか1項に記載されるアモルファス酸化物。
- 前記アモルファス酸化物が、Zn、In及びSnのうち、少なくとも1種類の元素を構成成分とし、[(Sn1−xM4x)O2]a・[(In1−yM3y)2O3]b・[(Zn1−zM2z)O]c (0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、かつx、y、zは同時に1ではなく、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、かつa+b+c=1、M4はSnより原子番号の小さいIV族元素、M3は、Inより原子番号の小さいIII族元素又はLu、M2はZnより原子番号の小さなII族元素)で示される化合物である請求項1から6のいずれか1項に記載されるアモルファス酸化物。
- 前記アモルファス酸化物が、V族元素M5又はWのうち、少なくとも1種類の元素を含む請求項7に記載されるアモルファス酸化物。
- 前記アモルファス酸化物が、結晶状態における組成が、(InM3)2O3(Zn1−xM2xO)m (0≦x≦1、mは0又は6未満の自然数、M3は、Inより原子番号の小さいIII族元素又はLu、M2は、Znより原子番号の小さいII族元素)で表される化合物単体又はmの値の異なる化合物の混合体である請求項7に記載のアモルファス酸化物。
- M3が、Gaである請求項9記載のアモルファス酸化物。
- M2が、Mgである請求項9又は10記載のアモルファス酸化物。
- ガラス基板、金属基板、プラスチック基板又はプラスチックフィルム上に設けた請求項1から11のいずれかに記載されるアモルファス酸化物。
- 請求項1から12のいずれかに記載のアモルファス酸化物をチャネル層に用いた電界効果型トランジスタ。
- Al2O3,Y2O3,又はHfO2の1種、又はそれらの化合物を少なくとも二種含む混晶化合物をゲート絶縁層とする請求項13記載の電界効果型トランジスタ。
- ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜、及びチャネル層を有する薄膜トランジスタであって、前記チャネル層に、電子キャリア濃度が1018/cm3未満であるアモルファス酸化物が用いられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
- 前記アモルファス酸化物の電子キャリア濃度が1017/cm3以下であることを特徴とする請求項15記載の薄膜トランジスタ。
- 前記アモルファス酸化物の電子キャリア濃度が1016/cm3以下であることを特徴とする請求項15記載の薄膜トランジスタ。
- 前記アモルファス酸化物が、In、Ga、Znを含む酸化物であり、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:m(m<6)であることを特徴とする請求項15から17のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記アモルファス酸化物が、In,Ga,ZnおよびMgを含む酸化物であり、原子数比がIn:Ga:Zn1−xMgx=1:1:m(m<6)、0<x≦1であることを特徴とする請求項15から17のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記アモルファス酸化物が、InxGa1−x酸化物(0≦x≦1)、InxZn1−x酸化物(0.2≦x≦1)、InxSn1−x酸化物(0.8≦x≦1)、あるいはInx(Zn、Sn)1−x酸化物(0.15≦x≦1)から選択されるアモルファス酸化物であることを特徴とする請求項15から17のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記アモルファス酸化物は、電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加することを特徴とする請求項15から17のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
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