TWI661414B - 發光裝置 - Google Patents
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-
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- H10K59/10—OLED displays
- H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
- H10K59/121—Active-matrix OLED [AMOLED] displays characterised by the geometry or disposition of pixel elements
- H10K59/1213—Active-matrix OLED [AMOLED] displays characterised by the geometry or disposition of pixel elements the pixel elements being TFTs
Abstract
本發明的一個方式提供一種能夠抑制像素之間的亮度的不均勻的發光裝置。本發明的一個方式是包括像素、第一電路及第二電路的發光裝置，第一電路具有生成包含從像素取出的電流值的信號的功能，第二電路具有根據信號校正影像信號的功能。像素至少包括發光元件、第一電晶體及第二電晶體，第一電晶體具有根據影像信號控制對發光元件的電流供應的功能，第二電晶體具有控制從像素取出電流的功能。第一電晶體及第二電晶體包括：與閘極重疊的第一半導體區域；與源極或汲極接觸的第二半導體區域；以及第一半導體區域和第二半導體區域之間的第三半導體區域。
Description
本發明係關於一種物體、方法或製造方法。或者，本發明係關於一種製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或組合物(composition of matter)。尤其是，本發明係關於一種半導體裝置、顯示裝置、發光裝置、記憶體裝置、它們的驅動方法或其製造方法。尤其是，本發明係關於一種半導體裝置、顯示裝置、發光裝置、蓄電裝置、記憶體裝置、它們的驅動方法或它們的製造方法。例如，本發明係關於一種在其各像素中設置有半導體裝置，尤其電晶體的發光裝置。
注意，本說明書等中的半導體裝置是指藉由利用半導體特性而能夠工作的所有裝置。顯示裝置、發光裝置、電光裝置、半導體電路以及電子裝置有時包括半導體裝置。
關於使用發光元件的主動矩陣型發光裝置，各製造商已分別研發了互不相同的結構，但是，作為一般 的結構，在各像素中至少設置有發光元件、控制對像素的視訊信號的輸入的電晶體(開關用電晶體)以及控制供應到該發光元件的電流值的電晶體(驅動用電晶體)。
並且，藉由將設置在像素中的上述所有電晶體的導電型設定為同一導電型，可以在電晶體的製程中省略對半導體膜添加賦予一導電性的雜質元素的製程等一部分製程。在下述專利文獻1中，有像素只由n通道型電晶體構成的發光元件型顯示器的記載。
在使用發光元件的主動矩陣型的發光裝置中，根據影像信號控制供應到發光元件的電流值的電晶體(驅動用電晶體)的臨界電壓的不均勻容易影響到發光元件的亮度。為了防止上述臨界電壓的不均勻對發光元件的亮度導致的影響，下面的專利文獻2公開了如下一種顯示裝置，在該顯示裝置中，從驅動用電晶體的源電壓檢測出臨界電壓及移動率，根據該檢測出了的臨界電壓及移動率設定對應於顯示影像的程式資料信號。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2003-195810號公報
[專利文獻2]日本專利申請公開第2009-265459號公報
用來檢測出驅動用電晶體的電特性的從像素輸出的電流具有幾十nA至幾百nA左右的非常小的數值。因此，當在與成為該電流的經路的佈線電連接的電路 中的電源線之間流過關態電流時，難以正確地檢測出驅動用電晶體的電特性。在此情況下，即使使用從像素輸出的電流校正輸入到像素的影像信號，也難以校正供應到發光元件的電流值以使驅動用電晶體的電特性的影響變小。
鑒於上述技術背景，本發明的一個方式的目的之一是提供一種能夠抑制像素之間的亮度不均勻的發光裝置。另外，本發明的一個方式的目的之一是提供一種新穎的發光裝置。另外，本發明的一個方式的目的之一是提供一種新穎的半導體裝置。
注意，這些目的的記載不妨礙其他目的的存在。注意，本發明的一個方式並不需要實現所有上述目的。另外，從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載可明顯看出這些目的以外的目的，而可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載中抽出這些以外的目的。
本發明的一個方式是包括像素、第一電路及第二電路的發光裝置。第一電路具有生成包含從像素取出的電流值的信號的功能。第二電路具有根據信號校正影像信號的功能。像素至少包括發光元件、第一電晶體及第二電晶體。第一電晶體具有根據影像信號控制對發光元件的電流供應的功能。第二電晶體具有控制從像素取出電流的功能。第一電晶體及第二電晶體的每一個的半導體膜包括：與閘極電極重疊的第一半導體區域；與源極電極或汲 極電極接觸的第二半導體區域；以及第一半導體區域和第二半導體區域之間的第三半導體區域。第三半導體區域的氫濃度較佳高於第一半導體區域的濃度及第二半導體區域的濃度。
在上述方式中，半導體膜較佳為氧化物半導體。
本發明的一個方式是至少包括佈線、第一電晶體、第二電晶體、第一電容元件、第二電容元件及發光元件的發光裝置。第一電晶體包括第一半導體膜、隔著第一半導體膜互相重疊的第一閘極電極及第二閘極電極。第二電晶體包括第二半導體膜。第一電容元件具有保持第一電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與第一閘極電極之間的電位差的功能。第二電容元件具有保持第一電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與第二閘極電極之間的電位差的功能。第二電晶體具有控制第二閘極電極與佈線之間的導通狀態的功能。第一電晶體的汲極電流被供應到發光元件。第一半導體膜包括：與第一閘極電極重疊的第一半導體區域；與第一電晶體的源極電極或汲極電極接觸的第二半導體區域；以及第一半導體區域和第二半導體區域之間的第三半導體區域。第二半導體膜包括：與第二電晶體的閘極電極重疊的第四半導體區域；與第二電晶體的源極電極或汲極電極接觸的第五半導體區域；以及第四半導體區域和第五半導體區域之間的第六半導體區域。第三半導體區域的氫濃度較佳高於第一半導體區域的濃度及第二半 導體區域的濃度。第六半導體區域的氫濃度較佳高於第四半導體區域的濃度及第五半導體區域的濃度。
在上述方式中，第一半導體膜及第二半導體膜較佳為氧化物半導體。
本發明的一個方式是至少包括第一佈線及第二佈線、第一電晶體至第五電晶體、電容元件及發光元件的發光裝置。第一電晶體具有控制第一佈線與電容元件的第一電極之間的導通狀態的功能。電容元件的第二電極與第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個電連接。第二電晶體具有控制第二佈線與第五電晶體的閘極電極之間的導通狀態的功能。第三電晶體具有控制電容元件的第一電極與第五電晶體的閘極電極之間的導通狀態的功能。第四電晶體具有控制第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與發光元件的陽極之間的導通狀態的功能。第一電晶體至第五電晶體的每一個的半導體膜包括：與閘極電極重疊的第一半導體區域；與源極電極或汲極電極接觸的第二半導體區域；以及第一半導體區域和第二半導體區域之間的第三半導體區域。第三半導體區域的氫濃度較佳高於第一半導體區域的濃度及第二半導體區域的濃度。
本發明的一個方式是至少包括第一佈線至第三佈線、第一電晶體至第五電晶體、電容元件及發光元件的發光裝置。第一電晶體具有控制第一佈線與電容元件的第一電極之間的導通狀態的功能。電容元件的第二電極與第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個及發光元件的 陽極電連接。第二電晶體具有控制第二佈線與第五電晶體的閘極電極之間的導通狀態的功能。第三電晶體具有控制電容元件的第一電極與第五電晶體的閘極電極之間的導通狀態的功能。第四電晶體具有控制第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與第三佈線之間的導通狀態的功能。第一電晶體至第五電晶體的每一個的半導體膜包括：與閘極電極重疊的第一半導體區域；與源極電極或汲極電極接觸的第二半導體區域；以及第一半導體區域和第二半導體區域之間的第三半導體區域。第三半導體區域的氫濃度較佳高於第一半導體區域的濃度及第二半導體區域的濃度。
在上述方式中，半導體膜較佳為氧化物半導體。
在上述方式中，氧化物半導體較佳為包含銦、鋅及M(M表示Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。
本發明的一個方式是包括上述方式所記載的發光裝置、麥克風及操作鍵的電子裝置。
藉由本發明的一個方式可以提供一種能夠抑制像素之間的亮度不均勻的發光裝置。另外，藉由本發明的一個方式可以提供一種新穎的發光裝置。另外，藉由本發明的一個方式可以提供一種新穎的半導體裝置。
注意，這些效果的記載不妨礙其他效果的存在。注意，本發明的一個方式並不需要具有所有上述效果。另外，從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載可明 顯看出這些效果以外的效果，而可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載中抽出這些以外的效果。
10‧‧‧發光裝置
11‧‧‧像素
12‧‧‧監控電路
13‧‧‧影像處理電路
21‧‧‧電路
22‧‧‧電晶體
24‧‧‧像素部
25‧‧‧面板
26‧‧‧控制器
27‧‧‧CPU
28‧‧‧影像記憶體
29‧‧‧記憶體
30‧‧‧驅動電路
31‧‧‧驅動電路
32‧‧‧影像資料
33‧‧‧佈線
34‧‧‧電晶體
40‧‧‧電晶體
41‧‧‧電晶體
42‧‧‧電晶體
43‧‧‧電晶體
44‧‧‧電晶體
45‧‧‧電晶體
46‧‧‧發光元件
47‧‧‧電容元件
48‧‧‧電容元件
49‧‧‧佈線
54‧‧‧發光元件
55‧‧‧電晶體
56‧‧‧電晶體
57‧‧‧電晶體
58‧‧‧電容元件
60‧‧‧運算放大器
61‧‧‧電容元件
62‧‧‧開關
68‧‧‧佈線
70‧‧‧電晶體
71‧‧‧電晶體
72‧‧‧電晶體
73‧‧‧電晶體
74‧‧‧電晶體
75‧‧‧電晶體
76‧‧‧電容元件
77‧‧‧電容元件
78‧‧‧發光元件
80‧‧‧電晶體
81‧‧‧電晶體
82‧‧‧電晶體
83‧‧‧電晶體
84‧‧‧電晶體
85‧‧‧電晶體
86‧‧‧發光元件
87‧‧‧電容元件
88‧‧‧佈線
90‧‧‧電晶體
91‧‧‧電晶體
92‧‧‧電晶體
93‧‧‧電晶體
94‧‧‧電晶體
95‧‧‧電容元件
96‧‧‧發光元件
102‧‧‧基板
104‧‧‧絕緣膜
106‧‧‧氧化物半導體膜
106a‧‧‧區域
106b‧‧‧區域
106c‧‧‧區域
106d‧‧‧區域
108‧‧‧絕緣膜
110‧‧‧導電膜
112‧‧‧導電膜
114‧‧‧導電膜
116‧‧‧絕緣膜
118‧‧‧絕緣膜
140a‧‧‧開口部
140b‧‧‧開口部
150‧‧‧電晶體
261‧‧‧導電膜
266‧‧‧氧化物半導體膜
268‧‧‧導電膜
270‧‧‧導電膜
272‧‧‧絕緣膜
274‧‧‧導電膜
362‧‧‧基板
364‧‧‧絕緣膜
364a‧‧‧氮化物絕緣膜
364b‧‧‧氧化物絕緣膜
366‧‧‧氧化物半導體膜
366a‧‧‧區域
366b‧‧‧區域
366c‧‧‧區域
366d‧‧‧區域
366e‧‧‧偏置區域
367a‧‧‧氧化物半導體膜
367b‧‧‧氧化物半導體膜
367c‧‧‧氧化物半導體膜
368‧‧‧導電膜
368a‧‧‧導電膜
368b‧‧‧導電膜
368c‧‧‧導電膜
370‧‧‧導電膜
370a‧‧‧導電膜
370b‧‧‧導電膜
370c‧‧‧導電膜
372‧‧‧絕緣膜
372a‧‧‧絕緣膜
374‧‧‧導電膜
374a‧‧‧導電膜
374b‧‧‧導電膜
376‧‧‧絕緣膜
390‧‧‧電晶體
391‧‧‧電晶體
392‧‧‧電晶體
393‧‧‧電晶體
394‧‧‧電晶體
402‧‧‧基板
404‧‧‧絕緣膜
406‧‧‧氧化物半導體膜
406b‧‧‧區域
406c‧‧‧區域
406d‧‧‧區域
406e‧‧‧偏置區域
408‧‧‧絕緣膜
408a‧‧‧絕緣膜
410‧‧‧導電膜
412‧‧‧導電膜
414‧‧‧導電膜
414a‧‧‧導電膜
416‧‧‧絕緣膜
418‧‧‧絕緣膜
440a‧‧‧開口部
450‧‧‧電晶體
821‧‧‧基板
824‧‧‧絕緣膜
828‧‧‧氧化物半導體膜
828a‧‧‧區域
828b‧‧‧區域
828c‧‧‧區域
828d‧‧‧區域
828e‧‧‧區域
828f‧‧‧區域
828g‧‧‧區域
837‧‧‧絕緣膜
840‧‧‧導電膜
840a‧‧‧導電膜
840b‧‧‧導電膜
846‧‧‧絕緣膜
847‧‧‧絕緣膜
856‧‧‧導電膜
857‧‧‧導電膜
862‧‧‧絕緣膜
1000‧‧‧基板
1001‧‧‧導電膜
1002‧‧‧導電膜
1003‧‧‧導電膜
1004‧‧‧半導體膜
1005‧‧‧導電膜
1006‧‧‧導電膜
1007‧‧‧半導體膜
1008‧‧‧導電膜
1009‧‧‧導電膜
1010‧‧‧導電膜
1011‧‧‧導電膜
1012‧‧‧導電膜
1013‧‧‧導電膜
1015‧‧‧絕緣膜
1016‧‧‧絕緣膜
1017‧‧‧絕緣膜
1018‧‧‧絕緣膜
1019‧‧‧絕緣膜
1020‧‧‧絕緣膜
1025‧‧‧絕緣膜
1026‧‧‧絕緣膜
1027‧‧‧EL層
1028‧‧‧導電膜
1030‧‧‧基板
1031‧‧‧遮蔽膜
1032‧‧‧著色層
1601‧‧‧面板
1602‧‧‧電路基板
1603‧‧‧連接部
1604‧‧‧像素部
1605‧‧‧驅動電路
1606‧‧‧驅動電路
3001‧‧‧外殼
3002‧‧‧顯示部
3003‧‧‧支撐台
3101‧‧‧外殼
3102‧‧‧顯示部
3103‧‧‧操作鍵
3301‧‧‧外殼
3302‧‧‧外殼
3303‧‧‧顯示部
3304‧‧‧顯示部
3305‧‧‧麥克風
3306‧‧‧揚聲器
3307‧‧‧操作鍵
3308‧‧‧觸控筆
3601‧‧‧外殼
3602‧‧‧顯示部
3701‧‧‧外殼
3702‧‧‧顯示部
3766‧‧‧絕緣膜
3901‧‧‧外殼
3902‧‧‧顯示部
3903‧‧‧相機
3904‧‧‧揚聲器
3905‧‧‧按鈕
3906‧‧‧外部連接部
3907‧‧‧麥克風
5100‧‧‧顆粒
5100a‧‧‧顆粒
5100b‧‧‧顆粒
5101‧‧‧離子
5102‧‧‧氧化鋅層
5103‧‧‧粒子
5105a‧‧‧顆粒
5105a1‧‧‧區域
5105a2‧‧‧顆粒
5105b‧‧‧顆粒
5105c‧‧‧顆粒
5105d‧‧‧顆粒
5105d1‧‧‧區域
5105e‧‧‧顆粒
5120‧‧‧基板
5130‧‧‧靶材
5161‧‧‧區域
在圖式中：圖1是示出發光裝置的結構的圖；圖2是示出像素結構的圖；圖3是示出像素的工作的時序圖；圖4是示出像素部與取樣電路的連接關係的圖；圖5是示出像素結構的圖；圖6A和6B是示出像素的工作的時序圖；圖7是示出像素結構的圖；圖8A和8B是示出像素的工作的時序圖；圖9是示出像素結構的圖；圖10A和10B是示出像素的工作的時序圖；圖11是監控電路的電路圖；圖12是示出發光裝置的結構的圖；圖13是示出像素部的結構的圖；圖14A和14B是示出像素結構的圖；圖15A和15B是示出像素的工作的時序圖；圖16A和16B是電晶體的俯視圖；圖17A和17B是電晶體的剖面圖；圖18A和18B是電晶體的剖面圖；圖19A至19C是電晶體的剖面圖和俯視圖； 圖20A至20C是電晶體的剖面圖和俯視圖；圖21A至21C是電晶體的剖面圖和俯視圖；圖22A和22B是示出電晶體的能帶結構的圖；圖23A至23C是電晶體的剖面圖和俯視圖；圖24是電晶體的剖面圖；圖25A至25C是電晶體的剖面圖和俯視圖；圖26A和26B是電晶體的剖面圖；圖27A至27F是電晶體的剖面圖；圖28A至28F是電晶體的剖面圖；圖29A至29E是電晶體的剖面圖；圖30是像素的俯視圖；圖31是發光裝置的剖面圖；圖32是發光裝置的斜視圖；圖33A至33F是電子裝置的圖；圖34是說明電阻率的溫度依賴性的圖；圖35A至35D是CAAC-OS的剖面的Cs校正高解析度TEM影像以及CAAC-OS的剖面示意圖；圖36A至36D是CAAC-OS的平面的Cs校正高解析度TEM影像；圖37A至37C是說明藉由XRD得到的CAAC-OS以及單晶氧化物半導體的結構分析的圖；圖38A和38B是示出CAAC-OS的電子繞射圖案的圖；圖39是因電子照射導致的In-Ga-Zn氧化物的結晶部 的變化的圖；圖40A和40B是說明CAAC-OS及nc-OS的成膜模型的示意圖；圖41A至41C是說明InGaZnO4的結晶及顆粒的圖；以及圖42A至42D是說明CAAC-OS的成膜模型的示意圖。
下面，參照圖式對本發明的實施方式進行詳細說明。但是，本發明不侷限於以下說明，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式及詳細內容在不脫離本發明的精神及其範圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在下面所示的實施方式所記載的內容中。注意，在以下說明的實施方式中，在不同的圖式之間共同使用同一元件符號來表示同一部分或具有同一功能的部分，而省略其重複說明。
另外，在圖式中，為便於清楚地說明有時對大小、層的厚度或區域進行誇張的描述。因此，本發明並不一定限定於圖式中的比例。此外，在圖式中，示意性地示出理想的例子，而不侷限於圖式所示的形狀或數值等。例如，可以包括因雜波或定時偏差等所引起的信號、電壓 或電流的不均勻等。
此外，在本說明書等中，電晶體是指至少包括閘極、汲極以及源極的三個端子的元件。在汲極(汲極端子、汲極區域或汲極電極)與源極(源極端子、源極區域或源極電極)之間具有通道區域，並且電流能夠流過汲極、通道區域以及源極。在此，因為源極和汲極根據電晶體的結構或工作條件等而更換，因此很難限定哪個是源極哪個是汲極。因此，有時將用作源極的部分或用作汲極的部分不稱為源極或汲極，而將源極和汲極中的一個稱為第一電極並將源極和汲極中的另一個稱為第二電極。
在本說明書中，節點是指用來將元件間電連接的佈線上的任一個位置。
注意，本說明書所使用的“第一”、“第二”、“第三”等序數詞是為了避免結構要素的混同而附上的，而不是為了在數目方面上進行限定而附上的。
在本說明書中，“A連接於B”的情況在其範疇內除了A直接連接於B的情況之外，還包括A電連接於B的情況。在此，“A與B電連接”的描述是指當在A與B之間存在具有某種電作用的物件時，能夠進行A和B的電信號的授受。
另外，為了便於說明，對圖式中的各電路方塊的位置關係進行了特定，雖然在圖式中不同的電路方塊具有不同的功能，但是有時在實際電路或區域中將其設置為可以在相同的電路或相同的方塊中實現不同的功能。此 外，在圖式中的方塊圖中，為了說明而指定各電路方塊的功能，因此，即使示出在一個電路方塊中進行處理的情況，有時在實際上的電路或區域中，也有在多個電路方塊中進行該處理的情況。
在本實施方式中，對本發明的一個方式的發光裝置的電路結構進行說明。
<發光裝置的具體結構例子1>
對根據本發明的一個方式的發光裝置的結構例子之一進行說明。在圖1中，以方塊圖示出根據本發明的一個方式的發光裝置10的結構例子之一。此外，雖然在方塊圖中，根據每個功能劃分構成要素而表示為互相獨立的方塊，但是實際上的構成要素難以根據每個功能完全劃分，且一個構成要素可能會涉及多個功能。
圖1所示的發光裝置10包括：在像素部24中包括多個像素11的面板25；控制器26；CPU27；影像處理電路13；影像記憶體28；記憶體29；以及監控電路12。圖1所示的發光裝置10在面板25上包括驅動電路30及驅動電路31。
CPU27具有如下功能：對從外部輸入的指令或儲存在設置於CPU27內的記憶體中的指令進行解碼而對發光裝置10所包括的各種電路的工作進行總括控制，由 此執行上述指令。
監控電路12根據從像素11輸出的汲極電流生產包含作為資料的該汲極電流的值的信號。記憶體29具有儲存該信號所包含的上述資料的功能。
影像記憶體28具有儲存輸入到發光裝置10的影像資料32的功能。另外，圖1示出僅將一個影像記憶體28設置在發光裝置10中的情況，但是也可以將多個影像記憶體28設置在發光裝置10中。例如，在藉由利用分別對應於紅色、藍色和綠色等色相的三個影像資料32來在像素部24中顯示全彩色的影像的情況下，可以設置分別對應於各影像資料32的影像記憶體28。
影像記憶體28例如可以使用DRAM(Dynamic Random Access Memory：動態隨機存取記憶體)、SRAM(Static Random Access Memory：靜態隨機存取記憶體)等的記憶體電路。或者，也可以作為影像記憶體28使用VRAM(Video RAM：視訊隨機存取記憶體)。
影像處理電路13具有如下功能：根據來自CPU27的指令將影像資料32寫入到影像記憶體28並從影像記憶體28讀出影像資料32，並且，根據影像資料32生成影像信號Sig。另外，影像處理電路13具有如下功能：根據來自CPU27的指令讀出儲存在記憶體29的資料，並且利用該資料進行影像信號Sig的校正。
控制器26具有在被輸入具有影像資料32的 影像信號Sig時根據面板25的規格對影像信號Sig進行信號處理並將該信號供應到面板25的功能。
驅動電路31具有按行選擇像素部24所包括的多個像素11的功能。另外，驅動電路30具有將從控制器26供應的影像信號Sig供應到由驅動電路31選擇的行的像素11的功能。
另外，控制器26具有將用來驅動驅動電路30和驅動電路31等的各種驅動信號供應到面板25的功能。驅動信號包括用來控制驅動電路30的工作的起動脈衝信號SSP、時脈信號SCK、鎖存信號LP、以及用來控制驅動電路31的工作的起動脈衝信號GSP、時脈信號GCK等。
另外，發光裝置10可以包括具有對發光裝置10所包括的CPU27供應資料或指令的功能的輸入裝置。作為輸入裝置，可以使用鍵盤、指向裝置、觸控面板以及感測器等。
另外，也可以在像素部24、驅動電路30以及驅動電路31中使用在其通道區域中包含氧化物半導體的氧化物半導體電晶體。因為氧化物半導體電晶體的關態電流極小，所以使用氧化物半導體電晶體的發光裝置10能夠降低耗電量。關於氧化物半導體電晶體的詳細內容在實施方式2中進行說明。
另外，在氧化物半導體電晶體中，由於氫或水分等雜質而容易導致電晶體的臨界電壓變動。因此，在 將氧化物半導體用於像素11中的驅動用電晶體的情況下，較佳為使發光裝置10具有校正驅動用電晶體的臨界電壓的功能。下面，舉出一個例子來說明具有上述校正功能的發光裝置10的具體結構。
圖2示出像素11的電路圖的一個例子。像素11包括電晶體55至電晶體57、電容元件58以及發光元件54。
根據輸入到像素11的影像信號Sig控制發光元件54的像素電極的電位。此外，根據像素電極與共用電極之間的電位差決定發光元件54的亮度。例如，當作為發光元件54使用OLED時，陽極和陰極中的一個被用作像素電極，而另一個被用作共用電極。圖2示出將發光元件54的陽極用作像素電極並將發光元件54的陰極用作共用電極的像素11的結構例子。
電晶體56具有控制佈線SL與電晶體55的閘極之間的導通狀態的功能。電晶體55的源極和汲極中的一個與發光元件54的陽極電連接，而另一個與佈線VL電連接。電晶體57具有控制佈線ML與電晶體55的源極和汲極中的一個之間的導通狀態的功能。電容元件58的一對電極中的一個與電晶體55的閘極電連接，而另一個與發光元件54的陽極電連接。
另外，電晶體56的開關根據與電晶體56的閘極電連接的佈線GL的電位進行。電晶體57的開關根 據與電晶體57的閘極電連接的佈線GL的電位進行。
可以將氧化物半導體、非晶、微晶、多晶或單晶的矽或鍺等的半導體用於像素11所包括的電晶體。當電晶體56在其通道形成區域中包含氧化物半導體時，可以使電晶體56的關態電流極小。此外，藉由將具有上述結構的電晶體56用於像素11，與使用一般的由矽或鍺等半導體形成的電晶體的情況相比可以防止儲存在電晶體55的閘極中的電荷的洩漏。
因此，當如像靜態影像那樣在連續的幾個圖框期間內對像素部24寫入具有相同的影像資料的影像信號Sig時，即使降低驅動頻率，換言之，即使減少一定期間內對像素部24寫入影像信號Sig的次數，也可以保持顯示影像。例如，藉由作為電晶體56的半導體膜使用藉由減少用作電子施體(施體)的水分或氫等雜質且減少氧缺損來實現高度純化的氧化物半導體(purified Oxide Semiconductor)，可以將影像信號Sig的寫入間隔設定為10秒以上，較佳為30秒以上，更佳為1分鐘以上。而且，寫入影像信號的間隔越長，耗電量越低。
另外，由於可以在更長的期間保持影像信號Sig的電位，所以即使在像素11中不設置用來保持電晶體55的閘極的電位的電容元件58，也可以防止所顯示的影像品質降低。
另外，圖2所示的像素11根據需要還可以包括電晶體、二極體、電阻元件、電容元件、電感器等其他 電路元件。
另外，在圖2的各電晶體中，至少在半導體膜的一方的表面上設置閘極即可，但是也可以設置隔著半導體膜對置的一對閘極。
此外，圖2例示出所有的電晶體都是n通道型的情況。當像素11中的所有的電晶體都具有相同通道類型時，在電晶體的製程中，可以部分省略對半導體膜添加賦予導電性的雜質元素等的製程。但是在根據本發明的一個方式的發光裝置中，不一定需要像素11中的電晶體都是n通道型。在發光元件54的陽極與佈線CL電連接時，較佳至少電晶體55為n通道型，並且當發光元件54的陰極與佈線CL電連接時，較佳至少電晶體55為p通道型。
另外，圖2例示出像素11中的電晶體採用具有一個閘極和一個通道形成區域的單閘極結構的情況，但是本發明的一個方式不侷限於該結構。像素11中的所有的電晶體或者任一電晶體可以採用具有彼此電連接的多個閘極和多個通道形成區域的多閘極結構。
接著，說明圖2所示的像素11的工作例子。
圖3例示出與圖2所示的像素11電連接的佈線GL的電位以及供應到佈線SL的影像信號Sig的電位的時序圖。另外，圖3所示的時序圖例示出圖2所示的像 素11所包括的電晶體都是n通道型的情況。
首先，在期間t1中，對佈線GL施加高位準電位。因此，電晶體56及電晶體57導通。並且，對佈線SL施加影像信號Sig的電位Vdata，該電位Vdata經過電晶體56被施加到電晶體55的閘極。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線CL施加電位Vcat。電位Vano較佳高於對電位Vcat加上發光元件54的臨界電壓Vthe及電晶體55的臨界電壓Vth而得到的電位。藉由在佈線VL與佈線CL之間設定上述電位差，電晶體55的汲極電流值根據電位Vdata被決定。並且，藉由該汲極電流被供應到發光元件54中，發光元件54的亮度被決定。
另外，在電晶體55是n通道型的情況下，在期間t1中，佈線ML的電位較佳低於對佈線CL的電位加上發光元件54的臨界電壓Vthe而得到的電位，佈線VL的電位較佳高於對佈線ML的電位加上電晶體55的臨界電壓Vth而得到的電位。藉由採用上述結構，即使電晶體57導通，也可以將電晶體55的汲極電流優先流到佈線ML而不是流到發光元件54。
接著，在期間t2中，對佈線GL施加低位準電位。因此，電晶體56及電晶體57關閉。在電晶體56關閉時，在電晶體55的閘極中保持電位Vdata。另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線CL施加電位Vcat。因此，發光元件54根據在期間t1中決定的亮度進行發光。
接著，在期間t3中，對佈線GL施加高位準電位。因此，電晶體56及電晶體57導通。另外，對佈線SL施加使電晶體55的閘極電壓比臨界電壓Vth大的電位。另外，對佈線CL施加電位Vcat。並且，佈線ML的電位低於對佈線CL的電位加上發光元件54的臨界電壓Vthe而得到的電位，佈線VL的電位高於對佈線ML的電位加上電晶體55的臨界電壓Vth而得到的電位。藉由採用上述結構，可以將電晶體55的汲極電流優先流到佈線ML而不是流到發光元件54。
並且，電晶體55的汲極電流經過佈線ML被供應到監控電路。監控電路利用流到佈線ML的汲極電流產生包含該汲極電流值的資料的信號。並且，在根據本發明的一個方式的發光裝置中，利用上述信號能夠校正被供應到像素11的影像信號Sig的電位Vdata的值。
注意，在圖2所示的包括像素11的發光裝置中，不需要在期間t2之後一定進行期間t3的工作。例如，在像素11中，也可以在多次反復進行期間t1及期間t2的工作之後進行期間t3的工作。另外，也可以在一行像素11中進行期間t3的工作，然後對該一行像素11寫入對應於最小的灰階值0的影像信號，以使發光元件54處於非發光狀態，然後在下一行像素11中進行期間t3的工作。
接下來，圖4示出圖1所示的像素部24與相當於驅動電路30的一部分的取樣電路的連接結構的一個例子。
圖4所示的像素部24包括多個像素11、由佈線GL1至佈線GLy表示的多個佈線GL、由佈線SL1至佈線SLx表示的多個佈線SL、由佈線ML1至佈線MLx表示的多個佈線ML以及由佈線VL1至佈線VLx表示的多個佈線VL。並且，多個像素11與佈線GL的至少一個、佈線SL的至少一個、佈線ML的至少一個以及佈線VL的至少一個分別電連接。
設置在像素部24中的佈線的種類及個數可以根據像素11的結構、個數及配置而決定。明確而言，在圖4所示的像素部24中例示出x列×y行的像素11被配置為矩陣狀，且佈線GL1至佈線GLy、佈線SL1至佈線SLx、佈線ML1至佈線MLx以及佈線VL1至佈線VLx設置在像素部24內的情況。
並且，從像素11經過佈線ML1至佈線MLx被取出的汲極電流經過佈線TER被供應到監控電路(未圖示)。
電路21具有根據輸入到佈線PRE的電位對佈線ML供應預定電位的功能。例如，在根據圖3所示的時序圖使圖2所示的像素11工作的情況下，也可以在期間t1中從電路21對佈線ML供應低於對佈線CL的電位加上發光元件54的臨界電壓Vthe而得到的電位的電位。
圖4例示出電路21包括電晶體22的情況。 對電晶體22的閘極供應被輸入到佈線PRE的電位。並且，電晶體22具有根據被輸入到其閘極的佈線PRE的電位控制佈線33與佈線ML之間的導通狀態的功能。
另外，在圖4中設置有電晶體34，該電晶體34具有根據佈線MSEL的電位控制佈線ML與佈線TER之間的導通狀態的功能。
圖5所示的像素11包括電晶體70至電晶體75、電容元件76、電容元件77以及發光元件78。電晶體70不但包括一般的閘極(第一閘極)而且還包括隔著半導體膜重疊於上述第一閘極的第二閘極。
明確而言，電晶體72的閘極與佈線GLa電連接，其源極和汲極中的一個與佈線SL電連接而其源極和汲極中的另一個與電晶體70的第一閘極電連接。電晶體71的閘極與佈線GLb電連接，其源極和汲極中的一個與電晶體75的源極和汲極中的一個電連接而其源極和汲極中的另一個與電晶體70的第一閘極電連接。電晶體70的源極和汲極中的一個與電晶體75的源極和汲極中的一個電連接，其源極和汲極中的另一個與佈線VL電連接。電晶體73的閘極與佈線GLb電連接，其源極和汲極中的一個與佈線BL電連接而其源極和汲極中的另一個與電晶體70的第二閘極電連接。電晶體74的閘極與佈線GLd電連接，其源極和汲極中的一個與佈線ML電連接而其源極和 汲極中的另一個與電晶體75的源極和汲極中的一個電連接。電晶體75的閘極與佈線GLc電連接，其源極和汲極中的另一個與發光元件78的像素電極電連接。
另外，電容元件76所包括的一對電極的一個與電晶體70的第二閘極電連接而另一個與電晶體75的源極和汲極中的一個電連接。電容元件77所包括的一對電極的一個與電晶體70的第一閘極電連接而另一個與電晶體75的源極和汲極中的一個電連接。發光元件78的共用電極與佈線CL電連接。
接著，以圖5所示的像素11為例，對根據本發明的一個方式的發光裝置的像素的工作進行說明。
圖6A示出輸入到佈線GLa至佈線GLd的電位的時序圖和輸入到佈線SL的影像信號Sig的電位的時序圖。另外，圖6A所示的時序圖例示出圖5所示的像素11所包括的電晶體都是n通道型的情況。
首先，在期間t1中，對佈線GLa施加低位準電位，對佈線GLb施加高位準電位，對佈線GLc施加低位準電位，對佈線GLd施加高位準電位。因此，電晶體71、電晶體73及電晶體74導通，而電晶體72及電晶體75關閉。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線BL施加電位V0，對佈線ML施加電位V1，並且對與發光元 件78的共用電極電連接的佈線CL施加電位Vcat。因此，對電晶體70的第一閘極(以下稱為節點A)施加電位V1，對電晶體70的第二閘極(以下稱為節點B)施加電位V0，電晶體70的源極和汲極中的一個(以下稱為節點C)施加電位V1。
電位Vano較佳高於對電位Vcat加上發光元件78的臨界電壓Vthe及電晶體70的臨界電壓Vth而得到的電位。並且，電位V0較佳為比節點C充分高的電位，以使電晶體70的臨界電壓Vth向負方向漂移。明確而言，將在電壓Vbg(相當於節點B與節點C之間的電位差的電壓)為0V時的電晶體70的臨界電壓Vth設定為Vth0，並將在期間t1中的電晶體70的臨界電壓Vth設定為Vth1，此時較佳為滿足Vth1<Vth0。因為藉由採用上述結構電晶體70成為常導通，所以即使節點A與節點C之間的電位差，即電晶體70的閘極電壓為0V，也可以使電晶體70導通。
注意，在電晶體70是p通道型的情況下，電位V0較佳為比節點C充分低的電位，以使電晶體70的臨界電壓Vth向正方向漂移。因為藉由採用上述結構電晶體70成為常導通，所以即使節點A與節點C之間的電位差，即電晶體70的閘極電壓為0V，也可以使電晶體70導通。
接著，在期間t2中，對佈線GLa施加低位準電位，對佈線GLb施加高位準電位，對佈線GLc施加低 位準電位，對佈線GLd施加低位準電位。因此，電晶體71及電晶體73導通，而電晶體72、電晶體74及電晶體75關閉。
並且，對佈線VL施加電位Vano，對佈線BL施加電位V0。因此，保持對節點B施加電位V0的狀態，在期間t2開始時，電晶體70的臨界電壓Vth向負方向漂移，即為Vth1，因此電晶體70導通。並且，在期間t2中，因為佈線VL與佈線ML之間的電流經路由電晶體74遮斷，所以節點A及節點C的電位因電晶體70的汲極電流而開始上升。在節點C的電位上升時，相當於節點B與節點C之間的電位差的電壓Vbg降低，電晶體70的臨界電壓Vth向正方向漂移。然後，最終電晶體70的臨界電壓Vth儘可能地接近0V，電晶體70關閉。將在電晶體70的臨界電壓Vth為0V時的節點B與節點C之間的電位差設定為V0-V2。
就是說，在電晶體70中，在節點B與節點C之間的電位差為V0-V2時，將其臨界電壓Vth校正為0V，以使其汲極電流對於閘極電壓0V收斂於0A。節點B與節點C之間的電位差V0-V2被施加到電容元件76。
接著，在期間t3中，對佈線GLa施加高位準電位，對佈線GLb施加低位準電位，對佈線GLc施加低位準電位，對佈線GLd施加高位準電位。因此，電晶體72及電晶體74導通，而電晶體71、電晶體73及電晶體75關閉。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線SL施加影像信號Sig的電位Vdata，並且對佈線ML施加電位V1。並且，因為節點B處於浮動狀態，所以節點C從電位V2變成電位V1，節點B由於電容元件76從電位V0變成電位V0+V1-V2。並且，因為電容元件76保持電位差V0-V2，所以電晶體70的臨界電壓Vth保持0V。另外，對節點A施加電位Vdata，電晶體70的閘極電壓成為Vdata-V1。
接著，在期間t4中，對佈線GLa施加低位準電位，對佈線GLb施加低位準電位，對佈線GLc施加高位準電位，對佈線GLd施加低位準電位。因此，電晶體75導通，而電晶體71至電晶體74關閉。
另外，對佈線VL施加電位Vano，並且對與發光元件78的共用電極電連接的佈線CL施加電位Vcat。在期間t4中，電晶體75導通，節點C的電位變化而成為電位V3，節點A的電位成為電位Vdata+V3-V1，節點B的電位成為V0-V2+V3。即使節點A、節點B及節點C的電位變化，電容元件76也保持電位差V0-V2，電容元件77也保持電位差Vdata-V1。並且，在佈線VL與佈線CL之間流過對應於電晶體70的閘極電壓的值的汲極電流。發光元件78的亮度根據上述汲極電流的值決定。
注意，在包括圖5所示的像素11的發光裝置中，因為電晶體70的源極和汲極中的另一個與電晶體70 的第二閘極電分離，所以能夠分別獨立控制其電位。因此，在電晶體70為常導通時，即電晶體70的原來的臨界電壓Vth0為負值時，在期間t2中，可以在電容元件76中儲存電荷直到電晶體70的源極和汲極中的一個的電位變高於第二閘極的電位V0。因此，在根據本發明的一個方式的發光裝置中，即使電晶體70為常導通，也可以在期間t2中將其臨界電壓Vth校正為0V，以使其汲極電流對於閘極電壓0V收斂於0A。
因此，在包括電晶體70的源極和汲極中的另一個與電晶體70的第二閘極電分離的圖5所示的像素11的發光裝置中，例如，在將氧化物半導體用於電晶體70的半導體膜的情況等下，即使電晶體70成為常導通，也可以降低顯示不均勻，而以高影像品質進行顯示。
上述工作相當於包括像素11內的臨界電壓的校正(以下稱為內部校正)的像素11的工作例子。接著，對如下情況下的像素11的工作進行說明，該情況為：除了進行內部校正以外，藉由影像信號的校正(以下稱為外部校正)抑制起因於臨界電壓不均勻的像素11之間的亮度不均勻。
以圖5所示的像素11為例，圖6B示出在不但進行內部校正而且進行外部校正的情況下輸入到佈線GLa至佈線GLd的電位的時序圖和輸入到佈線SL的影像信號Sig的電位的時序圖。注意，圖6B所示的時序圖例示出圖5所示的像素11所包括的電晶體都為n通道型的 情況。
首先，在期間t1至期間t4中，像素11根據圖6A所示的時序圖及上述說明工作。
接著，在期間t5中，對佈線GLa施加低位準電位，對佈線GLb施加低位準電位，對佈線GLc施加低位準電位，對佈線GLd施加高位準電位。因此，電晶體74導通，而電晶體71、電晶體72、電晶體73及電晶體75關閉。
並且，對佈線VL施加電位Vano，對佈線ML施加電位V1。而且，佈線ML與監控電路電連接。
根據上述工作，電晶體70的汲極電流經過電晶體74及佈線ML供應到監控電路。監控電路利用流到佈線ML的汲極電流產生包含該汲極電流值的資料的信號。並且，在根據本發明的一個方式的發光裝置中，利用上述信號能夠校正被供應到像素11的影像信號Sig的電位Vdata的值。
注意，在期間t5中進行的外部校正工作不需要在期間t4之後一定進行。例如，在發光裝置中，也可以在多次反復進行期間t1至期間t4的工作之後進行期間t5的工作。另外，也可以在一行像素11中進行期間t5的工作，然後對已進行該工作的一行像素11寫入對應於最小的灰階值0的影像信號Sig，以使發光元件78處於非發光狀態，然後在下一行像素11中進行期間t5的工作。
注意，即使在進行外部校正而不進行內部校 正的情況下，不但也可以校正每個像素11之間的電晶體70的臨界電壓不均勻，而且可以校正電晶體70的除臨界電壓之外的電特性諸如移動率等的不均勻。但是，在進行外部校正及內部校正的情況下，臨界電壓的向負漂移或向正漂移的校正藉由內部校正進行。因此，藉由外部校正校正電晶體70的除臨界電壓之外的電特性諸如移動率等的不均勻，即可。因此，在進行外部校正及內部校正的情況下，與只進行外部校正的情況相比，可以將校正之後的影像信號的電位振幅抑制為較小。因此，可以防止如下問題的發生，該問題是：起因於影像信號的電位振幅太大，灰階值之間的影像信號的電位差變大而導致難以由平滑的層次(gradation)表現影像內的亮度變化，並且可以防止影像品質降低。
接下來，對於像素11的另一具體結構例子進行說明。
圖7示出像素11的電路圖的一個例子。像素11包括電晶體80至電晶體85、發光元件86及電容元件87。
根據輸入到像素11的影像信號Sig控制發光元件86的像素電極的電位。此外，根據像素電極與共用電極之間的電位差決定發光元件86的亮度。例如，當作為發光元件86使用OLED時，陽極和陰極中的一個被用 作像素電極，而另一個被用作共用電極。圖7示出將發光元件86的陽極用作像素電極並將發光元件86的陰極用作共用電極的像素11的結構例子。
電晶體85具有控制佈線88與電晶體80的閘極之間的導通狀態的功能。電晶體83具有控制電容元件87的一對電極的一個與電晶體80的閘極之間的導通狀態的功能。電晶體82具有控制佈線SL與電容元件87的一對電極的一個之間的導通狀態的功能。電容元件87的一對電極的另一個與電晶體80的源極和汲極中的一個電連接。電晶體84具有控制電晶體80的源極和汲極中的一個與發光元件86的像素電極之間的導通狀態的功能。電晶體81具有控制電晶體80的源極和汲極中的一個與佈線ML之間的導通狀態的功能。電晶體80的源極和汲極中的另一個與佈線VL電連接。
此外，電晶體82及電晶體85的開關分別根據與電晶體82及電晶體85的閘極電連接的佈線GLA的電位被控制。電晶體83及電晶體84的開關分別根據與電晶體83及電晶體84的閘極電連接的佈線GLB的電位被控制。電晶體81的開關根據與電晶體81的閘極電連接的佈線GLC的電位被控制。
可以將氧化物半導體、非晶、微晶、多晶或單晶的矽或鍺等的半導體用於像素11所包括的電晶體。藉由使電晶體82、電晶體83及電晶體85的通道形成區域包含氧化物半導體，可以使電晶體82、電晶體83及電 晶體85的關態電流極小。此外，藉由將具有上述結構的電晶體82、電晶體83及電晶體85用於像素11，與使用一般的由矽或鍺等半導體形成的電晶體的情況相比可以防止儲存在電晶體80的閘極中的電荷的洩漏。
因此，當如像靜態影像那樣在連續的幾個圖框期間內對像素部寫入具有相同的影像資料的影像信號Sig時，即使降低驅動頻率，換言之，即使減少一定期間內對像素部寫入影像信號Sig的次數，也可以保持顯示影像。例如，藉由使用將高度純化的氧化物半導體用於電晶體82、電晶體83及電晶體85的半導體膜，可以將影像信號Sig的寫入間隔設定為10秒以上，較佳為30秒以上，更佳為1分鐘以上。而且，寫入影像信號Sig的間隔越長，耗電量越低。
另外，由於可以在更長的期間保持影像信號Sig的電位，所以即使在像素11中不設置用來保持電晶體80的閘極的電位的電容元件87，也可以防止所顯示的影像品質降低。
另外，圖7所示的像素11根據需要還可以包括電晶體、二極體、電阻元件、電容元件、電感器等其他電路元件。
另外，在圖7的各電晶體中，至少在半導體膜的一方的表面上設置閘極即可，但是也可以設置隔著半導體膜對置的一對閘極。
此外，圖7例示出所有的電晶體都是n通道 型的情況。當像素11中的所有的電晶體都具有相同通道類型時，在電晶體的製程中，可以部分省略對半導體膜添加賦予導電性的雜質元素的製程等製程。但是在根據本發明的一個方式的發光裝置中，不一定需要像素11中的電晶體都是n通道型。在發光元件86的陰極與佈線CL電連接時，較佳至少電晶體80為n通道型，並且當發光元件86的陽極與佈線CL電連接時，較佳至少電晶體80為p通道型。
另外，圖7例示出像素11中的電晶體採用具有一個閘極和一個通道形成區域的單閘極結構的情況，但是本發明的一個方式不侷限於該結構。像素11中的所有的電晶體或者任一電晶體可以採用具有彼此電連接的多個閘極和多個通道形成區域的多閘極結構。
接著，說明圖7所示的像素11的工作例子。圖8A示出與圖7所示的像素11電連接的佈線GLA、佈線GLB及佈線GLC的電位以及供應到佈線SL的影像信號Sig的電位的時序圖。另外，圖8A所示的時序圖例示出圖7所示的像素11所包括的電晶體都是n通道型的情況。
首先，在期間t1中，對佈線GLA施加低位準電位，對佈線GLB施加高位準電位，對佈線GLC施加高位準電位。因此，電晶體81、電晶體83及電晶體84導通，而電晶體82及電晶體85關閉。由於電晶體81及電 晶體84導通，所以電晶體80的源極和汲極中的一個及電容元件87的一對電極中的另一個(以下稱為節點A)被施加佈線ML的電位V0。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線CL施加電位Vcat。電位Vano較佳高於對電位V0加上發光元件86的臨界電壓Vthe而得到的電位。此外，電位V0較佳低於對電位Vcat加上發光元件86的臨界電壓Vthe而得到的電位。藉由將電位V0設定為上述值，可以防止在期間t1中電流流過發光元件86。
接著，藉由對佈線GLB施加低位準電位，電晶體83及電晶體84關閉，節點A保持電位V0。
接著，在期間t2中，對佈線GLA施加高位準電位，對佈線GLB施加低位準電位，對佈線GLC施加低位準電位。因此，電晶體82及電晶體85導通，而電晶體81、電晶體84及電晶體83關閉。
另外，較佳的是，在從期間t1轉移到期間t2時，先將施加到佈線GLA的電位從低位準切換為高位準，再將施加到佈線GLC的電位從高位準切換為低位準。藉由進行上述工作，可以防止由施加到佈線GLA的電位切換引起的節點A的電位變動。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線CL施加電位Vcat。並且，對佈線SL施加影像信號Sig的電位Vdata，對佈線88施加電位V1。電位V1較佳高於對電位Vcat加上電晶體80的臨界電壓Vth而得到的電位， 並且較佳低於對電位Vano加上電晶體80的臨界電壓Vth而得到的電位。
另外，在圖7所示的像素結構中，即使將電位V1設定為高於對電位Vcat加上發光元件86的臨界電壓Vthe的值的電位，只要電晶體84關閉，發光元件86就不發光。因此，可以擴大電位V0的值的範圍，由此可以擴大V1-V0的值的範圍。因而，由於V1-V0會具有的值的彈性得到提高，所以即使在縮短電晶體80的臨界電壓的獲得所需要的時間的情況下，或者在獲得臨界電壓的時間有限制的情況下，也可以準確地獲得電晶體80的臨界電壓。
藉由上述工作，對電晶體80的閘極(以下稱為節點B)輸入高於對節點A的電位加上電晶體80的臨界電壓的電位V1，由此電晶體80導通。由此，電容元件87中的電荷經過電晶體80被釋放，而節點A的電位從電位V0開始上升。然後，節點A的電位最終收斂於V1-Vth，電晶體80的閘極電壓收斂於臨界電壓Vth，電晶體80關閉。
此外，對電容元件87的一對電極的一個(以下稱為節點C)經過電晶體82施加對佈線SL施加的影像信號Sig的電位Vdata。
接著，在期間t3中，對佈線GLA施加低位準電位，對佈線GLB施加高位準電位，對佈線GLC施加低位準電位。因此，電晶體83及電晶體84導通，而電晶體 81、電晶體82及電晶體85關閉。
注意，較佳的是，當從期間t2轉移到期間t3時，先將施加到佈線GLA的電位從高位準切換為低位準，再將施加到佈線GLB的電位從低位準切換為高位準。藉由採用上述結構，可以防止由施加到佈線GLA的電位切換引起的節點A的電位變動。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線CL施加電位Vcat。
藉由上述工作對節點B施加電位Vdata，因此電晶體80的閘極電壓成為Vdata-V1+Vth。因此可以將電晶體80的閘極電壓設定為包括臨界電壓Vth的值。藉由上述結構，可以抑制電晶體80的臨界電壓Vth的不均勻。從而，可以抑制供應到發光元件86的電流值的不均勻，由此可以降低發光裝置的亮度不均勻。
注意，藉由增大施加到佈線GLB的電位的變動，可以防止電晶體84的臨界電壓的不均勻影響供應到發光元件86的電流值。換言之，藉由將施加到佈線GLB的高位準電位設定為比電晶體84的臨界電壓充分高的電位，並且，將施加到佈線GLB的低位準電位設定為比電晶體84的臨界電壓充分低的電位，確實地轉換電晶體84的導通和關閉，由此可以防止電晶體84的臨界電壓的不均勻影響供應到發光元件86的電流值。
上述工作相當於包括內部校正的像素11的工作例子。接著，對如下情況下的像素11的工作進行說 明，該情況為：除了進行內部校正以外，藉由外部校正抑制起因於臨界電壓不均勻的像素11之間的亮度不均勻。
以圖7所示的像素11為例，圖8B示出在不但進行內部校正而且進行外部校正的情況下輸入到佈線GLA至佈線GLC的電位的時序圖和輸入到佈線SL的影像信號Sig的電位Vdata的時序圖。注意，圖8B所示的時序圖例示出圖7所示的像素11所包括的電晶體都為n通道型的情況。
首先，在期間t1至期間t3中，像素11根據圖8A所示的時序圖及上述說明工作。
接著，在期間t4中，對佈線GLA施加低位準電位，對佈線GLB施加低位準電位，並且對佈線GLC施加高位準電位。因此，電晶體81導通，而電晶體82至電晶體85關閉。
並且，對佈線VL施加電位Vano，佈線ML與監控電路電連接。
根據上述工作，電晶體80的汲極電流Id經過電晶體81流到佈線ML而不流到發光元件86。監控電路利用流到佈線ML的汲極電流Id生成包含該汲極電流Id的值的資料的信號。並且，在根據本發明的一個方式的發光裝置中，利用上述信號能夠校正被供應到像素11的影像信號Sig的電位Vdata的值。
注意，在包括圖7所示的像素11的發光裝置中不需要在期間t3之後一定進行期間t4的工作。例如， 在發光裝置中，也可以在多次反復進行期間t1至期間t3的工作之後進行期間t4的工作。另外，也可以在一行像素11中進行期間t4的工作，然後對已進行該工作的一行像素11寫入對應於最小的灰階值0的影像信號，以使發光元件86處於非發光狀態，然後在下一行像素11中進行期間t4的工作。
在包括圖7所示的像素11的發光裝置中，因為電晶體80的源極和汲極中的另一個與電晶體80的閘極電分離，所以能夠分別獨立控制其電位。從而，在期間t2中，可以將電晶體80的源極和汲極中的另一個的電位設定為高於對電晶體80的閘極的電位加上臨界電壓Vth而得到的電位的值。因此，在電晶體80為常導通時，即臨界電壓Vth為負值時，在電晶體80中，可以在電容元件87中儲存電荷直到源極的電位變高於閘極的電位V1。因此，在根據本發明的一個方式的發光裝置中，即使電晶體80為常導通，也在期間t2中可以取得臨界電壓，並且在期間t3中，可以以成為包括臨界電壓Vth的值的方式設定電晶體80的閘極電壓。
因此，在圖7所示的像素11中，例如當將氧化物半導體用於電晶體80的半導體膜時等，即使電晶體80變為常導通，也可以降低顯示不均勻，而以高影像品質進行顯示。
注意，即使在進行外部校正而不進行內部校正的情況下，不但也可以校正每個像素11之間的電晶體 80的臨界電壓不均勻，而且可以校正電晶體80的除臨界電壓之外的電特性諸如移動率等的不均勻。但是，在進行外部校正及內部校正的情況下，臨界電壓的向負漂移或向正漂移的校正藉由內部校正進行。因此，藉由外部校正校正電晶體80的除臨界電壓之外的電特性諸如移動率等的不均勻，即可。因此，在進行外部校正及內部校正的情況下，與只進行外部校正的情況相比，可以將校正之後的影像信號的電位振幅抑制為較小。因此，可以防止如下問題的發生，該問題是：起因於影像信號的電位的振幅太大，灰階值之間的影像信號的電位差變大而導致難以由平滑的層次(gradation)表現影像內的亮度變化，並且可以防止影像品質降低。
接下來，對於像素11的與圖7不同的具體結構例子進行說明。
圖9示出像素11的電路圖的一個例子。像素11包括電晶體40至電晶體45、發光元件46、電容元件47及電容元件48。
根據輸入到像素11的影像信號Sig控制發光元件46的像素電極的電位。此外，根據像素電極與共用電極之間的電位差決定發光元件46的亮度。例如，當作為發光元件46使用OLED時，陽極和陰極中的一個被用作像素電極，而另一個被用作共用電極。圖9示出將發光 元件46的陽極用作像素電極並將發光元件46的陰極用作共用電極的像素11的結構例子。
電晶體42具有控制佈線SL與電容元件47的一對電極的一個之間的導通狀態的功能。電容元件47的一對電極的另一個與電晶體40的閘極電連接。電晶體45具有控制佈線49與電晶體40的閘極之間的導通狀態的功能。電晶體43具有控制電容元件47的一對電極的一個與電晶體40的源極和汲極中的一個之間的導通狀態的功能。電晶體44具有控制電晶體40的源極和汲極中的一個與發光元件46的陽極之間的導通狀態的功能。電晶體41具有控制電晶體40的源極和汲極中的一個與佈線ML之間的導通狀態的功能。並且，在圖9中，電晶體40的源極和汲極中的另一個與佈線VL電連接。電容元件48的一對電極的一個與電容元件47的一對電極的一個電連接，而另一個與電晶體40的源極和汲極中的一個電連接。
此外，電晶體42的開關根據與電晶體42的閘極電連接的佈線GLC的電位被控制。電晶體43及電晶體45的開關分別根據與電晶體43及電晶體45的閘極電連接的佈線GLB的電位被控制。電晶體44的開關根據與電晶體44的閘極電連接的佈線GLD的電位被控制。電晶體41的開關根據與電晶體41的閘極電連接的佈線GLA的電位被控制。
可以將氧化物半導體、非晶、微晶、多晶或 單晶的矽或鍺等的半導體用於像素11所包括的電晶體。藉由使電晶體45的通道形成區域包含氧化物半導體，可以使電晶體45的關態電流極小。此外，藉由將具有上述結構的電晶體45用於像素11，與使用一般的由矽或鍺等半導體形成的電晶體的情況相比可以防止儲存在電晶體40的閘極中的電荷的洩漏。
因此，當如像靜態影像那樣在連續的幾個圖框期間內對像素部寫入具有相同的影像資料的影像信號Sig時，即使降低驅動頻率，換言之，即使減少一定期間內對像素部寫入影像信號Sig的次數，也可以維持顯示影像。例如，藉由使用將被高度純化的氧化物半導體用於電晶體42的半導體膜，可以將影像信號Sig的寫入間隔設定為10秒以上，較佳為30秒以上，更佳為1分鐘以上。而且，寫入影像信號Sig的間隔越長，耗電量越低。
另外，由於可以在更長的期間保持影像信號Sig的電位，所以即使在像素11中不設置用來保持電晶體40的閘極的電位的電容元件47，也可以防止所顯示的影像品質降低。
另外，圖9所示的像素11根據需要還可以包括電晶體、二極體、電阻元件、電容元件、電感器等其他電路元件。
另外，在圖9的各電晶體中，至少在半導體膜的一方的表面上設置閘極即可，但是也可以設置隔著半導體膜對置的一對閘極。
此外，圖9例示出所有的電晶體都是n通道型的情況。當像素11中的所有的電晶體都具有相同通道類型時，在電晶體的製程中，可以部分省略對半導體膜添加賦予導電性的雜質元素的製程等製程。但是在根據本發明的一個方式的發光裝置中，不一定需要像素11中的電晶體都是n通道型。在發光元件46的陰極與佈線CL電連接時，較佳至少電晶體40為n通道型，並且當發光元件46的陽極與佈線CL電連接時，較佳至少電晶體40為p通道型。
另外，圖9例示出像素11中的電晶體採用具有一個閘極和一個通道形成區域的單閘極結構的情況，但是本發明的一個方式不侷限於該結構。像素11中的所有的電晶體或者任一電晶體可以採用具有彼此電連接的多個閘極和多個通道形成區域的多閘極結構。
圖10A和10B示出與圖9所示的像素11電連接的佈線GLA至佈線GLD的電位以及供應到佈線SL的影像信號Sig的電位的時序圖。另外，圖10A和10B所示的時序圖例示出圖9所示的像素11所包括的電晶體都是n通道型的情況。
首先，在期間t1中，對佈線GLA施加高位準電位，對佈線GLB施加高位準電位，對佈線GLC施加低位準電位，並且對佈線GLD施加低位準電位。因此，電 晶體41、電晶體43及電晶體45導通，而電晶體42及電晶體44關閉。根據上述工作，對電晶體40的閘極施加佈線49的電位Vi2，對電晶體40的源極和汲極中的一個施加佈線ML的電位Vi1。
注意，電位Vi1較佳低於對電位Vcat加上發光元件46的臨界電壓Vthe而得到的電位。此外，電位Vi2較佳高於對電位Vi1加上電晶體40的臨界電壓Vth的電位。因此，電晶體40的閘極電壓成為Vi2-Vi1，以電晶體40導通。
另外，對佈線VL施加電位Vi1，對佈線CL施加電位Vcat。
接著，在期間t2中，對佈線GLA施加低位準電位，對佈線GLB施加高位準電位，對佈線GLC施加低位準電位，並且對佈線GLD施加低位準電位。因此，電晶體43及電晶體45導通，而電晶體41、電晶體42及電晶體44關閉。根據上述工作，電晶體40的閘極保持電位Vi2。另外，對佈線VL施加電位Vi2，對佈線CL施加電位Vcat。
藉由上述工作，電容元件47中的電荷經過導通的電晶體40被釋放，而電晶體40的源極和汲極中的一個的電位從電位Vi1開始上升。然後，電晶體40的源極和汲極中的一個的電位最終收斂於Vi2-Vth，電晶體40的閘極電壓收斂於臨界電壓Vth，電晶體40關閉。
注意，在圖9所示的像素結構中，即使將電 位Vi2設定為高於對電位Vcat加上發光元件46的臨界電壓Vthe的值的電位，只要電晶體44關閉，發光元件46就不發光。因此，可以擴大電位Vi1的值的範圍，由此可以擴大Vi2-Vth的值的範圍。因而，由於Vi2-Vth會具有的值的彈性得到提高，所以即使在縮短電晶體40的臨界電壓的獲得所需要的時間的情況下，或者在獲得臨界電壓的時間有限制的情況下，也可以準確地獲得電晶體40的臨界電壓。
接著，在期間t3中，對佈線GLA施加高位準電位，對佈線GLB施加低位準電位，對佈線GLC施加高位準電位，並且對佈線GLD施加低位準電位。因此，電晶體41及電晶體42導通，而電晶體43、電晶體44及電晶體45關閉。另外，對佈線SL施加影像信號Sig的電位Vdata，並且該電位Vdata經過電晶體42被施加到電容元件47的一對電極的一個。
因為電晶體45關閉，所以電晶體40的閘極處於浮動狀態。另外，因為在電容元件47中保持臨界電壓Vth，所以在對電容元件47的一對電極的一個施加電位Vdata時，根據電荷守恆定律，與電容元件47的一對電極的另一個電連接的電晶體40的閘極的電位成為Vdata+Vth。此外，佈線ML的電位Vi1經過電晶體41被施加到電晶體40的源極和汲極中的一個。因此，電壓Vdata-Vi1被施加到電容元件48，電晶體40的閘極電壓成為Vth+Vdata-Vi1。
注意，較佳的是，當從期間t2轉移到期間t3時，先將施加到佈線GLB的電位從高位準切換為低位準，再將施加到佈線GLC的電位從低位準切換為高位準。藉由採用上述結構，可以防止由施加到佈線GLC的電位切換引起的電晶體40的閘極的電位變動。
接著，在期間t4中，對佈線GLA施加低位準電位，對佈線GLB施加低位準電位，對佈線GLC施加低位準電位，並且對佈線GLD施加高位準電位。因此，電晶體44導通，而電晶體41、電晶體42、電晶體43及電晶體45關閉。
另外，對佈線VL施加電位Vi2，對佈線CL施加電位Vcat。
藉由上述工作，在電容元件47中保持臨界電壓Vth，在電容元件48中保持電壓Vdata-Vi1，發光元件46的陽極成為電壓Vel，電晶體40的閘極的電位成為電位Vdata+Vth+Vel-Vi1，並且電晶體40的閘極電壓成為Vdata+Vth-Vi1。
注意，電位Vel是在使電流經過電晶體40流到發光元件46時設定的電位。明確地說，將電位Vel設定為電位Vi2與電位Vcat之間的電位。
因此可以將電晶體40的閘極電壓設定為包括臨界電壓Vth的值。因為藉由上述結構可以抑制電晶體40的臨界電壓Vth的不均勻，所以可以抑制供應到發光元件46的電流值的不均勻，由此可以降低發光裝置的亮 度不均勻。
注意，藉由增大施加到佈線GLD的電位的變動，可以防止電晶體44的臨界電壓的不均勻影響供應到發光元件46的電流值。換言之，藉由將施加到佈線GLD的高位準電位設定為比電晶體44的臨界電壓充分高的電位，並且，將施加到佈線GLD的低位準電位設定為比電晶體44的臨界電壓充分低的電位，確實地轉換電晶體44的導通和關閉，由此可以防止電晶體44的臨界電壓的不均勻影響供應到發光元件46的電流值。
上述工作相當於包括內部校正的像素11的工作例子。接著，對如下情況下的像素11的工作進行說明，該情況為：除了進行內部校正以外，藉由外部校正抑制起因於臨界電壓不均勻的像素11之間的亮度不均勻。
以圖9所示的像素11為例，圖10B示出在不但進行內部校正而且進行外部校正的情況下輸入到佈線GLA至佈線GLD的電位的時序圖和輸入到佈線SL的影像信號Sig的電位Vdata的時序圖。注意，圖10B所示的時序圖例示出圖9所示的像素11所包括的電晶體都為n通道型的情況。
首先，在期間t1至期間t4中，像素11根據圖10A所示的時序圖及上述說明工作。
接著，在期間t5中，對佈線GLA施加高位準電位，對佈線GLB施加低位準電位，對佈線GLC施加低位準電位，並且對佈線GLD施加低位準電位。因此，電 晶體41導通，而電晶體42至電晶體45關閉。
並且，對佈線VL施加電位Vi2，佈線ML與監控電路電連接。
根據上述工作，電晶體40的汲極電流Id藉由電晶體41流到佈線ML而不流到發光元件46。監控電路利用流到佈線ML的汲極電流Id生成包含該汲極電流Id的值的資料的信號。並且，在根據本發明的一個方式的發光裝置中，利用上述信號能夠校正被供應到像素11的影像信號Sig的電位Vdata的值。
注意，在包括圖9所示的像素11的發光裝置中不需要在期間t4之後一定進行期間t5的工作。例如，在發光裝置中，也可以在多次反復進行期間t1至期間t4的工作之後進行期間t5的工作。另外，也可以在一行像素11中進行期間t5的工作，然後對已進行該工作的一行像素11寫入對應於最小的灰階值0的影像信號，以使發光元件46處於非發光狀態，然後在下一行像素11中進行期間t5的工作。
在包括圖9所示的像素11的發光裝置中，因為電晶體40的源極和汲極中的另一個與電晶體40的閘極電分離，所以能夠分別獨立控制其電位。從而，在期間t2中，可以將電晶體40的源極和汲極中的另一個的電位設定為高於對電晶體40的閘極的電位加上臨界電壓Vth而得到的電位的值。因此，在電晶體40為常導通時，即在臨界電壓Vth為負值時，在電晶體40中，可以在電容元 件47中儲存電荷直到源極的電位變高於閘極的電位。因此，在根據本發明的一個方式的發光裝置中，即使電晶體40為常導通，也在期間t2中可以取得臨界電壓，並且在期間t4中，可以以成為包括臨界電壓Vth的值的方式設定電晶體40的閘極電壓。
因此，在根據本發明的一個方式的發光裝置中，例如當將氧化物半導體用於電晶體40的半導體膜時等，即使電晶體40變為常導通，也可以降低顯示不均勻，而以高影像品質進行顯示。
注意，即使在進行外部校正而不進行內部校正的情況下，不但也可以校正每個像素11之間的電晶體40的臨界電壓不均勻，而且可以校正電晶體40的除臨界電壓之外的電特性諸如移動率等的不均勻。但是，在進行外部校正及內部校正的情況下，臨界電壓的向負漂移或向正漂移的校正藉由內部校正進行。因此，藉由外部校正校正電晶體40的除臨界電壓之外的電特性諸如移動率等的不均勻，即可。因此，在進行外部校正及內部校正的情況下，與只進行外部校正的情況相比，可以將校正之後的影像信號的電位振幅抑制為較小。因此，可以防止如下問題的發生，該問題是：起因於影像信號的電位的振幅太大，灰階值之間的影像信號的電位差變大而導致難以由平滑的層次(gradation)表現影像內的亮度變化，並且可以防止影像品質降低。
接著，圖11示出監控電路12的結構例子。圖11所示的監控電路12包括運算放大器60、電容元件61及開關62。
電容元件61所包括的一對電極的一個與運算放大器60的反相輸入端子(-)電連接，電容元件61所包括的一對電極的另一個與運算放大器60的輸出端子電連接。開關62具有釋放儲存在電容元件61中的電荷的功能，明確而言，具有控制電容元件61所包括的一對電極之間的導通狀態的功能。運算放大器60的非反相輸入端子(+)與佈線68電連接，並且電位Vano被供應到佈線68。
注意，在圖7所示的像素11根據圖8B所示的時序圖工作的情況下，對佈線68供應電位Vano或電位V0。此外，在圖9所示的像素11根據圖10B所示的時序圖工作的情況下，對佈線68供應電位Vano或電位Vi1。
當為了進行外部校正而從像素11經過佈線ML取出電流時，首先藉由將監控電路12用作電壓跟隨器對佈線ML供應電位Vano，然後藉由將監控電路12用作積分電路將從像素11取出的電流轉換為電壓。明確而言，藉由使開關62導通，將供應到佈線68的電位Vano經過監控電路12供應到佈線ML，然後使開關62關閉。在開關62關閉的狀態下，從像素11取出的汲極電流被供應到佈線TER，在電容元件61中儲存電荷，在電容元件 61所包括的一對電極之間產生電壓。因為該電壓與被供應到佈線TER的汲極電流的總量成比例，所以對與運算放大器60的輸出端子電連接的佈線OUT施加對應於預定期間內的汲極電流的總量的電位。
另外，當為了在圖7所示的像素11中進行內部校正而對像素11的佈線ML供應電位V0時，將監控電路12用作電壓跟隨器。明確而言，藉由使開關62導通，可以將供應到佈線68的電位V0經過監控電路12供應到佈線ML。
另外，當為了在圖9所示的像素11中進行內部校正而對像素11的佈線ML供應電位Vi1時，將監控電路12用作電壓跟隨器。明確而言，藉由使開關62導通，可以將供應到佈線68的電位Vi1經過監控電路12供應到佈線ML。
注意，在圖7所示的像素11中，在進行內部校正時對佈線ML供應電位V0，在進行外部校正時對佈線ML供應電位Vano。藉由將供應到監控電路12的佈線68的電位切換為電位Vano或電位V0可以進行被供應到佈線ML的電位的切換。此外，在圖9所示的像素11中，在進行內部校正時對佈線ML供應電位Vi1，在進行外部校正時對佈線ML供應電位Vano。藉由將供應到監控電路12的佈線68的電位切換為電位Vano或電位Vi1可以進行被供應到佈線ML的電位的切換。
另外，在圖4所示的電路21中，在佈線33 與佈線ML電連接的情況下，也可以對佈線33供應電位V0或電位Vi1。在此情況下，在進行內部校正時可以對佈線ML供應佈線33的電位V0或電位Vi1，而在進行外部校正時可以從監控電路12經過佈線TER對佈線ML供應電位Vano。並且，在此情況下，可以對監控電路12的佈線68供應電位Vano而不切換為其他電位。
在圖1所示的發光裝置10中，可以藉由只進行內部校正而不進行外部校正來進行影像校正。圖12至圖14A和14B示出在此情況下的像素結構例子。
例如，在發光裝置10中只進行內部校正的情況下，不需要設置圖1所示的監控電路12及記憶體29。圖12示出該情況的例子。關於圖12的構成要素可以參照圖1的記載。
例如，在發光裝置10只進行內部校正的情況下，不需要設置圖4所示的電路21等。圖13示出該情況的例子。關於圖13的構成要素可以參照圖4的記載。
圖14A示出根據本發明的一個方式的發光裝置所包括的像素11的結構作為一個例子。
像素11包括電晶體90至電晶體94、電容元件95及發光元件96。注意，圖14A例示出電晶體90至 電晶體94為n通道型的情況。
電晶體91具有選擇佈線SL與電容元件95的一對電極的一個之間的導通狀態或非導通狀態的功能。電容元件95的一對電極的另一個與電晶體90的源極和汲極中的一個電連接。電晶體92具有選擇佈線IL與電晶體90的閘極之間的導通狀態或非導通狀態的功能。電晶體93具有選擇電容元件95的一對電極的一個與電晶體90的閘極之間的導通狀態或非導通狀態的功能。電晶體94具有選擇電晶體90的源極和汲極中的一個與發光元件96的陽極之間的導通狀態或非導通狀態的功能。發光元件96的陰極與佈線CL電連接。
並且，在圖14A中，電晶體90的源極和汲極中的另一個與佈線VL電連接。
另外，電晶體91的導通狀態或非導通狀態的選擇根據與電晶體91的閘極電連接的佈線GLa的電位而決定。電晶體92的導通狀態或非導通狀態的選擇根據與電晶體92的閘極電連接的佈線GLa的電位而決定。電晶體93的導通狀態或非導通狀態的選擇根據與電晶體93的閘極電連接的佈線GLb的電位而決定。電晶體94的導通狀態或非導通狀態的選擇根據與電晶體94的閘極電連接的佈線GLc的電位而決定。
接著，圖14B示出根據本發明的一個方式的發光裝置所包括的像素11的另一個例子。
像素11包括電晶體90至電晶體94、電容元 件95及發光元件96。注意，圖14B例示出電晶體90至電晶體94為n通道型的情況。
電晶體91具有選擇佈線SL與電容元件95的一對電極的一個之間的導通狀態或非導通狀態的功能。電容元件95的一對電極的另一個與電晶體90的源極和汲極中的一個以及發光元件96的陽極電連接。電晶體92具有選擇佈線IL與電晶體90的閘極之間的導通狀態或非導通狀態的功能。電晶體93具有選擇電容元件95的一對電極的一個與電晶體90的閘極之間的導通狀態或非導通狀態的功能。電晶體94具有選擇電晶體90的源極和汲極中的一個及發光元件96的陽極與佈線RL之間的導通狀態或非導通狀態的功能。此外，電晶體90的源極和汲極中的另一個與佈線VL電連接。
另外，電晶體91的導通狀態或非導通狀態的選擇根據與電晶體91的閘極電連接的佈線GLa的電位而決定。電晶體92的導通狀態或非導通狀態的選擇根據與電晶體92的閘極電連接的佈線GLa的電位而決定。電晶體93的導通狀態或非導通狀態的選擇根據與電晶體93的閘極電連接的佈線GLb的電位而決定。另外，電晶體94的導通狀態或非導通狀態的選擇根據與電晶體94的閘極電連接的佈線GLc的電位而決定。
另外，在圖14A和圖14B中，電晶體90至電晶體94至少在半導體膜的一方的表面上具有閘極即可，但是也可以具有隔著半導體膜對置的一對閘極。
另外，圖14A和圖14B例示出電晶體90至電晶體94都是n通道型的情況。當電晶體90至電晶體94都具有相同通道類型時，在電晶體的製程中，可以部分省略對半導體膜添加賦予導電性的雜質元素的製程等製程。但是在根據本發明的一個方式的發光裝置中，不一定需要電晶體90至電晶體94都是n通道型。在發光元件96的陽極與電晶體94的源極和汲極中的一個電連接時，較佳至少電晶體90為n通道型，並且當發光元件96的陰極與電晶體94的源極和汲極中的一個電連接時，較佳至少電晶體90為p通道型。此時，發光元件96的陽極與佈線CL電連接。
此外，在飽和區域中電晶體90進行使電流流過的工作時，較佳將其通道長度或通道寬度設定為比電晶體91至電晶體94的通道長度或通道寬度長。藉由使通道長度或通道寬度長，飽和區域中的特性平坦，而可以降低扭結效應(kink effect)。或者，藉由使通道長度或通道寬度長，電晶體90在飽和區域中也可以使多量電流流過。
另外，圖14A和圖14B例示出電晶體90至電晶體94採用藉由具有一個閘極來包括一個通道形成區域的單閘極結構的情況，但是本發明不侷限於該結構。電晶體90至電晶體94中的任一個或全部也可以採用藉由具有電連接的多個閘極來包括多個通道形成區域的多閘極結構。
接著，說明圖14A所示的像素11的工作的一個例子。
圖15A示出與圖14A所示的像素11電連接的佈線GLa至佈線GLc的電位以及供應到佈線SL的影像信號Sig的電位的時序圖。另外，圖15A所示的時序圖例示出電晶體90至電晶體94都是n通道型的情況。如圖15A所示那樣，可以將圖14A所示的像素11的工作主要分成期間t1中的第一工作、期間t2中的第二工作以及期間t3中的第三工作。
首先，說明在期間t1中進行的第一工作。在期間t1中，對佈線GLa施加低位準電位，對佈線GLb施加低位準電位，並且對佈線GLc施加高位準電位。因此，電晶體94導通，電晶體91至電晶體93關閉。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線CL施加電位Vcat。電位Vano較佳高於對電位Vcat加上發光元件96的臨界電壓Vthe而得到的電位。注意，以下，假設發光元件96的臨界電壓Vthe為0V。
在期間t1中，由於上述工作，電晶體90的源極和汲極中的一個(圖示為節點A)成為對電位Vcat加上發光元件96的臨界電壓Vthe的電位。以下，因為假設臨界電壓Vthe為0V，所以節點A的電位成為電位Vcat。
接著，說明在期間t2中進行的第二工作。在期間t2中，對佈線GLa施加高位準電位，對佈線GLb施加低位準電位，並且對佈線GLc施加低位準電位。因此，電晶體91及電晶體92導通，電晶體93及電晶體94關閉。
注意，較佳的是，當從期間t1轉移到期間t2時，先將施加到佈線GLa的電位從低位準切換為高位準，再將施加到佈線GLc的電位從高位準切換為低位準。藉由採用上述結構，可以防止由施加到佈線GLa的電位切換引起的節點A的電位變動。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線CL施加電位Vcat。並且，對佈線IL施加電位V0，對佈線SL施加影像信號的電位Vdata。注意，電位V0較佳高於對電位Vcat加上電晶體90的臨界電壓Vth及發光元件96的臨界電壓Vthe而得到的電位，並且較佳低於對電位Vano加上電晶體90的臨界電壓Vth而得到的電位。
在期間t2中，由於上述工作對電晶體90的閘極(圖示為節點B)施加電位V0，因此電晶體90變為導通狀態。由此，電容元件95中的電荷經過電晶體90被釋放，而節點A的電位從電位Vcat開始上升。然後，當節點A的電位最終成為電位V0-Vth，即電晶體90的閘極電壓減小到臨界電壓Vth時，電晶體90關閉。此外，對電容元件95的一個電極(圖示為節點C)施加電位Vdata。
接著，說明在期間t3中進行的第三工作。在 期間t3中，對佈線GLa施加低位準電位，對佈線GLb施加高位準電位，並且對佈線GLc施加高位準電位。因此，電晶體93及電晶體94導通，電晶體91及電晶體92關閉。
注意，較佳的是，當從期間t2轉移到期間t3時，先將施加到佈線GLa的電位從高位準切換為低位準，再將施加到佈線GLb及佈線GLc的電位從低位準切換為高位準。藉由採用上述結構，可以防止由施加到佈線GLa的電位切換引起的節點A的電位變動。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線CL施加電位Vcat。
在期間t3中，藉由上述工作對節點B施加電位Vdata，因此電晶體90的閘極電壓成為Vdata-V0+Vth。因此可以將電晶體90的閘極電壓設定為包括臨界電壓Vth的值。藉由採用上述結構，可以防止電晶體90的臨界電壓Vth的不均勻影響到供應到發光元件96的電流值。或者，即使電晶體90劣化而使臨界電壓Vth發生變化，也可以防止上述變化影響供應到發光元件96的電流值。因此，可以降低顯示不均勻，而以高影像品質進行顯示。
接著，說明圖14B所示的像素11的工作的一個例子。
圖15B示出與圖14B所示的像素11電連接的佈線GLa至佈線GLc的電位以及供應到佈線SL的電位 Vdata的時序圖。注意，圖15B所示的時序圖例示出電晶體90至電晶體94都是n通道型的情況。如圖15B所示那樣，可以將圖14B所示的像素11的工作主要分成期間t1中的第一工作、期間t2中的第二工作以及期間t3中的第三工作。
首先，說明在期間t1中進行的第一工作。在期間t1中，對佈線GLa施加低位準電位，對佈線GLb施加低位準電位，並且對佈線GLc施加高位準電位。因此，電晶體94導通，電晶體91至電晶體93關閉。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線CL施加電位Vcat。如上述那樣，電位Vano較佳高於對電位Vcat加上發光元件96的臨界電壓Vthe的電位。並且，對佈線RL施加電位V1。電位V1較佳低於對電位Vcat加上發光元件96的臨界電壓Vthe的電位。藉由將電位V1設定為上述值，可以防止在期間t1中電流流過發光元件96中。
在期間t1中，藉由上述工作對電晶體90的源極和汲極中的一個(圖示為節點A)施加電位V1。
接著，說明在期間t2中進行的第二工作。在期間t2中，對佈線GLa施加高位準電位，對佈線GLb施加低位準電位，並且對佈線GLc施加低位準電位。因此，電晶體91及電晶體92導通，電晶體93及電晶體94關閉。
注意，較佳的是，當從期間t1轉移到期間t2 時，先將施加到佈線GLa的電位從低位準切換為高位準，再將施加到佈線GLc的電位從高位準切換為低位準。藉由採用上述結構，可以防止由施加到佈線GLa的電位切換引起的節點A的電位變動。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線CL施加電位Vcat。並且，對佈線IL施加電位V0，對佈線SL施加影像信號的電位Vdata。注意，如上所述，電位V0較佳高於對電位Vcat加上電晶體90的臨界電壓Vth及發光元件96的臨界電壓Vthe的電位，並且低於對電位Vano加上電晶體90的臨界電壓Vth的電位。注意，與圖14A所示的像素11不同，在圖14B所示的像素11中，發光元件96的陽極與電晶體90的源極和汲極中的一個電連接。因此，為了將在期間t2中供應到發光元件96的電流值抑制為小，較佳將圖14B所示的像素11中的電位V0設定為比圖14A所示的像素11中的電位V0低。
在期間t2中，由於上述工作對電晶體90的閘極(圖示為節點B)施加電位V0，因此電晶體90變為導通狀態。由此，電容元件95中的電荷經過電晶體90被釋放，而節點A的電位從電位V1開始上升。然後，當節點A的電位最終成為電位V0-Vth，即電晶體90的閘極電壓減小到臨界電壓Vth時，電晶體90變為非導通狀態。此外，對電容元件95的一個電極(圖示為節點C)施加電位Vdata。
接著，說明在期間t3中進行的第三工作。在 期間t3中，對佈線GLa施加低位準電位，對佈線GLb施加高位準電位，並且對佈線GLc施加低位準電位。因此，電晶體93導通，電晶體91、電晶體92及電晶體94關閉。
注意，較佳的是，當從期間t2轉移到期間t3時，先將施加到佈線GLa的電位從高位準切換為低位準，再將施加到佈線GLb的電位從低位準切換為高位準。藉由採用上述結構，可以防止由施加到佈線GLa的電位的切換引起的節點A的電位的變動。
另外，對佈線VL施加電位Vano，對佈線CL施加電位Vcat。
在期間t3中，藉由上述工作對節點B施加電位Vdata，因此電晶體90的閘極電壓成為Vdata-V0+Vth。因此可以將電晶體90的閘極電壓設定為包括臨界電壓Vth的值。藉由採用上述結構，可以防止電晶體90的臨界電壓Vth的不均勻影響供應到發光元件96的電流值。或者，即使電晶體90劣化而使臨界電壓Vth發生變化，也可以防止上述變化影響到供應到發光元件96的電流值。因此，可以降低顯示不均勻，而以高影像品質進行顯示。
注意，在包括圖14A和圖14B所示的像素11的根據本發明的一個方式的發光裝置中，因為電晶體90的源極和汲極中的另一個與電晶體90的閘極電分離，所以能夠分別獨立控制其電位。從而，在第二工作中，可以 將電晶體90的源極和汲極中的另一個的電位設定為高於對電晶體90的閘極的電位加上臨界電壓Vth的電位的值。因此，在電晶體90為常導通時，即電晶體90的臨界電壓Vth為負值時，可以在電容元件95中儲存電荷直到電晶體90的源極的電位變高於閘極的電位V0。因此，在根據本發明的一個方式的發光裝置中，即使電晶體90為常導通，也可以在期間t2中可以取得臨界電壓，並且在第三工作中，可以以成為包括臨界電壓Vth的值的方式設定電晶體90的閘極電壓。
因此，在根據本發明的一個方式的發光裝置中，例如當將氧化物半導體用於電晶體90的半導體膜時等，即使電晶體90變為常導通，也可以降低顯示不均勻，而以高影像品質進行顯示。
以上，本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而使用。
在本實施方式中，說明可以用於本發明的一個方式的發光裝置的像素部及驅動電路的氧化物半導體電晶體。
在圖16A和圖16B及圖17A和圖17B中，作為包括在發光裝置中的電晶體的一個例子示出頂閘極結構的電晶體。
圖16A和圖16B示出設置在驅動電路中的電晶體394及設置在像素部中的電晶體390的俯視圖，圖17A和圖17B示出電晶體394及電晶體390的剖面圖。圖16A是電晶體394的俯視圖，圖16B是電晶體390的俯視圖。圖17A是沿圖16A中的點劃線X1-X2的剖面圖及沿圖16B中的點劃線X3-X4的剖面圖。圖17B是沿圖16A中的點劃線Y1-Y2的剖面圖及沿圖16B中的點劃線Y3-Y4的剖面圖。另外，圖17A是電晶體390及電晶體394的通道長度方向的剖面圖。圖17B是電晶體390及電晶體394的通道寬度方向的剖面圖。
注意，有時在其他的電晶體的俯視圖中也與電晶體394及電晶體390同樣地省略構成要素的一部分而圖示。此外，有時將點劃線X1-X2方向及點劃線X3-X4方向稱為通道長度方向，將點劃線Y1-Y2方向及點劃線Y3-Y4方向稱為通道寬度方向。
圖17A和圖17B所示的電晶體390包括：形成在基板362上的絕緣膜364上的氧化物半導體膜366；與氧化物半導體膜366接觸的導電膜368；導電膜370；絕緣膜372；以及隔著絕緣膜372與氧化物半導體膜366重疊的導電膜374。注意，在電晶體390上設置有絕緣膜376。
圖17A和圖17B所示的電晶體394包括：形成在基板362上的導電膜261；導電膜261上的絕緣膜364；絕緣膜364上的氧化物半導體膜266；與氧化物半 導體膜266接觸的導電膜268；導電膜270；絕緣膜272；以及隔著絕緣膜272與氧化物半導體膜266重疊的導電膜274。注意，在電晶體394上設置有絕緣膜376。
電晶體394具有隔著絕緣膜364與氧化物半導體膜266重疊的導電膜261。就是說，將導電膜261用作閘極電極。此外，電晶體394為雙閘極結構的電晶體。至於其他結構，與電晶體390同樣，並且發揮相同效果。
藉由導電膜274與導電膜261沒有連接且被施加彼此不同的電位，可以控制電晶體394的臨界電壓。或者，如圖17B所示，導電膜274與導電膜261電連接且被施加相同電位，可以增加通態電流，減少初期特性的不均勻，抑制-GBT應力測試所導致的劣化，並且抑制在汲極電壓不同時的通態電流的上升電壓的變動。
在本發明的一個方式的發光裝置中，驅動電路和像素部中的電晶體的結構不同。驅動電路所包括的電晶體為雙閘極結構。就是說，與像素部相比，在驅動電路中包括通態電流高的電晶體。
另外，如圖5所示的電晶體70那樣，也可以為了校正電晶體的臨界值而將雙閘極結構的電晶體用於像素部中的電晶體的一部分。
另外，也可以在發光裝置中，驅動電路和像素部所包括的電晶體的通道長度彼此不同。
典型地，可以將驅動電路所包括的電晶體394的通道長度設定為低於2.5μm，或者1.45μm以上且 2.2μm以下。另一方面，可以將像素部所包括的電晶體390的通道長度設定為2.5μm以上，或者2.5μm以上且20μm以下。
藉由將驅動電路所包括的電晶體394的通道長度設定為低於2.5μm未滿，較佳為1.45μm以上且2.2μm以下，與像素部所包括的電晶體390相比，可以使通態電流增大。其結果是，可以製造能夠進行高速工作的驅動電路。
在氧化物半導體膜366中，在不與導電膜368、導電膜370及導電膜374重疊的區域中包含形成氧缺陷的元素。此外，在氧化物半導體膜266中，在不與導電膜268、導電膜270及導電膜274重疊的區域中包含形成氧缺陷的元素。下面，將形成氧缺陷的元素作為雜質元素進行說明。作為雜質元素的典型例子，有氫或稀有氣體元素等。作為稀有氣體元素的典型例子，有氦、氖、氬、氪以及氙等。再者，也可以作為雜質元素，在氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中包含硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷及氯等。
此外，絕緣膜376是包含氫的膜，典型為氮化物絕緣膜。藉由使絕緣膜376與氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266接觸，包含在絕緣膜376中的氫擴散於氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266。其結果，在氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中的與絕緣膜376接觸的區域中，包含多量的氫。
當對因添加雜質元素而形成有氧缺損的氧化物半導體添加氫時，氫進入氧缺損的位點而在導帶附近形成施體能階。其結果是，氧化物半導體的導電性增高，而成為導電體。可以將成為導電體的氧化物半導體稱為氧化物導電體。一般而言，由於氧化物半導體的能隙大，因此對可見光具有透光性。另一方面，氧化物導電體是在導帶附近具有施體能階的氧化物半導體。因此，起因於該施體能階的吸收的影響小，而對可見光具有與氧化物半導體相同程度的透光性。
在此，使用圖34說明由氧化物導電體形成的膜(下面，稱為氧化物導電體膜)中的電阻率的溫度依賴性。
在此，試製包括氧化物導電體膜的樣本。作為氧化物導電體膜，製造如下氧化物導電體膜：藉由使氧化物半導體膜接觸於氮化矽膜而形成的氧化物導電體膜(OC_SiNx)；在摻雜裝置中對氧化物半導體膜添加氬且與氮化矽膜接觸而形成的氧化物導電體膜(OC_Ar dope+SiNx)；或者在電漿處理裝置中藉由使氧化物半導體膜暴露於氬電漿且與氮化矽膜接觸而形成的氧化物導電體膜(OC_Ar plasma+SiNx)。注意，氮化矽膜包括氫。
下面示出包含氧化物導電體膜(OC_SiNx)的樣本的製造方法。在玻璃基板上藉由電漿CVD法形成厚度為400nm的氧氮化矽膜之後，將其暴露於氧電漿，以對氧氮化矽膜添加氧離子，由此形成因加熱而釋放氧的氧 氮化矽膜。接著，在因加熱而釋放氧的氧氮化矽膜上藉由使用原子數比為In：Ga：Zn=1：1：1.2的濺射靶材的濺射法形成厚度為100nm的In-Ga-Zn氧化物膜，在450℃的氮氛圍下進行加熱處理之後，在450℃的氮與氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。接著，藉由電漿CVD法形成厚度為100nm的氮化矽膜。接著，在350℃的氮與氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。
下面示出包含氧化物導電體膜(OC_Ar dope+SiNx)的樣本的製造方法。在玻璃基板上藉由電漿CVD法形成厚度為400nm的氧氮化矽膜之後，將其暴露於氧電漿，以對氧氮化矽膜添加氧離子，由此形成因加熱而釋放氧的氧氮化矽膜。接著，在因加熱而釋放氧的氧氮化矽膜上藉由使用原子數比為In：Ga：Zn=1：1：1.2的濺射靶材的濺射法形成厚度為100nm的In-Ga-Zn氧化物膜，在450℃的氮氛圍下進行加熱處理之後，在450℃的氮與氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。接著，使用摻雜裝置，對In-Ga-Zn氧化物膜以10kV的加速電壓添加劑量為5×1014/cm2的氬，由此在In-Ga-Zn氧化物膜中形成氧缺陷。接著，藉由電漿CVD法形成厚度為100nm的氮化矽膜。接著，在350℃的氮與氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。
下面示出包含氧化物導電體膜(OC_Ar plasma+SiNx)的樣本的製造方法。在玻璃基板上藉由電漿CVD法形成厚度為400nm的氧氮化矽膜之後，將其暴 露於氧電漿，由此形成因加熱而釋放氧的氧氮化矽膜。接著，在因加熱而釋放氧的氧氮化矽膜上藉由使用原子數比為In：Ga：Zn=1：1：1.2的濺射靶材的濺射法形成厚度為100nm的In-Ga-Zn氧化物膜，在450℃的氮氛圍下進行加熱處理之後，在450℃的氮與氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。接著，在電漿處理裝置中，使氬電漿產生，並使加速的氬離子碰撞In-Ga-Zn氧化物膜，由此形成氧缺陷。接著，藉由電漿CVD法形成厚度為100nm的氮化矽膜。接著，在350℃的氮與氧的混合氣體氛圍下進行加熱處理。
接著，圖34示出測定各樣本的電阻率的結果。在此，電阻率的測定使用四個端子的Van-der-Pauw法進行。在圖34中，橫軸表示測定溫度，縱軸表示電阻率。此外，方塊示出氧化物導電體膜(OC_SiNx)的測定結果，三角示出氧化物導電體膜(OC_Ar plasma+SiNx)的測定結果，圓圈示出氧化物導電體膜(OC_Ar dope+SiNx)的測定結果。
注意，雖然未圖示，但不與氮化矽膜接觸的氧化物半導體膜的電阻率高且難以測定電阻率。因此，氧化物導電體膜的電阻率比氧化物半導體膜低。
從圖34可知，當氧化物導電體膜(OC_Ar dope+SiNx)及氧化物導電體膜(OC_Ar plasma+SiNx)包括氧缺陷及氫時，電阻率的變動小。典型的是，在溫度為80K以上且290K以下時，電阻率的變動率為低於±20%。 或者，在溫度為150K以上且250K以下時，電阻率的變動率為低於±10%。也就是說，氧化物導電體是簡併半導體，可以推測其傳導帶邊緣能階與費米能階一致或大致一致。因此，藉由將氧化物導電體膜用作電晶體的源極區域及汲極區域，氧化物導電體膜與用作源極電極及汲極電極的導電膜的接觸成為歐姆接觸，而可以降低氧化物導電體膜與用作源極電極及汲極電極的導電膜的接觸電阻。此外，因為氧化物導電體的電阻率的溫度依賴性低，所以氧化物導電體膜與用作源極電極及汲極電極的導電膜的接觸電阻的變動量少，而能夠製造可靠性高的電晶體。
在此，圖18A示出氧化物半導體膜366的部分放大圖。注意，作為典型例子，使用包括在電晶體390中的氧化物半導體膜366的部分放大圖進行說明。如圖18A所示，氧化物半導體膜366包括與導電膜368或導電膜370接觸的區域366a、與絕緣膜376接觸的區域366b、以及與絕緣膜372接觸的區域366d。注意，在導電膜374的側面具有錐形形狀的情況下，也可以包括與導電膜374的錐形部重疊的區域366c。
區域366a被用作源極區域及汲極區域。在導電膜368及導電膜370使用與氧容易鍵合的導電材料如鎢、鈦、鋁、銅、鉬、鉻、鉭單體或者合金等形成的情況下，包含在氧化物半導體膜366中的氧和包含在導電膜368及導電膜370中的導電材料鍵合，在氧化物半導體膜366中形成氧缺陷。另外，有時在氧化物半導體膜366中 混入形成導電膜368及導電膜370的導電材料的構成元素的一部分。其結果是，與導電膜368或導電膜370接觸的區域366a具有高導電性並被用作源極區域或汲極區域。
區域366b被用作低電阻區域。區域366b至少包含作為雜質元素的稀有氣體元素及氫。注意，在導電膜374的側面具有錐形形狀的情況下，因為雜質元素藉由導電膜374的錐形部添加到區域366c，所以與區域366b相比，區域366c的雜質元素的一個例子的稀有氣體元素的濃度低，然而包含雜質元素。由於包括區域366c，可以提高電晶體的源極-汲極耐壓。
在藉由濺射法形成氧化物半導體膜366的情況下，區域366a至區域366d分別包含稀有氣體元素，並且與區域366a及區域366d相比，區域366b及區域366c的稀有氣體元素的濃度更高。這是因為在藉由濺射法形成氧化物半導體膜366的情況下，作為濺射氣體使用稀有氣體元素，從而在氧化物半導體膜366中包含稀有氣體元素，並且在區域366b及區域366c中故意地添加稀有氣體元素，以便形成氧缺陷。注意，也可以在區域366b及區域366c中添加有與區域366a及區域366d不同的稀有氣體元素。
另外，由於區域366b接觸於絕緣膜376，與區域366a及區域366d相比，區域366b的氫濃度高。另外，在氫從區域366b擴散到區域366c的情況下，區域366c的氫濃度比區域366a及區域366d高。但是，區域 366b的氫濃度比區域366c高。
在區域366b及區域366c中，可以將藉由二次離子質譜分析法得到的氫濃度設定為8×1019atoms/cm3以上，或者1×1020atoms/cm3以上，或者5×1020atoms/cm3以上。另外，可以將藉由二次離子質譜分析法得到的區域366a及區域366d的氫濃度設定為5×1019atoms/cm3以下，或者1×1019atoms/cm3以下，或者5×1018atoms/cm3以下，或者1×1018atoms/cm3以下，或者5×1017atoms/cm3以下，或者1×1016atoms/cm3以下。
此外，在作為雜質元素將硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷或氯添加到氧化物半導體膜366的情況下，僅在區域366b及區域366c中包含雜質元素。因此，與區域366a及區域366d相比，區域366b及區域366c的雜質元素的濃度高。注意，在區域366b及區域366c中，可以將藉由二次離子質譜分析法得到的雜質元素的濃度設定為1×1018atoms/cm3以上且1×1022atoms/cm3以下，或者1×1019atoms/cm3以上且1×1021atoms/cm3以下，或者5×1019atoms/cm3以上且5×1020atoms/cm3以下。
與區域366d相比，區域366b及區域366c的氫濃度高且由於稀有氣體元素的添加的氧缺陷量多。由此區域366b及區域366c具有高導電性而被用作低電阻區域。典型地，作為區域366b及區域366c的電阻率，可以設定為1×10-3Ωcm以上且低於1×104Ωcm，或者1×10-3Ωcm以上且低於1×10-1Ωcm。
注意，當在區域366b及區域366c中，氫量與氧缺陷量相同或比氧缺陷量較少時，氫容易被氧缺陷俘獲，而不容易擴散到被用作通道的區域366d。其結果，可以製造常關閉特性的電晶體。
區域366d被用作通道。
此外，在將導電膜368、導電膜370及導電膜374用作遮罩對氧化物半導體膜366添加雜質元素之後，也可以縮小導電膜374的上面形狀的面積(參照圖18B)。明確而言，在對氧化物半導體膜366添加雜質元素之後，對導電膜374上的遮罩(例如，光光阻劑)進行縮小處理。接著，藉由使用該遮罩對導電膜374及絕緣膜372進行蝕刻。藉由上述製程，可以形成圖18B所示的導電膜374a及絕緣膜372a。作為縮小處理可以適用例如使用氧自由基等的灰化處理。
其結果，在氧化物半導體膜366中，在區域366c和被用作通道的區域366d之間，形成偏置(offset)區域366e。注意，藉由將通道長度方向上的偏置區域366e的長度設定為低於0.1μm，可以抑制電晶體的通態電流的降低。
絕緣膜372及絕緣膜272被用作閘極絕緣膜。
導電膜368、導電膜370、導電膜268及導電膜270被用作源極電極及汲極電極。
導電膜374及導電膜274被用作閘極電極。
本實施方式所示的電晶體390及電晶體394在被用作通道的區域366d和被用作源極區域及汲極區域的區域366a之間包括被用作低電阻區域的區域366b及/或區域366c。由此，可以降低通道和源極區域及汲極區域之間的電阻，並且電晶體390及電晶體394的通態電流大且場效移動率高。
此外，在電晶體390中，導電膜374與導電膜368及導電膜370不重疊，而可以減少導電膜374和導電膜368及導電膜370之間的寄生電容。此外，在電晶體394中，導電膜274與導電膜268及導電膜270不重疊，而可以減少導電膜274和導電膜268及導電膜270之間的寄生電容。其結果是，在作為基板362使用大面積基板的情況下，可以減少導電膜368、導電膜370、導電膜374、導電膜268、導電膜270及導電膜274中的信號遲延。
此外，在電晶體390中，藉由將導電膜368、導電膜370及導電膜374用作遮罩，對氧化物半導體膜366添加稀有氣體元素，形成包含氧缺陷的區域。此外，在電晶體394中，藉由將導電膜268、導電膜270及導電膜274用作遮罩，對氧化物半導體膜266添加雜質元素，形成包含氧缺陷的區域。再者，包含氧缺陷的區域與包含氫的絕緣膜376接觸，由此藉由包含在絕緣膜376中的氫擴散到包含氧缺陷的區域，形成低電阻區域。就是說，可以自對準地形成低電阻區域。
此外，本實施方式所示的電晶體390及電晶體394藉由對區域366b添加稀有氣體元素，形成氧缺陷並添加氫。由此可以提高區域366b的導電率並減少每個電晶體的區域366b的導電率的不均勻。就是說，藉由對區域366b添加稀有氣體元素及氫，可以控制區域366b的導電率。
下面說明圖17A和圖17B所示的電晶體的詳細結構。
作為基板362，可以採用各種各樣的基板，而不侷限於特定的基板。作為該基板的一個例子，有半導體基板(例如單晶基板或矽基板)、SOI基板、玻璃基板、石英基板、塑膠基板、金屬基板、不鏽鋼基板，包含不鏽鋼箔的基板、鎢基板、包含鎢箔的基板、撓性基板、貼合薄膜、包含纖維狀材料的紙或基材薄膜等。作為玻璃基板的一個例子，有鋇硼矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃等。作為撓性基板、貼合薄膜、基材薄膜等的一個例子，可以舉出如下。例如，可以舉出以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚碸(PES)為代表的塑膠。或者，作為一個例子，可以舉出丙烯酸樹脂等合成樹脂等。作為一個例子，可以舉出聚丙烯、聚酯、聚氟化乙烯、聚氯乙烯等。作為一個例子，可以舉出聚醯胺、聚醯亞胺、芳族聚醯胺、環氧樹脂、無機蒸鍍薄膜、紙等。尤其是，藉由使用半導體基板、單晶基板或SOI基板等製造電晶體，可以製造特性、尺寸或形狀 等的不均勻性小、電流能力高且尺寸小的電晶體。當利用上述電晶體構成電路時，可以實現電路的低功耗化或電路的高集成化。
或者，作為基板362，也可以使用撓性基板，並且在撓性基板上直接形成電晶體。或者，也可以在基板362和電晶體之間設置剝離層。剝離層可以用於在其上製造半導體裝置的一部分或全部，然後將其從基板362分離並轉置到其他基板上。此時，也可以將電晶體轉置到耐熱性低的基板或撓性基板上。另外，作為上述剝離層，例如可以使用鎢膜與氧化矽膜的無機膜的層疊結構或基板上形成有聚醯亞胺等有機樹脂膜的結構等。
作為被轉置電晶體的基板的一個例子，除了上述的可以形成電晶體的基板之外，還可以使用紙基板、玻璃紙基板、芳族聚醯胺薄膜基板、聚醯亞胺薄膜基板、石材基板、木材基板、布基板(包括天然纖維(絲、棉、麻)、合成纖維(尼龍、聚氨酯、聚酯)或再生纖維(醋酯纖維、銅氨纖維、人造纖維、再生聚酯)等)、皮革基板、橡皮基板等。藉由採用這些基板，可以實現形成特性良好的電晶體、形成耗電量小的電晶體、製造不容易損壞的裝置、給予耐熱性、輕量化或薄型化。
絕緣膜364可以使用氧化物絕緣膜或氮化物絕緣膜的單層或疊層形成。注意，為了提高與氧化物半導體膜266及氧化物半導體膜366之間的介面特性，在絕緣膜364中至少與氧化物半導體膜266及氧化物半導體膜 366接觸的區域較佳為由氧化物絕緣膜形成。或者，作為絕緣膜364使用藉由加熱釋放氧的氧化物絕緣膜，藉由加熱處理使包含在絕緣膜364中的氧移動到氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中。
絕緣膜364的厚度可以為50nm以上且5000nm以下、100nm以上且3000nm以下、或200nm以上且1000nm以下。藉由使絕緣膜364厚，可以使絕緣膜364的氧釋放量增加，而能夠減少絕緣膜364與氧化物半導體膜266及氧化物半導體膜366之間的介面能階，並且減少包含在氧化物半導體膜266及氧化物半導體膜366的區域366d中的氧缺陷。
作為絕緣膜364，可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鎵或Ga-Zn氧化物等，並且以單層或疊層設置絕緣膜364。
氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266由典型為In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)等的金屬氧化物形成。注意，氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266具有透光性。
注意，在氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266為In-M-Zn氧化物的情況下，In及M的原子數比率為當In及M的和為100atomic%時In為25atomic%以上且M低於75atomic%，或者In為34atomic%以上且M低於66atomic%。
氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266的能隙為2eV以上，2.5eV以上，或者3eV以上。
氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266的厚度可以為3nm以上且200nm以下，或者3nm以上且100nm以下，或者3nm以上且50nm以下。
當氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266為In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)時，用於形成In-M-Zn氧化物的濺射靶材的金屬元素的原子數比較佳為滿足In為M以上且Zn為M以上(InM及ZnM)。作為這種濺射靶材的金屬元素的原子數比較佳為In：M：Zn=1：1：1，In：M：Zn=1：1：1.2、In：M：Zn=2：1：1.5、In：M：Zn=2：1：2.3、In：M：Zn=2：1：3、In：M：Zn=3：1：2等。注意，在所形成的氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266的原子數比中，分別包含上述濺射靶材中的金屬元素的原子數比的±40%的範圍內的變動。
此外，當氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266包含第14族元素之一的矽或碳時，氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中的氧缺損增加，使得氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266n型化。因此，氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中的尤其在區域366d中，較佳將矽或碳的濃度(利用二次離子質譜分析法得到的濃度)設定為2×1018atoms/cm3以下，或者2×1017atoms/cm3以下。其結果，電晶體具有正臨界電壓 的電特性(也稱為常關閉特性)。
此外，氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中的尤其在區域366d中，較佳將利用二次離子質譜分析法得到的鹼金屬或鹼土金屬的濃度設定為1×1018atoms/cm3以下，或者2×1016atoms/cm3以下。鹼金屬或鹼土金屬有時會與氧化物半導體結合而生成載子，導致電晶體的關態電流的增大。由此，較佳為降低區域366d的鹼金屬或鹼土金屬的濃度。其結果，電晶體具有正臨界電壓的電特性(也稱為常關閉特性)。
此外，在氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中的尤其在區域366d為氮的情況下，有時會生成成為載子的電子，載子密度增加而成為n型化。其結果，使用包含氮的氧化物半導體膜的電晶體390、394容易具有常開啟特性。因此，該氧化物半導體膜中的尤其在區域366d中，較佳儘可能減少氮。例如，較佳將利用二次離子質譜分析法得到的氮濃度設定為5×1018atoms/cm3以下。
較佳藉由氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中的尤其在區域366d中減少雜質元素，來降低氧化物半導體膜的載子密度。例如，氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中的尤其在區域366d中，較佳將載子密度設定為1×1017個/cm3以下、1×1015個/cm3以下、1×1013個/cm3以下或者1×1011個/cm3以下。
藉由作為氧化物半導體膜366及氧化物半導 體膜266，使用雜質濃度低且缺陷態密度低的氧化物半導體膜，可以製造具有更優良的電特性的電晶體。在此，將雜質濃度低且缺陷態密度低的(氧缺損少)的狀態稱為“高純度本質”或“實質上高純度本質”。因為使用高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體的電晶體的載子發生源極少，所以有時可以降低載子密度。由此，在該氧化物半導體膜中形成通道區域的電晶體容易具有正臨界電壓的電特性(也稱為常關閉特性)。因為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜具有極低的缺陷態密度，所以有可能具有極低的陷阱態密度。使用高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜的電晶體的關態電流顯著低，當源極電極與汲極電極間的電壓(汲極電壓)在1V至10V的範圍時，關態電流也可以為半導體參數分析儀的測定極限以下，即1×10-13A以下。因此，在該氧化物半導體膜中形成有通道區域的電晶體的電特性變動小，該電晶體成為可靠性高的電晶體。
此外，氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266例如也可以具有非單晶結構。非單晶結構例如包括在後面描述的CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor：c軸配向結晶氧化物半導體)、多晶結構、微晶結構或非晶結構。在非單晶結構中，非晶結構的缺陷態密度最高，而CAAC-OS的缺陷態密度最低。注意，關於CAAC-OS的詳細內容，在實施方式6中進行說明。
此外，氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266也可以為具有非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區域、CAAC-OS的區域和單晶結構的區域中的兩種以上的混合膜。混合膜有時採用例如具有非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區域、CAAC-OS的區域和單晶結構的區域中的兩種以上的區域的單層結構。另外，混合膜有時例如具有非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區域、CAAC-OS的區域和單晶結構的區域中的兩種以上的區域的疊層結構。
注意，在氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中有時區域366b與區域366d的晶性不同。此外，在氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中，有時區域366c和區域366d的晶性不同。此時，當對區域366b或區域366c添加雜質元素時，區域366b或區域366c受到損傷，而降低晶性。
絕緣膜272及絕緣膜372可以使用氧化物絕緣膜或氮化物絕緣膜的單層或疊層形成。注意，為了提高氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266的介面特性，在絕緣膜272及絕緣膜372中至少與氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266接觸的區域較佳為由氧化物絕緣膜形成。作為絕緣膜272及絕緣膜372使用例如氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鎵或Ga-Zn氧化物等，並且以單層或疊層設置絕緣膜272及絕緣膜372。
另外，藉由作為絕緣膜272及絕緣膜372設置具有阻擋氧、氫、水等的效果的絕緣膜，能夠防止氧從氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266到外部，並能夠防止氫，水等從外部侵入氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266。作為具有阻擋氧、氫、水等的效果的絕緣膜，可以舉出氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鎵膜、氧氮化鎵膜、氧化釔膜、氧氮化釔膜、氧化鉿膜、氧氮化鉿膜等。
此外，藉由作為絕緣膜272及絕緣膜372，使用矽酸鉿(HfSiOx)、添加有氮的矽酸鉿(HfSixOyNz)、添加有氮的鋁酸鉿(HfAlxOyNz)、氧化鉿、氧化釔等high-k材料，可以降低電晶體的閘極漏電流。
此外，作為絕緣膜272及絕緣膜372，使用因加熱而釋放氧的氧化物絕緣膜，藉由加熱處理可以使包含在絕緣膜272及絕緣膜372中的氧移動到氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266中。
此外，作為絕緣膜272及絕緣膜372，可以使用缺陷少的氧氮化矽膜。在對缺陷少的氧氮化矽膜進行加熱處理後，在對其利用100K以下的ESR進行測量而得到的質譜中，觀察到g值為2.037以上且2.039以下的第一信號，g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號。此外，第一信號與第二信號的分裂寬度以及第二信號與第三信號的分裂 寬度在X波段的ESR測定中分別為5mT左右。另外，第一信號、第二信號以及第三信號的自旋密度的總計為小於1×1018spins/cm3，典型為1×1017spins/cm3以上且小於1×1018spins/cm3。
另外，在100K以下的ESR譜中，g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號相當於起因於氮氧化物(NOx，x為0以上且2以下，較佳為1以上且2以下)的信號。換言之，第一信號、第二信號以及第三信號的自旋密度的總計越低，包含在氧氮化矽膜中的氮氧化物的含量越少。
此外，藉由二次離子質譜分析法測量的缺陷少的氧氮化矽膜的氮濃度為6×1020atoms/cm3以下。藉由作為絕緣膜272及絕緣膜372使用缺陷少的氧氮化矽膜，不容易生成氮氧化物，可以減少氧化物半導體膜366及氧化物半導體膜266與絕緣膜372及絕緣膜272的介面上的載子陷阱。此外，可以減少半導體裝置所包括的電晶體的電特性的臨界電壓的變動，並且可以減少電晶體的電特性的變動。
可以將絕緣膜272及絕緣膜372的厚度設定為5nm以上且400nm以下，或者5nm以上且300nm以下，或者10nm以上且250nm以下。
導電膜368、導電膜370、導電膜374、導電膜268、導電膜270、導電膜261及導電膜274可以使用 選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬、鎳、鐵、鈷及鎢中的金屬元素，或者以上述金屬元素為成分的合金，或者組合上述金屬元素的合金等形成。或者，也可以使用選自錳及鋯等中的一個或多個的金屬元素。或者，上述導電膜可以採用單層結構或兩層以上的疊層結構。例如，有包含矽的鋁膜的單層結構、包含錳的銅膜的單層結構、在鋁膜上層疊鈦膜的兩層結構、在氮化鈦膜上層疊鈦膜的兩層結構、在氮化鈦膜上層疊鎢膜的兩層結構、在氮化鉭膜或氮化鎢膜上層疊鎢膜的兩層結構、在包含錳的銅膜上層疊銅膜的兩層結構、依次層疊鈦膜、鋁膜及鈦膜的三層結構、依次層疊包含錳的銅膜、銅膜及包含錳的銅膜的三層結構等。此外，也可以使用組合鋁與選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、鈧中的一種或多種而成的合金膜或氮化膜。
此外，作為導電膜368、導電膜370、導電膜374、導電膜268、導電膜270、導電膜261及導電膜274，可以適用銦錫氧化物、包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、包含氧化矽的銦錫氧化物等的具有透光性的導電性材料。此外，也可以採用上述具有透光性的導電性材料和上述金屬元素的疊層結構。
可以將導電膜368、導電膜370、導電膜374、導電膜268、導電膜270、導電膜261及導電膜274的厚度設定為30nm以上且500nm以下，或者100nm以上且400nm以下。
絕緣膜376是包含氫的膜，典型地是氮化物絕緣膜。作為氮化物絕緣膜，可以使用氮化矽、氧化鋁等形成。
接著，對發光裝置所包括的電晶體的另一結構參照圖19A至圖19C進行說明。在此，作為設置在像素部中的電晶體390的變形例子使用電晶體391進行說明，對驅動電路的電晶體394適當地適用電晶體391的絕緣膜364的結構、或者導電膜368、導電膜370及導電膜374的結構。
在圖19A至圖19C中示出發光裝置所包括的電晶體391的俯視圖及剖面圖。圖19A是電晶體391的俯視圖，圖19B是沿著圖19A的點劃線Y3-Y4的剖面圖，圖19C是圖19A的點劃線X3-X4的剖面圖。
在圖19A至圖19C所示的電晶體391中，導電膜368、導電膜370及導電膜374分別具有兩層或三層結構。此外，絕緣膜364具有氮化物絕緣膜364a及氧化物絕緣膜364b的疊層結構。至於其他結構，與電晶體390同樣，並且發揮相同效果。
首先，對導電膜368、導電膜370及導電膜374進行說明。
導電膜368依次層疊導電膜368a、導電膜368b及導電膜368c來形成，並且導電膜368a及導電膜368c覆蓋導電膜368b表面。就是說，將導電膜368a及導 電膜368c用作導電膜368b的保護膜。
與導電膜368同樣，導電膜370依次層疊導電膜370a、導電膜370b及導電膜370c來形成，並且導電膜370a及導電膜370c覆蓋導電膜370b表面。就是說，將導電膜370a及導電膜370c用作導電膜370b的保護膜。
導電膜374依次層疊導電膜374a及導電膜374b來形成。
導電膜368a、導電膜370a及導電膜374a使用防止包含在導電膜368b、導電膜370b及導電膜374b中的金屬元素擴散到氧化物半導體膜366中的材料來形成。作為導電膜368a、導電膜370a及導電膜374a，使用鈦、鉭、鉬或鎢、其合金、或者氮化鈦、氮化鉭、氮化鉬或氮化鎢等形成。或者，導電膜368a、導電膜370a及導電膜374a可以使用Cu-X合金(X為Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta或Ti)等形成。
導電膜368b、導電膜370b及導電膜374b使用低電阻材料形成。作為導電膜368b、導電膜370b及導電膜374b，可以使用銅、鋁、金或銀等、其合金、或者以上述金屬為主要成分的化合物等形成。
藉由使用包含在導電膜368b及導電膜370b中的金屬元素被鈍態化的膜形成導電膜368c及導電膜370c，可以防止在絕緣膜376的形成步驟中包含在導電膜368b及導電膜370b中的金屬元素移動到氧化物半導體膜 366中。作為導電膜368c及導電膜370c，可以使用金屬矽化合物、金屬矽氮化合物等，典型為CuSix(x>0)、CuSixNy(x>0，y>0)等。
在此，對導電膜368c及導電膜370c的形成方法進行說明。注意，導電膜368b及導電膜370b使用銅形成。另外，導電膜368c及導電膜370c使用CuSixNy(x>0，y>0)形成。
將導電膜368b及導電膜370b暴露於在氫、氨、一氧化碳等的還原氛圍中產生的電漿，使導電膜368b、導電膜370b表面的氧化物還原。
接著，在200℃以上且400℃以下加熱同時，將導電膜368b及導電膜370b暴露於矽烷。其結果，包含在導電膜368b及導電膜370b中的銅被用作催化劑，矽烷被分解為Si和H2，並且導電膜368b及導電膜370b表面形成CuSix(x>0)。
接著，將導電膜368b及導電膜370b暴露於在氨氛圍或氮氛圍等的包含氮的氛圍中產生的電漿，在導電膜368b及導電膜370b表面形成的CuSix(x>0)與包含在電漿中的氮起反應，而作為導電膜368c及導電膜370c，形成CuSixNy(x>0，y>0)。
注意，在上述步驟中，也可以藉由在將導電膜368b及導電膜370b暴露於在氨氛圍或氮氛圍等包含氮的氛圍中產生的電漿之後，在200℃以上且400℃以下加熱的同時，將導電膜368b及導電膜370b暴露於矽烷，作 為導電膜368c及導電膜370c可以形成CuSixNy(x>0，y>0)。
接著，對層疊有氮化物絕緣膜364a及氧化物絕緣膜364b的絕緣膜364進行說明。
例如，作為氮化物絕緣膜364a，可以使用氮化矽、氮氧化矽、氮化鋁及氮氧化鋁等形成。此外，作為氧化物絕緣膜364b，可以使用氧化矽、氧氮化矽及氧化鋁等形成。藉由在基板362一側設置氮化物絕緣膜364a，可以防止來自外部的氫、水等擴散到氧化物半導體膜366中。
接著，對發光裝置所包括的電晶體的另一結構參照圖20A至圖20C及圖21A至圖21C進行說明。在此，雖然作為設置在像素部中的電晶體390的變形例子使用電晶體392及電晶體393進行說明，但是對驅動電路中的電晶體394可以適當地適用包括在電晶體392中的氧化物半導體膜366的結構、或者包括在電晶體393中的氧化物半導體膜366的結構。
在圖20A至圖20C中示出發光裝置所包括的電晶體392的俯視圖及剖面圖。圖20A是電晶體392的俯視圖，圖20B是沿著圖20A的點劃線Y3-Y4的剖面圖，並且圖20C是沿著圖20A的點劃線X3-X4的剖面圖。
在圖20A至圖20C所示的電晶體392中，氧 化物半導體膜366為多層結構。明確而言，氧化物半導體膜366包括與絕緣膜364接觸的氧化物半導體膜367a、與氧化物半導體膜367a接觸的氧化物半導體膜367b以及與氧化物半導體膜367b、導電膜368、導電膜370、絕緣膜372及絕緣膜376接觸的氧化物半導體膜367c。至於其他結構，與電晶體390同樣，並且發揮相同效果。
作為氧化物半導體膜367a、氧化物半導體膜367b及氧化物半導體367c，由典型為In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)等的金屬氧化物形成。
另外，氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c典型為In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、In-Mg氧化物、Zn-Mg氧化物及In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)，並且與氧化物半導體膜367b相比，其導帶底端的能量近於真空能階，典型地氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c的導帶底端的能量和氧化物半導體膜367b的導帶底端的能量差異為0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上、或0.2eV以上，並且2eV以下、1eV以下、0.5eV以下、或0.4eV以下。注意，將真空能階和導帶底端的能量的能量差也稱為電子親和力。
當氧化物半導體膜367b是In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf等)時，在用於形成氧化物半導體膜367b的靶材中，假 設金屬元素的原子數比為In：M：Zn=x1：y1：z1時，x1/y1較佳為1/3以上且6以下，更佳為1以上且6以下，z1/y1較佳為1/3以上且6以下，更佳為1以上且6以下。另外，藉由將z1/y1設定為1以上且6以下，作為氧化物半導體膜367b容易形成CAAC-OS膜。作為靶材的金屬元素的原子數比的典型例子可以舉出In：M：Zn=1：1：1、In：M：Zn=1：1：1.2、In：M：Zn=2：1：1.5、In：M：Zn=2：1：2.3、In：M：Zn=2：1：3及，In：M：Zn=3：1：2等。
當氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c是In-M-Zn氧化物(M為Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf等)時，在用於形成氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c的靶材中，假設金屬元素的原子數比為In：M：Zn=x2：y2：z2時，x2/y2<x1/y1，z2/y2較佳為1/3以上且6以下，更佳為1以上且6以下。另外，藉由將z2/y2設定為1以上且6以下，作為氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c容易形成CAAC-OS膜。作為靶材的金屬元素的原子數比的典型例子可以舉出In：M：Zn=1：3：2、In：M：Zn=1：3：4、In：M：Zn=1：3：6、In：M：Zn=1：3：8、In：M：Zn=1：4：3、In：M：Zn=1：4：4、In：M：Zn=1：4：5、In：M：Zn=1：4：6、In：M：Zn=1：6：3、In：M：Zn=1：6：4、In：M：Zn=1：6：5、In：M：Zn=1：6：6、In：M：Zn=1：6：7、In：M：Zn=1：6：8、或In：M： Zn=1：6：9等。
注意，氧化物半導體膜367a、氧化物半導體膜367b及氧化物半導體膜367c的原子數比作為誤差包括上述原子數比的±40%的變動。
注意，原子數比不侷限於這些，按照所必要的半導體特性可以採用適當的原子數比。
此外，氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c也可以具有相同組成。例如，作為氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c也可以使用In：Ga：Zn=1：3：2、1：3：4、1：4：5、1：4：6、1：4：7、或者1：4：8的原子數比的In-Ga-Zn氧化物。
或者，氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c也可以具有不同組成。例如，作為氧化物半導體膜367a使用In：Ga：Zn=1：3：2的原子數比的In-Ga-Zn氧化物，作為氧化物半導體膜367c使用In：Ga：Zn=1：3：4或1：4：5的原子數比的In-Ga-Zn氧化物。
將氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c的厚度設定為3nm以上且100nm以下，或者3nm以上且50nm以下。將氧化物半導體膜367b的厚度設定為3nm以上且200nm以下，或者3nm以上且100nm以下，或者3nm以上且50nm以下。當氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c的厚度分別比氧化物半導體膜367b的厚度薄時，可以減少電晶體的臨界電壓的變動量。
藉由利用STEM(Scanning Transmission Electron Microscopy：掃描穿透式電子顯微鏡)有時可以觀察氧化物半導體膜367a、氧化物半導體膜367b及氧化物半導體膜367c每一個的介面。
分別以與氧化物半導體膜367b的下面及上面接觸的方式設置比氧化物半導體膜367b更不容易產生氧缺陷的氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c，由此可以減少氧化物半導體膜367b中的氧缺陷。此外，因為氧化物半導體膜367b接觸於包含構成氧化物半導體膜367b的金屬元素的一個以上的氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c，所以氧化物半導體膜367a和氧化物半導體膜367b之間的介面及氧化物半導體膜367b和氧化物半導體膜367c之間的介面的介面態密度極低。由此，可以減少包含在氧化物半導體膜367b中的氧缺陷。
此外，藉由設置氧化物半導體膜367a，可以減少電晶體的臨界電壓等的電特性的不均勻。
此外，因為包含構成氧化物半導體膜367b的金屬元素的一種以上的氧化物半導體膜367c與氧化物半導體膜367b接觸，所以在氧化物半導體膜367b和氧化物半導體膜367c之間的介面不容易發生載子的散射，由此能夠提高電晶體的場效移動率。
此外，氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c被用作抑制絕緣膜364及絕緣膜372的構成元素混入氧化物半導體膜367b而在氧化物半導體膜367中形成由於雜質的能階的障壁膜。
由上述內容可知，本實施方式所示的電晶體是臨界電壓等的電特性的不均勻得到降低的電晶體。
在圖21A至圖21C示出與圖20A至圖20C不同的結構的電晶體。
在圖21A至圖21C中示出發光裝置所包括的電晶體393的俯視圖及剖面圖。圖21A是電晶體393的俯視圖，圖21B是沿著圖21A的點劃線Y3-Y4的剖面圖，圖21C是沿著圖21A的點劃線X3-X4的剖面圖。注意，在圖21A中，為了明確起見，省略基板362、絕緣膜364、絕緣膜372、絕緣膜376等。另外，圖21B是電晶體393的通道寬度方向的剖面圖。圖21C是電晶體393的通道長度方向的剖面圖。
如圖21A至圖21C所示的電晶體393，氧化物半導體膜366也可以包括與絕緣膜364接觸的氧化物半導體膜367b、與氧化物半導體膜367b及絕緣膜372接觸的氧化物半導體膜367c的疊層結構。
在此，對圖20A至圖21C所示的電晶體的帶結構進行說明。注意，圖22A是圖20A至圖20C所示的電晶體392的帶結構，為了容易理解，表示絕緣膜364、氧化物半導體膜367a、氧化物半導體膜367b、氧化物半導體膜367c及絕緣膜372的導帶底端的能量(Ec)。此外，圖22B是圖21A至圖21C所示的電晶體393的帶結構，為了 容易理解，表示絕緣膜364、氧化物半導體膜367b、氧化物半導體膜367c及絕緣膜372的導帶底端的能量(Ec)。
如圖22A所示，在氧化物半導體膜367a、氧化物半導體膜367b及氧化物半導體膜367c中，導帶底端的能量連續地變化。這是可以理解的，因為：由於氧化物半導體膜367a、氧化物半導體膜367b及氧化物半導體膜367c的構成元素相同，氧容易互相擴散。由此可以說，雖然氧化物半導體膜367a、氧化物半導體膜367b及氧化物半導體膜367c是組成互不相同的膜的疊層體，但是在物性上是連續的。
主要成分為相同的疊層氧化物半導體膜不以簡單地層疊各膜的方式，而以形成連續結合(在此，尤其是指各層之間的導帶底的能量連續地變化的U型井(U-shaped well)結構)的方式形成。也就是說，以在各層的介面上不存在形成捕獲中心或再結合中心等的缺陷能階或阻礙載子流動的屏障的有可能成為氧化物半導體的雜質的物質的方式形成疊層結構。如果雜質混入到被層疊的氧化物半導體膜的各膜之間，能帶將會失去連續性，因此載子在介面被捕獲或被再結合而消失。
注意，圖22A示出氧化物半導體膜367a的Ec與氧化物半導體膜367c的Ec相同的情況，但是也可以互不相同。
從圖22A可知，氧化物半導體膜367b成為井 (well)，在電晶體392中，通道形成在氧化物半導體膜367b中。注意，氧化物半導體膜367a、氧化物半導體膜367b及氧化物半導體膜367c的導帶底端的能量連續地變化，由此將U型井結構的通道也可以稱為埋入通道。
另外，如圖22B所示，在氧化物半導體膜367b及氧化物半導體膜367c中，導帶底端的能量可以連續地變化。
從圖22B可知，氧化物半導體膜367b成為井，在電晶體393中，通道形成在氧化物半導體膜367b中。
圖20A至圖20C所示的電晶體392包括包含構成氧化物半導體膜367b的金屬元素的一種以上的氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c，由此在氧化物半導體膜367a和氧化物半導體膜367b之間的介面及氧化物半導體膜367c與氧化物半導體膜367b之間的介面不容易形成介面能階。因此，藉由設置氧化物半導體膜367a及氧化物半導體膜367c，可以減少電晶體的臨界電壓等的電特性的不均勻或變動。
圖21A至圖21C所示的電晶體393包括包含構成氧化物半導體膜367b的金屬元素的一種以上的氧化物半導體膜367c，由此在氧化物半導體膜367c和氧化物半導體膜367b之間的介面不容易形成介面能階。因此，藉由設置氧化物半導體膜367c，可以減少電晶體的臨界電壓等的電特性的不均勻或變動。
接著，對發光裝置所包括的電晶體的另一結構參照圖23A至圖23C及圖24進行說明。
在圖23A至圖23C中示出發光裝置所包括的電晶體150的俯視圖及剖面圖。圖23A是電晶體150的俯視圖，圖23B是沿著圖23A的點劃線Y3-Y4的剖面圖，並且圖23C是沿著圖23A的點劃線X3-X4的剖面圖。
圖23A至圖23C所示的電晶體150包括：形成在基板102上的絕緣膜104上的氧化物半導體膜106；與氧化物半導體膜106接觸的絕緣膜108；在絕緣膜108的開口部140a的一部分中與氧化物半導體膜106接觸的導電膜110；在絕緣膜108的開口部140b的一部分中與氧化物半導體膜106接觸的導電膜112；以及隔著絕緣膜108與氧化物半導體膜106重疊的導電膜114。此外，也可以在電晶體150上設置絕緣膜116及絕緣膜118。
在氧化物半導體膜106中，在與導電膜110、導電膜112及導電膜114不重疊的區域中包含形成氧缺陷的元素。下面，將形成氧缺陷的元素作為雜質元素進行說明。作為雜質元素的典型例子，有氫、硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷、氯以及稀有氣體元素等。作為稀有氣體元素的典型例子，有氦、氖、氬、氪以及氙等。
當對氧化物半導體膜添加雜質元素時，氧化物半導體膜中的金屬元素和氧的鍵合斷開，而形成氧缺 陷。或者，當對氧化物半導體膜添加雜質元素時，與氧化物半導體膜中的金屬元素鍵合的氧與該金屬元素鍵合，氧從金屬元素脫離，而形成氧缺陷。其結果，在氧化物半導體膜中載子密度增加且導電率得到提高。
在此，圖24示出氧化物半導體膜106的部分放大圖。如圖24所示，氧化物半導體膜106包括與導電膜110或導電膜112接觸的區域106a、與絕緣膜116接觸的區域106b、以及與絕緣膜108接觸的區域106c及區域106d。
區域106a與圖18A和圖18B所示的區域366a同樣，具有高導電性並被用作源極區域及汲極區域。
區域106b及區域106c被用作低電阻區域。區域106b及區域106c包含雜質元素。注意，區域106b的雜質元素的濃度比區域106c高。另外，在導電膜114的側面具有錐形形狀的情況下，區域106c的一部分也可以與導電膜114重疊。
在雜質元素是稀有氣體且藉由濺射法形成氧化物半導體膜106的情況下，區域106a至區域106d分別包含稀有氣體元素，並且與區域106a及區域106d相比，區域106b及區域106c的稀有氣體元素的濃度更高。這是因為在藉由濺射法形成氧化物半導體膜106的情況下，作為濺射氣體使用稀有氣體元素，從而在氧化物半導體膜106中包含稀有氣體元素，並且在區域106b及區域106c 中故意地添加稀有氣體元素，以便形成氧缺陷。注意，也可以在區域106b及區域106c中添加有與區域106a及區域106d不同的稀有氣體元素。
在雜質元素是硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷或氯的情況下，僅在區域106b及區域106c中包含雜質元素。因此，與區域106a及區域106d相比，區域106b及區域106c的雜質元素的濃度高。注意，在區域106b及區域106c中，可以將藉由二次離子質譜分析法得到的雜質元素的濃度設定為1×1018atoms/cm3以上且1×1022atoms/cm3以下，或者1×1019atoms/cm3以上且1×1021atoms/cm3以下，或者5×1019atoms/cm3以上且5×1020atoms/cm3以下。
在雜質元素是氫的情況下，與區域106a及區域106d相比，區域106b及區域106c的雜質元素的濃度高。注意，在區域106b及區域106c中，可以將藉由二次離子質譜分析法得到的雜質元素的濃度設定為8×1019atoms/cm3以上、或者1×1020atoms/cm3以上、或者5×1020atoms/cm3以上。
由於區域106b及區域106c包含雜質元素，氧缺陷增加並載子密度增加。其結果是，區域106b及區域106c具有高導電性，而被用作低電阻區域。
注意，雜質元素也可以為氫、硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷、或氯中的一種以上以及稀有氣體元素的一種以上。在此情況下，在區域106b及區域106c中，因為由於稀有氣體元素形成的氧缺陷與添加到該區域的氫、 硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷或氯中的一種以上的相互作用，有時區域106b及區域106c的導電性進一步提高。
區域106d被用作通道。
在絕緣膜108中，與氧化物半導體膜106及導電膜114重疊的區域被用作閘極絕緣膜。此外，在絕緣膜108中，氧化物半導體膜106與導電膜110及導電膜112重疊的區域被用作層間絕緣膜。
導電膜110及導電膜112被用作源極電極及汲極電極。此外，導電膜114被用作閘極電極。
在本實施方式所示的電晶體150的製造步驟中，同時形成被用作閘極電極的導電膜114及被用作源極電極及汲極電極的導電膜110及導電膜112。由此，在電晶體150中，導電膜114與導電膜110及導電膜112不重疊，而可以減少導電膜114和導電膜110及導電膜112之間的寄生電容。其結果是，在作為基板102使用大面積基板的情況下，可以減少導電膜110、導電膜112、導電膜114中的信號遲延。
此外，在電晶體150中，將導電膜110、導電膜112及導電膜114用作遮罩，對氧化物半導體膜106添加雜質元素。就是說，可以自對準地形成低電阻區域。
作為基板102可以適當地適用圖17A和圖17B所示的基板362。
作為絕緣膜104可以適當地適用圖17A和圖17B所示的絕緣膜364。
作為氧化物半導體膜106可以適當地適用圖17A和圖17B所示的氧化物半導體膜266及氧化物半導體膜366。
作為絕緣膜108可以適當地適用圖17A和圖17B所示的絕緣膜272及絕緣膜372。
因為同時形成導電膜110、導電膜112及導電膜114，所以導電膜110、導電膜112及導電膜114由相同材料構成且包括相同的疊層結構。
作為導電膜110、導電膜112及導電膜114可以適當地適用圖17A和圖17B所示的導電膜368、370、374、268、270、261及274。
絕緣膜116可以使用氧化物絕緣膜或氮化物絕緣膜的單層或疊層形成。注意，為了提高與氧化物半導體膜106的介面特性，在絕緣膜116中至少與氧化物半導體膜106接觸的區域較佳為由氧化物絕緣膜形成。另外，作為絕緣膜116使用藉由加熱釋放氧的氧化物絕緣膜，藉由加熱處理可以使包含在絕緣膜116中的氧移動到氧化物半導體膜106中。
作為絕緣膜116，可以使用例如氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鎵或Ga-Zn氧化物等，並且可以以單層或疊層設置絕緣膜116。
絕緣膜118較佳為被用作來自外部的氫或水等的障壁膜的膜。作為絕緣膜118可以使用例如氮化矽、 氮氧化矽、氧化鋁等，並且可以以單層或疊層設置絕緣膜118。
可以將絕緣膜116及絕緣膜118的厚度設定為30nm以上且500nm以下，較佳為100nm以上且400nm以下。
注意，與圖17A和圖17B所示的電晶體394同樣，可以藉由在絕緣膜104下以重疊於氧化物半導體膜106的方式設置導電膜來形成雙閘極結構的電晶體150。
接著，對發光裝置所包括的電晶體的另一結構參照圖25A至圖25C及圖26A和圖26B進行說明。
在圖25A至圖25C中示出發光裝置所包括的電晶體450的俯視圖及剖面圖。圖25A是電晶體450的俯視圖，圖25B是沿著圖25A的點劃線Y3-Y4的剖面圖，圖25C是沿著圖25A的點劃線X3-X4的剖面圖。
圖25A至圖25C所示的電晶體450包括：形成在基板402上的絕緣膜404上的氧化物半導體膜406；與氧化物半導體膜406接觸的絕緣膜408；隔著絕緣膜408與氧化物半導體膜406重疊的導電膜414；與氧化物半導體膜406接觸的絕緣膜418；形成在絕緣膜418上的絕緣膜416；在絕緣膜418及絕緣膜416的開口部440a中與氧化物半導體膜406接觸的導電膜410；以及在絕緣膜418及絕緣膜416的開口部440b中與氧化物半導體膜 406接觸的導電膜412。
在電晶體450中，導電膜414被用作閘極電極。此外，導電膜410及導電膜412被用作源極電極及汲極電極。
在氧化物半導體膜406中，在與導電膜410、導電膜412及導電膜414不重疊的區域中包含形成氧缺陷的元素。下面，將形成氧缺陷的元素作為雜質元素進行說明。作為雜質元素的典型例子，有氫、硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷、氯以及稀有氣體元素等。作為稀有氣體元素的典型例子，有氦、氖、氬、氪以及氙等。
當對氧化物半導體膜添加雜質元素時，氧化物半導體膜中的金屬元素和氧的鍵合斷開，而形成氧缺陷。或者，當對氧化物半導體膜添加雜質元素時，與氧化物半導體膜中的金屬元素鍵合的氧與該金屬元素鍵合，氧從金屬元素脫離，而形成氧缺陷。其結果，在氧化物半導體膜中載子密度增加且導電率得到提高。
在此，圖26A示出氧化物半導體膜406的部分放大圖。如圖26A所示，氧化物半導體膜406包括與導電膜410、導電膜412或絕緣膜418接觸的區域406b、與絕緣膜408接觸的區域406d。另外，在導電膜414的側面具有錐形形狀的情況下，也可以包括與導電膜414的錐形部分重疊的區域406c。
區域406b被用作低電阻區域。區域406b至少包含作為雜質元素的稀有氣體元素及氫。注意，在導電 膜414的側面具有錐形形狀的情況下，因為雜質元素藉由導電膜414的錐形部添加到區域406c，所以與區域406b相比，區域406c的雜質元素的一個例子的稀有氣體元素的濃度低，然而包含雜質元素。由於包括區域406c，可以提高電晶體的源極-汲極耐壓。
在藉由濺射法形成氧化物半導體膜406的情況下，區域406b至區域406d分別包含稀有氣體元素，並且與區域406d相比，區域406b及區域406c的稀有氣體元素的濃度更高。這是因為在藉由濺射法形成氧化物半導體膜406的情況下，作為濺射氣體使用稀有氣體元素，從而在氧化物半導體膜406中包含稀有氣體元素，並且在區域406b及區域406c中故意地添加稀有氣體元素，以便形成氧缺陷。注意，也可以在區域406b及區域406c中添加有與區域406d不同的稀有氣體元素。
另外，由於區域406b接觸於絕緣膜418，與區域406d相比，區域406b的氫濃度高。另外，在氫從區域406b擴散到區域406c的情況下，區域406c的氫濃度比區域406d高。但是，區域406b的氫濃度比區域406c高。
在區域406b及區域406c中，可以將藉由二次離子質譜分析法得到的氫濃度設定為8×1019atoms/cm3以上，或者1×1020atoms/cm3以上，或者5×1020atoms/cm3以上。此外，可以將藉由二次離子質譜分析法得到的區域406d的氫濃度設定為5×1019atoms/cm3以下，或者 1×1019atoms/cm3以下，或者5×1018atoms/cm3以下，或者1×1018atoms/cm3以下，或者5×1017atoms/cm3以下，或者1×1016atoms/cm3以下。
此外，在作為雜質元素將硼、碳、氮、氟、鋁、矽、磷或氯添加到氧化物半導體膜406的情況下，僅在區域406b及區域406c中包含雜質元素。因此，與區域406d相比，區域406b及區域406c的雜質元素的濃度高。注意，在區域406b及區域406c中，可以將藉由二次離子質譜分析法得到的雜質元素的濃度設定為1×1018atoms/cm3以上且1×1022atoms/cm3以下，或者1×1019atoms/cm3以上且1×1021atoms/cm3以下，或者5×1019atoms/cm3以上且5×1020atoms/cm3以下。
與區域406d相比，區域406b及區域406c的氫濃度高且由於稀有氣體元素的添加的氧缺陷量多。由此區域406b及區域406c具有高導電性而其被用作低電阻區域。典型地，作為區域406b及區域406c的電阻率，可以設定為1×10-3Ωcm以上且低於1×104Ωcm，或者1×10-3Ωcm以上且低於1×10-1Ωcm。
注意，當在區域406b及區域406c中，氫量與氧缺陷量相同或比氧缺陷量較少時，氫容易被氧缺陷俘獲，而不容易擴散到被用作通道的區域406d。其結果，可以製造常關閉特性的電晶體。
區域406d被用作通道。
此外，在將導電膜414用作遮罩對氧化物半 導體膜406添加雜質元素之後，也可以縮小導電膜414的上面形狀的面積(參照圖26B)。明確而言，在對氧化物半導體膜406添加雜質元素之後，對導電膜414上的遮罩(例如，光光阻劑)進行縮小處理。接著，藉由使用該遮罩對導電膜414及絕緣膜408進行蝕刻。藉由上述製程，可以形成圖26B所示的導電膜414a及絕緣膜408a。作為縮小處理可以適用例如使用氧自由基等的灰化處理。
其結果，在氧化物半導體膜406中，在區域406c和被用作通道的區域406d之間，形成偏置(offset)區域406e。注意，藉由將通道長度方向上的偏置區域406e的長度設定為低於0.1μm，可以抑制電晶體的通態電流的降低。
作為圖25A至圖25C所示的基板402，可以適當地適用圖17A和圖17B所示的基板362。
作為圖25A至圖25C所示的絕緣膜404，可以適當地適用圖17A和圖17B所示的絕緣膜364。
作為圖25A至圖25C所示的氧化物半導體膜406，可以適當地適用圖17A和圖17B所示的氧化物半導體膜266及氧化物半導體膜366。
作為圖25A至圖25C所示的絕緣膜408，可以適當地適用圖17A和圖17B所示的絕緣膜272及絕緣膜372。
作為圖25A至圖25C所示的導電膜410、412及414，可以適當地適用圖17A和圖17B所示的導電膜 368、370、374、268、270、261及274。
作為圖25A至圖25C所示的絕緣膜416，可以適當地適用圖23A至圖23C所示的絕緣膜116。
作為圖25A至圖25C所示的絕緣膜418，可以適當地適用圖17A和圖17B所示的絕緣膜376。
可以將絕緣膜416及絕緣膜418的厚度設定為30nm以上且500nm以下或100nm以上且400nm以下。
在電晶體450中，導電膜414與導電膜410及導電膜412不重疊，而可以減少導電膜414和導電膜410及導電膜412之間的寄生電容。其結果是，在作為基板402使用大面積基板的情況下，可以減少導電膜410、導電膜412、導電膜414中的信號遲延。
此外，在電晶體450中，將導電膜414用作遮罩，對氧化物半導體膜406添加雜質元素。就是說，可以自對準地形成低電阻區域。
注意，與圖17A和圖17B所示的電晶體394同樣，可以藉由在絕緣膜404下以重疊於氧化物半導體膜406的方式設置導電膜來形成雙閘極結構的電晶體450。
以上，本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而使用。
在本實施方式中，對用於本發明的一個方式的發光裝 置的像素部及驅動電路的電晶體的變形例子參照圖27A至圖29E進行說明。圖27A至圖27F所示的電晶體包括：形成在基板821上的絕緣膜824上的氧化物半導體膜828；與氧化物半導體膜828接觸的絕緣膜837；以及與絕緣膜837接觸且與氧化物半導體膜828重疊的導電膜840。注意，絕緣膜837具有閘極絕緣膜的功能。此外，導電膜840具有閘極電極的功能。
此外，電晶體中設置有與氧化物半導體膜828接觸的絕緣膜846及與絕緣膜846接觸的絕緣膜847。電晶體中設置有在絕緣膜864及絕緣膜847的開口部中與氧化物半導體膜828接觸的導電膜856、857。注意，導電膜856、857具有源極電極及汲極電極的功能。此外，設置有與絕緣膜847及導電膜856、857接觸的絕緣膜862。
注意，作為本實施方式所示的電晶體的結構及接觸於該結構的導電膜及絕緣膜，可以適當地使用前面的實施方式所示的電晶體的結構及接觸於該結構的導電膜及絕緣膜。
在圖27A所示的電晶體中，氧化物半導體層828包括：形成在與導電膜840重疊的區域中的區域828a；以及夾著區域828a且包含雜質元素的區域828b、828c。此外，導電膜856、857與區域828b、828c接觸。區域828a被用作通道區域。區域828b、828c的電阻率比區域828a低，所以可以說區域828b、828c是低電阻區 域。此外，區域828b、828c被用作源極區域及汲極區域。
或者，如圖27B所示的電晶體那樣，在氧化物半導體膜828中，也可以不對與導電膜856、857接觸的區域828d、828e添加雜質元素。此時，在接觸於導電膜856、857的區域828d、828e與區域828a之間包括包含雜質元素的區域828b、828c。注意，由於區域828d、828e在導電膜856、857被施加電壓時具有導電性，因此區域828d、828e具有源極區域及汲極區域的功能。
注意，藉由在形成導電膜856、857之後以導電膜840及導電膜856、857為遮罩對氧化物半導體膜添加雜質元素，可以形成圖27B所示的電晶體。
在導電膜840中，導電膜840的端部可以是錐形。也就是說，絕緣膜837接觸導電膜840的面與導電膜840的側面所形成的角度θ1也可以是小於90°，或是10°以上且85°以下，或是15°以上且85°以下，或是30°以上且85°以下，或是45°以上且85°以下，或是60°以上且85°以下。藉由使角度θ1為小於90°，或是10°以上且85°以下，或15°以上且85°以下，或30°以上且85°以下，或45°以上且85°以下，或60°以上且85°以下，能夠提高對絕緣膜837及導電膜840的側面的絕緣膜846的覆蓋性。
接著，說明區域828b、828c的變形例子。注意，圖27C至圖27F是圖27A所示的氧化物半導體膜828附近的放大圖。在此，通道長度L是包含一對雜質元素的 區域的間隔。
如圖27C所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828a、區域828b、區域828c的邊界隔著絕緣膜837與導電膜840的端部一致或大致一致。也就是說，在頂面形狀中，區域828a、區域828b、區域828c的邊界與導電膜840的端部一致或大致一致。
或者，如圖27D所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828a具有不與導電膜840重疊的區域。該區域具有偏置區域的功能。以Loff表示通道長度方向的偏置區域的長度。注意，當有多個偏置區域時，將一個偏置區域的長度稱為Loff。Loff包括在通道長度L中。此外，Loff小於通道長度L的20%、10%、5%或2%。
或者，如圖27E所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828b、828c具有隔著絕緣膜837與導電膜840重疊的區域。該區域具有重疊區域的功能。以Lov表示通道長度方向的重疊區域的長度。Lov小於通道長度L的20%、10%、5%或2%。
或者，如圖27F所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828a與區域828b之間包括區域828f，區域828a與區域828c之間包括區域828g。與區域828b、828c相比，區域828f、828g的雜質元素濃度低且電阻率高。雖然在此區域828f、828g與絕緣膜837重疊，但是也可以與絕緣膜837及導電膜840重疊。
注意，雖然在圖27C至圖27F中進行了圖 27A所示的電晶體的說明，但是也可以對圖27B所示的電晶體適當地採用圖27C至圖27F的結構。
在圖28A所示的電晶體中，絕緣膜837的端部位於導電膜840的端部的外側。也就是說，絕緣膜837具有突出於導電膜840的形狀。由於可以使絕緣膜846距離區域828a較遠，因此可以抑制絕緣膜846所含的氮、氫等進入用作通道區域的區域828a。
在圖28B所示的電晶體中，絕緣膜837及導電膜840為錐形，並且各錐部的角度不同。也就是說，角度θ1與角度θ2不同，其中角度θ1是由絕緣膜837接觸導電膜840的面與導電膜840的側面所形成的，角度θ2是由氧化物半導體層828接觸絕緣膜837的面與絕緣膜837的側面所形成的。角度θ2也可以是小於90°、或是30°以上且85°以下，或是45°以上且70°以下。例如，若角度θ2小於角度θ1，則使絕緣膜846的覆蓋性提高。此外，若角度θ2大於角度θ1，可以實現電晶體的微型化。
接著，使用圖28C至圖28F說明區域828b、828c的變形例子。注意，圖28C至圖28F是圖28A所示的氧化物半導體膜828附近的放大圖。
如圖28C所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828a、區域828b、區域828c的邊界隔著絕緣膜837與導電膜840的端部一致或大致一致。也就是說，在頂面形狀中，區域828a、區域828b、區域828c的邊界與導電膜840的端部一致或大致一致。
或者，如圖28D所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828a具有不與導電膜840重疊的區域。該區域具有偏置區域的功能。也就是說，在頂面形狀中，區域828b、828c的端部與絕緣膜837的端部一致或大致一致，而不與導電膜840的端部重疊。
或者，如圖28E所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828b、828c具有隔著絕緣膜837與導電膜840重疊的區域。將該區域稱為重疊區域。也就是說，在頂面形狀中，區域828b、828c的端部與導電膜840重疊。
或者，如圖28F所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828a與區域828b之間包括區域828f，區域828a與區域828c之間包括區域828g。與區域828b、828c相比，區域828f、828g的雜質元素濃度低且電阻率高。雖然在此區域828f、828g與絕緣膜837重疊，但是也可以與絕緣膜837及導電膜840重疊。
注意，雖然在圖28C至圖28F中進行了圖28A所示的電晶體的說明，但是也可以對圖28B所示的電晶體適當地採用圖28C至圖28F的結構。
在圖29A所示的電晶體中，導電膜840為疊層結構，包括與絕緣膜837接觸的導電膜840a及與導電膜840a接觸的導電膜840b。此外，導電膜840a的端部位於導電膜840b的端部的外側。也就是說，導電膜840a具有突出於導電膜840b的形狀。
接著，說明區域828b、828c的變形例子。注意，圖29B至圖29E是圖29A所示的氧化物半導體膜828附近的放大圖。
如圖29B所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828a、區域828b、區域828c的邊界隔著絕緣膜837與導電膜840所包括的導電膜840a的端部一致或大致一致。也就是說，在頂面形狀中，區域828a、區域828b、區域828c的邊界與導電膜840的端部一致或大致一致。
或者，如圖29C所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828a具有不與導電膜840重疊的區域。該區域具有偏置區域的功能。也就是說，在頂面形狀中，區域828b、828c的端部不與導電膜840a重疊。
或者，如圖29D所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828b、828c具有與導電膜840(在此為導電膜840a)重疊的區域。將該區域稱為重疊區域。也就是說，在頂面形狀中，區域828b、828c的端部與導電膜840a重疊。
或者，如圖29E所示，在通道長度方向的剖面形狀中，區域828a與區域828b之間包括區域828f，區域828a與區域828c之間包括區域828g。由於雜質元素穿過導電膜840a被添加到區域828f、828g，因此與區域828b、828c相比，區域828f、828g的雜質元素濃度低且電阻率高。注意，在此區域828f、828g也可以與導電膜 840a或導電膜840b重疊。
注意，絕緣膜837的端部也可以位於導電膜840a的端部的外側。
或者，絕緣膜837的側面也可以彎曲。
或者，絕緣膜837也可以是錐形。也就是說，氧化物半導體層828接觸絕緣膜837的面與絕緣膜837的側面所形成的角度也可以是小於90°，較佳是30°以上且小於90°。
如圖29A至圖29E所示，氧化物半導體層828藉由具有與區域828b、828c相比雜質元素濃度低且電阻率高的區域828f、828g，能夠緩和汲極區域的電場。因此，能夠降低起因於汲極區域的電場的電晶體的臨界電壓的變動等劣化。
以上，本實施方式可以與其他實施方式所記載的結構適當地組合而使用。
在本實施方式中，對本發明的一個方式的發光裝置的像素的俯視圖及剖面圖的一個例子進行說明。
圖30示出圖1所示的像素11的俯視圖作為一個例子。注意，在圖30中，為了明確表示像素11的佈局，省略各種絕緣膜、像素電極及發光元件54。
注意，圖30所示的電晶體55、電晶體56及電晶體57的結構相當於圖25所示的電晶體450。
電晶體56包括用作閘極的導電膜1003、半導體膜1004、與半導體膜1004電連接並用作源極或汲極的導電膜1005及導電膜1006。導電膜1003被用作佈線GL。導電膜1005藉由接觸孔與被用作佈線SL的導電膜1001電連接。
電晶體57包括用作閘極的導電膜1003、半導體膜1007、與半導體膜1007電連接並用作源極或汲極的導電膜1008及導電膜1009。導電膜1008藉由接觸孔與被用作佈線ML的導電膜1002電連接。
電晶體55包括用作閘極的導電膜1010、半導體膜1007、與半導體膜1007電連接並用作源極或汲極的導電膜1009及導電膜1011。導電膜1011被用作佈線VL。
電容元件58包括：被用作第一電極的半導體膜1007；被用作第二電極的導電膜1010；以及半導體膜1007與導電膜1010之間的絕緣膜(未圖示)。半導體膜1007較佳為充分被低電阻化，以便能夠被用作電極。
此外，導電膜1009藉由導電膜1012與被用作像素電極的導電膜1013(未圖示)電連接。導電膜1013還具有發光元件54的陽極或陰極的功能。
注意，作為導電膜1013，可以使用金屬、合金、導電化合物以及它們的混合物等。明確而言，除了可 以使用氧化銦-氧化錫(ITO：Indium Tin Oxide)、包含矽或氧化矽的氧化銦-氧化錫、氧化銦-氧化鋅(Indium Zinc Oxide)、包含氧化鎢及氧化鋅的氧化銦、金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)、鈦(Ti)之外，還可以使用屬於元素週期表中第1族或第2族的元素，即鹼金屬諸如鋰(Li)和銫(Cs)等、鹼土金屬諸如鈣(Ca)和鍶(Sr)等、鎂(Mg)、包含它們的合金(MgAg、AlLi)、稀土金屬諸如銪(Eu)和鐿(Yb)等、包含它們的合金及石墨烯等。並且，藉由適當地選擇上述材料且將其膜厚度設定為最適合的值，可以分別製造頂部發射結構、底部發射結構或雙面發射結構。
此外，在本發明的一個方式中，發光裝置也可以採用彩色濾光片方式，其中藉由組合發射白色等單色光的發光元件和彩色濾光片進行全彩色影像的顯示。或者可以採用使用發射彼此不同的色調的光的多個發光元件進行全彩色影像的顯示的方式。該方式由於根據對應的顏色分別形成設置在發光元件所具有的一對電極之間的EL層，因此被稱為獨立顯色方式。
當採用獨立顯色方式時，通常使用金屬遮罩等遮罩藉由蒸鍍法進行EL層的形成。由此，像素的尺寸依賴於藉由蒸鍍法的EL層的形成精度。另一方面，當採用彩色濾光片方式時，與獨立顯色方式不同，不需要進行EL層的獨立形成。因此，與採用獨立顯色方式的情況相 比，容易縮小像素的尺寸，從而可以實現高精細的像素部。
另外，當採用頂部發射結構時，因為發光元件所發射的光不被佈線、電晶體、電容元件等各種元件遮擋，所以與採用底部發射結構時相比，可以提高從像素取出光的效率。因此，即使降低供應到發光元件的電流值，頂部發射結構也可以得到高亮度，所以有利於延長發光元件的使用壽命。
在本發明的一個方式中，發光裝置也可以採用使從EL層發射的光在發光元件內發生諧振的微腔(光學微諧振腔)結構。藉由採用微腔結構，可以提高從發光元件取出具有特定波長的光的效率，因此可以提高像素部的亮度和色純度。
圖31示出相當於本發明的一個方式的發光裝置的像素部的剖面結構的一個例子。注意，圖31例示出圖2及圖30所示的像素11所包括的電晶體56、電容元件58及發光元件54的剖面結構。
明確而言，圖31所示的發光裝置在基板1000上包括絕緣膜1016、絕緣膜1016上的電晶體56及電容元件58。電晶體56包括：半導體膜1004；半導體膜1004上的絕緣膜1015；隔著絕緣膜1015與半導體膜1004重疊並被用作閘極的導電膜1003；與半導體膜1004 接觸並設置在絕緣膜1017及絕緣膜1018的開口部中的導電膜1005；以及與半導體膜1004接觸並設置在絕緣膜1017及絕緣膜1018的開口部中的導電膜1006。注意，導電膜1005及導電膜1006被用作電晶體56的源極及汲極。
電容元件58包括：被用作電極的半導體膜1007；半導體膜1007上的絕緣膜1015；以及隔著絕緣膜1015與半導體膜1007重疊並被用作電極的導電膜1010。
作為絕緣膜1015，可以使用含有氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎂、氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿以及氧化鉭中的一種以上的絕緣膜的單層或疊層形成。注意，在本說明書中，“氧氮化物”是指在其組成中氧含量多於氮含量的材料，而“氮氧化物”是指在其組成中氮含量多於氧含量的材料。
在作為半導體膜1004使用氧化物半導體的情況下，作為絕緣膜1016較佳為使用能夠對半導體膜1004供應氧的材料。藉由將上述材料用於絕緣膜1016，可以使包含於絕緣膜1016中的氧移動到半導體膜1004中，而可以減少半導體膜1004的氧缺損量。藉由在形成半導體膜1004之後進行加熱處理來可以使包含於絕緣膜1016中的氧有效地移動到半導體膜1004中。
在半導體膜1004、導電膜1003及導電膜1010上設置有絕緣膜1017，在絕緣膜1017上設置有絕緣 膜1018，在絕緣膜1018上設置有導電膜1005、導電膜1006、導電膜1009及絕緣膜1019。在絕緣膜1019上設置有導電膜1001及導電膜1012，該導電膜1001在絕緣膜1019的開口部中與導電膜1005電連接，該導電膜1012在絕緣膜1019的開口部中與導電膜1009電連接。
在作為半導體膜1004使用氧化物半導體的情況下，絕緣膜1017較佳為具有能夠阻擋氧、氫、水、鹼金屬、鹼土金屬等的功能。藉由設置絕緣膜1017，可以防止氧從半導體膜1004擴散到外部且氫、水等從外部進入到半導體膜1004中。作為絕緣膜1017，例如可以使用氮化物絕緣膜。該氮化物絕緣膜可以使用氮化矽、氮氧化矽、氮化鋁、氮氧化鋁等形成。另外，也可以設置對氧、氫、水等具有阻擋效果的氧化物絕緣膜代替對氧、氫、水、鹼金屬、鹼土金屬等具有阻擋效果的氮化物絕緣膜。作為具有阻擋氧、氫、水等的效果的氧化物絕緣膜，有氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鎵膜、氧氮化鎵膜、氧化釔膜、氧氮化釔膜、氧化鉿膜、氧氮化鉿膜等。
在絕緣膜1019、導電膜1001及導電膜1012上設置有絕緣膜1020及導電膜1013，該導電膜1013在絕緣膜1020的開口部中與導電膜1012電連接。導電膜1013的詳細內容可以參照圖30中的導電膜1013的記載。
在絕緣膜1020及導電膜1013上設置有絕緣膜1025。絕緣膜1025在與導電膜1013重疊的位置中具 有開口部。另外，在絕緣膜1025上的絕緣膜1025的開口部之外的位置上設置有絕緣膜1026。並且，在絕緣膜1025及絕緣膜1026上依次層疊有EL層1027及導電膜1028。導電膜1013和導電膜1028隔著EL層1027重疊的部分被用作發光元件54。並且，導電膜1013和導電膜1028中的一個被用作陽極而另一個被用作陰極。
另外，發光裝置包括夾著發光元件54與基板1000對置的基板1030。在基板1030下設置有具有遮蔽光的功能的遮蔽膜1031，即在基板1030的近於發光元件54一側的面上設置有具有遮蔽光的功能的遮蔽膜1031。遮蔽膜1031在與發光元件54重疊的區域中具有開口部。在與發光元件54重疊的開口部中，在基板1030下設置有使特定波長範圍內的可見光透過的著色層1032。
注意，絕緣膜1026是用來調整發光元件54與基板1030之間的距離的，根據情況而可以省略。
另外，雖然在本實施方式中表示從與元件基板相反一側取出發光元件54的光的頂部發射結構，但是本發明的一個方式可以採用從元件基板一側取出發光元件54的光的底部發射結構或從元件基板一側及與元件基板相反一側取出發光元件54的光的雙面發射結構。
以上，本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而使用。
在本實施方式中，參照圖式對可以使用本發明的一個方式的顯示裝置的顯示模組及電子裝置進行說明。
圖32是示出根據本發明的一個方式的發光裝置的外觀例子的透視圖。圖32所示的發光裝置包括：面板1601；設置有控制器、電源電路、影像處理電路、影像記憶體、CPU等的電路基板1602；以及連接部1603。面板1601包括：設置有多個像素的像素部1604；按行選擇多個像素的驅動電路1605；以及控制將影像信號Sig輸入到被選擇的行的像素的驅動電路1606。
從電路基板1602藉由連接部1603將各種信號和電源的電位輸入到面板1601。可以將FPC(Flexible Printed Circuit：撓性印刷電路)等用於連接部1603。當將COF膠帶用於連接部1603時，也可以在另行準備的晶片上形成電路基板1602中的一部分電路或面板1601所具有的驅動電路1605和驅動電路1606中的一部分等，然後藉由COF(Chip On Film：薄膜覆晶封裝)法使該晶片電連接到COF膠帶。
根據本發明的一個方式的發光裝置可以用於顯示裝置、筆記本式個人電腦或具備儲存介質的影像再現裝置 (典型的是，能夠再現儲存介質如數位影音光碟(DVD：Digital Versatile Disc)等並具有可以顯示其影像的顯示器的裝置)中。另外，作為可以使用根據本發明的一個方式的發光裝置的電子裝置，可以舉出行動電話、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、電子書閱讀器、視頻攝影機、數位相機等影像拍攝裝置、護目鏡型顯示器(頭部安裝顯示器)、導航系統、音頻再生装置(汽車音響系統、數位聲訊播放機等)、影印機、傳真機、印表機、多功能印表機、自動櫃員機(ATM)以及自動販賣機等。在圖33A至圖33F中示出這些電子裝置的具體例子。
圖33A是顯示裝置，該顯示裝置包括外殼3001、顯示部3002以及支撐台3003等。可以將根據本發明的一個方式的發光裝置用於顯示部3002。另外，顯示裝置包括用於個人電腦、TV播放接收、廣告顯示等的所有資訊顯示用顯示裝置。
圖33B是可攜式資訊終端，該可攜式資訊終端包括外殼3101、顯示部3102以及操作鍵3103等。可以將根據本發明的一個方式的發光裝置用於顯示部3102。
圖33C是顯示裝置，該顯示裝置包括具有曲面的外殼3701、顯示部3702等。藉由將具有撓性的基板用於根據本發明的一個方式的發光裝置，可以將該發光裝置用於由具有曲面的外殼3701支撐的顯示部3702，並且可以提供一種撓性，輕量且使用方便的顯示裝置。
圖33D是可攜式遊戲機，該可攜式遊戲機包括外殼3301、外殼3302、顯示部3303、顯示部3304、麥克風3305、揚聲器3306、操作鍵3307、觸控筆3308等。可以將根據本發明的一個方式的發光裝置用於顯示部3303或顯示部3304。藉由將根據本發明的一個方式的發光裝置用於顯示部3303或顯示部3304，可以提供使用者使用方便且難以發生品質劣化的可攜式遊戲機。注意，雖然圖33D所示的可攜式遊戲機具有兩個顯示部3303及顯示部3304，但是可攜式遊戲機所具有的顯示部的個數不侷限於此。
圖33E是電子書閱讀器，該電子書閱讀器包括外殼3601、顯示部3602等。可以將根據本發明的一個方式的發光裝置用於顯示部3602。而且，藉由使用具有撓性的基板，可以使發光裝置具有撓性，因此可以提供一種具有撓性，輕量且使用方便的電子書閱讀器。
圖33F是行動電話機，該行動電話機在外殼3901中設置有顯示部3902、麥克風3907、揚聲器3904、相機3903、外部連接部3906以及操作用的按鈕3905。可以將根據本發明的一個方式的發光裝置用於顯示部3902。另外，在將根據本發明的一個方式的發光裝置形成在具有撓性的基板上時，如圖33F所示，可以將該發光裝置應用於具有曲面的顯示部3902中。
以上，本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而使用。
在本實施方式中，說明能夠適用於本發明的一個方式的氧化物半導體的結構及其成膜模型。
在本說明書中，“平行”是指兩條直線形成的角度為-10°以上且10°以下的狀態。因此，也包括該角度為-5°以上且5°以下的狀態。另外，“大致平行”是指兩條直線形成的角度為-30°以上且30°以下的情況。另外，“垂直”是指兩條直線的角度為80°以上且100°以下的狀態。因此，也包括該角度為85°以上且95°以下的狀態。“大致垂直”是指兩條直線形成的角度為60°以上且120°以下的狀態。
在本說明書中，六方晶系包括三方晶系和菱方晶系。
下面，對氧化物半導體的結構進行說明。
氧化物半導體被分為單晶氧化物半導體和非單晶氧化物半導體。作為非單晶氧化物半導體有CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor：c軸配向結晶氧化物半導體)、多晶氧化物半導體、微晶氧化物半導體以及非晶氧化物半導體等。
從其他觀點看來，氧化物半導體被分為非晶氧化物半導體和結晶氧化物半導體。作為結晶氧化物半導 體有單晶氧化物半導體、CAAC-OS、多晶氧化物半導體以及微晶氧化物半導體等。
首先，對CAAC-OS進行說明。注意，也可以將CAAC-OS稱為具有CANC(C-Axis Aligned nanocrystals：c軸配向奈米晶)的氧化物半導體。
CAAC-OS是包含多個c軸配向的結晶部(也稱為顆粒)的氧化物半導體之一。
在利用穿透式電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)觀察所得到的CAAC-OS的明視場影像與繞射圖案的複合分析影像(也稱為高解析度TEM影像)中，觀察到多個顆粒。然而，在高解析度TEM影像中，觀察不到顆粒與顆粒之間的明確的邊界，即晶界(grain boundary)。因此，可以說在CAAC-OS中，不容易發生起因於晶界的電子移動率的降低。
下面，對利用TEM觀察的CAAC-OS進行說明。圖35A示出從大致平行於樣本面的方向觀察所得到的CAAC-OS的剖面的高解析度TEM影像。利用球面像差校正(Spherical Aberration Corrector)功能得到高解析度TEM影像。將利用球面像差校正功能所得到的高解析度TEM影像特別稱為Cs校正高解析度TEM影像。例如可以使用日本電子株式會社製造的原子解析度分析型電子顯微鏡JEM-ARM200F等得到Cs校正高解析度TEM影像。
圖35B示出將圖35A中的區域(1)放大的Cs校正高解析度TEM影像。由圖35B可以確認到在顆粒中金屬原子排列為層狀。各金屬原子層具有反映了形成CAAC-OS膜的面(也稱為被形成面)或CAAC-OS膜的頂面的凸凹的配置並以平行於CAAC-OS的被形成面或頂面的方式排列。
如圖35B所示，CAAC-OS具有特有的原子排列。圖35C是以輔助線示出特有的原子排列的圖。由圖35B和圖35C可知，一個顆粒的尺寸為1nm以上且3nm以下左右，由顆粒與顆粒之間的傾斜產生的空隙的尺寸為0.8nm左右。因此，也可以將顆粒稱為奈米晶(nc：nanocrystal)。
在此，根據Cs校正高解析度TEM影像，將基板5120上的CAAC-OS的顆粒5100的配置示意性地表示為堆積磚塊或塊體的結構(參照圖35D)。在圖35C中觀察到的在顆粒與顆粒之間產生傾斜的部分相當於圖35D所示的區域5161。
圖36A示出從大致垂直於樣本面的方向觀察所得到的CAAC-OS的平面的Cs校正高解析度TEM影像。圖36B、圖36C和圖36D分別示出將圖36A中的區域(1)、區域(2)和區域(3)放大的Cs校正高解析度TEM影像。由圖36B、圖36C和圖36D可知在顆粒中金屬原子排列為三角形狀、四角形狀或六角形狀。但是，在不同的顆粒之間金屬原子的排列沒有規律性。
接著，說明使用X射線繞射(XRD：X-Ray Diffraction)裝置進行分析的CAAC-OS。例如，當利用out-of-plane法分析包含InGaZnO4結晶的CAAC-OS的結構時，如圖37A所示，在繞射角(2θ)為31°附近時常出現峰值。由於該峰值來源於InGaZnO4結晶的(009)面，由此可知CAAC-OS中的結晶具有c軸配向性，並且c軸朝向大致垂直於被形成面或頂面的方向。
注意，當利用out-of-plane法分析包含InGaZnO4結晶的CAAC-OS的結構時，除了2θ為31°附近的峰值以外，有時在2θ為36°附近時也出現峰值。2θ為36°附近的峰值表示CAAC-OS中的一部分包含不具有c軸配向性的結晶。較佳的是，在利用out-of-plane法分析的CAAC-OS的結構中，在2θ為31°附近時出現峰值而在2θ為36°附近時不出現峰值。
另一方面，當利用從大致垂直於c軸的方向使X射線入射到樣本的in-plane法分析CAAC-OS的結構時，在2θ為56°附近時出現峰值。該峰值來源於InGaZnO4結晶的(110)面。在CAAC-OS中，即使將2θ固定為56°附近並在以樣本面的法線向量為軸(Φ軸)旋轉樣本的條件下進行分析(Φ掃描)，也如圖37B所示的那樣觀察不到明確的峰值。相比之下，在InGaZnO4的單晶氧化物半導體中，在將2θ固定為56°附近來進行Φ掃描時，如圖37C所示的那樣觀察到來源於相等於(110)面的結晶面的六個峰值。因此，由使用XRD的結構分析可 以確認到CAAC-OS中的a軸和b軸的配向沒有規律性。
接著，說明利用電子繞射進行分析的CAAC-OS。例如，當對包含InGaZnO4結晶的CAAC-OS在平行於樣本面的方向上入射束徑為300nm的電子線時，可能會獲得圖38A所示的繞射圖案(也稱為選區透過電子繞射圖案)。在該繞射圖案中包含起因於InGaZnO4結晶的(009)面的斑點。因此，由電子繞射也可知CAAC-OS所包含的顆粒具有c軸配向性，並且c軸朝向大致垂直於被形成面或頂面的方向。另一方面，圖38B示出對相同的樣本在垂直於樣本面的方向上入射束徑為300nm的電子線時的繞射圖案。由圖38B觀察到環狀的繞射圖案。因此，由電子繞射也可知CAAC-OS所包含的顆粒的a軸和b軸不具有配向性。可以認為圖38B中的第一環起因於InGaZnO4結晶的(010)面和(100)面等。另外，可以認為圖38B中的第二環起因於(110)面等。
另外，CAAC-OS是缺陷態密度低的氧化物半導體。氧化物半導體的缺陷例如有起因於雜質的缺陷、氧缺損等。因此，可以將CAAC-OS稱為雜質濃度低的氧化物半導體或者氧缺損少的氧化物半導體。
包含於氧化物半導體的雜質有時會成為載子陷阱或載子發生源。另外，氧化物半導體中的氧缺損有時會成為載子陷阱或因俘獲氫而成為載子發生源。
此外，雜質是指氧化物半導體的主要成分以外的元素，諸如氫、碳、矽和過渡金屬元素等。例如，與 氧的鍵合力比構成氧化物半導體的金屬元素強的矽等元素會奪取氧化物半導體中的氧，由此打亂氧化物半導體的原子排列，導致結晶性下降。另外，由於鐵或鎳等的重金屬、氬、二氧化碳等的原子半徑(或分子半徑)大，所以會打亂氧化物半導體的原子排列，導致結晶性下降。
缺陷態密度低(氧缺損少)的氧化物半導體可以具有低載子密度。將這樣的氧化物半導體稱為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體。CAAC-OS的雜質濃度和缺陷態密度低。也就是說，CAAC-OS容易成為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體。因此，使用CAAC-OS的電晶體很少具有負臨界電壓的電特性(很少成為常開啟)。高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體的載子陷阱少。被氧化物半導體的載子陷阱俘獲的電荷需要很長時間才能被釋放，並且有時像固定電荷那樣動作。因此，使用雜質濃度高且缺陷態密度高的氧化物半導體的電晶體有時電特性不穩定。但是，使用CAAC-OS的電晶體電特性變動小且可靠性高。
由於CAAC-OS的缺陷態密度低，所以因光照射等而生成的載子很少被缺陷能階俘獲。因此，在使用CAAC-OS的電晶體中，起因於可見光或紫外光的照射的電特性的變動小。
接著說明微晶氧化物半導體。
在微晶氧化物半導體的高解析度TEM影像中有能夠觀察到結晶部的區域和觀察不到明確的結晶部的區域。微晶氧化物半導體所包含的結晶部的尺寸大多為1nm以上且100nm以下或1nm以上且10nm以下。尤其是，將包含尺寸為1nm以上且10nm以下或1nm以上且3nm以下的微晶的奈米晶的氧化物半導體稱為nc-OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor：奈米晶氧化物半導體)。例如，在nc-OS的高解析度TEM影像中，有時無法明確地觀察到晶界。注意，奈米晶的來源有可能與CAAC-OS中的顆粒相同。因此，下面有時將nc-OS的結晶部稱為顆粒。
在nc-OS中，微小的區域(例如1nm以上且10nm以下的區域，特別是1nm以上且3nm以下的區域)中的原子排列具有週期性。另外，nc-OS在不同的顆粒之間觀察不到結晶定向的規律性。因此，在膜整體中觀察不到配向性。所以，有時nc-OS在某些分析方法中與非晶氧化物半導體沒有差別。例如，當利用使用其束徑比顆粒大的X射線的XRD裝置藉由out-of-plane法對nc-OS進行結構分析時，檢測不到表示結晶面的峰值。在使用其束徑比顆粒大(例如，50nm以上)的電子射線對nc-OS進行電子繞射(選區電子繞射)時，觀察到類似光暈圖案的繞射圖案。另一方面，在使用其束徑近於顆粒或者比顆粒小的電子射線對nc-OS進行奈米束電子繞射時，觀察到斑點。另外，在nc-OS的奈米束電子繞射圖案中，有時觀察 到如圓圈那樣的(環狀的)亮度高的區域。而且，在nc-OS的奈米束電子繞射圖案中，有時還觀察到環狀的區域內的多個斑點。
如此，由於在顆粒(奈米晶)之間結晶定向都沒有規律性，所以也可以將nc-OS稱為包含RANC(Random Aligned nanocrystals：無規配向奈米晶)的氧化物半導體或包含NANC(Non-Aligned nanocrystals：無配向奈米晶)的氧化物半導體。
nc-OS是規律性比非晶氧化物半導體高的氧化物半導體。因此，nc-OS的缺陷態密度比非晶氧化物半導體低。但是，在nc-OS中的不同的顆粒之間觀察不到晶體配向的規律性。所以，nc-OS的缺陷態密度比CAAC-OS高。
接著，說明非晶氧化物半導體。
非晶氧化物半導體是膜中的原子排列沒有規律且不具有結晶部的氧化物半導體。其一個例子為具有如石英那樣的無定形態的氧化物半導體。
在非晶氧化物半導體的高解析度TEM影像中無法發現結晶部。
在使用XRD裝置藉由out-of-plane法對非晶氧化物半導體進行結構分析時，檢測不到表示結晶面的峰值。在對非晶氧化物半導體進行電子繞射時，觀察到光暈 圖案。在對非晶氧化物半導體進行奈米束電子繞射時，觀察不到斑點而只觀察到光暈圖案。
關於非晶結構有各種見解。例如，有時將原子排列完全沒有規律性的結構稱為完全的非晶結構(completely amorphous structure)。也有時將到最接近原子間距或到第二接近原子間距具有規律性，並且不是長程有序的結構稱為非晶結構。因此，根據最嚴格的定義，即使是略微具有原子排列的規律性的氧化物半導體也不能被稱為非晶氧化物半導體。至少不能將長程有序的氧化物半導體稱為非晶氧化物半導體。因此，由於具有結晶部，例如不能將CAAC-OS和nc-OS稱為非晶氧化物半導體或完全的非晶氧化物半導體。
注意，氧化物半導體有時具有介於nc-OS與非晶氧化物半導體之間的結構。將具有這樣的結構的氧化物半導體特別稱為amorphous-like氧化物半導體(a-like OS：amorphous-like Oxide Semiconductor)。
在a-like OS的高解析度TEM影像中有時觀察到空洞(void)。另外，在高解析度TEM影像中，有能夠明確地觀察到結晶部的區域和不能觀察到結晶部的區域。
由於a-like OS包含空洞，所以其結構不穩定。為了證明與CAAC-OS及nc-OS相比a-like OS具有不 穩定的結構，下面示出電子照射所導致的結構變化。
作為進行電子照射的樣本，準備a-like OS(樣本A)、nc-OS(樣本B)和CAAC-OS(樣本C)。每個樣本都是In-Ga-Zn氧化物。
首先，取得各樣本的高解析度剖面TEM影像。由高解析度剖面TEM影像可知，每個樣本都具有結晶部。
注意，如下那樣決定將哪個部分作為一個結晶部。例如，已知InGaZnO4結晶的單位晶格具有包括三個In-O層和六個Ga-Zn-O層的9個層在c軸方向上以層狀層疊的結構。這些彼此靠近的層的間隔與(009)面的晶格表面間隔(也稱為d值)是幾乎相等的，由結晶結構分析求出其值為0.29nm。由此，可以將晶格條紋的間隔為0.28nm以上且0.30nm以下的部分作為InGaZnO4結晶部。每個晶格條紋對應於InGaZnO4結晶的a-b面。
圖39示出調查了各樣本的結晶部(22個部分至45個部分)的平均尺寸的例子。注意，結晶部尺寸對應於上述晶格條紋的長度。由圖39可知，在a-like OS中，結晶部根據電子的累積照射量逐漸變大。明確而言，如圖39中的(1)所示，可知在利用TEM的觀察初期尺寸為1.2nm左右的結晶部(也稱為初始晶核)在累積照射量為4.2×108e-/nm2時生長到2.6nm左右。另一方面，可知nc-OS和CAAC-OS在開始電子照射時到電子的累積照射量為4.2×108e-/nm2的範圍內，結晶部的尺寸都沒有變 化。明確而言，如圖39中的(2)及(3)所示，可知無論電子的累積照射量如何，nc-OS及CAAC-OS的平均結晶部尺寸都分別為1.4nm左右及2.1nm左右。
如此，有時電子照射引起a-like OS中的結晶部的生長。另一方面，可知在nc-OS和CAAC-OS中，幾乎沒有電子照射所引起的結晶部的生長。也就是說，a-like OS與CAAC-OS及nc-OS相比具有不穩定的結構。
此外，由於a-like OS包含空洞，所以其密度比nc-OS及CAAC-OS低。具體地，a-like OS的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的78.6%以上且小於92.3%。nc-OS的密度及CAAC-OS的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的92.3%以上且小於100%。注意，難以形成其密度小於單晶氧化物半導體的密度的78%的氧化物半導體。
例如，在原子數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，具有菱方晶系結構的單晶InGaZnO4的密度為6.357g/cm3。因此，例如，在原子數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，a-like OS的密度為5.0g/cm3以上且小於5.9g/cm3。另外，例如，在原子數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，nc-OS的密度和CAAC-OS的密度為5.9g/cm3以上且小於6.3g/cm3。
注意，有時不存在相同組成的單晶。此時，藉由以任意比例組合組成不同的單晶氧化物半導體，可以估計出相當於所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度。 根據組成不同的單晶的組合比例使用加權平均計算出相當於所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度即可。注意，較佳儘可能減少所組合的單晶氧化物半導體的種類來計算密度。
如上所述，氧化物半導體具有各種結構及各種特性。注意，氧化物半導體例如可以是包括非晶氧化物半導體、a-like OS、微晶氧化物半導體和CAAC-OS中的兩種以上的疊層膜。
下面對CAAC-OS和nc-OS的成膜模型的一個例子進行說明。
圖40A是示出利用濺射法形成CAAC-OS的狀況的成膜室內的示意圖。
靶材5130被黏合到底板上。在隔著底板與靶材5130相對的位置配置多個磁鐵。由該多個磁鐵產生磁場。利用磁鐵的磁場提高沈積速度的濺射法被稱為磁控濺射法。
基板5120以與靶材5130相對的方式配置，其距離d(也稱為靶材與基板之間的距離(T-S間距離))為0.01m以上且1m以下，較佳為0.02m以上且0.5m以下。成膜室內幾乎被成膜氣體(例如，氧、氬或包含5vol%以上的氧的混合氣體)充滿，並且成膜室內的壓力被控制為0.01Pa以上且100Pa以下，較佳為0.1Pa以 上且10Pa以下。在此，藉由對靶材5130施加一定程度以上的電壓，開始放電且確認到電漿。由磁場在靶材5130附近形成高密度電漿區域。在高密度電漿區域中，因成膜氣體的離子化而產生離子5101。離子5101例如是氧的陽離子(O+)或氬的陽離子(Ar+)等。
這裡，靶材5130具有包括多個晶粒的多晶結構，其中至少一個晶粒包括劈開面。作為一個例子，圖41A示出靶材5130所包含的InGaZnO4結晶的結構。注意，圖41A示出從平行於b軸的方向觀察InGaZnO4結晶時的結構。由圖41A可知，在靠近的兩個Ga-Zn-O層中，每個層中的氧原子彼此配置得很近。並且，藉由氧原子具有負電荷，在靠近的兩個Ga-Zn-O層之間產生斥力。其結果是，InGaZnO4結晶在靠近的兩個Ga-Zn-O層之間具有劈開面。
在高密度電漿區域產生的離子5101由電場向靶材5130一側被加速而碰撞到靶材5130。此時，平板狀或顆粒狀的濺射粒子的顆粒5100a和顆粒5100b從劈開面剝離而濺出。注意，顆粒5100a和顆粒5100b的結構有時會因離子5101碰撞的衝擊而產生畸變。
顆粒5100a是具有三角形、例如正三角形的平面的平板狀或顆粒狀的濺射粒子。顆粒5100b是具有六角形、例如正六角形的平面的平板狀或顆粒狀的濺射粒子。注意，將顆粒5100a和顆粒5100b等平板狀或顆粒狀的濺射粒子總稱為顆粒5100。顆粒5100的平面的形狀不 侷限於三角形或六角形。例如，有時為組合多個三角形的形狀。例如，還有時為組合兩個三角形(例如正三角形)的四角形(例如菱形)。
根據成膜氣體的種類等決定顆粒5100的厚度。顆粒5100的厚度較佳為均勻的，其理由在後面說明。另外，與厚度大的骰子狀相比，濺射粒子較佳為厚度小的顆粒狀。例如，顆粒5100的厚度為0.4nm以上且1nm以下，較佳為0.6nm以上且0.8nm以下。另外，例如，顆粒5100的寬度為1nm以上且3nm以下，較佳為1.2nm以上且2.5nm以下。顆粒5100相當於在上述圖39中的(1)所說明的初始晶核。例如，在使離子5101碰撞包含In-Ga-Zn氧化物的靶材5130的情況下，如圖41B所示，包含Ga-Zn-O層、In-O層和Ga-Zn-O層的三個層的顆粒5100剝離。圖41C示出從平行於c軸的方向觀察剝離的顆粒5100時的結構。可以將顆粒5100的結構稱為包含兩個Ga-Zn-O層(麵包片)和In-O層(餡)的奈米尺寸的三明治結構。
有時顆粒5100在穿過電漿時接收電荷，因此其側面帶負電或帶正電。例如，在顆粒5100中，位於其側面的氧原子有可能帶負電。因側面帶相同極性的電荷而電荷相互排斥，從而可以維持平板形狀或顆粒形狀。當CAAC-OS是In-Ga-Zn氧化物時，與銦原子鍵合的氧原子有可能帶負電。或者，與銦原子、鎵原子或鋅原子鍵合的氧原子有可能帶負電。另外，有時顆粒5100在穿過電漿 時與電漿中的銦原子、鎵原子、鋅原子和氧原子等鍵合而生長。上述圖39中的(2)和(1)的尺寸的差異相當於電漿中的生長程度。在此，當基板5120的溫度為室溫左右時，不容易產生基板5120上的顆粒5100的生長，因此成為nc-OS(參照圖40B)。由於能夠在室溫左右的溫度下進行成膜，即使基板5120的面積大也能夠形成nc-OS。注意，為了使顆粒5100在電漿中生長，提高濺射法中的成膜功率是有效的。藉由提高成膜功率，可以使顆粒5100的結構穩定。
如圖40A和圖40B所示，例如顆粒5100像風箏那樣在電漿中飛著，並輕飄飄地飛到基板5120上。由於顆粒5100帶有電荷，所以在它靠近其他顆粒5100已沉積的區域時產生斥力。在此，在基板5120的頂面產生平行於基板5120頂面的磁場(也稱為水平磁場)。另外，由於在基板5120與靶材5130之間有電位差，所以電流從基板5120向靶材5130流過。因此，顆粒5100在基板5120頂面受到由磁場和電流的作用引起的力量(勞侖茲力)。這可以由弗萊明左手定則得到解釋。
顆粒5100的質量比一個原子大。因此，為了在基板5120頂面移動，重要的是從外部施加某些力量。該力量之一有可能是由磁場和電流的作用產生的力量。為了對顆粒5100施加充分的力量以便顆粒5100在基板5120頂面移動，較佳在基板5120頂面設置平行於基板5120頂面的磁場為10G以上，較佳為20G以上，更佳為 30G以上，進一步較佳為50G以上的區域。或者，較佳在基板5120頂面設置平行於基板5120頂面的磁場為垂直於基板5120頂面的磁場的1.5倍以上，較佳為2倍以上，更佳為3倍以上，進一步較佳為5倍以上的區域。
此時，藉由磁鐵與基板5120相對地移動或旋轉，基板5120頂面的水平磁場的方向不斷地變化。因此，在基板5120頂面，顆粒5100受到各種方向的力量而可以向各種方向移動。
另外，如圖40A所示，當基板5120被加熱時，顆粒5100與基板5120之間的由摩擦等引起的電阻小。其結果是，顆粒5100在基板5120頂面下滑。顆粒5100的移動發生在使其平板面朝向基板5120的狀態下。然後，當顆粒5100到達已沉積的其他顆粒5100的側面時，它們的側面彼此鍵合。此時，顆粒5100的側面的氧原子脫離。CAAC-OS中的氧缺損有時被所脫離的氧原子填補，因此形成缺陷態密度低的CAAC-OS。注意，基板5120的頂面溫度例如為100℃以上且小於500℃、150℃以上且小於450℃或170℃以上且小於400℃即可。因此，即使基板5120的面積大也能夠形成CAAC-OS。
另外，藉由在基板5120上加熱顆粒5100，原子重新排列，從而離子5101的碰撞所引起的結構畸變得到緩和。畸變得到緩和的顆粒5100幾乎成為單晶。由於顆粒5100幾乎成為單晶，即使顆粒5100在彼此鍵合之後被加熱也幾乎不會發生顆粒5100本身的伸縮。因此，不 會發生顆粒5100之間的空隙擴大導致晶界等缺陷的形成而成為裂縫(crevasse)的情況。
CAAC-OS不是如一張平板的單晶氧化物半導體，而是具有如磚塊或塊體堆積起來那樣的顆粒5100(奈米晶)的集合體的排列的結構。另外，顆粒5100之間沒有晶界。因此，即使因成膜時的加熱、成膜後的加熱或彎曲等而發生CAAC-OS的收縮等變形，也能夠緩和局部應力或解除畸變。因此，這是適合用於具有撓性的半導體裝置的結構。注意，nc-OS具有顆粒5100(奈米晶)無序地沉積起來那樣的排列。
當使離子5101碰撞靶材5130時，有時不僅是顆粒5100，氧化鋅等也剝離。氧化鋅比顆粒5100輕，因此先到達基板5120的頂面。並且形成0.1nm以上且10nm以下、0.2nm以上且5nm以下或0.5nm以上且2nm以下的氧化鋅層5102。圖42A至圖42D示出剖面示意圖。
如圖42A所示，在氧化鋅層5102上沉積顆粒5105a和顆粒5105b。在此，顆粒5105a和顆粒5105b的側面彼此接觸。另外，顆粒5105c在沉積到顆粒5105b上後，在顆粒5105b上滑動。此外，在顆粒5105a的其他側面上，與氧化鋅一起從靶材剝離的多個粒子5103因來自基板5120的熱量而晶化，由此形成區域5105a1。注意，多個粒子5103有可能包含氧、鋅、銦和鎵等。
然後，如圖42B所示，區域5105a1與顆粒 5105a變為一體而成為顆粒5105a2。另外，顆粒5105c的側面與顆粒5105b的其他側面接觸。
接著，如圖42C所示，顆粒5105d在沉積到顆粒5105a2上和顆粒5105b上後，在顆粒5105a2上和顆粒5105b上滑動。另外，顆粒5105e在氧化鋅層5102上向顆粒5105c的其他側面滑動。
然後，如圖42D所示，顆粒5105d的側面與顆粒5105a2的側面接觸。另外，顆粒5105e的側面與顆粒5105c的其他側面接觸。此外，在顆粒5105d的其他側面上，與氧化鋅一起從靶材5130剝離的多個粒子5103因來自基板5120的熱量而晶化，由此形成區域5105d1。
如上所述，藉由所沉積的顆粒彼此接觸，並且在顆粒的側面發生生長，在基板5120上形成CAAC-OS。因此，CAAC-OS的顆粒的每一個都比nc-OS的顆粒大。上述圖39中的(3)和(2)的尺寸的差異相當於沉積之後的生長程度。
當顆粒彼此之間的空隙極小時，有時形成有一個大顆粒。一個大顆粒具有單晶結構。例如，從頂面看來顆粒的尺寸有時為10nm以上且200nm以下、15nm以上且100nm以下或20nm以上且50nm以下。此時，有時在用於微細的電晶體的氧化物半導體中，通道形成區域容納在一個大顆粒中。也就是說，可以將具有單晶結構的區域用作通道形成區域。另外，當顆粒變大時，有時可以將具有單晶結構的區域用作電晶體的通道形成區域、源極區 域和汲極區域。
如此，藉由電晶體的通道形成區域等形成在具有單晶結構的區域中，有時可以提高電晶體的頻率特性。
如上述模型那樣，可以認為顆粒5100沉積到基板5120上。因此，可知即使被形成面不具有結晶結構，也能夠形成CAAC-OS，這是與磊晶生長不同的。此外，CAAC-OS不需要雷射晶化，並且在大面積的玻璃基板等上也能夠均勻地進行成膜。例如，即使基板5120的頂面(被形成面)結構為非晶結構(例如非晶氧化矽)，也能夠形成CAAC-OS。
另外，可知即使作為被形成面的基板5120頂面具有凹凸，在CAAC-OS中顆粒5100也根據基板5120頂面的形狀排列。例如，當基板5120的頂面在原子級別上平坦時，顆粒5100以使其平行於a-b面的平板面朝下的方式排列。當顆粒5100的厚度均勻時，形成厚度均勻、平坦且結晶性高的層。並且，藉由層疊n個(n是自然數)該層，可以得到CAAC-OS。
另一方面，在基板5120的頂面具有凹凸的情況下，CAAC-OS也具有顆粒5100沿凹凸排列的層層疊為n個(n是自然數)層的結構。由於基板5120具有凹凸，在CAAC-OS中有時容易在顆粒5100之間產生空隙。注意，此時，由於在顆粒5100之間產生分子間力，所以即使有凹凸，顆粒也以儘可能地減小它們之間的空隙的方式 排列。因此，即使有凹凸也可以得到結晶性高的CAAC-OS。
因為根據這樣的模型形成CAAC-OS，所以濺射粒子較佳為厚度小的顆粒狀。注意，當濺射粒子為厚度大的骰子狀時，朝向基板5120上的面不固定，所以有時不能使厚度或結晶的配向均勻。
根據上述成膜模型，即使在具有非晶結構的被形成面上也可以形成結晶性高的CAAC-OS。
Claims (21)
- 一種發光裝置，包含：第一佈線和第二佈線；電容器；發光元件；被配置以控制該第一佈線和該電容器的第一電極之間的導通之第一電晶體；被配置以控制該第二佈線和第五電晶體的閘極電極之間的導通之第二電晶體；被配置以控制該電容器的該第一電極和該第五電晶體的該閘極電極之間的導通之第三電晶體；被配置以控制該第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與該發光元件的陽極之間的導通之第四電晶體；以及該第五電晶體，其中該電容器的第二電極被電連接到該第五電晶體的該源極電極和該汲極電極中的該一個，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體以及該第五電晶體中的每一個的半導體膜包含與閘極電極重疊並且具有載子密度為1×1017/cm3以下的半導體區域。
- 一種發光裝置，包含：包含發光元件、第一電晶體以及第二電晶體的像素；被配置以產生包括從該像素取出的電流值的信號的第一電路；以及被配置以藉由該信號校正影像信號的第二電路，其中該第一電晶體被配置以藉由該影像信號控制對該發光元件的電流供應，其中該第二電晶體被配置以控制從該像素的電流取出，並且其中該第一電晶體和該第二電晶體中的每一個的半導體膜包含：與閘極電極重疊的第一半導體區域；與源極電極或汲極電極接觸的第二半導體區域；該第一半導體區域和該第二半導體區域之間的第三半導體區域，該第三半導體區域的電阻率為1×10-3Ωcm以上且低於1×104Ωcm。
- 一種發光裝置，包含：第一佈線和第二佈線；電容器；發光元件；被配置以控制該第一佈線和該電容器的第一電極之間的導通之第一電晶體；被配置以控制該第二佈線和第五電晶體的閘極電極之間的導通之第二電晶體；被配置以控制該電容器的該第一電極和該第五電晶體的該閘極電極之間的導通之第三電晶體；被配置以控制該第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與該發光元件的陽極之間的導通之第四電晶體；以及該第五電晶體，其中該電容器的第二電極被電連接到該第五電晶體的該源極電極和該汲極電極中的該一個，並且其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體以及該第五電晶體中的每一個的半導體膜包含：與閘極電極重疊的第一半導體區域；與源極電極或汲極電極接觸的第二半導體區域；該第一半導體區域和該第二半導體區域之間的第三半導體區域，該第三半導體區域的電阻率為1×10-3Ωcm以上且低於1×104Ωcm。
- 一種發光裝置，包含：包含發光元件、第一電晶體以及第二電晶體的像素；被配置以產生包括從該像素取出的電流值的信號的第一電路；以及被配置以藉由該信號校正影像信號的第二電路，其中該第一電晶體被配置以藉由該影像信號控制對該發光元件的電流供應，其中該第二電晶體被配置以控制從該像素的電流取出，並且其中在從150K至250K的溫度下，該第一電晶體和該第二電晶體中的每一個的半導體膜的電阻率的變化低於±10%。
- 一種發光裝置，包含：第一佈線和第二佈線；電容器；發光元件；被配置以控制該第一佈線和該電容器的第一電極之間的導通之第一電晶體；被配置以控制該第二佈線和第五電晶體的閘極電極之間的導通之第二電晶體；被配置以控制該電容器的該第一電極和該第五電晶體的該閘極電極之間的導通之第三電晶體；被配置以控制該第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與該發光元件的陽極之間的導通之第四電晶體；以及該第五電晶體，其中該電容器的第二電極被電連接到該第五電晶體的該源極電極和該汲極電極中的該一個，其中在從150K至250K的溫度下，該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體以及該第五電晶體中的每一個的半導體膜的電阻率的變化低於±10%。
- 一種發光裝置，包含：第一佈線和第二佈線；電容器；發光元件；被配置以控制該第一佈線和該電容器的第一電極之間的導通之第一電晶體；被配置以控制該第二佈線和第五電晶體的閘極電極之間的導通之第二電晶體；被配置以控制該電容器的該第一電極和該第五電晶體的該閘極電極之間的導通之第三電晶體；被配置以控制該第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與該發光元件的陽極之間的導通之第四電晶體；以及該第五電晶體，其中該電容器的第二電極被電連接到該第五電晶體的該源極電極和該汲極電極中的該一個，其中該第一電晶體的第一閘極電極被設置在該第一電晶體的第一半導體膜上並且該第二電晶體的第二閘極電極被設置在該第二電晶體的第二半導體膜上。
- 一種發光裝置，包含：佈線；包含第一半導體膜以及第一閘極電極和第二閘極電極的第一電晶體，該第一閘極電極和該第二閘極電極彼此重疊，該第一半導體膜位於該第一閘極電極和該第二閘極電極之間；包含第二半導體膜的第二電晶體；被配置以保持該第一電晶體的第一源極電極和第一汲極電極中的一個與該第一閘極電極之間的電位差之第一電容器；被配置以保持該第一電晶體的該第一源極電極和該第一汲極電極中的該一個與該第二閘極電極之間的電位差之第二電容器；以及被供應有該第一電晶體的汲極電流之發光元件；其中該第二電晶體被配置以控制該第二閘極電極和該佈線之間的導通，並且其中該第一半導體膜和該第二半導體膜中的每一個包含與閘極電極重疊並且具有載子密度為1×1017/cm3以下的半導體區域。
- 一種發光裝置，包含：第一佈線、第二佈線和第三佈線；電容器；發光元件；被配置以控制該第一佈線和該電容器的第一電極之間的導通之第一電晶體；被配置以控制該第二佈線和第五電晶體的閘極電極之間的導通之第二電晶體；被配置以控制該電容器的該第一電極和該第五電晶體的該閘極電極之間的導通之第三電晶體；被配置以控制該第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與該第三佈線之間的導通之第四電晶體；以及該第五電晶體，其中該電容器的第二電極被電連接到該第五電晶體的該源極電極和該汲極電極中的該一個以及該發光元件的陽極，並且其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體以及該第五電晶體中的每一個的半導體膜包含與閘極電極重疊並且具有載子密度為1×1017/cm3以下的半導體區域。
- 一種發光裝置，包含：佈線；包含第一半導體膜以及第一閘極電極和第二閘極電極的第一電晶體，該第一閘極電極和該第二閘極電極彼此重疊，該第一半導體膜位於該第一閘極電極和該第二閘極電極之間；包含第二半導體膜的第二電晶體；被配置以保持該第一電晶體的第一源極電極和第一汲極電極中的一個與該第一閘極電極之間的電位差之第一電容器；被配置以保持該第一電晶體的該第一源極電極和該第一汲極電極中的該一個與該第二閘極電極之間的電位差之第二電容器；以及被供應有該第一電晶體的汲極電流之發光元件；其中該第二電晶體被配置以控制該第二閘極電極和該佈線之間的導通，並且其中該第一半導體膜和該第二半導體膜包含：與閘極電極重疊的第一半導體區域；與源極電極或汲極電極接觸的第二半導體區域；該第一半導體區域和該第二半導體區域之間的第三半導體區域，該第三半導體區域的電阻率為1×10-3Ωcm以上且低於1×104Ωcm。
- 一種發光裝置，包含：第一佈線、第二佈線和第三佈線；電容器；發光元件；被配置以控制該第一佈線和該電容器的第一電極之間的導通之第一電晶體；被配置以控制該第二佈線和第五電晶體的閘極電極之間的導通之第二電晶體；被配置以控制該電容器的該第一電極和該第五電晶體的該閘極電極之間的導通之第三電晶體；被配置以控制該第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與該第三佈線之間的導通之第四電晶體；以及該第五電晶體，其中該電容器的第二電極被電連接到該第五電晶體的該源極電極和該汲極電極中的該一個以及該發光元件的陽極，並且其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體以及該第五電晶體中的每一個的半導體膜包含：與閘極電極重疊的第一半導體區域；與源極電極或汲極電極接觸的第二半導體區域；該第一半導體區域和該第二半導體區域之間的第三半導體區域，該第三半導體區域的電阻率為1×10-3Ωcm以上且低於1×104Ωcm。
- 一種發光裝置，包含：佈線；包含第一半導體膜以及第一閘極電極和第二閘極電極的第一電晶體，該第一閘極電極和該第二閘極電極彼此重疊，該第一半導體膜位於該第一閘極電極和該第二閘極電極之間；包含第二半導體膜的第二電晶體；被配置以保持該第一電晶體的第一源極電極和第一汲極電極中的一個與該第一閘極電極之間的電位差之第一電容器；被配置以保持該第一電晶體的該第一源極電極和該第一汲極電極中的該一個與該第二閘極電極之間的電位差之第二電容器；以及被供應有該第一電晶體的汲極電流之發光元件；其中該第二電晶體被配置以控制該第二閘極電極和該佈線之間的導通，並且其中在從150K至250K的溫度下，該第一半導體膜和該第二半導體膜的電阻率的變化低於±10%。
- 一種發光裝置，包含：第一佈線、第二佈線和第三佈線；電容器；發光元件；被配置以控制該第一佈線和該電容器的第一電極之間的導通之第一電晶體；被配置以控制該第二佈線和第五電晶體的閘極電極之間的導通之第二電晶體；被配置以控制該電容器的該第一電極和該第五電晶體的該閘極電極之間的導通之第三電晶體；被配置以控制該第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與該第三佈線之間的導通之第四電晶體；以及該第五電晶體，其中該電容器的第二電極被電連接到該第五電晶體的該源極電極和該汲極電極中的該一個以及該發光元件的陽極，並且其中在150K至250K的溫度下，該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體以及該第五電晶體中的每一個的半導體膜的電阻率的變化低於±10%。
- 根據申請專利範圍第1~5、8、10和12項中任一項之發光裝置，其中該半導體膜是氧化物半導體膜。
- 根據申請專利範圍第13項之發光裝置，其中該氧化物半導體膜含有銦、鋅和M，並且其中M是Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf。
- 一種發光裝置，包含：佈線；包含第一半導體膜以及第一閘極電極和第二閘極電極的第一電晶體，該第一閘極電極和該第二閘極電極彼此重疊，該第一半導體膜位於該第一閘極電極和該第二閘極電極之間；包含第二半導體膜的第二電晶體；被配置以保持該第一電晶體的第一源極電極和第一汲極電極中的一個與該第一閘極電極之間的電位差之第一電容器；被配置以保持該第一電晶體的該第一源極電極和該第一汲極電極中的該一個與該第二閘極電極之間的電位差之第二電容器；以及被供應有該第一電晶體的汲極電流之發光元件；其中該第二電晶體被配置以控制該第二閘極電極和該佈線之間的導通，並且其中該第二電晶體的第三閘極電極被設置在該第二半導體膜上。
- 根據申請專利範圍第6、7、9、11和15項中任一項之發光裝置，其中該第一半導體膜和該第二半導體膜中的每一個是氧化物半導體膜。
- 根據申請專利範圍第16項之發光裝置，其中該氧化物半導體膜含有銦、鋅和M，並且其中M是Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf。
- 一種發光裝置，包含：第一佈線、第二佈線和第三佈線；電容器；發光元件；被配置以控制該第一佈線和該電容器的第一電極之間的導通之第一電晶體；被配置以控制該第二佈線和第五電晶體的閘極電極之間的導通之第二電晶體；被配置以控制該電容器的該第一電極和該第五電晶體的該閘極電極之間的導通之第三電晶體；被配置以控制該第五電晶體的源極電極和汲極電極中的一個與該第三佈線之間的導通之第四電晶體；以及該第五電晶體，其中該電容器的第二電極被電連接到該第五電晶體的該源極電極和該汲極電極中的該一個以及該發光元件的陽極，並且其中該第一電晶體的第一閘極電極被設置在該第一電晶體的第一半導體膜上，該第二電晶體的第二閘極電極被設置在該第二電晶體的第二半導體膜上，該第三電晶體的第三閘極電極被設置在該第三電晶體的第三半導體膜上，該第四電晶體的第四閘極電極被設置在該第四電晶體的第四半導體膜上，並且該第五電晶體的第五閘極電極被設置在該第五電晶體的第五半導體膜上。
- 根據申請專利範圍第18項之發光裝置，其中該第一半導體膜、該第二半導體膜、該第三半導體膜、該第四半導體膜以及該第五半導體膜中的每一個是氧化物半導體膜。
- 根據申請專利範圍第19項之發光裝置，其中該氧化物半導體膜含有銦、鋅和M，並且其中M是Mg、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf。
- 一種包含根據申請專利範圍第1~12、15和18項中任一項之發光裝置、麥克風以及操作鍵的電子裝置。
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