TWI739021B

TWI739021B - 場效電晶體、顯示元件、影像顯示器、糸統及組合物

Info

Publication number: TWI739021B
Application number: TW107126381A
Authority: TW
Inventors: 早乙女遼一; 植田尚之; 中村有希; 安部由希子; 松本真二; 曾根雄司; 新江定憲; 草柳嶺秀
Original assignee: 日商理光股份有限公司
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2021-09-11
Also published as: JP6794706B2; TW201841370A; TW201725723A; TWI637512B; JP2017085080A

Abstract

一種場效電晶體包括一閘極，用於施加閘極電壓；一源極和一汲極，用於輸出電流；一半導體層，設置為靠近該源極和該汲極；以及一閘極絕緣層，設置在該閘極與該半導體層之間，其中該閘極絕緣層包括含有矽和一種或兩種或更多種鹼土金屬元素的一氧化物。

Description

場效電晶體、顯示元件、影像顯示器、系統及組合物

本發明涉及一種場效電晶體、一種顯示元件、一種影像顯示器、一種系統、以及一種組合物。

場效電晶體(FET)根據施加電場於閘極進而提供由於通道的電場而產生抵抗電子流或電洞流的閘門的原理，藉此來控制源極與汲極之間的電流。

由於該特性，FET用作開關元件和放大元件等。此外，由於FET具有平面結構並且閘極電流低，所以與雙極性電晶體相比，FET的製造和整合容易。因此，FET是用於當前電子設備的積體電路中之不可或缺的元件。例如，FET作為薄膜電晶體(TFTs)被應用於採用主動矩陣形式的顯示器。

同樣，作為平板顯示器(FPDs)、液晶顯示器、有機電激發光顯示器以及電子紙已投入實際使用。

這些FPD由包括在主動層中使用非晶矽和多晶矽等的TFT的驅動電路所驅動。同樣，對於FPDs需要進一步增加尺寸、更精細的解析度、更高的影像品質以及更高的驅動反應。因此，要求TFTs具有優異的載子遷移率、高的開/關比、較小的時間變化特性以及元件之間的小的變化。

然而，非晶矽和多晶矽都具有優點和缺點使得其難以滿足全部需求。為了滿足需求，已經積極地開發在主動層中使用氧化物半導體的TFTs，預期具有比非晶矽更好的遷移率。

根據本發明，提供一種改善的場效電晶體，包括一閘極，用以施加一閘極電壓；一源極和一汲極，用以輸出電流；一半導體層，設置為靠近該源極和該汲極；以及一閘極絕緣層，設置在該汲極與該半導體層之間。該閘極絕緣層包括具有矽和一種或兩種或更多種鹼土金屬元素的一氧化物。

11、12、14‧‧‧場效電晶體

13、15‧‧‧電容器

16‧‧‧對電極

21‧‧‧基板

22‧‧‧閘極

23‧‧‧閘極絕緣層

24‧‧‧源極

25‧‧‧汲極

26‧‧‧氧化物半導體層

31‧‧‧基板

32‧‧‧第一閘極

33‧‧‧第二閘極

34‧‧‧閘極絕緣層

35‧‧‧第一源極

36‧‧‧第二源極

37‧‧‧第一汲極

38‧‧‧第二汲極

39‧‧‧第一氧化物半導體層

40‧‧‧第二氧化物半導體層

41‧‧‧第一鈍化層

42‧‧‧第二鈍化層

43‧‧‧層間絕緣層

44‧‧‧有機EL層

45‧‧‧陰極

91‧‧‧基板

92‧‧‧閘極

93‧‧‧閘極絕緣層

94‧‧‧源極

95‧‧‧汲極

96‧‧‧氧化物半導體層

101‧‧‧基板

102‧‧‧底部電極

103‧‧‧絕緣薄膜

104‧‧‧上部電極

302‧‧‧顯示元件

302'‧‧‧顯示元件

310‧‧‧顯示器

312‧‧‧陰極

314‧‧‧陽極

320‧‧‧驅動電路

320'‧‧‧驅動電路

340‧‧‧有機EL薄膜層

342‧‧‧電子傳輸層

344‧‧‧發光層

346‧‧‧電洞傳輸層

350‧‧‧有機電激發光(EL)元件

370‧‧‧液晶元件

372‧‧‧對電極

400‧‧‧顯示控制裝置

402‧‧‧影像資料處理電路

404‧‧‧掃描線驅動電路

406‧‧‧資料線驅動電路

G‧‧‧閘極

S‧‧‧源極

D‧‧‧汲極

X0，X1，X2，X3，...，Xn-2，Xn-1‧‧‧掃描線

Y0，Y1，Y2，Y3，...，Ym-2，Ym-1‧‧‧資料線

Y0i，Y1i，Y2i，Y3i，...，Ym-1i‧‧‧電流供給線

當結合圖式考慮時，由於透過詳細描述使本發明更容易被理解，因此本發明的各種其它目的、特徵和伴隨的優點將被更充分地理解，圖式中，相同的圖式符號始終表示相同的對應部件，並且其中：圖1是顯示影像顯示裝置的示意圖；圖2是根據本發明實施例示出顯示元件的示例的示意圖；圖3A是根據本發明實施例顯示場效電晶體的示例(下接觸下閘極型)的示意圖；圖3B是根據本發明實施例顯示場效電晶體的示例(上接觸下閘極型)的示意圖；圖3C是根據本發明實施例顯示場效電晶體的示例(下接觸上閘極型)的示意圖；圖3D是根據本發明實施例顯示場效電晶體的示例(上接觸上閘極型)的示意圖；圖4是顯示有機電激發光(EL)元件的示例的示意圖；圖5是根據本發明實施例示出顯示元件的示例的示意圖；圖6是根據本發明實施例示出顯示元件的另一示例的示意圖；圖7是示出顯示控制裝置的描述的示意圖；圖8是顯示液晶顯示器的描述的示意圖；圖9是顯示圖8中所示之顯示元件的描述的示意圖；圖10是顯示在稍後敘述的示例1~3和比較示例1和2中所製造的場效電晶體的示意圖；圖11是顯示在示例1~3和比較示例1和2中所製造的電容器的示意圖；圖12是評估在稍後敘述的示例13中所製造的電容器其相對介電常數ε和介電損耗(tanδ)與施加電場的頻率之間的關係的示意圖；圖13是評估在比較示例1中所製造的電容器其相對介電常數ε和介電損耗(tanδ)與施加電場的頻率之間的關係的示意圖；以及圖14是評估在示例13中所製造的場效電晶體其電晶體特性(Vds-Ids)的示意圖。

圖式旨在描述本發明的示例實施例並且不應該理解為限制其範圍。除非明確指出，否則圖式不應被認為是按比例繪製的。此外，在多個視圖中，相同或相似的圖式符號表示相同或相似的部件。

在圖式中所示的說明性實施例中，為了清楚起見採用了特定術語。然而，本發明的公開並不旨在局限於所選擇的特定術語並且應該理解每個特定元件包括具有類似功能，以類似的方式操作，並且實現類似的結果的所有技術等同物。

如本文所用的，除非上下文另有明確說明，否則單數形式「一」、「一個」以及「該」也旨在包括複數形式。

根據本發明，提供了一種不會因加熱製程而在閘極、源極和汲極與閘絕緣層之間產生剝離的場效電晶體。

場效電晶體

本發明的場效電晶體包括一閘極、一源極、一汲極、一半導體層、一閘極絕緣層(膜)、以及其它可選元件。

在本發明的場效電晶體中，閘極絕緣層包括具有矽和鹼土金屬的氧化物，這將在下面詳細描述。

日本特開第2013-30784號和第2011-077515號公報中公開的場效電晶體包括SiO₂閘極絕緣層。SiO₂具有很小的線性膨脹係數，約為5×10^-7/K。因此，由於場效電晶體的製造過程中的熱處理，於是熱應力產生在例如構成場效電晶體的金屬和氧化物材料與SiO₂之間，這導致閘極絕緣層與閘極之間的剝離等。

另外，日本特開第2012-191008號公報公開了薄膜電晶體，根據閘極絕緣層的厚度即使在室溫下該薄膜電晶體也不會剝離。

作為研究閘極絕緣層的結果，本發明人已經發現如果閘極絕緣層包括具有矽和一種或兩種或更多鹼土金屬元素的氧化物，閘極絕緣層的線膨脹係數與SiO₂相比增加，使得可以防止在熱處理期間構成場效電晶體的閘極、源極和汲極與閘極絕緣層之間發生剝離。

閘極

閘極沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇，只要閘極是配置為向場效電晶體施加閘極電壓的電極。

閘極與閘極絕緣層接觸並且經由閘極絕緣層面向半導體層。

閘極的材料沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇。材料的示例包括：金屬(例如，Mo、Al、Au、Ag以及Cu)以及這些金屬的合金；透明導電氧化物，例如氧化銦錫(ITO)和銻摻雜氧化錫(ATO)；以及有機導體，例如聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯胺(PANI)。

形成閘極的方法

閘極的形成方法沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇。形成方法的示例包括：(i)透過濺射或浸塗形成薄膜以及透過光蝕刻法將薄膜圖案化的方法；以及(ii)透過諸如噴墨印刷，奈米壓印或凹版印刷的印刷製程直接形成具有期望形狀的薄膜的方法。

閘極的平均膜厚度沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇。然而，閘電極的平均膜厚度較佳為20nm至1μm，更佳為50nm至300nm。

源極和汲極

源極和汲極沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇，只要源極和汲極是配置為從場效電晶體輸出電流的電極。

源極和汲極形成為與閘極絕緣層接觸。

源極和汲極的材料沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇。材料的示例包括：金屬(例如，Mo、Al、Au、Ag以及Cu)及這些金屬的合金；透明導電氧化物，例如氧化銦錫(ITO)和銻摻雜氧化錫(ATO)；以及有機導體，例如聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚苯胺(PANI)。

形成源極和汲極的方法

源極和汲極的形成方法沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇。形成方法的示例包括：(i)透過濺射或浸塗形成薄膜以及透過光蝕刻法將薄膜圖案化的方法；以及(ii)透過諸如噴墨印刷、奈米壓印或凹版印刷的印刷製程直接形成具有期望形狀的薄膜的方法。

源極和汲極的平均膜厚度沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇。然而，平均膜厚度較佳為20nm至1μm，更佳為50nm至300nm。

半導體層

半導體層至少形成在源極與汲極之間。

在此，「之間」是指半導體層與源極和汲極一起使場效電晶體起作用的位置。半導體層的位置沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇，只要位置是上述位置。

半導體層與閘極絕緣層、源極以及汲極接觸。

半導體層的材料沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇。材料的示例包括矽半導體和氧化物半導體。

矽半導體的示例包括非晶矽和多晶矽。

氧化物半導體的示例包括InGa-Zn-O、In-Zn-O和In-Mg-O。

在這些示例中，氧化物半導體是較佳的。

形成半導體層的方法

半導體層的形成方法沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇。形成方法的示例包括：透過真空製程(例如濺射、脈衝雷射沉積(PLD)，化學氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD))或溶液製程(浸塗、旋塗或模塗)形成薄膜，並且透過光蝕刻法將薄膜圖案化的方法；以及透過諸如噴墨印刷、奈米壓印或凹版印刷的印刷方法直接形成具有期望形狀的薄膜的方法。

半導體層的平均膜厚度沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇。然而，平均膜厚度較佳為5nm至1μm，更佳為10nm至0.5μm。

閘極絕緣層

閘極絕緣層通常設置在閘極與半導體層之間。

閘極絕緣層包括氧化物。

氧化物

氧化物至少包括Si(矽)和一種或兩種或更多的鹼土金屬元素，較佳包括Al(鋁)和B(硼)中的至少一種，並且根據需要還包括其它組分。

在氧化物中，由上述Si形成的SiO₂呈非晶結構。此外，鹼土金屬具有裂解Si-O鍵的功能。因此，可以透過Si和鹼土金屬的組成比例來控制所形成的氧化物的相對介電常數和線膨脹係數。

氧化物較佳含有Al、或B或兩者。類似於SiO₂，由Al所形成的Al₂O₃，和由B所形成的B₂O₃各自形成非晶結構。因此，在氧化物中更穩定地形成非晶結構，並且可以形成更均勻的絕緣膜。由於鹼土金屬根據其組成比例改變Al和B的配位結構，因此可以控制氧化物的相對介電常數和線性膨脹係數。

氧化物中的鹼土金屬的實例包括Be(鈹)、Mg(鎂)、Ca(鈣)、Sr(鍶)以及Ba(鋇)。它們可以單獨使用或組合使用。

氧化物中的Si和鹼土金屬的組成比例根據預期目的適當選擇，沒有任何限制，但是其組成比例較佳在以下範圍內。

在氧化物中，基於氧化物(SiO₂、BeO、MgO、CaO、SrO、BaO)的轉化率，Si和鹼土金屬(Si：鹼土金屬)的組成比例較佳為50.0莫耳%~90.0莫耳%：10.0莫耳%~50.0莫耳%。

氧化物中的Si，鹼土金屬以及Al及/或B的組成比例根據預期目的適當地選擇，沒有任何限制，但是其組成比例較佳在以下範圍內。

在氧化物中，基於氧化物(SiO₂、BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、Al₂O₃、B₂O₃)的轉化率，Si、鹼土金屬、以及Al及/或B(Si：鹼土金屬：Al及/或B)的組成比例較佳為50.0莫耳%至90.0莫耳%：5.0莫耳%至20.0莫耳%：5.0莫耳%至30.0莫耳%。

例如透過螢光X射線光譜、電子探針微量分析(EPMA)、感應耦合電漿原子發射光譜(ICP-AES)等分析氧化物的陽離子元素以計算氧化物中的氧化物比例(SiO₂、BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、Al₂O₃和B₂O₃)。

閘極絕緣層的線膨脹係數根據預期目的適當地選擇，沒有任何限制。然而，從防止閘極、源極和汲極與閘極絕緣層之間的剝離的觀點來看，其組成比例較佳在以下範圍內。

閘極絕緣層的線膨脹係數較佳為20.0×10^-7/K以上，更佳為20.0×10^-7~70.0×10^-7/K。

例如透過使用熱機械分析儀測量線性膨脹係數。在該測量中，可以透過單獨生產具有與閘極絕緣層相同組合物的測量樣本來測量線膨脹係數，而無需生產場效電晶體。

閘極絕緣層的相對介電常數根據預期目的適當地選擇，沒有任何限制。

例如透過製造並且利用LCR測量儀測量具有底部電極、介電層(閘極絕緣層)和頂部電極的層疊結構的電容器可以測量相對介電常數。

形成閘極絕緣層的方法

閘極絕緣層的形成方法沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇。形成方法的示例包括透過諸如濺射、脈衝雷射沉積(PLD)、化學氣相沉積(CVD)、或者原子層沉積(ALD)的真空製程形成薄膜和透過光蝕刻法將薄膜圖案化的方法。

此外，透過製備含有氧化物前驅物的塗佈液(閘極絕緣層塗佈液)，將塗佈液塗佈或印刷到要塗佈的物體上，以及在適當的條件下烘烤所得之物而製成閘極絕緣層。

閘極絕緣層的平均膜厚較佳為10nm~1000nm，更佳為20nm~500nm。

閘極絕緣層塗佈液

閘極絕緣層塗佈液至少包括含矽化合物、含鹼土金屬的化合物以及溶劑，較佳包括含鋁化合物和含硼化合物中的至少一種，並且根據需要進一步包括其他組分。

含矽化合物

含矽化合物的示例包括無機矽化合物和有機矽化合物。

無機矽化合物的示例包括但不限於三氯矽烷、三溴矽烷以及四碘矽烷。

有機矽化合物根據預期目的適當選擇，沒有任何限制，只要是含矽和有機基團的化合物。矽和有機基團透過例如離子鍵、共價鍵或配位鍵鍵結。

有機基團沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當選擇。例如，較佳為取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的醯氧基、取代或未取代的苯基。烷基的示例包括但不限於具有1至6個碳原子的烷基。

烷氧基的示例包括但不限於具有1至6個碳原子的烷氧基。

醯氧基的示例包括但不限於具有1至10個碳原子的醯氧基。

有機矽化合物的示例包括但不限於四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四異丙氧基矽烷、四丁氧基矽烷、1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷(HMDS)、雙(三甲基矽烷基)乙炔、三苯基矽烷、2-乙基己酸矽以及四乙醯氧基矽烷。

閘極絕緣層塗佈液中之含矽化合物的量根據預期目的適當地選擇，沒有任何限制。

含鹼土金屬的化合物

含鹼土金屬化合物的示例包括無機鹼土金屬化合物和有機鹼土金屬化合物。含鹼土金屬化合物中的鹼土金屬的示例包括Be(鈹)、Mg(鎂)、Ca(鈣)、Sr(鍶)、以及Ba(鋇)。

無機鹼土金屬化合物的示例包括鹼土金屬硝酸鹽、鹼土金屬硫酸鹽、鹼土金屬氯化物、鹼土金屬氟化物、鹼土金屬溴化物以及鹼土金屬碘化物。

鹼土金屬硝酸鹽的示例包括硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸鍶和硝酸鋇。

鹼土金屬硫酸鹽的示例包括硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鍶以及硫酸鋇。

鹼土金屬氯化物的示例包括氯化鎂、氯化鈣、氯化鍶以及氯化鋇。

鹼土金屬氟化物的示例包括氟化鎂、氟化鈣、氟化鍶以及氟化鋇。

鹼土金屬溴化物的示例包括溴化鎂、溴化鈣、溴化鍶以及溴化鋇。

鹼土金屬碘化物的示例包括碘化鎂、碘化鈣、碘化鍶以及碘化鋇。

有機鹼土金屬化合物沒有特別限制並且可以根據預期目的適當地選擇，只要有機鹼土金屬化合物各自是包含鹼土金屬和有機基團的化合物。鹼土金屬和有機基團透過例如離子鍵、共價鍵或配位鍵鍵結。

有機基團沒有特別限制並且可以根據預期目的適當選擇。例如，較佳為取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的醯氧基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的乙醯丙酮基以及取代或未取代的磺酸基。

烷基的示例包括但不限於具有1至6個碳原子的烷基。

烷氧基的示例包括但不限於具有1至6個碳原子的烷氧基。

醯氧基的示例包括但不限於具有1至10個碳原子的醯氧基，由例如乙酸苯甲酸的苯環部分取代的醯氧基，由例如乳酸的羥基部分取代的醯氧基，以及具有例如草酸和檸檬酸的兩個或多個羰基的醯氧基。

有機鹼土金屬的示例包括但不限於甲氧化鎂、乙氧化鎂、二乙基鎂、乙酸鎂、甲酸鎂、乙醯丙酮鎂、2-乙基己酸鎂、乳酸鎂、環烷酸鎂、檸檬酸鎂、水楊酸鎂、苯甲酸鎂、草酸鎂、三氟甲磺酸鎂、甲氧化鈣、乙氧化鈣、乙酸鈣、甲酸鈣、乙醯丙酮鈣、二新戊醯甲酸鈣、2-乙基己酸鈣、乳酸鈣、環烷酸鈣、檸檬酸鈣、水楊酸鈣、新癸酸鈣、苯甲酸鈣、草酸鈣、異丙氧化鍶、乙酸鍶、甲酸鍶、乙醯丙酮鍶、2-乙基己酸鍶、乳酸鍶、環烷酸鍶、水楊酸鍶、草酸鍶、乙氧化鋇、異丙氧化鋇、乙酸鋇、甲酸鋇、乙醯丙酮鋇、2-乙基己酸鋇、乳酸鋇、環烷酸鋇、萘酸鋇、新癸酸鋇、草酸鋇、苯甲酸鋇以及三氟甲磺酸鋇。

閘極絕緣體層塗佈液中之含鹼土金屬化合物的量根據預期目的適當地選擇，沒有任何限制。

含鋁化合物

含鋁化合物的示例是無機鋁化合物和有機鋁化合物。

無機鋁化合物的示例包括氯化鋁、硝酸鋁、溴化鋁、氫氧化鋁、硼酸鋁、三氟化鋁、碘化鋁、硫酸鋁、磷酸鋁以及硫酸銨鋁。

有機鋁化合物根據預期目的適當地選擇，沒有任何限制，只要是含有鋁和有機基團的化合物。鋁和有機基團例如透過離子鍵、共價鍵或配位鍵鍵結。

有機基團根據預期目的適當選擇而沒有任何限制。例如，較佳為取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的醯氧基、取代或未取代的乙醯丙酮基以及取代或未取代的磺酸基。

烷基的示例包括但不限於具有1至6個碳原子的烷基。

烷氧基的示例包括但不限於具有1至6個碳原子的烷氧基。

醯氧基的示例包括但不限於具有1至10個碳原子的醯氧基、由例如乙酸苯甲酸苯環部分取代的醯氧基、由例如乳酸的羥基部分取代的醯氧基以及具有例如草酸和檸檬酸的兩個或更多個羰基的醯氧基。

有機鋁化合物的示例包括異丙氧化鋁、二級丁氧化鋁、三乙基鋁、乙氧基二乙基鋁、乙酸鋁、乙醯丙酮鋁、六氟乙醯丙酮鋁、2-乙基己酸鋁、乳酸鋁、苯甲酸鋁、二(二級丁氧基)乙醯乙酸鋁螯合物以及三氟甲磺酸鋁。

閘極絕緣層塗佈液中之含鋁化合物的量根據預期目的適當地選擇，沒有任何限制。

含硼化合物

含硼化合物的示例是無機硼化合物和有機硼化合物。

無機硼化合物的示例包括正硼酸、氧化硼、三溴化硼、四氟硼酸、硼酸銨以及硼酸鎂。氧化硼的示例包括二氧化二硼、三氧化二硼、三氧化四硼以及五氧化四硼。

有機硼化合物根據預期目的適當地選擇，沒有任何限制，只要是含有硼和有機基團的化合物。

硼和有機基團透過例如離子鍵、共價鍵或配位鍵鍵結。

有機基團根據預期目的適當選擇而沒有任何限制。例如，較佳為取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的醯氧基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的磺酸基、取代或未取代的噻吩基。

烷基的示例包括但不限於具有1至6個碳原子的烷基。

烷氧基的示例包括但不限於具有1至6個碳原子的烷氧基。

烷氧基包括具有兩個或更多個氧原子以及兩個或更多個氧原子中的兩個與硼鍵結的有機基團，有機基團形成環結構。另外，烷氧基包括其中包含在烷氧基中的烷基被有機矽烷基取代的情況。醯氧基的示例包括但不限於具有1至10個碳原子的醯氧基。

有機硼化合物的示例包括(R)-5,5-二苯基-2-甲基-3,4-丙醇-1,3,2-硼雜噁唑烷、硼酸三異丙酯、2-異丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼雜環戊烷、雙(己烯基甘醇酸)二硼酯、4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼雜環戊烷-2-基)-1H-吡唑、(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼雜環戊烷-2-基)苯、四級丁基-N-[4-(4,4,5,5-四甲基-1,2,3-二氧雜硼雜環戊烷-2-基)苯基]胺基甲酸酯、苯基硼酸、3-乙醯基苯基硼酸、三氟化硼乙酸複合物、三氟化硼環丁碸複合物、2-噻吩硼酸以及三(三甲基矽烷基)硼酸鹽。

閘極絕緣層塗佈液中之含硼化合物的量根據預期目的適當地選擇，沒有任何限制。

溶劑

溶劑根據預期目的適當選擇，沒有任何限制，只要是能够穩定地溶解或分散上述各種化合物的溶劑。

具體示例包括但不限於甲苯、二甲苯、均三甲苯、傘花烴、戊基苯、十二烷基苯、聯環己烷、環己基苯、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、四氫化萘、十氫化萘、異丙醇、苯甲酸乙酯、N,N-二甲基甲醯胺、碳酸亞丙酯、2-乙基己酸、礦物油精、二甲基丙烯脲、4-丁內酯、2-甲氧基乙醇以及水。

閘極絕緣層塗佈液中之溶劑的量根據預期目的適當地選擇，沒有任何限制。

在閘極絕緣層塗佈液中之含矽化合物和含鹼土金屬化合物(含矽化合物：含鹼土金屬化合物)的組成比例根據預期目的適當地選擇而沒有任何限制，但其組成比例較佳在以下範圍內。

在閘極絕緣層塗佈液中，基於氧化物(SiO₂、BeO、MgO、CaO、SrO、BaO)的轉化率，Si和鹼土金屬(Si：鹼土金屬)的組成比例較佳為50.0莫耳%~90.0莫耳%：10.0莫耳%~50.0莫耳%。

在閘極絕緣層塗佈液中之含矽化合物、含鹼土金屬化合物和含鋁化合物及/或含硼化合物的組成比例(含矽化合物：含鹼土金屬化合物：含鋁化合物及/或含硼化合物)的組成比例根據預期目的適當選擇而沒有任何限制，但其組成比例較佳在以下範圍內。

在閘極絕緣層塗佈液中，基於氧化物(SiO₂、BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、Al₂O₃、B₂O₃)的轉化率，Si、鹼土金屬、以及Al和/或B(Si：鹼土金屬：Al及/或B)的組成比例較佳為50.0莫耳%至90.0莫耳%：5.0莫耳%至20.0莫耳%：5.0莫耳%至30.0莫耳%。

使用閘極絕緣層塗佈液的閘極絕緣層的形成方法

將說明使用閘極絕緣層塗佈液的閘極絕緣層的形成方法的一個示例。閘極絕緣層的形成方法包括塗佈步驟和熱處理步驟，並且根據需要還包括其它步驟。

塗佈步驟沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當地選擇，只要塗佈步驟是將閘極絕緣層塗佈液塗佈到待塗佈的物體上的步驟。塗佈方法沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當選擇。該方法的示例包括：透過溶液製程形成薄膜並透過光蝕刻法將薄膜圖案化的方法；以及透過例如噴墨印刷、奈米壓印或凹版印刷的印刷製程直接形成具有期望形狀的薄膜的方法。溶液製程的示例包括浸塗、旋塗、模塗和噴嘴印刷。

熱處理步驟沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當地選擇，只要熱處理步驟是對塗佈在待塗佈的物體上的閘極絕緣層塗佈液進行熱處理的步驟。注意，在熱處理步驟中，可以透過空氣乾燥來乾燥塗佈在要塗佈的物體上的閘極絕緣層塗佈液。作為熱處理的結果，溶劑蒸發並且產生氧化物。

在熱處理步驟中，較佳在不同的溫度下進行溶劑的蒸發(以下稱為「蒸發處理」)和氧化物的生成(以下稱為「生成處理」)。具體而言，較佳在溶劑蒸發之後，升高溫度以生成氧化物。在生成氧化物時，例如，含矽化合物、含鹼土金屬化合物、含鋁化合物以及含硼化合物中的至少一種被分解。

蒸發處理的溫度沒有特別限制，並且可以根據所含的溶劑適當地選擇。例如，蒸發處理的溫度為80℃至180℃。對於蒸發，為了降低所需的溫度，有效的是使用真空烘箱。蒸發處理的時間沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當地選擇。例如，蒸發處理的時間為10分鐘至1小時。

生成處理的溫度沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當地選擇。然而，生成處理的溫度較佳為100℃以上但低於550℃，更佳為200℃至500℃。生成處理的時間沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當地選擇。例如，生成處理的時間為1小時至5小時。

注意，在熱處理步驟中，蒸發處理和生成處理可以連續進行，或者可以以多個步驟的分開的方式進行。

熱處理的方法沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當地選擇。熱處理的方法的示例包括加熱待塗佈的物體的方法。熱處理中的大氣環境沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當選擇。然而，大氣環境較佳為氧氣環境。當在氧氣環境中進行熱處理時，分解產物可以迅速排出到系統外，並且可以加速第一複合氧化物的生成。

在熱處理中，考慮到生成處理的反應的加速，有效的是對蒸發處理後的材料施加波長為400nm或者更短的紫外線。施加波長為400nm或者更短的紫外線可使蒸發處理之後的材料中所含的有機材料的化學鍵裂解，並且可使有機材料分解。因此，可以有效地形成第一複合氧化物。對波長為400nm或者更短的紫外線沒有特別限制，並且可以根據目的適當選擇。紫外線的示例包括從準分子燈所發射的具有222nm波長的紫外線。同樣較佳的使用臭氧代替紫外線或與紫外線組合使用臭氧。對蒸發處理之後的材料施加臭氧加速氧化物的生成。

對場效電晶體的結構沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當地選擇。場效電晶體的結構的示例包括以下結構。

1.一種場效電晶體，包括基板、形成在基板上的閘極、形成在閘極上的閘極絕緣層、形成在閘極絕緣層上的源極和汲極、以及形成在源極與汲極之間的半導體層。

2.一種場效電晶體，包括基板、形成在基板上的源極和汲極、形成在源極與汲極之間的半導體層、形成在源極、汲極和半導體層上的閘極絕緣層、以及形成在閘極絕緣層上的閘極。

作為具有上述1的結構的場效電晶體，例如，有下接觸下閘極型(參見圖3A)和上接觸下閘極型(參見圖3B)。

作為具有上述2的結構的場效電晶體，例如，有下接觸上閘極型(參見圖3C)和上接觸上閘極型(參見圖3D)。

在圖3A至圖3D中，每個場效電晶體包括基板21、閘極22、閘極絕緣層23、源極24、汲極25以及氧化物半導體層26。氧化物半導體層26可以被例如上述的矽半導體層替換。

場效電晶體可以適當地應用於稍後描述的顯示元件，但不限於此。例如，場效電晶體可以應用於IC卡、ID標簽等。

顯示元件

本發明的顯示元件至少包括光控制元件和配置為驅動光控制元件的驅動電路，並且根據需要還包括其它元件。

光控制元件

光控制元件沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當地選擇，只要光控制元件是配置為根據驅動訊號控制光輸出的元件。光控制元件的示例包括電激發光(EL)元件、電致變色(EC)元件、液晶元件、電泳元件以及電潤濕元件。

驅動電路

驅動電路沒有特別限制，並且可以根據預期目的適當地選擇，只要驅動電路是包含本發明的場效電晶體並且配置為驅動光控制元件的電路。

其他元件

對其它元件沒有特別限制，可以適當選擇以適合具體應用。

由於顯示元件具有本發明的場效電晶體，因此可以實現長使用壽命和高速操作。

影像顯示裝置

本發明的影像顯示裝置至少包括複數個顯示元件、複數條線路以及一顯示控制裝置。影像顯示裝置還可以包括其它可選元件。

影像顯示裝置是配置為顯示與影像資料相對應的影像的裝置。

顯示元件

顯示元件沒有特別限制，並且可以適當地選擇以適合於特定應用，只要使用以矩陣布置的本發明的顯示元件即可。

線路

線路沒有特別限制，並且可以被選擇以適合於特定應用，只要線路設置為單獨地向顯示元件中的每個場效電晶體施加閘極電壓。

顯示控制裝置

顯示控制裝置沒有特別限制，並且可以被選擇以適合於特定應用，只要顯示控制裝置根據影像資料經由多條線路控制每個場效電晶體的各個閘極電壓即可。

其他元件

對其它元件沒有特別限制，可以適當選擇以適合具體應用。

由於影像顯示裝置具有本發明的場效電晶體，因此可以實現長使用壽命和高速操作。

影像顯示裝置可以應用於諸如行動電話、可攜式音頻播放器、可攜式視頻播放器、電子書、個人數位助理(PDA)的可攜式資訊裝置，以及諸如靜態相機和攝影機的成像裝置。此外，影像顯示器可以用於車輛、飛機、火車、船舶等的移動系統中的各種資訊的顯示。此外，可以將影像顯示裝置應用於測量系統、分析裝置、醫療設備以及廣告媒體中之各種資訊的顯示。

系統

本發明的系統包括本發明的影像顯示裝置和影像資料產生裝置。

影像資料產生裝置基於要顯示的影像資訊產生影像資料，並將影像資料輸出到影像顯示裝置。

參照圖式說明本發明的顯示元件、影像顯示裝置以及系統。

說明電視機，作為本發明系統的實施例。

作為本發明系統的實施例的電視機採用了日本特開第2010-074148號公報中第[0038]至[0058]段所述的以及圖1所示的配置。

接著，說明本發明的影像顯示裝置。

本發明的影像顯示裝置採用在日本特開第2010-074148號公報中第[0059]和[0060]段落所述的以及圖1和圖2所示的配置。

參照圖式說明本發明的顯示元件。

圖1是顯示其中顯示元件以矩陣設置的顯示器310的圖式。

如圖1所示，顯示器310包括沿著X軸設置彼此之間隔開相等間隙的n條數量的掃描線(X0，X1，X2，X3，...，Xn-2，Xn-1)、沿Y軸設置彼此之間隔開相等間隙的m條數量的資料線(Y0，Y1，Y2，Y3，...，Ym-2，Ym-1)、以及沿Y軸設置彼此之間隔開相等間隙的m條數量的電流供給線(Y0i，Y1i，Y2i，Y3i，...，Ym-1i)。

因此，可以透過掃描線和資料線來定義顯示元件。

圖2是顯示本發明的顯示元件的示例的示意圖。

如圖2所示，該顯示元件包括一有機電激發光(EL)元件350和用於使有機EL元件350發光的一驅動電路320。亦即，該顯示器310是採用所謂主動矩陣系統的有機EL顯示器。此外，該顯示器310是支援彩色的一32英寸顯示器。然而，尺寸不限於此。

將說明圖2所示的驅動電路320。

驅動電路320包括兩個場效電晶體11和12以及電容器13。

場效電晶體11用作開關元件。閘極G連接到預定的掃描線以及源極S連接到預定的資料線。另外，汲極D連接到電容器13的一端。

電容器13儲存場效電晶體11的狀態，即資料。電容器13的另一端連接到預定的電流供給線。

場效電晶體12向有機EL元件350提供大電流。閘極G連接到場效電晶體11的汲極D。汲極D連接到有機EL元件350的陽極以及源極S連接到預定的電流供給線。

當場效電晶體11接通時，場效電晶體12驅動有機EL元件350。

如圖3A所示，場效電晶體11和12中的每一個包括例如基板21、閘極22、閘極絕緣層23、源極24、汲極25以及氧化物半導體層26。

場效電晶體11和12可以由本發明的場效電晶體的說明中所提及的材料和製程形成。

圖4是顯示有機EL元件的示例的示意圖。

在圖4中，有機EL元件350包括陰極312，陽極314以及有機EL薄膜層340。

陰極312的材料沒有特別限制，可以適當選擇以適合特定應用。例如，較佳為鋁(Al)、鎂(Mg)和銀(Ag)的合金、鋁(Al)-鋰(Li)合金以及氧化銦錫(ITO)。具有足够厚度的鎂(Mg)和銀(Ag)的合金變成高反射率電極，以及具有極薄厚度(約20nm)的鎂(Mg)和銀(Ag)的合金變成半透明電極。在圖4中，從陽極側輸出光。然而，透過使陰極變成透明或半透明，可以從陰極輸出光。

陽極314的材料沒有特別限制，可以適當選擇以適合特定應用。例如，氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)以及銀(Ag)和釹(Nd)的合金是合適的。如果使用銀的合金，則獲得高反射率電極，其適於從負電極側輸出光。

有機EL薄膜層340包括電子傳輸層342、發光層344和電洞傳輸層346。電子傳輸層342連接到陰極312，電洞傳輸層346連接到陽極314。如果在陽極314和陰極312之間施加預定的電壓，則發光層344發光。

較佳為由電子傳輸層342和發光層344形成單層。此外，同樣較佳為在電子傳輸層342與陰極312之間提供一電子注入層。此外，較佳為在電洞傳輸層346與陽極314之間提供一電洞注入層。

在圖4中，作為光控制元件，說明在所謂的「底部發射」有機EL元件的情況下，從基板側輸出光。光控制元件可為從基板的相對側輸出光的「頂部發射」的有機EL元件。

圖5是顯示其中結合了有機EL元件350和驅動電路320的顯示元件的示例的圖式。

該顯示元件包括基板31、第一閘極32、第二閘極33、閘極絕緣層34、第一源極35和第二源極36、第一汲極37和第二汲極38、第一氧化物半導體層39和第二氧化物半導體層40、第一鈍化層41和第二鈍化層42、層之間的層間絕緣層43、有機EL層44以及陰極45。第一汲極37和第二閘極33經由形成在閘極絕緣層34上的通孔彼此連接。第一氧化物半導體層39和第二氧化物半導體層40可以用例如上述的矽半導體層代替。

在圖5中，為了方便起見，可在第二閘極33與第二汲極38之間形成電容器。然而，電容器的實際位置不受限制，並且可以在必要位置適當地設計具有所需容量的電容器。

此外，在圖5所示的顯示元件中，第二汲極38在有機EL元件350中用作陽極。

基板31、第一閘極32和第二閘極33、閘絕緣層34、第一源極35、第二源極36、第一汲極37、第二汲極38、第一氧化物半導體層39、第二氧化物半導體層40可以由在本發明的場效電晶體的說明中所提到的材料和製程形成。

閘極絕緣層34對應於本發明的場效電晶體的閘極絕緣層。

層間絕緣層(平坦化層)43的材料沒有特別限制，並且可以適當地選擇以適合具體應用。例如，較佳為有機材料、無機材料、無機材料和有機材料的複合材料。

有機材料的示例包括諸如聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、氟樹脂、非氟樹脂、烯烴樹脂、矽氧樹脂和使用這些樹脂的光敏樹脂的樹脂。

無機材料的具體示例是旋塗玻璃(SOG)材料，例如AQUAMICA^TM(由AZ Electronic Materials plc製造)。

作為無機材料和有機材料的複合材料，例如，無機材料和有機材料的複合材料由矽烷化合物形成(在日本特開第2007-158146號公報中公開)。層間絕緣層較佳具有隔絕大氣中所含的水分、氧和氫的阻擋特性。

層間絕緣層的形成製程沒有特別限制，可以適當地選擇以適合具體應用。例如，較佳為透過旋塗法、噴墨印刷法、狹縫塗佈法、噴嘴印刷法、凹版印刷法、以及浸漬塗佈法的方法直接形成具有期望形狀的薄膜，或者在感光材料的情況下透過光蝕刻法進行圖案化。

在形成層間絕緣層之後，對層間絕緣層進行的熱處理作為後處理，這對於穩定構成顯示元件的場效電晶體的特性是較佳的。

有機EL層44和陰極45的製造方法沒有特別限制，可以適當選擇以適合特定的用途。例如，較佳為諸如真空沉積法和濺射法的真空成膜方法以及諸如噴墨和噴嘴塗佈的溶液法。

因此，可以製造作為採用其中光從基板側輸出之所謂的「底部發射」的有機EL元件的顯示元件。在這種情況下，基板31、閘極絕緣層34、以及第二汲極(陽極)38需要是透明的。

此外，圖5中所示之配置具有設置在驅動電路320旁邊的有機EL元件350。然而，如圖6所示，有機EL元件250可以設置在驅動電路320上或上方。同樣，該配置採用了從基板側輸出光的「底部發射」，這樣驅動電路320需要是透明的。對於源極、汲極以及陽極，較佳使用導電透明氧化物，例如ITO、In₂O₃、SnO₂、ZnO、Ga摻雜ZnO、Al摻雜ZnO以及Sb摻雜SnO₂。

顯示控制裝置400包括例如影像資料處理電路402、掃描線驅動電路404、以及資料線驅動電路406，如第7圖所示。

影像資料處理電路402基於影像輸出的輸出訊號確定顯示器310中多個顯示元件302的亮度。

掃描線驅動電路404根據影像資料處理電路402的指令對n條數量的掃描線施加單個電壓。

資料線驅動電路406根據影像資料處理電路402的指令對m條數量的資料線施加單個電壓。

在本實施例中，有機EL薄膜層包括電子傳輸層、發光層、以及電洞傳輸層，但不限於此。例如，電子傳輸層和發光層不必分離，而是可以形成單層。另外，可以在電子傳輸層與陰極之間提供電子注入層。此外，可以在電洞傳輸層和陽極之間提供電洞注入層。

另外，在本實施例中，說明所謂從基板側輸出光的「底部發射」，但並不排除其他可能性。例如，可以使用由Ag-Nd合金形成的高反射率電極作為陽極314，以及由Mg和Ag的合金形成的半透明電極或者ITO形成的透明電極等作為陰極312，使光從基板的另一側輸出。

另外，在本實施例中，對光控制元件為有機EL元件的情況進行了說明，但並不排除其他可能性。例如，光控制元件可以是電致變色元件。在這種情況下，顯示器310是電致變色顯示器。

另外，光控制元件可以是液晶元件。在這種情況下，顯示器310是液晶顯示器。例如，如圖8所示，顯示元件302'不需要電流供給線。

在這種情況下，如圖9所示，驅動電路320'可以由電容器15和類似於上述場效電晶體11和12的單個場效電晶體14構成。在場效電晶體14中，閘極G連接到預定的掃描線，源極S連接到預定的資料線。此外，汲極D連接到液晶元件370的像素電極和電容器15。

圖9同樣顯示出液晶元件370的對電極(共用電極)16和372。

在本實施例中，光控制元件可以是電泳元件。另外，光控制元件可以是電潤濕元件。

另外，在本實施例中，描述了支援彩色的顯示器，但並不排除其他可能性。

本實施例的場效電晶體可以用於除了顯示元件之外的產品(例如，IC卡和ID標簽)。

使用本發明的場效電晶體的顯示元件、影像顯示裝置以及系統在高速操作運行下有著長使用壽命。

已經大致描述了本發明的較佳實施例，可以透過參考本文提供的某些具體示例來獲得進一步的理解，這些示例僅用於說明的目的，而不意在限制。在以下示例的描述中，除非另有說明，數字在一些地方表示重量比。

實施例

接著，參考示例詳細說明本發明，但不限於此。百分比表示質量百分比，除非另有說明。

示例1

場效電晶體的製造

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.16mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)和0.28mL的2-乙基己酸鎂的甲苯溶液(Strem 12-1260，鎂含量：3質量%，由Strem Chemicals,Inc.製造)與1mL的甲苯混合，得到閘極絕緣層塗佈液。由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-1所示的成分。

製造圖10所示的下接觸下閘極的場效電晶體。

閘極的形成

首先，在玻璃基板(基板91)上形成閘極92。具體地，透過DC濺射在玻璃基板(基板91)上形成平均膜厚度為約100nm的鉬(Mo)膜。此後，光阻透過預烤、由曝光設備的曝光以及顯影，用於形成與閘極92相同圖案的光阻圖案。此外，透過反應離子蝕刻(RIE)去除位於沒有形成光阻圖案的區域中的Mo膜。然後，除去光阻圖案，形成由Mo膜製成的閘極92。

閘極絕緣層的形成

接著，將0.4mL的閘極絕緣層塗佈液滴到基板上，然後旋塗(以3,000rpm旋轉20秒，並在5秒鐘內停止旋轉)。然後，在大氣環境中於120℃下進行1小時的蒸發處理後，在O₂環境中，將所得之物在400℃下烘烤3小時形成氧化膜作為閘極絕緣層93。閘極絕緣層的平均厚度大約是300nm。

源極和汲極的形成

接著，在閘極絕緣層93上形成源極94和汲極95。

具體地，透過DC濺射在閘極絕緣層93上形成平均膜厚度大約100nm的鉬(Mo)膜。之後，光阻透過預烤、由曝光設備的曝光以及顯影，用於在Mo膜上形成與源極94和汲極95相同圖案的光阻圖案。此外，透過反應離子蝕刻(RIE)去除位於沒有形成光阻圖案的區域中的Mo膜。然後，除去光阻圖案以形成由Mo膜製成的源極94和汲極95。

氧化物半導體層的形成

接著，形成氧化物半導體層96。具體地，透過DC濺射形成平均膜厚度大約100nm的Mg-In基氧化物(In₂MgO₄)膜。

之後，光阻透過預烤、由曝光設備的曝光以及顯影，用於在Mg-In基氧化物膜上以形成與氧化物半導體層96相同圖案的光阻圖案。此外，透過濕法蝕刻去除位於未形成光阻圖案的區域中的Mg-In基氧化物膜。此後，同樣去除光阻圖案以形成氧化物半導體層96。因此，以在源極94與汲極95之間形成通道的方式形成氧化物半導體層96。

然後，作為後處理，透過在300℃下加熱1小時以獲得場效電晶體。

用於測量線性膨脹係數之具有類圓柱狀的物體的製造

準備1L的示例1的閘極絕緣層塗佈液，並除去溶劑。然後，將所得之物放入鉑坩堝中，加熱至1600℃進行熔融。然後，透過懸浮方法(floating method)製造具有直徑5mm，高度10mm的圓柱狀物體。

用於評估相對介電常數的電容器的製造

接著，製造具有圖11中所示結構的電容器。

具體地，使用在形成有底部電極102的區域中具有開孔的金屬遮罩，透過真空氣相沉積在玻璃基板(基板101)上形成鋁(Al)膜，以獲得大約100nm的平均膜厚度。接著，根據示例1中形成場效電晶體的閘極絕緣層中所述的方法，形成具有平均膜厚度大約300nm的絕緣薄膜103。然後，使用在形成有上部電極104的區域中具有開孔的金屬遮罩，透過真空氣相沉積形成具有平均膜厚度大約100nm的鋁(Al)膜，以完成電容器的製造。

示例2

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.13mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO,.LTD.製造)和0.47mL的2-乙基己酸鈣的2-乙基己酸溶液(Alfa 36657，鈣含量：3~8質量%，由Alfa Aesar製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-1所示的成分。

使用準備的閘極絕緣層塗佈液，根據與示例1相同的方法製造場效電晶體、用於測量線性膨脹係數之具有類圓柱狀的物體、以及用於評估相對介電常數的電容器。

示例3

場效電晶體、用於測量線性膨脹係數之具有類圓柱狀的物體、以及用於評估相對介電常數的電容器的製造

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.14mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)，0.24mL的2-乙基己酸鎂的甲苯溶液(Strem 12-1260，鎂含量：3質量%，由Strem Chemicals,Inc.製造)和0.95mL的2-乙基己酸鍶的甲苯溶液(Wako 195-09561，Sr含量：2質量%，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-1所示的成分。

示例4

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.17mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)、0.08mL的2-乙基己酸鈣的2-乙基己酸溶液(Alfa 36657，鈣含量：3~8質量%，由Alfa Aesar製造)以及0.19mL的2-乙基己酸鋇的甲苯溶液(Wako 021-09471，Ba含量：8質量%，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-1所示的成分。

示例5

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.13mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)、0.16mL的2-乙基己酸鈣的2-乙基己酸溶液(Alfa 36657，鈣含量：3~8質量%，由Alfa Aesar製造)、0.83mL的2-乙基己酸鍶的甲苯溶液(Wako 195-09561，Sr含量：2質量%，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)以及0.38mL的2-乙基己酸鋇的甲苯溶液(Wako 021-09471，Ba含量：8質量%，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。

由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-1所示的成分。

示例6

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.14mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)、0.06mL的二(二級丁氧基)乙醯乙酸鋁螯合物(Alfa 89349，Al含量：8.4%，由Alfa Aesar製造)以及0.51mL的2-乙基己酸鋇的甲苯溶液(Wako 021-09471，Ba含量：8質量%，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。

由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-2所示的成分。

示例7

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.15mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)、0.06g的(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼雜環戊烷-2-基)苯(Wako 325-59912，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)、0.07mL的2-乙基己酸鎂的甲苯溶液(Strem 12-1260，鎂含量：3質量%，由Strem Chemicals,Inc.製造)以及0.23mL的2-乙基己酸鍶的甲苯溶液(Wako 195-09561，Sr含量：2質量%，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。

由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-2所示的成分。

示例8

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.13mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)、0.08mL的二(二級丁氧基)乙醯乙酸鋁螯合物(Alfa 89349，Al含量：8.4%，由Alfa Aesar製造)、0.13mL的2-乙基草酸鈣的2-乙基己酸溶液(Alfa 36657，Ca含量：3~8質量%，由Alfa Aesar製造)以及0.64mL的2-乙基己酸鍶的甲苯溶液(Wako 195-09561，Sr含量：2質量%，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。

由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-2所示的成分。

示例9

場效電晶體、用於測量線性膨脹係數之具有類圓柱狀的物體，以及用於評估相對介電常數的電容器的製造

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.11mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)、0.12g的(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼雜環戊烷-2-基)苯(Wako 325-59912，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)以及0.18mL的2-乙基己酸鎂的甲苯溶液(Strem 12-1260，鎂含量：3質量%，由Strem Chemicals,Inc.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。

由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-2所示的成分。

示例10

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.13mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)、0.06mL的二(二級丁氧基)乙醯乙酸鋁螯合物(Alfa 89349，Al含量：8.4%，由Alfa Aesar製造)、0.07g的(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼雜環戊烷-2-基)苯(Wako 325-59912，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)、0.07mL的2-乙基己酸鈣的2-乙基己酸溶液(Alfa 36657，Ca含量：3~8質量%，由Alfa Aesar製造)以及0.14mL的2-乙基己酸鍶的甲苯溶液(Wako 195-09561，Sr含量：2質量%，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。

由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-2所示的成分。

示例11

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.14mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)、0.07mL的二(二級丁氧基)乙醯乙酸鋁(Alfa 89349，Al含量：8.4%，由Alfa Aesar製造)、0.02g的(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼雜環戊烷-2-基)苯(Wako 325-59912，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)、以及0.11mL的2-乙基己酸鎂的甲苯溶液(Strem 12-1260，鎂含量：3質量%，由Strem Chemicals,Inc.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。

由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-3所示的成分。

示例12

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.11mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)、0.06mL的二(二級丁氧基)乙醯乙酸鋁螯合物(Alfa 89349，Al含量：8.4%，由Alfa Aesar製造)、0.07g的(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼雜環戊烷-2-基)苯(Wako 325-59912，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)、0.03mL的2-乙基己酸鈣的2-乙基己酸溶液(Alfa 36657，Ca含量：3~8質量%，由Alfa Aesar製造)以及0.48mL的2-乙基己酸鋇的甲苯溶液(Wako 021-09471，Ba含量：8質量%，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。

由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-3所示的成分。

示例13

閘極絕緣層塗佈液的製造

0.11mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)、0.10mL的二(二級丁氧基)乙醯乙酸鋁螯合物(Alfa 89349，Al含量：8.4%，由Alfa Aesar製造)、0.07g的(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼雜環戊烷-2-基)苯(Wako 325-59912，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)、0.09mL的2-乙基己酸鈣的2-乙基己酸溶液(Alfa 36657，Ca含量：3~8質量%，由Alfa Aesar製造)以及0.19mL的2-乙基己酸鍶的甲苯溶液(Wako 195-09561，Sr含量：2質量%，由WAKO CHEMICAL,LTD.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。

由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-3所示的成分。

比較示例1

閘極絕緣層塗佈液的製造

將0.19mL的HMDS(1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷，由TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.製造)與1mL的甲苯混合，以獲得閘極絕緣層塗佈液。

由閘極絕緣層塗佈液形成的氧化物具有表1-3所示的成分。

比較示例2

場效電晶體的製造

以與示例1相同的方式在玻璃基板上製造閘極。

形成閘極絕緣層

接著，使用SiCl₄作為原料，根據電漿增强化學氣相沉積(PECVD)方法在上述基板和閘極絕緣層上形成作為閘極絕緣層的SiO₂層。閘極絕緣層的平均厚度大約為300nm。

接著，按照示例1的方法，形成源極、汲極、以及氧化物半導體層，接著進行加熱製程以完成場效電晶體。

用於測量線性膨脹係數之具有類圓柱狀的物體的製造

作為原料的SiCl₄在氫氧焰中進行水解以獲得二氧化矽粉末。使由此獲得的二氧化矽粉末生長以獲得SiO₂多孔固體。然後，將SiO₂多孔固體放入鉑坩堝中，在1600℃下加熱熔融。然後，透過懸浮方法製造具有直徑為5mm、高度為10mm的圓柱狀物體。

用於評估相對介電常數的電容器的製造

按照與示例1相同的方式，使用在形成有底部電極102的區域中具有開孔的金屬遮罩，透過真空氣相沉積在玻璃基板(基板101)上形成鋁(Al)膜，以獲得大約100nm的平均膜厚度。

接著，使用SiCl₄作為原料，根據電漿增强化學氣相沉積(PECVD)方法形成絕緣薄膜103。

然後，使用在形成有上部電極104的區域中具有開孔的金屬遮罩，透過真空氣相沉積形成具有平均膜厚度大約100nm的鋁(Al)膜，以完成製造電容器。

場效電晶體的剝離的評估

評估在示例1~13和比較示例1和2中所製造的場效電晶體的外觀，結果顯示於表2中。如表2所示，關於在示例1~13中所製造的場效電晶體，沒有觀察到閘極、閘極絕緣層、源極、汲極以及半導體層的剝離。

另一方面，對於在比較示例1和2中所製造的場效電晶體，在閘極和閘極絕緣層之間發生剝離。

線性膨脹係數的評估

透過熱機械分析儀(8310系列，由Rigaku Corporation製造)在20~300℃的溫度範圍內測量示例1~13和比較示例1和2之具有類圓柱狀的物體的平均線性膨脹係數。示例1~13和比較示例1~2的結果示於表2。

如表2所示，儘管示例1~13中所製造之具有類圓柱狀的物體的線性膨脹係數為21.7×10^-7~77.9×10^-7/K，但是在比較示例1和2中所製造之具有類圓柱狀的物體的線性膨脹係數很小，即5.2×10^-7~5.4×10^-7/K。

在場效電晶體的剝離的評估中比較示例1和2的場效電晶體中剝離的原因是在加熱製程期間發生熱應力，由於閘極絕緣層的線膨脹係數為5.2×10^-7~5.4×10^-7/K，其與閘極、源極以及汲極的線膨脹係數相比較而言非常小。另一方面，關於示例1~13的場效電晶體，因為閘極絕緣層的線性膨脹係數與閘極、源極以及汲極的線性膨脹係數之間的差異小，所以沒有發生剝離。

相對介電常數評估

透過LCR計(4284A，由Agilent Technologies製造)測量在示例1~13和比較示例1和2中所製造的電容器的容量。透過在1kHz的頻率下測量的容量和介電損耗(tanδ)的值所計算的相對介電常數ε顯示在表2中。

圖12是顯示示例13中之相對介電常數ε和介電損耗(tanδ)與施加電場的頻率之間的關係的圖式。根據圖12，證實了在示例13中所製造的電容器在100Hz~1MHz的範圍內具有5.1~5.3的相對介電常數。

此外，證實了介電損耗(tanδ)的值很小，在100Hz~100kHz的範圍內不大於約1%。

圖13是顯示比較示例1中之相對介電常數ε和介電損耗(tanδ)與施加電場的頻率之間的關係的圖式。根據圖13，證實了在比較示例1中所製造的電容器在100Hz~1MHz的範圍內具有3.9~4.0的相對介電常數。此外，證實了介電損耗(tanδ)的值很小，在100Hz~100kHz的範圍內不大於約1%。

場效電晶體的電晶體特性的評估

透過半導體器件參數分析器(B1500A，由Agilent Technologies製造)評估在示例1~13和比較示例1和2中所製造的場效電晶體的電晶體特性。作為電晶體特性，當汲極95和源極94之間的電壓(Vds)設置為+20V時，測量閘極92和源極94之間的電壓(Vgs)與汲極95和源極94之間的電流(Ids)之間的關係(Vgs-Ids)。

此外，根據電晶體特性(Vgs-Ids)的評估結果計算飽和區中的場效遷移率。另外，計算電晶體的接通狀態(例如，Vgs=+10V)和切斷狀態(例如，Vgs=-10V)的Ids的比率(開/關比)。

此外，計算次臨界擺幅(SS)作為Ids對於施加Vgs而上升的敏銳指數。另外，計算臨界電壓(Vth)作為Ids對於施加Vgs而上升的電壓值。

圖14是顯示示例13中所製造的場效電晶體的電晶體特性(Vgs-Ids)的結果的圖式。另外，根據在示例1~13和比較示例1和2中所製造的場效電晶體的電晶體特性所計算的遷移率、開/關比、次臨界擺動(SS)以及Vth顯示在表2中。以下，在電晶體特性的結果中當遷移率高、開/關比高、次臨界擺幅(SS)低、Vth為0V左右時，電晶體特性被評估為優異。

圖14的曲線圖中Y軸的「e」表示「10的指數」。例如，「1e-3」表示1.0×10^-3或0.001，「1e+5」表示1.0×10⁺⁵或100,000。

如圖14和表2所示，示例13中所製造的場效電晶體具有優異的電晶體特性。類似地，如表2所示，在示例1~13中所製造的每個場效電晶體具有優良的電晶體特性。

另一方面，由於比較示例1和2中所製造的場效電晶體發生剝離，因此不可能評估電晶體特性。

結果的表

本發明的實施例舉例如下。

1.一種場效電晶體，包括一閘極，配置為施加閘極電壓；一源極和一汲極，配置為輸出電流；一半導體層，設置為靠近該源極和該汲極；以及一閘極絕緣層，設置在該閘極與該半導體層之間，其中該閘極絕緣層包括含有矽和一種或兩種或更多種鹼土金屬元素的一氧化物。

2.根據上述1所述的場效電晶體，其中該氧化物包括鋁及/或硼。

3.根據上述1或2所述的場效電晶體，其中該半導體層是一氧化物半導體。

4.一種顯示元件，包括一光控制元件，根據一驅動訊號控制光輸出；以及一驅動電路，包括根據上述1~3中任一項所述的場效電晶體並且配置為驅動該光控制元件。

5.根據上述4所述的顯示元件，其中該光控制元件包括一電激發光元件、一電致變色元件、一液晶元件、一電泳元件以及一電潤濕元件。

6.一種影像顯示裝置，包括複數個顯示元件，設置為一矩陣形式，該複數個顯示元件中的每一個是根據上述4所述的顯示元件；複數條線路，單獨地將閘極電壓和訊號電壓施加到該複數個顯示元件中的該等場效電晶體；以及一顯示控制裝置，根據影像資料經由該複數條線路單獨地控制該等場效電晶體的閘極電壓和訊號電壓。

7.一種系統，包括根據上述6所述的影像顯示裝置；以及一影像資料產生裝置，基於要顯示的影像資訊產生影像資料並將該影像資料輸出到該影像顯示裝置。

8.一種用於場效電晶體的閘極絕緣體(例如閘極絕緣膜)的組合物，包括含有矽和一種或兩種或更多種鹼土金屬元素的一氧化物。

如上所述，本發明的場效電晶體沒有因為加熱製程而在閘極、源極和汲極與閘極絕緣層之間剝離。

現在已經完全描述了本發明的實施例，對於本領域普通技術人員顯而易見的是，在不脫離本文所闡述的本發明的實施例的精神和範圍的情況下，可以對其進行許多變化和修改。

21‧‧‧基板

22‧‧‧閘極

23‧‧‧閘極絕緣層

24‧‧‧源極

25‧‧‧汲極

26‧‧‧氧化物半導體層

Claims

一種場效電晶體，包括：一閘極；一源極和一汲極；一半導體層；以及一閘極絕緣層，設置在該閘極與該半導體層之間，其中該閘極絕緣層包括含有矽和一種或兩種或更多種鹼土金屬元素的一氧化物，以及其中該半導體層是一氧化物半導體。
根據申請專利範圍第1項所述的場效電晶體，其中該氧化物包括鋁及/或硼。
根據申請專利範圍第1項所述的場效電晶體，其中該氧化物係由以下組成公式所表示：xSiO₂．yAO，x代表被包括在該氧化物中的SiO₂的莫耳百分比，A代表被包括在該氧化物中的該一種或兩種或更多種鹼土金屬元素，y代表被包括在該氧化物中的AO的莫耳百分比，以及，x及y滿足以下(i)至(iii)的條件：(i)50≦x≦90；(ii)10≦y≦50；以及(iii)x+y=100。
根據申請專利範圍第1項所述的場效電晶體，其中該氧化物係由以下組成公式所表示：xSiO₂．yAO．zJ₂O₃，x代表被包括在該氧化物中的SiO₂的莫耳百分比，A代表被包括在該氧化物中的該一種或兩種或更多種鹼土金屬元素，y代表被包括在該氧化物中的AO的莫耳百分比，J代表鋁及/或硼，z代表被包括在該氧化物中的J₂O₃的莫耳百分比，以及，x、y、z滿足以下(i)至(iv)的條件：(i)50≦x≦90； (ii)5≦y≦20；(iii)5≦z≦30；以及(iv)x+y+z=100。
一種顯示元件，包括：一光控制元件，被配置以根據一驅動訊號控制光輸出；以及一驅動電路，包括根據申請專利範圍第1項所述的場效電晶體並且被配置以驅動該光控制元件。
根據申請專利範圍第5項所述的顯示元件，其中該光控制元件包括一電激發光元件、一電致變色元件、一液晶元件、一電泳元件以及一電潤濕元件。
一種影像顯示裝置，包括：複數個顯示元件，設置為一矩陣形式，該複數個顯示元件中的每一個是根據申請專利範圍第5項所述的顯示元件；複數條線路，被配置以單獨地將閘極電壓和訊號電壓施加到該複數個顯示元件中的該等場效電晶體；以及一顯示控制裝置，被配置以根據影像資料經由該複數條線路單獨地控制該等場效電晶體的該閘極電壓和該訊號電壓。
一種影像顯示系統，包括：根據申請專利範圍第7項所述的影像顯示裝置；以及一影像資料產生裝置，被配置以基於要顯示的影像資訊產生影像資料並將該影像資料輸出到該影像顯示裝置。
一種用於場效電晶體的閘極絕緣體的組合物，包括：含有矽和一種或更多種鹼土金屬元素的一氧化物，其中該氧化物包括鋁及/或硼。
根據申請專利範圍第9項所述的組合物，其中該氧化物係由以下組成公式所表示：xSiO₂．yAO， x代表被包括在該氧化物中的SiO₂的莫耳百分比，A代表被包括在該氧化物中的該一種或兩種或更多種鹼土金屬元素，y代表被包括在該氧化物中的AO的莫耳百分比，以及，x及y滿足以下(i)至(iii)的條件：(i)50≦x≦90；(ii)10≦y≦50；以及(iii)x+y=100。
根據申請專利範圍第9項所述的組合物，其中該氧化物係由以下組成公式所表示：xSiO₂．yAO．zJ₂O₃，x代表被包括在該氧化物中的SiO₂的莫耳百分比，A代表被包括在該氧化物中的該一種或兩種或更多種鹼土金屬元素，y代表被包括在該氧化物中的AO的莫耳百分比，J代表鋁及/或硼，z代表被包括在該氧化物中的J₂O₃的莫耳百分比，以及，x、y、z滿足以下(i)至(iv)的條件：(i)50≦x≦90；(ii)5≦y≦20；(iii)5≦z≦30；以及(iv)x+y+z=100。
一種顯示元件，包括：一光控制元件，被配置以根據一驅動訊號控制光輸出；以及一驅動電路，包括一場效電晶體，該場效電晶體的一閘極絕緣體包括根據申請專利範圍第9項所述的組合物，該驅動電路被配置以驅動該光控制元件。
根據申請專利範圍第12項所述的顯示元件，其中該光控制元件包括一電激發光元件、一電致變色元件、一液晶元件、一電泳元件以及一電潤濕元件。
一種影像顯示裝置，包括：複數個顯示元件，設置為一矩陣形式，該複數個顯示元件中的每一個是根據申請專利範圍第12項所述的顯示元件；複數條線路，被配置以單獨地將閘極電壓和訊號電壓施加到該複數個顯示元件中的該等場效電晶體；以及一顯示控制裝置，被配置以根據影像資料經由該複數條線路單獨地控制該等場效電晶體的該閘極電壓和該訊號電壓。
一種影像顯示系統，包括：根據申請專利範圍第14項所述的影像顯示裝置；以及一影像資料產生裝置，被配置以基於要顯示的影像資訊產生影像資料並將該影像資料輸出到該影像顯示裝置。