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AMORPHOUS OXIDE THIN FILM achieved

Patent code P110004447
File No. E060P46-1
Posted date Jul 14, 2011
Application number P2010-068708
Publication number P2010-219538A
Patent number P4568828
Date of filing Mar 24, 2010
Date of publication of application Sep 30, 2010
Date of registration Aug 20, 2010
Priority data
  • P2004-071477 (Mar 12, 2004) JP
  • P2004-325938 (Nov 10, 2004) JP
Inventor
  • (In Japanese)細野 秀雄
  • (In Japanese)平野 正浩
  • (In Japanese)太田 裕道
  • (In Japanese)神谷 利夫
  • (In Japanese)野村 研二
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title AMORPHOUS OXIDE THIN FILM achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an amorphous oxide thin film low in electron carrier concentration, and a thin-film transistor using the same.
SOLUTION: In this transparent amorphous oxide thin film formed by a vapor-phase film formation method and formed of elements of In, Ga, Zn and O, the composition of the oxide is InGaO3(ZnO)m (m is a natural number smaller than 6) when crystallized and has a semi-insulating property wherein electron mobility is >1 cm2/(V sec) and electron carrier concentration is ≤1016/cm3 without adding impurity ions. This thin-film transistor uses the transparent semi-insulating amorphous oxide thin film for a channel layer.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, TFT)は、ゲート端子、ソース端子、及び
、ドレイン端子を備えた3端子素子であり、基板上に成膜した半導体薄膜を、電子又はホ
ールが移動するチャネル層として用い、ゲート端子に電圧を印加して、チャネル層に流れ
る電流を制御し、ソース端子とドレイン端子間の電流をスイッチングする機能を有するア
クテイブ素子である。TFTとして、現在、最も広く使われているのは多結晶シリコン膜
又はアモルファスシリコン膜をチャネル層材料としたMetal-Insulator-Semiconductor Fi
eld Effect Transistor (MIS―FET)素子である。

また、最近では、ZnOを用いた透明伝導性酸化物多結晶薄膜をチャネル層に用いたTF
Tの開発が活発に行われている(特許文献1)。上記薄膜は、低温で成膜でき、かつ可視
光に透明であるため、プラスチック板やフィルムなどの基板上にフレキシブルな透明TF
Tを形成することが可能である。

しかし、従来のZnOは室温で安定なアモルファス相を形成することができず、殆どのZ
nOは多結晶相を呈するために、多結晶粒子界面の散乱により、電子移動度を大きくする
ことができない。さらに、ZnOは、酸素欠陥が入りやすく、キャリア電子が多数発生し
、電気伝導度を小さくすることが難しい。このために、トランジスタのオン・オフ比を大
きくすることも難しい。

また、特許文献2には、アモルファス酸化物として、ZnxMyInzO(x+3y/2+3z/2)(式中、M
はAl及びGaのうち少なくとも一つの元素であり、比率x/yが0.2~12の範囲であり、
比率z/yが0.4~1.4の範囲にある。)で表される非晶質酸化物が記載されている。しかし
、ここで得られている非晶質酸化物膜の電子キャリア濃度は、1018/cm3以上であり
、単なる透明電極として用いるには充分であるもののTFTのチャネル層には適用し難い
ものであった。なぜなら、上記非晶質酸化物膜をチャネル層としたTFTでは、オン・オ
フ比が充分にとれず、ノーマリーオフ型のTFTにはふさわしくないことが判明したから
である。

【特許文献1】
特開2003-298062号公報
【特許文献2】
特開2000-044236号公報

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、アモルファス酸化物薄膜及び薄膜トランジスタに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
スパッタ法、パルスレーザー蒸着法のいずれかの気相成膜法で成膜され、In、Ga、Z
n及びOの元素から構成される透明アモルファス酸化物薄膜であって、該酸化物の組成は
、結晶化したときの組成がInGaO3(ZnO)m(mは6未満の自然数)であり、不純
物イオンを添加することなしに、電子移動度が1cm2/(V・秒)超、かつ電子キャリ
ヤ濃度が1016/cm3以下である半絶縁性であることを特徴とする透明半絶縁性アモル
ファス酸化物薄膜。

【請求項2】
 
チャネル層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を有する薄膜ト
ランジスタであって、請求項1に記載の透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜をチャネル
層としたことを特徴とする薄膜トランジスタ。

【請求項3】
 
スパッタ法、パルスレーザー蒸着法のいずれかの気相成膜法で成膜され、In、Ga、Z
n、Mg及びOの元素から構成される透明アモルファス酸化物薄膜であって、該酸化物の
組成は、結晶化したときの組成がInGaO3(Zn1-xMgxO)m(mは6未満の自然数
、0.80≦x<0.85)であり、不純物イオンを添加することなしに、電子移動度が
1cm2/(V・秒)超、かつ電子キャリヤ濃度が1016/cm3以下である半絶縁性であ
ることを特徴とする透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜。

【請求項4】
 
チャネル層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を有する薄膜ト
ランジスタであって、請求項3に記載の透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜をチャネル
層としたことを特徴とする薄膜トランジスタ。

【請求項5】
 
ゲート絶縁膜として、Al2O3,Y2O3,又はHfO2のうちの1種、またはそれらの化
合物を少なくとも2種以上含む混晶化合物を用いたことを特徴とする請求項2又は4記載
の薄膜トランジスタ。

【請求項6】
 
基板として、ガラス基板、プラスチック基板またはプラスチックフィルムを用いたことを
特徴とする請求項2又は4記載の薄膜トランジスタ。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010068708thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO HOSONO Transparent ElectroActive Materials AREA
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